CN107795434B - 风力发电机的控制方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

风力发电机的控制方法、装置、设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了风力发电机的控制方法、装置、设备及存储介质，所述方法包括：持续获取所述风力发电机的实际电磁扭矩值和实际功率值；判断当前的实际电磁扭矩值和当前的实际功率值，是否都达到预设的额定电磁扭矩值和预设的额定功率值；当判断结果都为是时，根据所述当前的实际功率值，对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节；可以及时减小实际转速的波动，大大减少了控制滞后时间，更加高效快捷，并且减小了实际功率值的波动，更加稳定。

Description

风力发电机的控制方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体而言，本发明涉及一种风力发电机的控制方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
能源是社会经济和人类生活的主要物质基础，是驱动社会发展的动力。然而，作为世界能源主要支柱的石油、煤炭、天然气等不可再生的能源的储量日趋减少，世界上很多国家都在发展风力发电，风力发电作为新能源，已经形成了较为成熟的规模。
随着风力发电容量的不断增大，机组类型和控制方式已从单一的定桨距失速控制向变桨距控制和变速控制发展。变桨距风力发电机组的主要控制目标是根据风速来调整桨距角，实现起动时对风轮转速的控制和并网后最大功率跟踪。
随着风电机组容量的不断增大，如何提高机组运行效率、最大效率地实现从风能向电能的转换，成为风力发电技术研究的重要内容，变桨距变速恒频控制策略是目前研究的热点。
变桨距风机的运行区域一般分为启动区、Cp(风能利用系数)恒定区、转速恒定区、功率恒定区共四个运行区域。在启动区、Cp恒定区、转速恒定区等三个运行区域，主控系统控制桨叶会开到0度角，此时不需要进行调桨控制。
在功率恒定区，为保持功率恒定及转速稳定，需要进行调桨控制。目前风力发电机的调桨控制主要为PID(Proportion Integral Derivative，比例积分微分)控制，即主控系统通过使风力发电机运行在恒定转速作为控制目标，计算出桨角值并传送给变桨系统，变桨系统根据最新的角度命令，进行调桨。
风力发电机的现有的这种控制方法能在一定程度上实现转速的恒定控制，但本发明的发明人发现，风力发电机的现有控制方法存在一些缺点。
例如，本发明的发明人发现，风力发电机的现有的PID控制方法依据的是目标差值，即检测到风力发电机的转速差值变化后才开始进行计算并调桨，具有滞后性。
由于PID控制具有滞后性，所以在风速骤然变大时，容易出现过速的现象，机组过速会导致两种情况：一是发电机转速过高，会增大了机组的疲劳载荷，二是长期运行在较高的转速，会使机组损耗严重，降低使用寿命；二是容易触发过速故障而停机。尤其是，机组运行在额定风速以上时，转速的波动会造成较大的载荷，影响的使用机组寿命。
由于PID控制具有滞后性，所以在风速骤然变小时，机组容易在功率恒定区和转速恒定区频繁切换：机组从功率恒定区切换到转速恒定区，机组的电磁扭矩值会下降，从而导致发电效率下降，影响机组发电量。
此外，本发明的发明人还发现，由于风速是瞬变的，所以单用PID控制，对转速稳定效果具有一定的局限性。
综上，风力发电机的现有控制方法存在对于风力发电机转速调节具有滞后性或局限性的缺陷。
发明内容
本发明针对现有方式的缺点，提出一种风力发电机的控制方法、装置、设备及存储介质，用以解决现有技术存在对于风力发电机转速调节具有滞后性或局限性的问题。
本发明的实施例根据第一个方面，提供了一种风力发电机的控制方法，包括：
持续获取所述风力发电机的实际电磁扭矩值和实际功率值；
判断当前的实际电磁扭矩值和当前的实际功率值，是否都达到预设的额定电磁扭矩值和预设的额定功率值；
当判断结果都为是时，根据所述当前的实际功率值，对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节。
较佳地，所述判断当前的实际电磁扭矩值和当前的实际功率值，是否都达到预设的额定电磁扭矩值和预设的额定功率值，包括：
判断所述当前的实际电磁扭矩值是否达到预设的额定电磁扭矩值；
当判断结果为是时，进一步判断所述当前的实际功率值是否达到预设的额定功率值。
较佳地，所述根据所述当前的实际功率值，对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节，包括：
根据所述当前的实际功率值与额定功率值的比例，对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节，使得所述风力风电机的转速保持恒定。
较佳地，所述根据所述当前的实际功率值与额定功率值的比例，对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节，包括：
根据所述当前的实际功率值与额定功率值的比例，确定出所述当前的实际电磁扭矩值与额定电磁扭矩值的电磁扭矩差值；
根据所述电磁扭矩差值，对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节。
较佳地，所述根据所述当前的实际功率值与额定功率值的比例，确定出所述当前的实际电磁扭矩值与额定电磁扭矩值的电磁扭矩差值，包括：
根据所述当前的实际功率值与额定功率值的比例，确定出当保持所述转速恒定时所述当前的实际电磁扭矩值与额定电磁扭矩值的电磁扭矩差值。
较佳地，所述根据所述电磁扭矩差值，对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节，包括：
当所述当前的实际功率值升高时，根据作为所述电磁扭矩差值的电磁扭矩增大值，对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行增大调节；
当所述当前的实际功率值降低时，根据作为所述电磁扭矩差值的电磁扭矩减小值，对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行减小调节。
较佳地，所述根据所述当前的实际功率值与额定功率值的比例，对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节，还包括：
根据所述当前的实际功率值与额定功率值的比例，确定出所述当前的实际电磁扭矩值与额定电磁扭矩值的比例；
根据所述当前的实际电磁扭矩值与额定电磁扭矩值的比例，对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节。
较佳地，本发明实施例的第一个方面的风力发电机的控制方法，还包括：
当所述判断结果为所述当前的实际电磁扭矩值未达到所述额定电磁扭矩值时，继续判断下一个实际电磁扭矩值是否达到所述额定电磁扭矩值；和/或
当判断出所述当前的实际功率值未达到所述额定功率值时，继续判断下一个实际功率值是否达到所述额定功率值。
较佳地，所述对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节之后，还包括：
判断所述调节后的实际电磁扭矩值是否处于预设的电磁扭矩范围内；
当判断出所述调节后的实际电磁扭矩值处于所述电磁扭矩范围内时，进一步判断所述调节后的实际电磁扭矩值和对应的实际功率值是否都达到预设的额定电磁扭矩值和预设的额定功率值；
当判断出所述调节后的实际电磁扭矩值未处于所述电磁扭矩范围内时，对所述风力发电机的转速进行调节。
本发明的实施例根据第二个方面，还提供了一种风力发电机的控制装置，包括：
实际值获取模块，用于持续获取所述风力发电机的实际电磁扭矩值和实际功率值；
判断调节模块，用于判断当前的实际电磁扭矩值和当前的实际功率值，是否都达到预设的额定电磁扭矩值和预设的额定功率值；当所述判断结果都为是时，根据所述当前的实际功率值，对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节。
本发明的实施例根据第三个方面，还提供了一种风力发电机的控制设备，其特征在于，包括：
存储器和处理器；
至少一个程序，存储于所述存储器中，用于被所述处理器执行时实现下述步骤：
持续获取所述风力发电机的实际电磁扭矩值和实际功率值；
判断当前的实际电磁扭矩值和当前的实际功率值，是否都达到预设的额定电磁扭矩值和预设的额定功率值；
当所述判断结果都为是时，根据所述当前的实际功率值对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节。
较佳地，所述至少一个程序在实现所述根据所述当前的实际功率值对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节的过程中，具体实现下述步骤：
根据所述当前的实际功率值与额定功率值的比例，对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节，使得所述风力风电机的转速保持恒定。
较佳地，所述至少一个程序在实现所述根据所述当前的实际功率值与额定功率值的比例对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节的过程中，具体实现下述步骤：
根据所述当前的实际功率值与额定功率值的比例，确定出所述当前的实际电磁扭矩值与额定电磁扭矩值的电磁扭矩差值；
根据所述电磁扭矩差值，对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节。
较佳地，所述至少一个程序在实现所述根据所述当前的实际功率值与额定功率值的比例确定出所述当前的实际电磁扭矩值与额定电磁扭矩值的电磁扭矩差值的过程中，具体实现下述步骤：
根据所述当前的实际功率值与额定功率值的比例，确定出当保持所述转速恒定时所述当前的实际电磁扭矩值与额定电磁扭矩值的电磁扭矩差值。
较佳地，所述至少一个程序在实现对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节之后，还用于实现下述步骤：
判断所述调节后的实际电磁扭矩值是否处于预设的电磁扭矩范围内；
当判断出所述调节后的实际电磁扭矩值处于所述电磁扭矩范围内时，进一步判断所述调节后的实际电磁扭矩值和对应的实际功率值是否都达到预设的额定电磁扭矩值和预设的额定功率值；
当判断出所述调节后的实际电磁扭矩值未处于所述电磁扭矩范围内时，对所述风力发电机的转速进行调节。
本发明的实施例根据第四个方面，还提供了一种计算机存储介质，该计算机存储介质中存储有基于本发明实施例的上述第一方面的任一项方法所对应的程序。
本发明实施例中，当风力发电机当前的实际电磁扭矩值达到预设的额定电磁扭矩值、并且当前的实际功率值达到预设的额定功率值时，说明风力发电机进入了本发明实施例的额定功率控制区；在额定功率控制区中，主要通过调节实际电磁扭矩值就可以及时减小实际转速的波动，与现有的PID控制转速的方法相比，大大减少了控制滞后时间，更加高效快捷，并且减小了实际功率值的波动，更加稳定。即使风速突然升高，叶片吸收到的风能突然变大，也能够保持转速较为稳定，可以大大降低因转速超速触发过速故障导致停机的几率，大大减少大风时的停机导致的发电量损失。即使当风速突然降低时，叶片吸收到的风能突然变小，也能够保持转速较为稳定，大大降低风力发电机进入转速恒定区的几率，从而降低输出功率值下降的概率，减少对发电量的影响。
而且，本发明实施例中，根据当前的实际功率值与额定功率值的比例，对风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节，使得风力风电机的转速保持恒定。与PID控制转速的方法相比，大大减少了控制滞后时间，更加高效快捷，并且能够保持实际功率值较为稳定。即使风速突然升高，叶片吸收到的风能突然变大，也能够保持转速恒定，可以防止因转速超速触发过速故障导致的停机，可以防止大风时的停机导致的发电量损失。即使当风速突然降低时，叶片吸收到的风能突然变小，也能够保持转速恒定，防止风力发电机进入转速恒定区，从而防止输出功率值下降，大大减少对发电量的影响。
进一步，本发明实施例中，还设置了电磁扭矩范围，当判断出当前的实际电磁扭矩值处于电磁扭矩范围内时，若当前的实际电磁扭矩值和当前的实际功率值都达到预设的额定电磁扭矩值和预设的额定功率值，则对风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节，使得转速稳定；当判断出当前的实际电磁扭矩值未处于电磁扭矩范围内时，通过调节叶片桨距角、切换运行区域等技术手段对风力发电机的转速进行调节。既在电磁扭矩范围内对实际电磁扭矩值进行了微调，可以有效克服风速骤升或风速骤降对转速和输出功率等造成的影响，又可以弥补单独依靠调节叶片桨距角进行转速控制的滞后性和作用的单一性，还不会影响风力发电机的安全以及正常的区域切换。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为现有的风力发电机运行区域示意图；
图2为本发明实施例的风力发电机的运行区域示意图；
图3为本发明实施例的风力发电机的控制方法的流程示意图；
图4为本发明实施例的风力发电机的展开的控制方法的流程示意图；
图5为本发明实施例的风力发电机的控制装置内部结构的逻辑框架示意图；
图6为本发明实施例的风力发电机的控制设备内部结构的框架示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
下面首先介绍一些本发明实施例中使用到的技术术语。
并网(Grid Connected)，在风力发电行业是指把风力发电机和电网(也可以认为电网就是好多需要用电的用户)联接起来，让风力发电机产生的电能源源不断地输送出去。发电机并网有三个条件：发电机的频率、电压、相位必须与电网的频率、电压、相位保持一致，才能并网发电。
PID控制(PID Control)，当今的闭环自动控制基本上是基于被控系统的反馈进行控制以减少不确定性。反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量关键的是被控变量的实际值，与期望值相比较，用这个偏差来纠正系统的响应，执行调节控制。在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。
风能利用系数(Cp)，风力机从自然风能中吸取能量的大小程度，是评定风轮气动特性优劣的主要参数。风的能量只有部分可被风轮吸收成为机械能，因此风能利用系数定义为:
公式1中，v表示风速；ρ表示空气密度；S表示风轮扫掠面积；P表示风力发电机的输出功率。
电磁扭矩(Electromagnetic Torque)，也称电磁转矩或转矩，当风力发电机电枢绕组中有电枢电流流过时，通电的电枢绕组在磁场中受到电磁力，该力与电机电枢铁心半径之积称为电磁转矩。发电机加载电磁扭矩后，才能发电输出功率。
叶尖速比，为了使风力发电机组输出功率更大，需要使风力发电机组的风能利用系数最大，根据贝兹理论，风力机从风中捕获的功率为：
公式2中ρ表示空气密度，β表示桨距角，Cp(λ,β)表示风力机的风能利用系数，R是风轮的半径，v表示风速，λ表示叶尖速比，即ω为风力机的角速度。风能利用系数Cp(λ,β)随着叶尖速比λ的变化而变化。叶尖速比是用来表述风力发电机特性的一个十分重要的参数，要想使风力发电机捕获的风能最大，需要使机组运行在最佳叶尖速比，以达到最大风能利用系数。
本发明的发明人对风力发电机的现有控制方法进行研究，发现如下内容。
图1为现有的风力发电机运行区域示意图，包括启动区101、Cp恒定区102、转速恒定区103、功率恒定区104；横坐标为风力发电机的转速值，纵坐标为与转速值相对应的电磁扭矩值(正比于需加载的功率值)。图1中，启动区101是指当实际风速值大于风力发电机的启动风速(一般为3米/秒)，风力发电机开始启动并网的过程；Cp恒定区102是对风力发电机进行转速控制，使风力发电机达到最佳叶尖速比，以获得最大风能利用率的控制区域；转速恒定区103是指风力发电机的转速值达到额定转速，而实际电磁扭矩值还未达到额定电磁扭矩时的控制区域，此区域风力发电机的输出功率小于额定功率。
假设风力发电机并网发电时，风能为W1，并网后风能使风力发电机产生的旋转作用的能量为W3，并网后风力发电机的实际电磁扭矩值为W4，风力发电机组抵消的能量(风能未能作用到叶片旋转方向的能量)为W2，根据能量守恒原理，并网后风力发电机的能量守恒公式为：
W1＝W2+W3+W4………………………公式(3)
公式(3)中，对于功率恒定区104，现有的控制方法为：当风力发电机的实际电磁扭矩控制值达到额定电磁扭矩值时，将实际电磁扭矩值给定为恒定的电磁扭矩值，同时通过调节叶片桨距角，使风力发电机转速值保持稳定；然而这种控制方法存在下述主要的缺点：
1)PID控制依据的是目标差值，即检测到转速差值变化后才开始进行计算并调桨，具有滞后性。
2)由于在功率恒定区104，风力发电机的转速值已经达到额定转速值，而实际电磁扭矩值W4为恒定值，所以当风速突然升高时，叶片吸收到的风能W1变大，再加上调桨的滞后性，就容易引起风力发电机转速升高而超速，触发过速故障使风力发电机停机；而大风时的停机导致的发电量损失也比较大。
3)在功率恒定区104，风力发电机的实际电磁扭矩值W4为恒定值，所以当风速突然降低时，叶片吸收到的风能W1减小，再加上调桨的滞后性，就容易引起风力发电机转速下降较快，很容易导致风力发电机进入转速恒定区103，导致风力发电机输出的功率值下降，也会影响发电量。
4)由于风速是瞬变的，所以单用PID控制，对转速稳定效果具有一定的局限性。
下面结合附图介绍本发明实施例的改进思路和原理。
图2为本发明实施例的风力发电机的运行区域示意图。
本发明的发明人，基于风力发电机的现有控制方法的上述不足，利用风力发电机运行时的转速-电磁扭矩公式，将风力发电机的功率恒定区104改进为如图2所示的额定功率控制区201。
风力发电机的功率、转矩、和转速之间的关系为功率(P)＝力(F)*线速度(V)，可以记为下述公式(4)：
P＝F*V……………………………………公式(4)
根据转矩(T)＝扭力(F)*作用半径(R)，可以得到下述公式(5)：
F＝T/R……………………………………公式(5)
将线速度转换为角速度，可以建立线速度与转速之间的关系。根据线速度(V)＝2πR*每秒转速(n转)＝2πR*每分转速(n转)/60＝πR*n(转)/30，可以得到下述公式(6)：
V＝πR*n/30……………………………..公式(6)
将公式(5)和(6)代入公式(4)得到：
P＝F*V＝(T/R)*πR*n/30＝(π/30)*T*n……….公式(7)
公式7中，P表示功率，单位为W(瓦特)；T表示转矩，单位为Nm(牛米)；n表示每分钟转速，单位为转/分钟。
如果将公式7中P的单位换成KW(千瓦),那么公式7可以改写为如下公式(8)：
P*1000＝(π/30)*T*n………………..公式(8)
公式(8)可以变形为(30000/π)*P＝T*n。
当π取值为3.1415926时，代入变形后的公式(8)，可以得到下述公式(9)
9549.297*P＝T*n……………………..公式(9)
本发明实施例的转速-电磁扭矩公式可以为上述公式8或变形后的公式(8)。根据上述推导，当π近似取值为3.1415926时，本发明实施例的转速-电磁扭矩公式简化为上述公式(9)。本发明实施例不限于π近似取值为3.1415926的情况，本领域技术人员可以根据实际情况，灵活地确定π的取值精度，π的各种取值精度视为本发明实施例的保护范围。
为了便于理解，将上述公式(9)中的常系数9549.297进一步近似为9550，可以得到下述公式(10)：
T*n＝9550*P………………………….公式(10)
公式(10)中，T是风力发电机的实际电磁扭矩值，单位为Nm(牛米)；P是风力发电机输出的实际功率值，单位为KW(千瓦)；n是风力发电机的转速值，单位为rpm(每分钟的转速)。
本发明的发明人注意到，如图2所示，由于风力发电机进入额定功率控制区201后，要求或需求输出的实际功率值P为恒定值(一般等于额定功率值)。
当外界的风能变化时，现有控制方法是保持电磁扭矩值T不变，根据上述公式(10)，此时n会发生变化，从导致实际功率值偏离额定功率值，现有控制方法仅通过调节叶片桨距角(具有滞后性)，来将实际转速调回至额定转速，从而使得实际功率值P调回到额定功率值。
本发明实施例中主要通过控制风力发电机的实际电磁扭矩值T，辅助以调节叶片桨距角等，及时将实际转速调回至额定转速，从而保持实际功率值P基本稳定在额定功率值。较佳地，保持叶片桨距角不变，仅通过控制风力发电机的实际电磁扭矩值T，保持实际转速基本恒定在额定转速。
下面介绍本发明实施例提供的风力发电机的控制方法，该方法的流程示意图如图3所示，包括下述步骤：S301：持续获取风力发电机的实际电磁扭矩值和实际功率值；S302：判断当前的实际电磁扭矩值和当前的实际功率值，是否都达到预设的额定电磁扭矩值和预设的额定功率值；S303：当判断结果都为是时，根据当前的实际功率值，对风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节。
本发明实施例中，当风力发电机当前的实际电磁扭矩值达到预设的额定电磁扭矩值、并且当前的实际功率值达到预设的额定功率值时，说明风力发电机进入了本发明实施例的额定功率控制区201；在额定功率控制区中，主要通过调节实际电磁扭矩值就可以及时减小实际转速的波动，与现有的PID控制转速的方法相比，大大减少了控制滞后时间，更加高效快捷，并且减小了实际功率值的波动，更加稳定。即使风速突然升高，叶片吸收到的风能突然变大，也能够保持转速较为稳定，可以大大降低因转速超速触发过速故障导致停机的几率，大大减少大风时的停机导致的发电量损失。即使当风速突然降低时，叶片吸收到的风能突然变小，也能够保持转速较为稳定，大大降低风力发电机进入转速恒定区的几率，从而降低输出功率值下降的概率，减少对发电量的影响。
下面结合附图介绍本发明实施例的风力发电机的展开的控制方法，该方法的流程示意图如图4所示，包括下述步骤：
S401：持续获取风力发电机的实际电磁扭矩值和实际功率值。
本发明实施例中，步骤S401最先开始，最后结束；即步骤S401在步骤S402之前开始，至少维持到步骤S405结束。
S402：判断当前的实际电磁扭矩值和当前的实际功率值是否都达到预设的额定电磁扭矩值和预设的额定功率值；当判断结果都为是时，执行步骤S403；当判断结果存在否时，继续执行本步骤。
本发明实施例中，风力发电机的额定电磁扭矩值和额定功率值都是预先设定的。较佳地，可以将额定电磁扭矩值和额定功率值作为参数输入到风力发电机的控制软件(例如本发明实施例后续提供的控制设备的至少一个程序)中。
判断当前的实际电磁扭矩值是否达到预设的额定电磁扭矩值。
当判断结果为是时，进一步判断当前的实际功率值是否达到预设的额定功率值。
当判断结果为当前的实际电磁扭矩值达到额定电磁扭矩值时，说明风力发电机已经处于如图2所示的额定功率控制区201，执行步骤S403。
较佳地，当判断结果为当前的实际电磁扭矩值未达到额定电磁扭矩值时，继续判断下一个实际电磁扭矩值是否达到额定电磁扭矩值。和/或，当判断出当前的实际功率值未达到额定功率值时，继续判断下一个实际功率值是否达到额定功率值。
较佳地，当判断结果为当前的实际电磁扭矩值未达到额定电磁扭矩值时，可以采用调节叶片桨距角来调节风力发电机的转速。
S403：根据当前的实际功率值，对风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节。
本发明实施例中提供多种方法用于调节风力发电机的实际电磁扭矩值。
风力发电机的实际电磁扭矩值的第一种调整方法包括：根据当前的实际功率值与额定功率值的比例，对风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节，使得风力风电机的转速保持恒定。
较佳地，根据当前的实际功率值与额定功率值的比例，确定出当前的实际电磁扭矩值与额定电磁扭矩值的电磁扭矩差值；根据电磁扭矩差值，对风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节。电磁扭矩差值可以是正值，也可以是负值。进一步，也可以在调节实际电磁扭矩值的同时，以调节叶片桨距角作为辅助。
例如，根据上述公式(10)，对于额定功率值P0，对应转速n0，可以确定出额定电磁扭矩值T0；对于实际功率值P1，对应转速n1，可以确定出实际电磁扭矩值T1；确定出电磁扭矩差值T1-T0；根据电磁扭矩差值T1-T0，对风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节，减小实际转速的波动，从而减小实际功率值的波动。
进一步，根据当前的实际功率值与额定功率值的比例，确定出当保持转速恒定时当前的实际电磁扭矩值与额定电磁扭矩值的电磁扭矩差值。
例如，根据上述公式(10)，对于额定功率值P0，对应转速n0，可以确定出额定电磁扭矩值T0；对于实际功率值P1，对应转速n1，可以确定出实际电磁扭矩值T1；当转速n0＝n1、即转速保持不变时，当前的实际功率值与额定功率值的比例等于当前的实际电磁扭矩值与额定电磁扭矩值的比例，确定出电磁扭矩差值T1-T0；根据电磁扭矩差值T1-T0，对风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节，使得实际转速基本稳定在额定转速，使得实际功率值基本保持稳定在额定功率值附近。
较佳地，当当前的实际功率值升高时，根据作为电磁扭矩差值的电磁扭矩增大值，对风力发电机的实际电磁扭矩值进行增大调节，使得风力发电机的转速保持恒定。
例如，当风力突然增大时，当前的实际功率值从P0突然升高至P2时，根据电磁扭矩增大值T2-T0，将风力发电机的实际电磁扭矩值从T0增大调节至T2，由于电磁扭矩值调节速度很快，使得调节过程中转速基本保持不变(恒定)，即转速n0＝n2。风力发电机的转速基本保持恒定时，输出的实际功率值也迅速恢复到额定功率值，使得输出功率基本保持恒定。
当当前的实际功率值降低时，根据作为电磁扭矩差值的电磁扭矩减小值，对风力发电机的实际电磁扭矩值进行减小调节，使得风力发电机的转速保持恒定。
风力发电机的实际电磁扭矩值的第二种调整方法包括：根据当前的实际功率值与额定功率值的比例，确定出当前的实际电磁扭矩值与额定电磁扭矩值的比例；根据当前的实际电磁扭矩值与额定电磁扭矩值的比例，对风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节。
较佳地，根据当前的实际功率值与额定功率值的比例，确定出保持转速恒定时当前的实际电磁扭矩值与额定电磁扭矩值的比例。具体地，当保持风力发电机的转速恒定时，根据上述公式(10)，可以确定出当前的实际电磁扭矩值与额定电磁扭矩值的比例，在数据值上等于当前的实际功率值与额定功率值的比例；因此，可以直接将当前的实际功率值与额定功率值的比例作为当前的实际电磁扭矩值与额定电磁扭矩值的比例，然而，根据该比例对风力发电机的实际电磁扭矩值进行(比例)调节。
较佳地，当当前的实际功率值升高时，根据当前的实际电磁扭矩值与额定电磁扭矩值的增大后的比例，对风力发电机的实际电磁扭矩值进行增大调节，使得风力发电机的转速保持恒定。
当当前的实际功率值降低时，根据当前的实际电磁扭矩值与额定电磁扭矩值的减小后的比例，对风力发电机的实际电磁扭矩值进行减小调节，使得风力发电机的转速保持恒定。
S404：判断调节后的实际电磁扭矩值是否处于预设的电磁扭矩范围内；当判断出调节后的实际电磁扭矩值处于电磁扭矩范围内时，进一步执行步骤S402；当判断出调节后的实际电磁扭矩值未处于电磁扭矩范围内时，对风力发电机的转速进行调节。
本发明实施例中的电磁扭矩范围可以根据风力发电机的运行数据、实验数据、经验数据和/或实际情况确定。
较佳地，可以根据风力发电机运行的电磁扭矩值上限，确定上述电磁扭矩范围的上限；根据风力发电机现有的电磁扭矩PID运算结果，确定上述电磁扭矩范围的下限。
例如，将本发明实施例的电磁扭矩范围的上限、下限，分别设定为额定电磁扭矩值的105％、95％等。
本步骤中，调节后的实际电磁扭矩值实际上已经是当前的实际电磁扭矩值，判断风力发电机调节后的实际电磁扭矩值是否处于预设的电磁扭矩范围内(即为判断当前的实际电磁扭矩值是否处于预设的电磁扭矩范围内)，当该判断结果为是时，说明风力发电机的实际电磁扭矩值仍在电磁扭矩范围，仍可以通过调节实际电磁扭矩值来调整实际功率值，执行步骤S402；当该判断结果为否时，说明风力发电机可能已经不太适合继续通过调节实际电磁扭矩值来调整实际功率值，可以通过调节转速来调整实际功率值，执行步骤S405。
S405：对风力发电机的转速进行调节。
当风力发电机处于功率恒定区104时，通过调节风力发电机的叶片桨距角，对风力发电机的转速进行调节，使得转速保持稳定。
较佳地，当风力发电机的运行区域切换到转速恒定区103或Cp恒定区102时，利用现有的控制方法对风力发电机进行控制。
基于上述风力发电机的控制方法，本发明实施例还提供了一种风力发电机的控制装置，该装置的内部结构的逻辑框架示意图如图5所示，包括：实际值获取模块501和判断调节模块502。
实际值获取模块501用于持续获取风力发电机的实际电磁扭矩值和实际功率值。
判断调节模块502用于判断当前的实际电磁扭矩值和当前的实际功率值，是否都达到预设的额定电磁扭矩值和预设的额定功率值；当判断结果都为是时，根据当前的实际功率值，对风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节。
较佳地，判断调节模块502具体用于判断当前的实际电磁扭矩值是否达到预设的额定电磁扭矩值；当判断结果为是时，进一步判断当前的实际功率值是否达到预设的额定功率值。
较佳地，判断调节模块502具体用于根据当前的实际功率值与额定功率值的比例，对风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节，使得风力风电机的转速保持恒定。
较佳地，判断调节模块502具体用于根据当前的实际功率值与额定功率值的比例，确定出当前的实际电磁扭矩值与额定电磁扭矩值的电磁扭矩差值；根据该电磁扭矩差值，对风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节。
较佳地，判断调节模块502具体用于根据当前的实际功率值与额定功率值的比例，确定出当保持转速恒定时当前的实际电磁扭矩值与额定电磁扭矩值的电磁扭矩差值。
较佳地，判断调节模块502具体用于当当前的实际功率值升高时，根据作为电磁扭矩差值的电磁扭矩增大值，对风力发电机的实际电磁扭矩值进行增大调节；当当前的实际功率值降低时，根据作为电磁扭矩差值的电磁扭矩减小值，对风力发电机的实际电磁扭矩值进行减小调节。
较佳地，判断调节模块502还用于根据当前的实际功率值与额定功率值的比例，确定出当前的实际电磁扭矩值与额定电磁扭矩值的比例；根据当前的实际电磁扭矩值与额定电磁扭矩值的比例，对风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节。
较佳地，判断调节模块502具体用于当判断结果为当前的实际电磁扭矩值未达到额定电磁扭矩值时，继续判断下一个实际电磁扭矩值是否达到额定电磁扭矩值；和/或，当判断出当前的实际功率值未达到额定功率值时，继续判断下一个实际功率值是否达到额定功率值。
较佳地，判断调节模块502具体用于：对风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节之后，判断调节后的实际电磁扭矩值是否处于预设的电磁扭矩范围内；当判断出调节后的实际电磁扭矩值处于电磁扭矩范围内时，进一步判断调节后的实际电磁扭矩值和对应的实际功率值是否都达到预设的额定电磁扭矩值和预设的额定功率值；当判断出调节后的实际电磁扭矩值未处于电磁扭矩范围内时，对风力发电机的转速进行调节。
上述实际值获取模块501和判断调节模块502功能的实现方法，可以参考如上述图3和图4的流程步骤的具体内容，此处不再赘述。
基于本发明实施例的上述风力发电机的控制方法，本发明实施例还提供了一种风力发电机的控制设备，该设备的内部结构的框架示意图如图6所示，包括：存储器601和处理器602。
本发明实施例的风力发电机的控制设备还包括至少一个程序，该至少一个程序，存储于存储器601中，用于被处理器602执行时实现下述步骤：
持续获取风力发电机的实际电磁扭矩值和实际功率值；
判断当前的实际电磁扭矩值和当前的实际功率值，是否都达到预设的额定电磁扭矩值和预设的额定功率值；
当判断结果都为是时，根据当前的实际功率值对风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节。
较佳地，至少一个程序在实现判断当前的实际电磁扭矩值和当前的实际功率值，是否都达到预设的额定电磁扭矩值和预设的额定功率值的过程中，具体实现下述步骤：
判断当前的实际电磁扭矩值是否达到预设的额定电磁扭矩值；
当判断结果为是时，进一步判断当前的实际功率值是否达到预设的额定功率值。
较佳地，至少一个程序在实现根据当前的实际功率值，对风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节的过程中，具体实现下述步骤：
根据当前的实际功率值与额定功率值的比例，对风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节，使得风力风电机的转速保持恒定。
较佳地，至少一个程序在实现根据当前的实际功率值与额定功率值的比例，对风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节的过程中，具体实现下述步骤：
根据当前的实际功率值与额定功率值的比例，确定出当前的实际电磁扭矩值与额定电磁扭矩值的电磁扭矩差值；
根据电磁扭矩差值，对风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节。
较佳地，至少一个程序在实现根据当前的实际功率值与额定功率值的比例，确定出当前的实际电磁扭矩值与额定电磁扭矩值的电磁扭矩差值的过程中，具体实现下述步骤：
根据当前的实际功率值与额定功率值的比例，确定出当保持转速恒定时当前的实际电磁扭矩值与额定电磁扭矩值的电磁扭矩差值。
较佳地，至少一个程序在实现根据电磁扭矩差值，对风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节的过程中，具体实现下述步骤：
当当前的实际功率值升高时，根据作为电磁扭矩差值的电磁扭矩增大值，对风力发电机的实际电磁扭矩值进行增大调节；
当当前的实际功率值降低时，根据作为电磁扭矩差值的电磁扭矩减小值，对风力发电机的实际电磁扭矩值进行减小调节。
较佳地，至少一个程序在实现根据当前的实际功率值与额定功率值的比例对风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节的过程中，还实现下述步骤：
根据当前的实际功率值与额定功率值的比例，确定出当前的实际电磁扭矩值与额定电磁扭矩值的比例；
根据当前的实际电磁扭矩值与额定电磁扭矩值的比例，对风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节。
较佳地，至少一个程序还实现下述步骤：
当判断结果为当前的实际电磁扭矩值未达到额定电磁扭矩值时，继续判断下一个实际电磁扭矩值是否达到额定电磁扭矩值；和/或
当判断出当前的实际功率值未达到额定功率值时，继续判断下一个实际功率值是否达到额定功率值。
较佳地，至少一个程序在实现对风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节之后，还用于具体实现下述步骤：
判断调节后的实际电磁扭矩值是否处于预设的电磁扭矩范围内；
当判断出调节后的实际电磁扭矩值处于电磁扭矩范围内时，进一步判断调节后的实际电磁扭矩值和对应的实际功率值是否都达到预设的额定电磁扭矩值和预设的额定功率值；
当判断出调节后的实际电磁扭矩值未处于电磁扭矩范围内时，对风力发电机的转速进行调节。
本发明实施例中，当风力发电机当前的实际电磁扭矩值达到预设的额定电磁扭矩值、并且当前的实际功率值达到预设的额定功率值时，说明风力发电机进入了本发明实施例的额定功率控制区201；在额定功率控制区中，主要通过调节实际电磁扭矩值就可以及时减小实际转速的波动，与现有的PID控制转速的方法相比，大大减少了控制滞后时间，更加高效快捷，并且减小了实际功率值的波动，更加稳定。即使风速突然升高，叶片吸收到的风能突然变大，也能够保持转速较为稳定，可以大大降低因转速超速触发过速故障导致停机的几率，大大减少大风时的停机导致的发电量损失。即使当风速突然降低时，叶片吸收到的风能突然变小，也能够保持转速较为稳定，大大降低风力发电机进入转速恒定区的几率，从而降低输出功率值下降的概率，减少对发电量的影响。
而且，本发明实施例中，根据当前的实际功率值与额定功率值的比例，对风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节，使得风力风电机的转速保持恒定。与PID控制转速的方法相比，大大减少了控制滞后时间，更加高效快捷，并且能够保持实际功率值较为稳定。即使风速突然升高，叶片吸收到的风能突然变大，也能够保持转速恒定，可以防止因转速超速触发过速故障导致的停机，可以防止大风时的停机导致的发电量损失。即使当风速突然降低时，叶片吸收到的风能突然变小，也能够保持转速恒定，防止风力发电机进入转速恒定区，从而防止输出功率值下降，大大减少对发电量的影响。
进一步，本发明实施例中，还设置了电磁扭矩范围，当判断出当前的实际电磁扭矩值处于电磁扭矩范围内时，若当前的实际电磁扭矩值和当前的实际功率值都达到预设的额定电磁扭矩值和预设的额定功率值，则对风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节，使得转速稳定；当判断出当前的实际电磁扭矩值未处于电磁扭矩范围内时，通过调节叶片桨距角、切换运行区域等技术手段对风力发电机的转速进行调节。既在电磁扭矩范围内对实际电磁扭矩值进行了微调，可以有效克服风速骤升或风速骤降对转速和输出功率等造成的影响，又可以弥补单独依靠调节叶片桨距角进行转速控制的滞后性和作用的单一性，还不会影响风力发电机的安全以及正常的区域切换。
此外，本发明实施例中，当保持叶片桨距角不变，仅对实际电磁扭矩值进行调节时，不需要对风速值进行预测，不需要进行提前调桨控制，控制速度远远快于现有控制方法；而且，利用风力发电机的转速-电磁扭矩公式，可实现自动进行转速调节的作用，不需要加入滤波阻尼等复杂的控制算法，控制步骤简化，控制速度更快，效率更高。
更优的，本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，该计算机存储介质存储有本发明实施例的风力发电机的控制方法所对应的程序。
本技术领域技术人员可以理解，本发明包括涉及用于执行本申请中所述操作中的一项或多项的设备。这些设备可以为所需的目的而专门设计和制造，或者也可以包括通用计算机中的已知设备。这些设备具有存储在其内的计算机程序，这些计算机程序选择性地激活或重构。这样的计算机程序可以被存储在设备(例如，计算机)可读介质中或者存储在适于存储电子指令并分别耦联到总线的任何类型的介质中，所述计算机可读介质包括但不限于任何类型的盘(包括软盘、硬盘、光盘、CD-ROM、和磁光盘)、ROM(Read-Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随即存储器)、EPROM(Erasable ProgrammableRead-Only Memory，可擦写可编程只读存储器)、EEPROM(Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory，电可擦可编程只读存储器)、闪存、磁性卡片或光线卡片。也就是，可读介质包括由设备(例如，计算机)以能够读的形式存储或传输信息的任何介质。
本技术领域技术人员可以理解，可以用计算机程序指令来实现这些结构图和/或框图和/或流图中的每个框以及这些结构图和/或框图和/或流图中的框的组合。本技术领域技术人员可以理解，可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专业计算机或其他可编程数据处理方法的处理器来实现，从而通过计算机或其他可编程数据处理方法的处理器来执行本发明公开的结构图和/或框图和/或流图的框或多个框中指定的方案。
本技术领域技术人员可以理解，本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本发明中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种风力发电机的控制方法，其特征在于，包括：
持续获取所述风力发电机的实际电磁扭矩值和实际功率值；
判断当前的实际电磁扭矩值和当前的实际功率值，是否都达到预设的额定电磁扭矩值和预设的额定功率值；
当判断结果都为是时，根据所述当前的实际功率值，对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节；
所述根据所述当前的实际功率值，对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节，包括：
根据所述当前的实际功率值与额定功率值的比例，对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节，使得所述风力发 电机的转速保持恒定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断当前的实际电磁扭矩值和当前的实际功率值，是否都达到预设的额定电磁扭矩值和预设的额定功率值，包括：
判断所述当前的实际电磁扭矩值是否达到预设的额定电磁扭矩值；
当判断结果为是时，进一步判断所述当前的实际功率值是否达到预设的额定功率值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前的实际功率值与额定功率值的比例，对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节，包括：
根据所述当前的实际功率值与额定功率值的比例，确定出所述当前的实际电磁扭矩值与额定电磁扭矩值的电磁扭矩差值；
根据所述电磁扭矩差值，对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前的实际功率值与额定功率值的比例，确定出所述当前的实际电磁扭矩值与额定电磁扭矩值的电磁扭矩差值，包括：
根据所述当前的实际功率值与额定功率值的比例，确定出当保持所述转速恒定时所述当前的实际电磁扭矩值与额定电磁扭矩值的电磁扭矩差值。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述电磁扭矩差值，对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节，包括：
当所述当前的实际功率值升高时，根据作为所述电磁扭矩差值的电磁扭矩增大值，对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行增大调节；
当所述当前的实际功率值降低时，根据作为所述电磁扭矩差值的电磁扭矩减小值，对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行减小调节。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前的实际功率值与额定功率值的比例，对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节，还包括：
根据所述当前的实际功率值与额定功率值的比例，确定出所述当前的实际电磁扭矩值与额定电磁扭矩值的比例；
根据所述当前的实际电磁扭矩值与额定电磁扭矩值的比例，对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
当所述判断结果为所述当前的实际电磁扭矩值未达到所述额定电磁扭矩值时，继续判断下一个实际电磁扭矩值是否达到所述额定电磁扭矩值；和/或
当判断出所述当前的实际功率值未达到所述额定功率值时，继续判断下一个实际功率值是否达到所述额定功率值。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节之后，还包括：
判断所述调节后的实际电磁扭矩值是否处于预设的电磁扭矩范围内；
当判断出所述调节后的实际电磁扭矩值处于所述电磁扭矩范围内时，进一步判断所述调节后的实际电磁扭矩值和对应的实际功率值是否都达到预设的额定电磁扭矩值和预设的额定功率值；
当判断出所述调节后的实际电磁扭矩值未处于所述电磁扭矩范围内时，对所述风力发电机的转速进行调节。
9.一种风力发电机的控制装置，其特征在于，包括：
实际值获取模块，用于持续获取所述风力发电机的实际电磁扭矩值和实际功率值；
判断调节模块，用于判断当前的实际电磁扭矩值和当前的实际功率值，是否都达到预设的额定电磁扭矩值和预设的额定功率值；当所述判断结果都为是时，根据所述当前的实际功率值，对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节；
所述判断调节模块，具体用于根据当前的实际功率值与额定功率值的比例，对风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节，使得风力发 电机的转速保持恒定。
10.一种风力发电机的控制设备，其特征在于，包括：
存储器和处理器；
至少一个程序，存储于所述存储器中，用于被所述处理器执行时实现下述步骤：
持续获取所述风力发电机的实际电磁扭矩值和实际功率值；
判断当前的实际电磁扭矩值和当前的实际功率值，是否都达到预设的额定电磁扭矩值和预设的额定功率值；
当所述判断结果都为是时，根据所述当前的实际功率值对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节；
所述至少一个程序在实现所述根据所述当前的实际功率值对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节的过程中，具体实现下述步骤：
根据所述当前的实际功率值与额定功率值的比例，对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节，使得所述风力发 电机的转速保持恒定。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述至少一个程序在实现所述根据所述当前的实际功率值与额定功率值的比例对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节的过程中，具体实现下述步骤：
根据所述当前的实际功率值与额定功率值的比例，确定出所述当前的实际电磁扭矩值与额定电磁扭矩值的电磁扭矩差值；
根据所述电磁扭矩差值，对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述至少一个程序在实现所述根据所述当前的实际功率值与额定功率值的比例确定出所述当前的实际电磁扭矩值与额定电磁扭矩值的电磁扭矩差值的过程中，具体实现下述步骤：
根据所述当前的实际功率值与额定功率值的比例，确定出当保持所述转速恒定时所述当前的实际电磁扭矩值与额定电磁扭矩值的电磁扭矩差值。
13.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述至少一个程序在实现对所述风力发电机的实际电磁扭矩值进行调节之后，还用于实现下述步骤：
判断所述调节后的实际电磁扭矩值是否处于预设的电磁扭矩范围内；
当判断出所述调节后的实际电磁扭矩值处于所述电磁扭矩范围内时，进一步判断所述调节后的实际电磁扭矩值和对应的实际功率值是否都达到预设的额定电磁扭矩值和预设的额定功率值；
当判断出所述调节后的实际电磁扭矩值未处于所述电磁扭矩范围内时，对所述风力发电机的转速进行调节。
14.一种计算机存储介质，其特征在于，存储有如上述权利要求1-8任一项方法所对应的程序。
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