CN104747369B - 一种变空气密度下最佳叶尖速比控制方法及装置 - Google Patents
一种变空气密度下最佳叶尖速比控制方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104747369B CN104747369B CN201510041239.8A CN201510041239A CN104747369B CN 104747369 B CN104747369 B CN 104747369B CN 201510041239 A CN201510041239 A CN 201510041239A CN 104747369 B CN104747369 B CN 104747369B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- wind
- generating set
- speed
- air density
- power generating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 9
- 238000001739 density measurement Methods 0.000 claims description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 6
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 9
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N (2s)-2-[[4-[2-(2,4-diaminoquinazolin-6-yl)ethyl]benzoyl]amino]-4-methylidenepentanedioic acid Chemical group C1=CC2=NC(N)=NC(N)=C2C=C1CCC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CC(=C)C(O)=O)C(O)=O)C=C1 NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/02—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D7/0276—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor controlling rotor speed, e.g. variable speed
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2270/00—Control
- F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
- F05B2270/327—Rotor or generator speeds
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Wind Motors (AREA)
Abstract
本发明提供了一种变空气密度下最佳叶尖速比控制方法及装置，包括：获取风力发电机组在所处位置处的实际空气密度；计算实际空气密度下风力发电机组在区域Ⅱ与区域Ⅲ过渡区域的目标转速；获取实际空气密度下风力发电机组最佳叶尖速比对应的转速转矩控制参考值；将目标转速、转速转矩控制参考值以及测量获取的风力发电机组的风轮转速作为输入，对风力发电机组进行最佳叶尖速比转速转矩控制，以调整风力发电机组的风轮转速，使风力发电机组在实际空气密度下与标准空气密度下的最佳叶尖速比区间相同，进而避免了由于空气密度变化导致最佳叶尖速比控制区域减小，风能利用系数降低及风力发电机组输出功率降低等问题。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电机组控制技术领域，更具体地说，涉及一种变空气密度下最佳叶尖速比控制方法及装置。
背景技术
现有商用变速变桨距风力发电机组通常采用图1所示的转速转矩控制原理，对风力发电机组的转矩进行控制，其将风力发电机组的工作区域分为四个控制区域，其中，区域Ⅰ为恒转速控制，区域Ⅱ为最大风能捕获控制，区域Ⅲ为恒转速控制，区域Ⅳ为恒功率控制。现有转矩控制中以区域Ⅱ控制为重点，即在风力发电机组设计转速范围ω1～ω3内，将风力发电机组运行状态维持在如图2所示的最大风能利用系数点Cp(λopt,β0)附近，以获取最大风能。
当环境因素发生变化时，为了获取最大风能，一般通过获取实际空气密度，将实际获取的空气密度为基础调整转速转矩曲线，如图1中虚线所示，当空气密度降低时降低转矩值以保证转速维持不变，保证区域Ⅱ中风力发电机组维持在最佳尖速比λopt附近运行，确保能够获取最大风能利用系数Cpmax。假设按照IEC(International Electro technicalCommission，国际电工委员会)标准的风速折算方法，将低空气密度下风力发电机组运行结果折算到标准空气密度状态，并将折算前结果与折算后结果进行比对。其比对结果见图3所示，低空气密度下在区域Ⅱ控制较大范围内，可实现风力发电机组维持在最佳叶尖速比的控制目标，从而实现最大风能捕获。
但与标准空气密度下风力发电机组的运行状态相比，实际空气密度下的风力发电机组维持最佳也尖速比的范围减少了△Ⅱ，以至于风力发电机组提前进入了第Ⅲ区域的控制范围。结合图2分析可知，当尖速比迅速降低后，对应的风能利用系数也迅速降低，以至于在区域Ⅲ内的风能吸收减少，风力发电机组输出功率显著降低，如图3中阴影部分所示。
综上所述，如何提供一种变空气密度下最佳叶尖速比控制方法，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种变空气密度下最佳叶尖速比控制方法及装置，用以调整风力发电机组的风轮转速，改善由于空气密度变化导致最佳叶尖速比控制区域减小，风能利用系数降低等问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一方面，本发明提供了一种变空气密度下最佳叶尖速比控制方法，包括：
获取风力发电机组在所处位置处的实际空气密度；
计算所述实际空气密度下所述风力发电机组在区域Ⅱ与区域Ⅲ过渡区域的目标转速，所述区域Ⅱ为所述风力发电机组的最大风能捕获控制区域，所述区域Ⅲ为所述风力发电机组的恒转速控制区域；
获取所述实际空气密度下所述风力发电机组最佳叶尖速比对应的转速转矩控制参考值，所述最佳叶尖速比由所述风力发电机组确定；
将所述目标转速、所述转速转矩控制参考值以及测量获取的所述风力发电机组的风轮转速作为输入，对所述风力发电机组进行最佳叶尖速比转速转矩控制，以调整所述风力发电机组的所述风轮转速，使所述风力发电机组在所述实际空气密度下与标准空气密度下的所述最佳叶尖速比区间相同。
优选的，所述调整所述风力发电机组的风轮转速包括：
获取所述风力发电机组最佳叶尖速比控制的转速转矩控制目标值；
将所述转速转矩控制目标值输入所述风力发电机组，以调整所述风轮转速。
优选的，所述计算所述实际空气密度下所述风力发电机组在区域Ⅱ与区域Ⅲ过渡区域的目标转速包括：
分别获取所述风力发电机组在所述标准空气密度下的标准风轮转速、所述风力发电机组在区域Ⅱ与区域Ⅲ过渡区域的标准目标转速；
获取所述实际空气密度下实际风轮转速与所述标准空气密度下标准风轮转速的转换关系；
根据所述转换关系及所述标准目标转速计算在实际空气密度下所述风力发电机组在区域Ⅱ与区域Ⅲ过渡区域的目标转速。
优选的，所述获取所述实际空气密度下实际风轮转速与所述标准空气密度下标准风轮转速的转换关系包括：
采用所述风力发电机组在不同空气密度下风速的第一转换关系获取所述实际空气密度下叶尖速比与标准空气密度下叶尖速比的第二转换关系；
根据所述第二转换关系获取所述实际空气密度下实际风轮转速与所述标准空气密度下标准风轮转速的转换关系。
优选的，所述获取风力发电机组在所处位置处的实际空气密度包括：
通过空气密度测量装置获取所述风力发电机组在所处位置处的所述实际空气密度。
另一方面，本发明还提供了一种变空气密度下最佳叶尖速比控制装置，包括：
第一获取模块，用于获取风力发电机组在所处位置处的实际空气密度；
第一计算模块，用于计算所述实际空气密度下所述风力发电机组在区域Ⅱ与区域Ⅲ过渡区域的目标转速，所述区域Ⅱ为所述风力发电机组的最大风能捕获控制区域，所述区域Ⅲ为所述风力发电机组的恒转速控制区域；
第二获取模块，用于获取所述实际空气密度下所述风力发电机组最佳叶尖速比对应的转速转矩控制参考值，所述最佳叶尖速比由所述风力发电机组确定；
第一控制模块，用于将所述目标转速、所述转速转矩控制参考值以及测量获取的所述风力发电机组的风轮转速作为输入，对所述风力发电机组进行最佳叶尖速比转速转矩控制，以调整所述风力发电机组的所述风轮转速，使所述风力发电机组在所述实际空气密度下与标准空气密度下的所述最佳叶尖速比区间相同。
优选的，所述第一控制模块包括：
第一获取单元，用于获取所述风力发电机组最佳叶尖速比控制的转速转矩控制目标值；
第二获取单元，用于将所述转速转矩控制目标值输入所述风力发电机组，以调整所述风轮转速。
优选的，所述第一计算模块包括：
第三获取模块，用于分别获取所述风力发电机组在所述标准空气密度下的标准风轮转速、所述风力发电机组在区域Ⅱ与区域Ⅲ过渡区域的标准目标转速；
第四获取模块，用于获取所述实际空气密度下实际风轮转速与所述标准空气密度下标准风轮转速的转换关系；
第二计算模块，用于根据所述转换关系及所述标准目标转速计算在实际空气密度下所述风力发电机组在区域Ⅱ与区域Ⅲ过渡区域的目标转速。
优选的，所述第四获取模块包括：
第三获取单元，用于采用所述风力发电机组在不同空气密度下风速的第一转换关系获取所述实际空气密度下叶尖速比与标准空气密度下叶尖速比的第二转换关系；
第四获取单元，用于根据所述第二转换关系获取所述实际空气密度下实际风轮转速与所述标准空气密度下标准风轮转速的转换关系。
优选的，所述第一获取模块包括：
第五获取单元，用于通过空气密度测量装置获取所述风力发电机组在所处位置处的所述实际空气密度。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
本发明提供了一种变空气密度下最佳叶尖速比控制方法，通过实际空气密度下最佳叶尖速比控制对应的转速转矩控制参考值、参考转速以及风轮转速作为输入，控制风力发电机组，以调整风力发电机组的风轮转速，使风力发电机组在不同空气密度下的最佳叶尖速比区间与标准空气密度下的最佳叶尖速比区间相同，进而避免了由于空气密度变化导致最佳叶尖速比控制区域减小，风能利用系数降低及风力发电机组输出功率降低等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为变速变桨控制原理示意图；
图2为最佳桨距角下叶尖速比与风能利用系数关系示意图；
图3为折算为标准空气密度状态的低空气密度运行结果与标准空气密度运行结果比较示意图；
图4为本发明实施例提供的一种变空气密度下最佳叶尖速比控制方法的一种流程图；
图5为本发明实施例提供的一种变空气密度下最佳叶尖速比控制方法的另一种流程图；
图6为本发明实施例提供的一种最佳叶尖速比控制示意图；
图7为本发明实施例提供的一种变空气密度下最佳叶尖速比控制装置的一种结构示意图；
图8为本发明实施例提供的一种变空气密度下最佳叶尖速比控制装置的一种子结构示意图；
图9为本发明实施例提供的一种变空气密度下最佳叶尖速比控制装置的另一种子结构示意图；
图10为本发明实施例提供的一种变空气密度下最佳叶尖速比控制装置的再一种子结构示意图；
图11为本发明实施例提供的一种最佳叶尖速比运行范围转速转矩控制参考曲线示意图；
图12为本发明实施例提供的一种不同控制方法在空气密度为1kg/m3下运行结果的对比示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例提供的一种变空气密度下最佳叶尖速比控制方法中，根据动量理论，风力发电机组中风能所捕获的能量可以表示为：
其中，ρ为空气密度，Cp为风能利用系数，β为桨距角，λ为叶尖速比，v为风速，R为风轮半径。
根据叶尖速比关系式：
将式(2)代入式(1)，可以得到式(3)
其中，式(3)可改写为：
即有：
其中，ω为风轮转速，T为风轮气动转矩。
通过分析式(3)可知，在风力发电机组和风力发电机组的运行环境一定的条件下，空气密度、风速以及风轮半径为不可控制参数，因此，要提高风力发电机组的风能吸收只能提高风能利用系数Cp。其中，Cp为桨距角β、风轮转速ω以及风速v的相关函数，其可以写为：
Cp＝f(β,ω,ν) (6)
在图1所示的风力发电机组的四个工作区域中，区域I、II、III为非全功率控制区域，且在该区域中，风速与风力发电机组的风轮转速决定风力发电机组的叶尖速比，当风力发电机组的叶片一定时，风力发电机组的最佳桨距角一定，为此，本发明从风速与风轮转速方面提出技术方案提高风能利用系数。
请参考图4，其示出了本发明实施例提供的一种变空气密度下最佳叶尖速比控制方法的一种流程图，可以包括以下步骤：
步骤101：获取风力发电机组在所处位置处的实际空气密度。
步骤102：计算实际空气密度下风力发电机组在区域Ⅱ与区域Ⅲ过渡区域的目标转速。
需要说明的是，所述区域Ⅱ为风力发电机组的最大风能捕获控制区域，所述区域Ⅲ为风力发电机组的恒转速控制区域；其中，区域Ⅱ和区域Ⅲ是根据变速变桨风力发电机组的控制原理划分的。
步骤103：获取实际空气密度下风力发电机组最佳叶尖速比对应的转速转矩控制参考值。
可以理解的是，风力发电机组的最佳叶尖速比是确定的，它不会随着空气密度的变化而变化，即当风力发电机组确定后，风力发电机组的最佳叶尖速比也相应确定。
步骤104：将目标转速、转速转矩控制参考值以及测量获取的风力发电机组的风轮转速作为输入，对风力发电机组进行最佳叶尖速比转速转矩控制，以调整风力发电机组的风轮转速，使风力发电机组在实际空气密度下与标准空气密度下的最佳叶尖速比区间相同。
需要说明的是，由于风力发电机组的设计转速范围在ω1～ω3内，故风力发电机组的风轮转速需要在其设计的转速范围内工作，但风轮转速容易受到空气密度等环境因素的影响，因此，为了使得风力发电机组在不同的空气密度下与实际空气密度下的转速范围均处于ω1～ω3内，需要将风力发电机组在实际空气密度下与标准密度下的最佳叶尖速比区间相同。
本发明实施例提供了一种变空气密度下最佳叶尖速比控制方法，通过实际空气密度下最佳叶尖速比控制对应的转速转矩控制参考值、参考转速以及风轮转速作为输入，控制风力发电机组，以调整风力发电机组的风轮转速，使风力发电机组在不同空气密度下的最佳叶尖速比区间与标准空气密度下的最佳叶尖速比区间相同，进而避免了由于空气密度变化导致最佳叶尖速比控制区域减小，风能利用系数降低及风力发电机组输出功率降低等问题。
请参考图5，其示出了本发明实施例提供的一种空气密度下最佳叶尖速比控制方法的另一种流程图，可以包括以下步骤：
步骤201：通过空气密度测量装置获取风力发电机组在所处位置处的实际空气密度。
步骤202：分别获取风力发电机组在标准空气密度下的标准风轮转速、风力发电机组在区域Ⅱ与区域Ⅲ过渡区域的标准目标转速。
步骤203：获取实际空气密度下实际风轮转速与标准空气密度下标准风轮转速的转换关系。
其中，实际空气密度下实际风轮转速与标准空气密度下标准风轮转速的转换关系可以通过以下方式获得：
第一，采用风力发电机组在不同空气密度下风速的第一转换关系获取实际空气密度下叶尖速比与标准空气密度下叶尖速比的第二转换关系。
第二，根据第二转换关系获取实际空气密度下实际风轮转速与标准空气密度下标准风轮转速的转换关系。
可以理解的是，根据叶尖速比计算公式(2)可知，当空气密度发生变化时，风力发电机组运行在最佳叶尖速比的区间要与在标准空气密度下运行的区间相同，即可以结合图1及IEC标准定义的不同空气密度下风速换算的第一转换关系得到风力发电机组在不同空气密度下风速的转换关系：
其中，νb为标准空气密度对应的风速，ρb为标准空气密度，v为实际空气密度对应风速，ρ为实际空气密度。
根据式(7)所示的第一转换关系，可得到实际空气密度下叶尖速比与标准空气密度下叶尖速比的关系，即第二转换关系为：
根据第二转换关系即可计算得到实际空气密度下实际风轮转速与标准空气密度下标准风轮转速的转换关系，即有：
步骤204：根据转换关系及标准目标转速计算在实际空气密度下风力发电机组在区域Ⅱ与区域Ⅲ过渡区域的目标转速。
结合图1所示区间II的控制原理可知，要维持空气密度变化时风力发电机组运行在与标准空气密度相同的转速ω1与ω3之间范围，则需要按照式(9)计算实际空气密度调整区间II与区间Ⅲ过渡区域的目标转速
步骤205：将目标转速、转速转矩控制参考值以及测量获取的风力发电机组的风轮转速作为输入，获取风力发电机组最佳叶尖速比控制的转速转矩控制目标值，将转速转矩控制目标值输入风力发电机组，以调整风轮转速。
通过空气密度测量装置得到风力发电机组所处位置的实时空气密度ρ，再通过式(10)计算实际空气密度下区域II与区间Ⅲ过渡区域的目标转速将测量得到的空气密度ρ和计算得到的目标转速代入式(5)可以得到图6所示的最佳叶尖速比对应的转速转矩控制参考值：
将通过式(11)计算得到的转速转矩控制参考值、区域II与区间Ⅲ过渡区域的目标转速和测量的风力发电机组的风轮转速作为输入进行最佳叶尖速比控制，并将最佳叶尖速比控制的转矩控制目标值输入风力发电机组完成转矩控制，以解决因空气密度变化导致机组区域II运行范围缩短，引起叶尖速比迅速降低，风能利用系数相应降低，风力发电机组输出功率显著减少的问题，以提高风力发电机组的发电量。
与上述方法的实施例相对应，本发明实施例还提供了一种变空气密度下最佳叶尖速比控制装置，请参考图7，其示出了本发明实施例提供的一种变空气密度下最佳叶尖速比控制装置的一种结构示意图，可以包括：第一获取模块11、第一计算模块12、第二获取模块13和第一控制模块14，其中：
第一获取模块11，用于获取风力发电机组在所处位置处的实际空气密度。
需要说明的是，第一获取模块11还可以包括：第五获取单元111，其中：
第五获取单元111，用于通过空气密度测量装置获取风力发电机组在所处位置处的实际空气密度。
可以理解的是，风力发电机组的装置中设置有可以测量空气密度的空气密度测量装置。
第一计算模块12，用于计算实际空气密度下风力发电机组在区域Ⅱ与区域Ⅲ过渡区域的目标转速，区域Ⅱ为风力发电机组的最大风能捕获控制区域，区域Ⅲ为风力发电机组的恒转速控制区域。
请参考图8，其示出了本发明实施例提供的一种变空气密度下最佳叶尖速比控制装置的一种子结构示意图，第一控制模块12还可以包括：第三获取模块21、第四获取模块22和第二计算模块23，其中：
第三获取模块21，用于分别获取风力发电机组在标准空气密度下的标准风轮转速、风力发电机组在区域Ⅱ与区域Ⅲ过渡区域的标准目标转速。
第四获取模块22，用于获取实际空气密度下实际风轮转速与标准空气密度下标准风轮转速的转换关系。
其中，请参考图9，示出了本发明实施例提供的一种变空气密度下最佳叶尖速比控制装置的另一种子结构示意图，第四获取模块还可以包括：第三获取单元31和第四获取单元32，其中：
第三获取单元31，用于采用风力发电机组在不同空气密度下风速的第一转换关系获取实际空气密度下叶尖速比与标准空气密度下叶尖速比的第二转换关系。
第四获取单元32，用于根据第二转换关系获取实际空气密度下实际风轮转速与标准空气密度下标准风轮转速的转换关系。
第二计算模块23，用于根据转换关系及标准目标转速计算在实际空气密度下风力发电机组在区域Ⅱ与区域Ⅲ过渡区域的目标转速。
根据第一转换关系和第二转换关系获取实际空气密度下实际风轮转速与标准空气密度下标准风轮转速的转换关系，同时根据已经测量的标准空气密度下的区域Ⅱ与区域Ⅲ过渡区域的标准目标转速，获取实际空气密度下区域Ⅱ与区域Ⅲ过渡区域的目标转速。
第二获取模块13，用于获取实际空气密度下风力发电机组最佳叶尖速比对应的转速转矩控制参考值，风力发电机组的最佳叶尖速比由风力发电机组本身确定。
第一控制模块14，用于将目标转速、转速转矩控制参考值以及测量获取的风力发电机组的风轮转速作为输入，对风力发电机组进行最佳叶尖速比转速转矩控制，以调整风力发电机组的风轮转速，使风力发电机组在实际空气密度下与标准空气密度下的最佳叶尖速比区间相同。
请参考图10，其示出了本发明实施例提供的一种变空气密度下最佳叶尖速比控制装置的再一种子结构示意图，第一控制模块14还可以包括：第一获取单元41和第二获取单元42，其中：
第一获取单元41，用于获取风力发电机组最佳叶尖速比控制的转速转矩控制目标值。
第二获取单元42，用于将转速转矩控制目标值输入风力发电机组，以调整风轮转速。
将通过转速转矩控制得到的转速转矩控制目标值输入风力发电机组，使风力发电机组根据转速转矩控制目标值调整其风轮转速，进而将风轮转速再作为转速转矩控制的输入端，以将风力发电机组在实际空气密度下的风轮转速控制在设计的风轮转速ω1～ω3范围内。
与此同时，对本发明实施例中提供的一种变空气密度下最佳叶尖速比的控制方法进行了实验验证，其中以某风轮直径为93米的2MW风力发电机组为例，对比空气密度为1kg/m3状态下按照本发明实施例提供的一种变空气密度下最佳叶尖速比的控制方法调整前后输出的功率结果。
其中，风力发电机组在标准空气密度下的基本参数如表1所示。
表1、示例风力发电机组在标准空气密度下的参数
| 名称 | 数值 | 单位 |
| 风轮直径 | 93 | m |
| 叶片数量 | 3 | - |
| 最佳桨距角 | 0 | deg |
| 风轮区域I参考转速 | 8.25 | rpm |
| 风轮区域II结束参考转速 | 15 | Rpm |
| 最佳叶尖速比 | 9.5 | - |
| 最大风能利用系数 | 0.477 | - |
根据式(10)计算空气密度为1kg/m3时第II控制区域和第Ⅲ控制区域过渡区域的目标转速：
再根据式(11)计算得到图11虚线所示转速转矩控制参考值，其中实线为标准空气密度下转速转矩控制曲线。
根据图11虚线所示转速范围调整前后的仿真结果如图12所示。通过本发明的方法调整转速范围后，可显著改善由于空气密度变化导致最佳叶尖速比控制区域减小，造成的风能利用系数降低，及其对应风力发电机组输出功率显著降低的问题。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种变空气密度下最佳叶尖速比控制方法，其特征在于，包括：
获取风力发电机组在所处位置处的实际空气密度；
采用第一计算关系式计算所述实际空气密度下所述风力发电机组在区域Ⅱ与区域Ⅲ过渡区域的目标转速，所述区域Ⅱ为所述风力发电机组的最大风能捕获控制区域，所述区域Ⅲ为所述风力发电机组的恒转速控制区域；
采用第二计算关系式获取所述实际空气密度下所述风力发电机组最佳叶尖速比对应的转速转矩控制参考值，所述最佳叶尖速比由所述风力发电机组确定；
将所述目标转速、所述转速转矩控制参考值以及测量获取的所述风力发电机组的风轮转速作为输入，对所述风力发电机组进行最佳叶尖速比转速转矩控制，以调整所述风力发电机组的所述风轮转速，使所述风力发电机组在所述实际空气密度下与标准空气密度下的所述最佳叶尖速比区间相同；
其中，所述第一计算关系式为所述第二计算关系式为其中，ρb为标准空气密度，ρ为实际空气密度，ω3为标准空气密度调整区间II与区间Ⅲ过渡区域的标准目标转速，为在实际空气密度下风力发电机组在区域Ⅱ与区域Ⅲ过渡区域的目标转速，T为在实际空气密度下风力发电机组最佳叶尖速比对应的转速转矩控制参考值，λ为叶尖速比，ω为风轮转速，ω1为风轮转速的下限值，Cp为风能利用系数，β为桨距角，v为风速及R为风轮半径。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述调整所述风力发电机组的风轮转速包括：
获取所述风力发电机组最佳叶尖速比控制的转速转矩控制目标值；
将所述转速转矩控制目标值输入所述风力发电机组，以调整所述风轮转速。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述计算所述实际空气密度下所述风力发电机组在区域Ⅱ与区域Ⅲ过渡区域的目标转速包括：
分别获取所述风力发电机组在所述标准空气密度下的标准风轮转速、所述风力发电机组在区域Ⅱ与区域Ⅲ过渡区域的标准目标转速；
获取所述实际空气密度下实际风轮转速与所述标准空气密度下标准风轮转速的转换关系；
根据所述转换关系及所述标准目标转速计算在实际空气密度下所述风力发电机组在区域Ⅱ与区域Ⅲ过渡区域的目标转速。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述获取所述实际空气密度下实际风轮转速与所述标准空气密度下标准风轮转速的转换关系包括：
采用所述风力发电机组在不同空气密度下风速的第一转换关系获取所述实际空气密度下叶尖速比与标准空气密度下叶尖速比的第二转换关系；
根据所述第二转换关系获取所述实际空气密度下实际风轮转速与所述标准空气密度下标准风轮转速的转换关系。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述获取风力发电机组在所处位置处的实际空气密度包括：
通过空气密度测量装置获取所述风力发电机组在所处位置处的所述实际空气密度。
6.一种变空气密度下最佳叶尖速比控制装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取风力发电机组在所处位置处的实际空气密度；
第一计算模块，用于采用第一计算关系式计算所述实际空气密度下所述风力发电机组在区域Ⅱ与区域Ⅲ过渡区域的目标转速，所述区域Ⅱ为所述风力发电机组的最大风能捕获控制区域，所述区域Ⅲ为所述风力发电机组的恒转速控制区域；
第二获取模块，用于采用第二计算关系式获取所述实际空气密度下所述风力发电机组最佳叶尖速比对应的转速转矩控制参考值，所述最佳叶尖速比由所述风力发电机组确定；
第一控制模块，用于将所述目标转速、所述转速转矩控制参考值以及测量获取的所述风力发电机组的风轮转速作为输入，对所述风力发电机组进行最佳叶尖速比转速转矩控制，以调整所述风力发电机组的所述风轮转速，使所述风力发电机组在所述实际空气密度下与标准空气密度下的所述最佳叶尖速比区间相同；
其中，所述第一计算关系式为所述第二计算关系式为其中，ρb为标准空气密度，ρ为实际空气密度，ω3为标准空气密度调整区间II与区间Ⅲ过渡区域的标准目标转速，为在实际空气密度下风力发电机组在区域Ⅱ与区域Ⅲ过渡区域的目标转速，T为在实际空气密度下风力发电机组最佳叶尖速比对应的转速转矩控制参考值，λ为叶尖速比，ω为风轮转速，ω1为风轮转速的下限值，Cp为风能利用系数，β为桨距角，v为风速及R为风轮半径。
7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述第一控制模块包括：
第一获取单元，用于获取所述风力发电机组最佳叶尖速比控制的转速转矩控制目标值；
第二获取单元，用于将所述转速转矩控制目标值输入所述风力发电机组，以调整所述风轮转速。
8.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述第一计算模块包括：
第三获取模块，用于分别获取所述风力发电机组在所述标准空气密度下的标准风轮转速、所述风力发电机组在区域Ⅱ与区域Ⅲ过渡区域的标准目标转速；
第四获取模块，用于获取所述实际空气密度下实际风轮转速与所述标准空气密度下标准风轮转速的转换关系；
第二计算模块，用于根据所述转换关系及所述标准目标转速计算在实际空气密度下所述风力发电机组在区域Ⅱ与区域Ⅲ过渡区域的目标转速。
9.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于，所述第四获取模块包括：
第三获取单元，用于采用所述风力发电机组在不同空气密度下风速的第一转换关系获取所述实际空气密度下叶尖速比与标准空气密度下叶尖速比的第二转换关系；
第四获取单元，用于根据所述第二转换关系获取所述实际空气密度下实际风轮转速与所述标准空气密度下标准风轮转速的转换关系。
10.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述第一获取模块包括：
第五获取单元，用于通过空气密度测量装置获取所述风力发电机组在所处位置处的所述实际空气密度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510041239.8A CN104747369B (zh) | 2015-01-27 | 2015-01-27 | 一种变空气密度下最佳叶尖速比控制方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510041239.8A CN104747369B (zh) | 2015-01-27 | 2015-01-27 | 一种变空气密度下最佳叶尖速比控制方法及装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104747369A CN104747369A (zh) | 2015-07-01 |
| CN104747369B true CN104747369B (zh) | 2017-12-29 |
Family
ID=53587525
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510041239.8A Active CN104747369B (zh) | 2015-01-27 | 2015-01-27 | 一种变空气密度下最佳叶尖速比控制方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104747369B (zh) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105205265B (zh) * | 2015-09-24 | 2018-05-18 | 上海佑锐特新能源科技有限公司 | 垂直轴风力发电机组的最佳转速转矩跟踪曲线的测量方法 |
| CN105370495B (zh) * | 2015-12-04 | 2018-06-26 | 明阳智慧能源集团股份公司 | 一种采用动态查表控制算法提高风力发电机组出力的方法 |
| CN107339194B (zh) * | 2016-04-28 | 2019-05-07 | 北京天诚同创电气有限公司 | 最佳叶尖速比控制方法、数据处理方法及装置、系统 |
| CN106523279A (zh) * | 2016-10-08 | 2017-03-22 | 浙江运达风电股份有限公司 | 一种提升风力发电机组风能捕获能力的智能控制补偿方法及装置 |
| CN108979957B (zh) * | 2018-07-16 | 2019-08-02 | 中南大学 | 获取变速风力发电机组最大风能的非线性预测控制方法 |
| CN109026523A (zh) * | 2018-08-06 | 2018-12-18 | 北京源深节能技术有限责任公司 | 功率自适应直驱式风电机组控制方法 |
| CN111541238B (zh) * | 2020-04-10 | 2022-05-24 | 东方电气风电股份有限公司 | 一种风力发电机组调频验证模型建模方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101196164A (zh) * | 2006-12-06 | 2008-06-11 | 通用电气公司 | 用于预测风力涡轮机的功率曲线的方法 |
| CN103133242A (zh) * | 2013-02-25 | 2013-06-05 | 中船重工(重庆)海装风电设备有限公司 | 一种转速转矩参数控制方法、装置和系统 |
| CN103244350A (zh) * | 2013-05-02 | 2013-08-14 | 国电南瑞科技股份有限公司 | 一种风力发电机组最佳叶尖速比跟踪控制方法 |
| CN103573550A (zh) * | 2012-07-27 | 2014-02-12 | 华锐风电科技(集团)股份有限公司 | 一种风力发电机组的控制方法与系统 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005240725A (ja) * | 2004-02-27 | 2005-09-08 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 風力発電装置およびその発電出力制御方法 |
| US9726144B2 (en) * | 2013-01-09 | 2017-08-08 | General Electric Company | Method for optimizing the operation of a wind turbine |
-
2015
- 2015-01-27 CN CN201510041239.8A patent/CN104747369B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101196164A (zh) * | 2006-12-06 | 2008-06-11 | 通用电气公司 | 用于预测风力涡轮机的功率曲线的方法 |
| CN103573550A (zh) * | 2012-07-27 | 2014-02-12 | 华锐风电科技(集团)股份有限公司 | 一种风力发电机组的控制方法与系统 |
| CN103133242A (zh) * | 2013-02-25 | 2013-06-05 | 中船重工(重庆)海装风电设备有限公司 | 一种转速转矩参数控制方法、装置和系统 |
| CN103244350A (zh) * | 2013-05-02 | 2013-08-14 | 国电南瑞科技股份有限公司 | 一种风力发电机组最佳叶尖速比跟踪控制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104747369A (zh) | 2015-07-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104747369B (zh) | 一种变空气密度下最佳叶尖速比控制方法及装置 | |
| CN104314757B (zh) | 一种风力发电机组偏航控制方法及系统 | |
| Rocha et al. | The effects of blade pitch angle on the performance of small-scale wind turbine in urban environments | |
| CN102797629B (zh) | 一种风电机组的控制方法、控制器及其控制系统 | |
| CN103939286B (zh) | 变速恒频风电机组变速变桨距联合控制方法 | |
| US8622698B2 (en) | Rotor-sector based control of wind turbines | |
| EP2840258A1 (en) | System and method for preventing excessive loading on a wind turbine | |
| CN103216383B (zh) | 风力发电机组控制系统和控制方法 | |
| CN104675629B (zh) | 一种变速风力发电机组的最大风能捕获方法 | |
| US10451036B2 (en) | Adjustment factor for aerodynamic performance map | |
| EP3514373B1 (en) | Twist correction factor for aerodynamic performance map used in wind turbine control | |
| CN105545605A (zh) | 可变轴向型风力发电机 | |
| US9587625B2 (en) | Remote sensing system for wind turbines | |
| CN104018996A (zh) | 一种自动调节迎风面积的风力发电机叶片 | |
| CN103701378B (zh) | 一种风力发电机输出功率控制方法 | |
| CN105257475B (zh) | 一种失速型风力发电机组的控制方法 | |
| CN104696161B (zh) | 一种风力发电机组最大风能捕获的变桨控制方法及装置 | |
| CN106762403A (zh) | 风电变速恒频机组转速控制自适应优化方法 | |
| CN106786810B (zh) | 一种频率下垂控制双馈风机的暂态有功支撑能力配置方法 | |
| CN108825434A (zh) | 基于风轮动能平滑功率控制的风机变桨优化方法 | |
| CN105181307A (zh) | 双叶片模型风力发电机实验台及实验方法 | |
| CN106762405A (zh) | 一种能够抑制风力发电机组超速的控制方法及装置 | |
| CN202768249U (zh) | 一种基于气动转矩计算模型的风电机组控制系统 | |
| CN103375332A (zh) | 变速变桨风力发电机组最优阻力矩动态优化方法 | |
| CN103362736A (zh) | 变速变桨风力发电机组基于内模控制的最大功率追踪控制方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: North District 401122 Chongqing City No. 30 garden Jinyu Road Applicant after: China Shipbuilding Heavy Industry offshore wind power Limited by Share Ltd Address before: North District 401122 Chongqing City No. 30 garden Jinyu Road Applicant before: CSIC (Chongqing) Haizhuang Windpower Equipment Co., Ltd. |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |