CN108757306B - 一种风力发电机控制方法、装置以及风力发电机 - Google Patents

一种风力发电机控制方法、装置以及风力发电机 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种风力发电机控制方法、装置以及风力发电机，其中，该风力发电机控制方法包括：周期性获取风力发电机的实际风轮转速；根据获取的实际风轮转速对当前周期的风速进行估算，获得估算风速；根据估算风速以及当前周期的最优叶尖速比，计算风力发电机在当前周期的最优转速；将风力发电机的实际风轮转速调整至最优转速。本申请实施例能够根据外界实际风速周期性的对风力发电机进行调整，不需要在静态寻优的过程中耗费过多的时间，因此也就减少了在最终阶段浪费的风能，同时，能够更快的到达最大功率点、能够以更高的效率捕获风能以及更强的抗干扰能力。

Description

一种风力发电机控制方法、装置以及风力发电机
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体而言，涉及一种风力发电机控制方法、装置以及风力发电机。
背景技术
随着风力发电技术的不断成熟和风力发电成本的不断降低，风力发电已成为当前主要发电方式之一。风力发电是目前比较经济和容易实现大规模商业化的可再生能源，又属于绿色清洁能源。利用风力发电既可使丰富的风能自然资源造福于人类，又可减少对煤炭、石油等矿物燃料的消耗，能够缓解能源紧缺的压力，另外，还可以减少火力发电所带来的风尘、酸雨和温室效应等环境污染以及对气候的影响，有利于保护人类生存环境。
风力发电主要利用风力带动风轮叶片转动，再通过增速机将旋转的速度提升，来促使风力发电机发电。为了能够最大的捕获风能，提高风力发电机在发电过程中将风能转化为电能的效率，需要根据当前的风速对风力发电机的输出转矩进行调整。
目前风力发电机输出转矩主要采用静态寻优的方式进行控制，也即，根据当前发电机转速直接查表得到此转速对应的静态最大功率点的转矩，作为风力发电机的最终输出转矩。
采用上述控制方法存在如下缺点：首先，对于大型风机来说，最大功率点静态寻优的控制方法效率太低，当风速变化时，由于风轮叶片的转动惯量过大，需要较长时间追踪最大功率，浪费在追踪阶段可以捕获到的风能；其次，该控制方法是依据风力发电机的静态的最大功率点ω-T曲线，因此只有风机运行状态不再变化时，才能最大的捕获风能；但实际上外界风速总是在不断变化的，因此风机总是处在追踪的状态，始终无法达到最大功率点；再次，ω-T曲线是预先设定的，无法根据外部环境的变化进行实时调整；最后，由于该控制方法属于开环控制，抗干扰能力差，所以当风力发电机转速出现波动时，输出的转矩也会有相似相位和频率的波动，最终再作用于发电机，导致发电机的波动增加。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种风力发电机控制方法、装置以及风力发电机，用以解决上述问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种风力发电机控制方法，该方法包括：周期性获取风力发电机的实际风轮转速；
根据获取的实际风轮转速对当前周期的风速进行估算，获得估算风速；
根据估算风速以及当前周期的最优叶尖速比，计算风力发电机在当前周期的最优转速；
将风力发电机的实际风轮转速调整至最优转速。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中：根据获取的实际风轮转速对当前周期的风速进行估算，获得估算风速，具体包括：
根据实际风轮转速、风轮的角加速度，风力发电机的实时转矩、风轮及传动链的转动惯量以及传动轴的损耗转矩，计算风力发电机的实际气动转矩；
根据实际风轮转速、最近一个周期获得的估算风速、风轮半径以及当前空气密度，计算风力发电机的估算气动转矩；
根据实际气动转矩和估算气动转矩之间的差值，获得当前周期的估算风速。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中：根据实际风轮转速、风力发电机的实时转矩、风轮及传动链的转动惯量以及传动轴的损耗转矩，计算风力发电机的实际气动转矩，具体包括：
对实际风轮转速求时间的导数，获得风轮的角加速度
Figure BDA0001666784510000032
根据下述公式(1)计算风力发电机的实际气动转矩Taero_real：
(1)
Figure BDA0001666784510000033
其中，Tgen为风力发电机的实时转矩；J为风轮及传动链的转动惯量；Kω为风力发电机的损耗转矩；K为系数；ω为实际风轮转速。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中：根据实际风轮转速、最近一个周期获得的估算风速、风轮半径以及当前空气密度，计算风力发电机的估算气动转矩，具体包括：
根据实际风轮转速、最近一个周期获得的估算风速以及风轮半径，计算当前周期的叶尖速比；
根据当前周期的叶尖速比，以及叶片的叶尖速比-风能利用系数曲线，计算当前周期的风能利用系数；
根据当前周期的叶尖速比、当前周期的风能利用系数、当前空气密度、风轮半径以及最近一个周期获得的估算风速，计算风力发电机的估算气动转矩。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中：当前周期的叶尖速比λ满足公式(2)：
(2)
Figure BDA0001666784510000031
风力发电机的估算气动转矩Taero_est满足公式(3)：
(3)Taero_est＝0.5ρπR3v2Cp/λ
其中，ω为实际风轮转速；R为风轮半径；v为最近一个周期获得的估算风速；ρ为当前空气密度；Cp为当前周期的风能利用系数。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中：根据实际气动转矩和估算气动转矩之间的差值，获得当前周期的估算风速，具体包括：
将实际气动转矩和估算气动转矩之间的差值输入至第一比例和积分PI调节器，并将第一PI调节器的输出作为当前周期对应的估算风速。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中：根据估算风速以及当前周期的最优叶尖速比，计算风力发电机在当前周期的最优转速，具体包括：
根据下述公式(4)计算风力发电机在当前周期的最优转速ω′：
(4)
Figure BDA0001666784510000041
其中，v为估算风速；λopt为当前最优叶尖速比；R为风轮半径。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中：将风力发电机的实际风轮转速调整至最优转速，具体包括：
将风力发电机在当前周期的最优转速，以及当前周期实际风轮转速的差值输入至第二PI调节器；
根据第二PI调节器输出的调节转矩，调整风力发电机的转矩，以将风力发电机的实际风轮转速调整至最优转速。
第二方面，本发明实施例还提供一种风力发电机控制装置，包括：
获取模块，用于周期性获取风力发电机的实际风轮转速；
风速估算模块，用于根据获取的实际风轮转速对当前周期的风速进行估算，获得估算风速；
计算模块，用于根据估算风速以及当前周期的最优叶尖速比，计算风力发电机在当前周期的最优转速；
调整模块，用于将风力发电机的实际风轮转速调整至最优转速。
第三方面，本发明实施例还提供一种风力发电机，包括：风力发电机主体；风力发电机主体上安装有如第二方面的风力发电机控制装置；
风力发电机控制装置用于采用如第一方面任意一项的风力发电机控制方法控制风力发电机。
本发明实施例提供的风力发电机控制方法以及装置，会周期性的获取风力发电机的实际风轮转速，然后根据所获取的实际风轮转速对当前周期的风速进行估算，获得估算风速；然后根据获得的估算风速以及当前周期的最优叶尖速比，计算风力发电机在当前周期的最优转速，并将风力发电机的实际风轮转速调整至该最优转速。在风力发电机全发电过程中，由于会周期性的执行上述过程，因此能够根据外界实际风速周期性的对风力发电机进行调整，能够计算出在当前周期内风力发电机的最优风轮转速，并直接将风轮转速由当前风轮转速调整至最优风轮转速，不需要在静态寻优的过程中耗费过多的时间，因此也就减少了在最终阶段浪费的风能。
另外，本发明所提供的风力发电机控制方法中，对风力发电机的调整过程是根据外界实际情况进行周期性的调整的，可以避免风力发电机总是处于追踪状态，直接控制风力发电机的实际风轮转速到最优风轮转速，在单个周期内，外界风速以及风向的变化量是在误差接受范围内的，因此能够以更高的效率捕获风能。最后，本发明提供的风力发电机控制方法实际上为闭环控制，也即上一个周期的输出，作为下一个周期的输入，当风力发电机的转速在某个周期出现波动时，在下一个周期就能够将该波动进行一定的消除，从而风力发电机转速的波动对于发电机的影响更小，使得发电机在输出电能时更加的稳定。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本发明实施例所提供的一种风力发电机控制方法的流程图；
图2示出了本发明实施例所提供的风力发电机控制方法中，计算估算风速具体方法的流程图；
图3示出了本发明实施例所提供的风力发电机控制方法中，计算风力发电机的估算气动转矩具体方法的流程图；
图4示出了本发明实施例所提供的风力发电机气动转矩与风力发电机的实时转矩、风轮以及传动链的转动惯量、风轮的角加速度等因素的关系示意图；
图5示出了本发明实施例所提供的一种风力发电机控制装置的结构示意图；
图6示出了本发明实施例所提供的一种风力发电机控制系统的结构示意图；
图7示出了本发明实施例所提供的计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
目前风力发电机在最大功率跟踪阶段主要采用静态寻优的控制方式，也即，根据当前风力发电机转速直接查表得到此转速对应的静态最大功率点的转矩，作为风力发电机的最终输出转矩。本发明与现有技术不同，是根据风速估算器输出的风速和风轮叶片的理论最优叶尖速比，计算当前周期风力发电机的最优转速，并使用转速闭环来控制发电机的输出转矩，进而达到根据外部环境的变化，实时且快速控制发电机转速的目的。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种风力发电机控制方法进行详细介绍。
参见图1所示，本发明实施例所提供的风力发电机控制方法包括：
S101：周期性获取风力发电机的实际风轮转速。
在具体实现的时候，为了使得风力发电机能够最大的捕获风能，提高风力发电机在发电过程中将风能转化为电能的效率，需要将风力发电机的输出转矩调整至一个当前的最优转矩；但是实际上，外界的实际情况，例如风速、风向实际上是在不断变化的。因此，为了实现上述目的，要在外界的情况发生变化的时候，对风力发电机的输出转矩进行调整，以使风力发电机能够在不同周期，根据不同的外界情况更多的捕获风能，因此需要周期性的获取风力发电机的实际风轮转速，并根据每个周期中所捕获的实际风轮转速，计算在当前周期内风力发电机的转矩控制量，也即，周期性的对风力发电机的输出转矩进行调整。
风力发电机的实际风轮转速可以使用传感器来进行测量，例如转速传感器。风力发电机的实际风轮转速和当前实际的风速是具有一定关系的，因此在得到当前实际风轮转速后，可以根据当前实际风轮转速以及实际风轮转速和风速之间的关系，估算出当前风速，也即估算风速。
S102：根据获取的实际风轮转速对当前周期的风速进行估算，获得估算风速。
在具体实现的时候，当风轮的桨距角为0度时，风力发电机气动转矩为风轮转速和风速的函数；也即：Taero＝f(ω,v)；其中，Taero为风力发电机气动转矩；ω为风力发电机的风轮转速；v为风速。因此，在Taero和ω已知的前提下，对v进行求解，实际上就是要求取函数f的逆，即根据Taero＝f(ω,v)，求得v＝g(Taero,ω)。
同时，风力发电机气动转矩Taero又与风力发电机的实时转矩、风轮以及传动链的转动惯量、风轮的角加速度具有函数关系。因此可以通过求解当前周期内风力发电机气动转矩Taero和当前周期所获取的风力发电机的实际风轮转速，计算估算风速；其中，所构建的风力发电机气动转矩Taero与风力发电机的实时转矩、风轮以及传动链的转动惯量、风轮的角加速度等因素的关系如图4。
下面基于上述图4对估算风速的具体计算方法加以说明。
参见图2所示，本发明实施例还提供一种计算估算风速的具体方法，包括：
S201：根据所获得的实际风轮转速、风轮的角加速度、风力发电机的实时转矩、风轮及传动链的转动惯量以及传动轴的损耗转矩，计算风力发电机的实际气动转矩。
具体地，在计算风力发电机的实际气动转矩时，首先对风轮实际风轮转速求时间的导数，获得风轮的角加速度
Figure BDA0001666784510000081
其次根据下述公式(1)求得风力发电机的实际气动转矩Taero_real：
Figure BDA0001666784510000082
其中，Tgen为风力发电机实时转矩；J为风轮及传动链的转动惯量，其中，风轮和传动链为风力发电机上的结构；Kω为传动轴的损耗的转矩，其中K为系数；ω为实际风轮转速；
Figure BDA0001666784510000092
为风轮角加速度，对实际风轮转速求时间的导数得到，每个周期风轮的角加速度，要根据当前周期所获得的实际风轮转速计算得到。
S202：使用实际风轮转速、最近一个周期获得的估算风速、风轮半径以及当前空气密度，计算风力发电机的估算气动转矩。
此处，在计算风力发电机的估算气动转矩时，可以采用图3所对应的实施例的记载，该实施例包括：
S301：根据实际风轮转速、最近一个周期获得的估算风速以及风轮半径，计算当前周期的叶尖速比。
在具体实现的时候，叶尖速比是指风力发电机的风轮叶片尖端线速度与风速之比。
叶尖速比λ满足下述公式(2)：
Figure BDA0001666784510000091
其中，ω为实际风轮转速；R为风轮半径；v为最近一个周期获得的估算风速。
S302：根据当前周期的叶尖速比，以及叶片的叶尖速比-风能利用系数曲线，计算当前周期的风能利用系数。
此处，在计算当前周期的风能利用系数Cp之前，首先要获得当前风力发电机中风轮叶片的λ-Cp曲线。其中，λ为叶尖速比；Cp为风能利用系数，表示风力发电机将流经风轮界面全部的风能转化为机械能的能力。
风轮叶片的λ-Cp曲线，可以使用仿真软件建立当前风力发电机的叶片模型，然后对该叶片模型进行仿真计算得到。在得到风轮叶片的λ-Cp曲线后，再对该曲线进行拟合，得到函数Cp＝f(λ)。
在前述步骤S301中计算得到了当前周期的叶尖速比，根据当前周期的叶尖速比，以及该函数Cp＝f(λ)，就能够计算出当前周期的风能利用系数。
S303：根据当前周期的叶尖速比、当前周期的风能利用系数、当前空气密度、风轮半径以及最近一个周期获得的估算风速，计算风力发电机的估算气动转矩。
此处，风力发电机的估算气动转矩Taero_est满足如下公式(3)：
Taero_est＝0.5ρπR3v2Cp/λ (3)
其中，ω为实际风轮转速；R为风轮半径；v为最近一个周期获得的估算风速；ρ为当前空气密度；Cp为当前周期的风能利用系数。
S203：根据实际气动转矩和估算气动转矩之间的差值，获得当前周期的估算风速。
在具体实现的时候，实际气动转矩和估算气动转矩之间的差值，也即为当前最优气动转矩(估算气动转矩)和实际气动转矩之间的差值。具体可以将实际气动转矩和估算气动转矩之间的差值，输入至第一PI调节器。第一PI调节器能够根据该差值进行调解，形成当前周期的估算风速。
比例和积分调节器(proportional integral controller，PI调节器)是一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。
S103：根据估算风速以及当前周期的最优叶尖速比，计算风力发电机在当前周期的最优转速。
在具体实现的时候，可以根据下述公式(4)计算风力发电机的最优转速ω′：
Figure BDA0001666784510000111
v为根据上述步骤S102计算出来的估算风速；λopt为当前最优叶尖速比；R为风轮半径。
此处，最优叶尖速比λopt也是从S301中风轮叶片的λ-Cp曲线中获得。
S104：将风力发电机的实际风轮转速调整至最优转速。
在具体实现的时候，在将风力发电机的实际风轮转速调整至当前周期的最优转速时，可以将该最优转速以及当前周期的实际风轮转速的差值输入至第二PI调节器。第二PI调节器能够根据最优转速以及当前周期的实际风轮转速的差值，输出风力发电机的调节转矩。然后根据该第二PI调节器输出的调节转矩，调整风力发电机的转矩，以将风力发电机的实际风轮转速调整至最优转速。
本发明实施例提供的风力发电机控制方法，会周期性的获取风力发电机的实际风轮转速，然后根据所获取的实际风轮转速对当前周期的风速进行估算，获得估算风速；然后根据获得的估算风速以及当前周期的最优叶尖速比，计算风力发电机在当前周期的最优转速，并将风力发电机的实际风轮转速调整至该最优转速。在风力发电机全发电过程中，由于会周期性的执行上述过程，因此能够根据外界实际风速周期性的对风力发电机进行调整，能够计算出在当前周期内风力发电机的最优风轮转速，并直接将风轮转速由当前风轮转速调整至最优风轮转速，不需要在静态寻优的过程中耗费过多的时间，因此也就减少了在最终阶段风能的浪费。
另外，本发明所提供的风力发电机控制方法中，对风力发电机的调整过程是根据外界实际情况进行周期性的调整的，可以避免风力发电机总是处于追中状态，直接控制风力发电机的实际风轮转速到最优风轮转速，在单个周期内，外界风速以及风向的变化量是在误差接受范围内的，因此能够以更高的概率捕获风能。最后，本发明提供的风力发电机控制方法实际上为闭环控制，也即上一个周期的输出，作为下一个周期的输入，当风力发电机的转速在某个周期出现波动时，在下一个周期就能够将该波动进行一定的消除，从而风力发电机转速的波动对于发电机的影响更小，使得发电机在输出电能时更加的稳定。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了与风力发电机控制方法对应的风力发电机控制装置，由于本发明实施例中的装置解决问题的原理与本发明实施例上述风力发电机控制方法相似，因此装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。
本发明实施例提供风力发电机控制装置，参见图5所示，包括：
获取模块10，用于周期性获取风力发电机的实际风轮转速；
风速估算模块20，用于根据获取的实际风轮转速对当前周期的风速进行估算，获得估算风速；
计算模块30，用于根据估算风速以及当前周期的最优叶尖速比，计算风力发电机在当前周期的最优转速；
调整模块40，用于将风力发电机的实际风轮转速调整至最优转速。
可选地，风速估算模块20，具体用于：根据实际风轮转速、风轮的角加速度，风力发电机的实时转矩、风轮及传动链的转动惯量以及传动轴的损耗转矩，计算风力发电机的实际气动转矩；
根据实际风轮转速、最近一个周期获得的估算风速、风轮半径以及当前空气密度，计算风力发电机的估算气动转矩；
根据实际气动转矩和估算气动转矩之间的差值，获得当前周期的估算风速。
风速估算模块20，具体用于：对实际风轮转速求时间的导数，获得风轮的角加速度
Figure BDA0001666784510000121
根据下述公式(1)计算风力发电机的实际气动转矩Taero_real：
(1)
Figure BDA0001666784510000133
其中，Tgen为风力发电机的实时转矩；J为风轮及传动链的转动惯量；Kω为风力发电机的损耗转矩；K为系数；ω为实际风轮转速。
可选地，风速估算模块20，具体用于：根据实际风轮转速、最近一个周期获得的估算风速以及风轮半径，计算当前周期的叶尖速比；
根据当前周期的叶尖速比，以及叶片的叶尖速比-风能利用系数曲线，计算当前周期的风能利用系数；
根据当前周期的叶尖速比、当前周期的风能利用系数、当前空气密度、风轮半径以及最近一个周期获得的估算风速，计算风力发电机的估算气动转矩。
可选地，当前周期的叶尖速比λ满足公式(2)：
(2)
Figure BDA0001666784510000131
风力发电机的估算气动转矩Taero_est满足公式(3)：
(3)Taero_est＝0.5ρπR3v2Cp/λ
其中，ω为实际风轮转速；R为风轮半径；v为最近一个周期获得的估算风速；ρ为当前空气密度；Cp为当前周期的风能利用系数。
可选地，风速估算模块20，具体用于：将实际气动转矩和估算气动转矩之间的差值输入至第一PI调节器，并将第一PI调节器的输出作为当前周期对应的估算风速。
可选地，计算模块30，具体用于：根据下述公式(4)计算风力发电机在当前周期的最优转速ω′：
(4)
Figure BDA0001666784510000132
其中，v为估算风速；λopt为当前最优叶尖速比；R为风轮半径。
可选地，调整模块40，具体用于：将风力发电机的实际风轮转速调整至最优转速，具体包括：
将风力发电机在当前周期的最优转速，以及当前周期实际风轮转速的差值输入至第二PI调节器；
根据第二PI调节器输出的调节转矩，调整风力发电机的转矩，以将风力发电机的实际风轮转速调整至最优转速。
本发明实施例会周期性的获取风力发电机的实际风轮转速，然后根据所获取的实际风轮转速对当前周期的风速进行估算，获得估算风速；然后根据获得的估算风速以及当前周期的最优叶尖速比，计算风力发电机在当前周期的最优转速，并将风力发电机的实际风轮转速调整至该最优转速。在风力发电机全发电过程中，由于会周期性的执行上述过程，因此能够根据外界实际风速周期性的对风力发电机进行调整，能够计算出在当前周期内风力发电机的最优风轮转速，并直接将风轮转速由当前风轮转速调整至最优风轮转速，不需要在静态寻优的过程中耗费过多的时间，因此也就减少了在最终阶段风能的浪费。
另外，本发明所提供的风力发电机控制方法中，对风力发电机的调整过程是根据外界实际情况进行周期性的调整的，可以避免风力发电机总是处于追综状态，直接控制风力发电机的实际风轮转速到最优风轮转速，在单个周期内，外界风速以及风向的变化量是在误差接受范围内的，因此能够以更高的概率捕获风能。最后，本发明提供的风力发电机控制方法实际上为闭环控制，也即上一个周期的输出，作为下一个周期的输入，当风力发电机的转速在某个周期出现波动时，在下一个周期就能够将该波动进行一定的消除，从而风力发电机转速的波动对于发电机的影响更小，使得发电机在输出电能时更加的稳定。
本发明实施例还提供一种风力发电机，包括：风力发电机主体；风力发电机主体上安装有本发明实施例提供的风力发电机控制装置；
风力发电机控制装置用于采用本申请实施例提供的风力发电机控制方法控制风力发电机。
参见图6所示，本申请实施例还提供一种风力发电机控制系统。该风力发电机控制系统包括：风速估算器，用于根据当前周期获取的风力发电机的实际风轮转速进行风速估算，获得当前周期的估算风速；风速计算器，用于根据风速估算器输出的估算风速以及当前周期的最优叶尖速比，计算风力发电机在当前周期的最优转速；减法器，用于将最优转速和当前周期的实际风轮转速进行相减；第二PI调节器，用于根据减法器输出的结果，生成调节转矩，并将调节转矩输出给风力发电机，使得风力发电机的根据该调节转矩以及气动转矩调整至当前最优转速。
对应于图1中的风力发电机控制方法，本申请实施例还提供了一种计算机设备，如图7所示，该设备包括第一存储器1000、第一处理器2000及存储在该第一存储器1000上并可在该第一处理器2000上运行的计算机程序，其中，上述第一处理器2000执行上述计算机程序时实现上述风力发电机控制方法的步骤。
具体地，上述第一存储器1000和第一处理器2000能够为通用的存储器和处理器，这里不做具体限定，当第一处理器2000运行第一存储器1000存储的计算机程序时，能够执行上述风力发电机控制方法，从而解决采用静态寻优方式对风力发电机输出转矩进行控制造成的浪费追踪阶段可以捕获到的风能、始终无法达到最大功率点、无法根据外部环境的变化进行实时调整、抗干扰能力差的问题，进而达到减少追踪阶段风能浪费、能够更快的到达最大功率点、能够以更高的效率捕获风能以及抗干扰能力强的效果。
对应于图1中的风力发电机控制方法，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述风力发电机控制方法的步骤。
具体地，该存储介质能够为通用的存储介质，如移动磁盘、硬盘等，该存储介质上的计算机程序被运行时，能够执行上述风力发电机控制方法，从而解决采用静态寻优方式对风力发电机输出转矩进行控制造成的浪费追踪阶段可以捕获到的风能、始终无法达到最大功率点、无法根据外部环境的变化进行实时调整、抗干扰能力差的问题，进而达到减少追踪阶段风能浪费、能够更快的到达最大功率点、能够以更高的效率捕获风能以及抗干扰能力强的效果。
本发明实施例所提供的风力发电机控制方法、装置以及风力发电机的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种风力发电机控制方法，其特征在于，包括：周期性获取风力发电机的实际风轮转速；
根据获取的所述实际风轮转速对当前周期的风速进行估算，获得估算风速，具体包括：根据所述实际风轮转速、所述风轮的角加速度，风力发电机的实时转矩、风轮及传动链的转动惯量以及传动轴的损耗转矩，计算风力发电机的实际气动转矩；根据所述实际风轮转速、最近一个周期获得的估算风速、风轮半径以及当前空气密度，计算风力发电机的估算气动转矩；根据所述实际气动转矩和所述估算气动转矩之间的差值，获得当前周期的估算风速，具体包括：将所述实际气动转矩和所述估算气动转矩之间的差值输入至第一PI调节器，并将所述第一PI调节器的输出作为当前周期对应的估算风速；
根据估算风速以及当前周期的最优叶尖速比，计算风力发电机在当前周期的最优转速；
将所述风力发电机的所述实际风轮转速调整至所述最优转速，具体包括：将风力发电机在当前周期的最优转速，以及当前周期实际风轮转速的差值输入至第二PI调节器；根据所述第二PI调节器输出的调节转矩，调整所述风力发电机的转矩，以将所述风力发电机的所述实际风轮转速调整至所述最优转速。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述实际风轮转速、所述风轮的角加速度，风力发电机的实时转矩、风轮及传动链的转动惯量以及传动轴的损耗转矩，计算风力发电机的实际气动转矩，具体包括：
对所述实际风轮转速求时间的导数，获得风轮的角加速度
Figure FDA0002757782910000011
根据下述公式(1)计算风力发电机的实际气动转矩Taero_real：
(1)
Figure FDA0002757782910000021
其中，Tgen为风力发电机的实时转矩；J为风轮及传动链的转动惯量；Kω为风力发电机的损耗转矩；K为系数；ω为实际风轮转速。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述实际风轮转速、最近一个周期获得的估算风速、风轮半径以及当前空气密度，计算风力发电机的估算气动转矩，具体包括：
根据所述实际风轮转速、所述最近一个周期获得的估算风速以及风轮半径，计算当前周期的叶尖速比；
根据当前周期的叶尖速比，以及叶片的叶尖速比-风能利用系数曲线，计算当前周期的风能利用系数；
根据当前周期的叶尖速比、当前周期的风能利用系数、当前空气密度、风轮半径以及最近一个周期获得的估算风速，计算风力发电机的估算气动转矩。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述当前周期的叶尖速比λ满足公式(2)：
(2)
Figure FDA0002757782910000022
风力发电机的估算气动转矩Taero_est满足公式(3)：
(3)Taero_est＝0.5ρπR3v2Cp/λ；
其中，ω为实际风轮转速；R为风轮半径；v为最近一个周期获得的估算风速；ρ为当前空气密度；Cp为当前周期的风能利用系数。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于，所述根据估算风速以及当前周期的最优叶尖速比，计算风力发电机在当前周期的最优转速，具体包括：
根据下述公式(4)计算风力发电机在当前周期的最优转速ω′：
(4)
Figure FDA0002757782910000031
其中，v为所述估算风速；λopt为当前最优叶尖速比；R为风轮半径。
6.一种风力发电机控制装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于周期性获取风力发电机的实际风轮转速；
风速估算模块，用于根据获取的所述实际风轮转速对当前周期的风速进行估算，获得估算风速，具体用于：根据所述实际风轮转速、所述风轮的角加速度，风力发电机的实时转矩、风轮及传动链的转动惯量以及传动轴的损耗转矩，计算风力发电机的实际气动转矩；根据所述实际风轮转速、最近一个周期获得的估算风速、风轮半径以及当前空气密度，计算风力发电机的估算气动转矩；根据所述实际气动转矩和所述估算气动转矩之间的差值，获得当前周期的估算风速；具体用于：将所述实际气动转矩和所述估算气动转矩之间的差值输入至第一PI调节器，并将所述第一PI调节器的输出作为当前周期对应的估算风速；
计算模块，用于根据估算风速以及当前周期的最优叶尖速比，计算风力发电机在当前周期的最优转速；
调整模块，用于将所述风力发电机的所述实际风轮转速调整至所述最优转速；具体用于：将风力发电机在当前周期的最优转速，以及当前周期实际风轮转速的差值输入至第二PI调节器；根据所述第二PI调节器输出的调节转矩，调整所述风力发电机的转矩，以将所述风力发电机的所述实际风轮转速调整至所述最优转速。
7.一种风力发电机，其特征在于，包括：风力发电机主体；所述风力发电机主体上安装有如权利要求6所述的风力发电机控制装置；
所述风力发电机控制装置用于采用如权利要求1-5任意一项所述的风力发电机控制方法控制所述风力发电机。
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