CN109681380A - 用于调整最小桨距角位置的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于对风力发电机组的叶片的最小桨距角的位置进行调整的方法及装置，其中，所述方法包括：获取风力发电机组在预定风速以所述最小桨距角运行的输出功率，其中，所述预定风速低于使风力发电机组正常运行的额定风速；当所述输出功率小于风力发电机组在预定风速以所述最小桨距角运行的最优输出功率时，在预定范围内对所述最小桨距角的位置进行调整，以使得所述输出功率接近或等于所述最优输出功率。采用本发明所述的方法及装置可有效地消除因风力发电机组的加工、安装和调试对最小桨距角的位置所造成的误差，以便为后续的风力发电机组的变桨操作提供更为准确的变桨基准。

Description

用于调整最小桨距角位置的方法及装置
技术领域
本申请涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种用于对风力发电机组的叶片的最小桨距角的位置进行调整的方法及装置。
背景技术
通常，风力发电机组的叶片的最小桨距角的零刻度线位置是通过人工方式来被确定的(例如，根据叶片的待安装轮毂孔位在叶轮内标记最小桨距角的位置)，因而，在风力发电机组的实际加工和安装过程中，叶片的加工误差、安装误差以及零刻度线位置误差都会导致在最小桨距角的标记位置与最小桨距角的真正位置之间产生误差。此外，在风力发电机组的上电调试过程中，通过人工方式调节叶片至最小桨距角的标记位置(例如，将叶片上标记的零刻度线位置与待安装轮毂内标记的相应的零刻度线位置对齐)也会导致在最小桨距角的标记位置与最小桨距角的真正位置之间产生误差。
因此，迫切需要一种能够消除上述误差的方法及装置，以便为后续的风力发电机组的变桨操作提供更为准确的变桨基准。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于对风力发电机组的叶片的最小桨距角的位置进行调整的方法及装置，以消除因风力发电机组的加工、安装和调试对最小桨距角的位置所造成的误差。
据本发明的一方面，提供一种用于对风力发电机组的叶片的最小桨距角的位置进行调整的方法，所述方法包括：获取风力发电机组在预定风速以所述最小桨距角运行的输出功率，其中，所述预定风速低于使风力发电机组正常运行的额定风速；当所述输出功率小于风力发电机组在预定风速以所述最小桨距角运行的最优输出功率时，在预定范围内对所述最小桨距角的位置进行调整，以使得所述输出功率接近或等于所述最优输出功率。
据本发明的另一方面，提供一种用于对风力发电机组的叶片的最小桨距角的位置进行调整的装置，所述装置包括：功率输出单元，获取风力发电机组在预定风速以所述最小桨距角运行的输出功率，其中，所述预定风速低于使风力发电机组正常运行的额定风速；位置调整单元，当所述输出功率小于风力发电机组在预定风速以所述最小桨距角运行的最优输出功率时，在预定范围内对所述最小桨距角的位置进行调整，以使得所述输出功率接近或等于所述最优输出功率。
据本发明的另一方面，提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序在被处理器执行时，实现如前面所述的用于对风力发电机组的叶片的最小桨距角的位置进行调整的方法。
据本发明的另一方面，提供一种计算机设备，所述计算机设备包括：处理器；存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如前面所述的用于对风力发电机组的叶片的最小桨距角的位置进行调整的方法。
上述方法及装置可有效地消除因风力发电机组的加工、安装和调试对最小桨距角的位置所造成的误差，以便为后续的风力发电机组的变桨操作提供更为准确的变桨基准，从而使得风力发电机组能够最大限度地吸收风能，降低风力发电机组的切入风速，扩大风力发电机组的发电风速范围，并且提升风力发电机组在相同风速下的发电量及发电总量。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1是示出根据本发明的示例性实施例的用于对风力发电机组的叶片的最小桨距角的位置进行调整的方法的流程图；
图2是示出根据本发明的示例性实施例的用于对风力发电机组的叶片的最小桨距角的位置进行调整的装置的结构框图；
图3是示出根据本发明的示例性实施例的由风力发电机组的制造商提供的风力发电机组的功率曲线图，其中，所述功率曲线图指示在所述最小桨距角的位置不存在误差的情况下风力发电机组以所述最小桨距角运行的最优输出功率随风速的变化。
具体实施方式
本发明的总体构思在于，由于风力发电机组在达到额定功率之前是不变桨的(即，风力发电机组在达到额定功率之前将一直处于最小桨距角的位置)，因此可在风力发电机组运行至额定功率之前对最小桨距角的位置进行调整/校准，以消除因风力发电机组的加工、安装和调试等人为操作对最小桨距角的位置所造成的误差，以便为后续的风力发电机组的变桨操作提供更为准确的变桨基准。
以下，将参照附图来详细说明本发明的实施例。
图1是示出根据本发明的示例性实施例的用于对风力发电机组的叶片的最小桨距角的位置(即，最小桨距角的零刻度线位置)进行调整的方法的流程图。
在步骤110中，可获取风力发电机组在预定风速以最小桨距角运行的输出功率，其中，预定风速低于使风力发电机组正常运行的额定风速。
作为示例，可选择如图3所示的低于使风力发电机组正常运行的额定风速值V额的风速值V0作为预定风速。
在一个实施例中，如果风力发电机组的发电机扭矩是给定的(该扭矩可由风力发电机组的控制系统设置)，并且风力发电机组在预定风速以最小桨距角运行的输出功率与风力发电机组的叶轮在预定风速的角速度成正比，则风力发电机组在预定风速以最小桨距角运行的输出功率可使用如下公式计算：
Power＝Ω×T
T＝2πn
其中，Power为风力发电机组在预定风速以最小桨距角运行的输出功率，T为风力发电机组的发电机扭矩，Ω为风力发电机组的叶轮在预定风速的角速度，该角速度可随着风力发电机组的最小桨距角的位置的调整而发生变化，n为风力发电机组的叶轮在预定风速的转速(该转速可通过设置在风力发电机组中的转速传感器来被读取)。
应理解的是，上述用于获取风力发电机组的输出功率的方式仅仅只是示例性的，具体实施时，本发明并不受限于此，其它任何合适的用于获取风力发电机组的输出功率的方式均可被应用于本发明。
在步骤120中，当风力发电机组在预定风速以最小桨距角运行的输出功率小于风力发电机组在预定风速以最小桨距角运行的最优输出功率时，可在预定范围内对最小桨距角的位置进行调整，以使得风力发电机组在预定风速以最小桨距角运行的输出功率接近或等于风力发电机组在预定风速以最小桨距角运行的最优输出功率。
考虑到风力发电机组的加工、安装和调试对最小桨距角的位置所造成的误差通常在一个较小的范围内，因此，预定范围可被设置在一个较小的区间范围内，例如，3°到-3°。
作为示例，可选择在最小桨距角的位置不存在误差的情况下风力发电机组在预定风速以最小桨距角运行的输出功率作为风力发电机组在预定风速以最小桨距角运行的最优输出功率，以确保最小桨距角被校准至正确的位置。具体实施时，可根据风力发电机组的制造商提供的风力发电机组的功率曲线图来获得风力发电机组在预定风速以最小桨距角运行的最优输出功率。该功率曲线图通常被用作评估和验收风力发电机组的性能指标，并且与风力发电机组的型号相关，因此，不同型号的风力发电机组具有与其型号相应的功率曲线图。以下将结合图3对该功率曲线图作进一步的详细介绍。
图3是示出根据本发明的示例性实施例的由风力发电机组的制造商提供的风力发电机组的功率曲线图，该功率曲线图指示在最小桨距角的位置不存在误差的情况下(即，在不受最小桨距角位置误差影响的情况下)风力发电机组以最小桨距角运行的最优输出功率随风速的变化。图3中的操作点A(即，曲线的拐点)所对应的输出功率为风力发电机组在额定风速值V额以最小桨距角运行的额定功率P额。也就是说，在风力发电机组以最小桨距角运行至操作点A之前，风力发电机组是不变桨的。因此，可根据操作点A之前的功率曲线获取风力发电机组在低于额定风速值V额的风速值V0以最小桨距角运行的最优输出功率P0。可使用该最优输出功率P0来对最小桨距角的位置进行调整/校准。
在一个用于调整最小桨距角位置的实施例中，可使用迭代寻优的方式在预定范围内对最小桨距角的位置进行调整，直到风力发电机组在预定风速以最小桨距角运行的输出功率接近或等于风力发电机组在预定风速以最小桨距角运行的最优输出功率时为止。例如，假设风力发电机组的3个叶片的最小桨距角的当前位置均为0度,则可在3度到-3度的预定范围内对这3个叶片的最小桨距角的位置分别进行调整，直到风力发电机组在预定风速以最小桨距角运行的输出功率接近或等于风力发电机组在预定风速以最小桨距角运行的最优输出功率时为止。
具体实施时，可按照如下步骤来对最小桨距角的位置进行调整：
步骤1201、以最小桨距角的当前位置作为初始值来执行迭代寻优；
步骤1202、获取执行迭代寻优之后所得的最小桨距角的调整位置；
步骤1203、获取在预定风速当风力发电机组处于最小桨距角的调整位置时运行的输出功率(该输出功率可采用如前所述的用于获取风力发电机组的输出功率的方式来被获取)；
步骤1204、判断获取的输出功率与风力发电机组在预定风速以最小桨距角运行的最优输出功率之间的差是否不大于预定阈值，如果获取的输出功率与最优输出功率之间的差不大于预定阈值，则结束迭代寻优，如果获取的输出功率与最优输出功率之间的差大于预定阈值，则继续执行迭代寻优，并重复执行步骤1202至步骤1204，直到获取的输出功率与最优输出功率之间的差不大于预定阈值时为止，此时可将最小桨距角的位置确定为执行最后一次迭代寻优之后所得的最小桨距角的调整位置。
具体地，可使用包括但不限于梯度法、共轭梯度法、变度量法等算法来实现上述迭代寻优过程。
由于风力发电机组的各个叶片之间在上述迭代寻优过程中不存在耦合关系，因此在具体实施时，可针对风力发电机组的各个叶片的最小桨距角分别执行单变量迭代寻优，也可将风力发电机组的各个叶片的最小桨距角作为一个多变量组合同时执行多变量迭代寻优。作为多变量迭代寻优的一个可行方式，假设风力发电机组的3个叶片的最小桨距角所对应的变量组合可被表示为[a，b，c]，则可将该变量组合的初始位置表示为[0°，0°，0°]，并且在针对该变量组合而定义的预定范围(诸如，[3°，3°，3°]至[-3°，-3°，-3°])内针对风力发电机组的3个叶片的最小桨距角同时执行迭代寻优。
应理解的是，上述用于调整最小桨距角位置的方式也仅仅只是示例性的，具体实施时，本发明并不受限于此，只要是有助于校准最小桨距角位置的其它任何合适的方式均可被应用于本发明。
在完成上述迭代寻优之后，可将与风力发电机组的叶片的最小桨距角相应的旋转编码器清零，以确认风力发电机组的叶片的最小桨距角被调整至正确的位置，从而为后续的风力发电机组的变桨操作提供准确的变桨基准。优选地，当风力发电机组的3个叶片都被调整至正确的位置时，可确认风力发电机组的3个叶片被调整至发电量最大的角度组合，并将该角度组合作为风力发电机组的实际运行角度。
图2是示出根据本发明的示例性实施例的用于对风力发电机组的叶片的最小桨距角的位置进行调整的装置的结构框图。
参照图2，图2所示的装置可包括功率输出单元210和位置调整单元220。功率输出单元210可被用于获取风力发电机组在预定风速以最小桨距角运行的输出功率，其中，预定风速低于使风力发电机组正常运行的额定风速。位置调整单元220可被用于当风力发电机组在预定风速以最小桨距角运行的输出功率小于风力发电机组在预定风速以最小桨距角运行的最优输出功率时，在预定范围内对最小桨距角的位置进行调整，以使得风力发电机组在预定风速以最小桨距角运行的输出功率接近或等于风力发电机组在预定风速以最小桨距角运行的最优输出功率。
如前所述，在图2所示的装置中，可选择在所述最小桨距角的位置不存在误差的情况下风力发电机组在预定风速以所述最小桨距角运行的输出功率作为风力发电机组在预定风速以最小桨距角运行的最优输出功率。
如前所述，在图2所示的装置中，还包括最优功率获取单元(未示出)，最优功率获取单元可被用于根据风力发电机组的制造商提供的风力发电机组的功率曲线图来获得风力发电机组在预定风速以最小桨距角运行的最优输出功率。
如前所述，在图2所示的装置中，位置调整单元220可使用迭代寻优的方式在预定范围内对最小桨距角的位置进行调整，直到风力发电机组在预定风速以最小桨距角运行的输出功率接近或等于风力发电机组在预定风速以最小桨距角运行的最优输出功率时为止。
如前所述，在图2所示的装置中，位置调整单元220可执行如下处理来对最小桨距角的位置进行调整：
以最小桨距角的当前位置作为初始值来执行迭代寻优；
获取执行迭代寻优之后所得的最小桨距角的调整位置；
获取在预定风速当风力发电机组处于最小桨距角的调整位置时运行的输出功率；
判断获取的输出功率与风力发电机组在预定风速以最小桨距角运行的最优输出功率之间的差是否不大于预定阈值，如果获取的输出功率与最优输出功率之间的差不大于预定阈值，则结束迭代寻优，如果获取的输出功率与最优输出功率之间的差大于预定阈值，则继续执行迭代寻优，并重新获取最小桨距角的调整位置以及在处于该调整位置时的输出功率，直到获取的输出功率与最优输出功率之间的差不大于预定阈值时为止，此时可将最小桨距角的位置确定为执行最后一次迭代寻优之后所得的最小桨距角的调整位置。
如前所述，在图2所示的装置中，可使用包括但不限于梯度法、共轭梯度法、变度量法等算法来实现迭代寻优。
可以看出，通过采用上述实施过程，可有效地消除因风力发电机组的加工、安装和调试对最小桨距角的位置所造成的误差，以便为后续的风力发电机组的变桨操作提供更为准确的变桨基准，从而使得风力发电机组能够最大限度地吸收风能，降低风力发电机组的切入风速，扩大风力发电机组的发电风速范围，并且提升风力发电机组在相同风速下的发电量及发电总量。
此外，上述实施过程实现起来简单、成本低、精度高、实用性强，而且还能够在优化风力发电机组本身参数的基础上，从叶片的最佳角度方面进一步提升机组发电量，以发挥风力发电机组的最大性能。
根据本发明的示例性实施例还提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质存储有当被处理器执行时使得处理器执行根据本发明的确定风速的方法的计算机程序。该计算机可读记录介质是可存储由计算机系统读出的数据的任意数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括：只读存储器、随机存取存储器、只读光盘、磁带、软盘、光数据存储装置和载波(诸如经有线或无线传输路径通过互联网的数据传输)。
根据本发明的示例性实施例还提供一种计算机设备。该计算机设备包括处理器和存储器。存储器用于存储计算机程序。所述计算机程序被处理器执行使得处理器执行根据本发明的确定风速的方法的计算机程序。
尽管已参照优选实施例表示和描述了本申请，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本申请的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和变换。

Claims (14)

1.一种用于对风力发电机组的叶片的最小桨距角的位置进行调整的方法，其特征在于，所述方法包括：
获取风力发电机组在预定风速以所述最小桨距角运行的输出功率，其中，所述预定风速低于使风力发电机组正常运行的额定风速；
当所述输出功率小于风力发电机组在预定风速以所述最小桨距角运行的最优输出功率时，在预定范围内对所述最小桨距角的位置进行调整，以使得所述输出功率接近或等于所述最优输出功率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最优输出功率为在所述最小桨距角的位置不存在误差的情况下风力发电机组在预定风速以所述最小桨距角运行的输出功率。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，
根据风力发电机组的制造商提供的风力发电机组的功率曲线图，获得所述最优输出功率，
其中，所述功率曲线图指示在所述最小桨距角的位置不存误差的情况下风力发电机组以所述最小桨距角运行的最优输出功率随风速的变化。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在预定范围内对所述最小桨距角的位置进行调整，以使得所述输出功率接近或等于所述最优输出功率的步骤包括：
使用迭代寻优的方式在预定范围内对所述最小桨距角的位置进行调整，直到所述输出功率接近或等于所述最优输出功率时为止。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述使用迭代寻优的方式在预定范围内对所述最小桨距角的位置进行调整，直到所述输出功率接近或等于所述最优输出功率时为止的步骤包括：
(A)以所述最小桨距角的当前位置作为初始值来执行所述迭代寻优；
(B)获取每次执行所述迭代寻优之后所得的所述最小桨距角的调整位置；
(C)获取在预定风速当风力发电机组处于所述最小桨距角的调整位置时运行的输出功率；
(D)如果获取的输出功率与所述最优输出功率之间的差不大于预定阈值，则结束所述迭代寻优，否则，返回步骤(B)。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，使用梯度法、共轭梯度法和变度量法中的至少一种算法来实现所述迭代寻优。
7.一种用于对风力发电机组的叶片的最小桨距角的位置进行调整的装置，其特征在于，所述装置包括：
功率输出单元，获取风力发电机组在预定风速以所述最小桨距角运行的输出功率，其中，所述预定风速低于使风力发电机组正常运行的额定风速；
位置调整单元，当所述输出功率小于风力发电机组在预定风速以所述最小桨距角运行的最优输出功率时，在预定范围内对所述最小桨距角的位置进行调整，以使得所述输出功率接近或等于所述最优输出功率。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述最优输出功率为在所述最小桨距角的位置不存在误差的情况下风力发电机组在预定风速以所述最小桨距角运行的输出功率。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
最优功率获取单元，根据风力发电机组的制造商提供的风力发电机组的功率曲线图，获得所述最优输出功率，
其中，所述功率曲线图指示在所述最小桨距角的位置不存在误差的情况下风力发电机组以所述最小桨距角运行的最优输出功率随风速的变化。
10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述位置调整单元使用迭代寻优的方式在预定范围内对所述最小桨距角的位置进行调整，直到所述输出功率接近或等于所述最优输出功率时为止。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述位置调整单元被配置为：
(A)以所述最小桨距角的当前位置作为初始值来执行所述迭代寻优；
(B)获取每次执行所述迭代寻优之后所得的所述最小桨距角的调整位置；
(C)获取在预定风速当风力发电机组处于所述最小桨距角的调整位置时运行的输出功率；
(D)如果获取的输出功率与所述最优输出功率之间的差不大于预定阈值，则结束所述迭代寻优，否则，返回步骤(B)。
12.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述位置调整单元使用梯度法、共轭梯度法和变度量法中的至少一种算法来实现所述迭代寻优。
13.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机程序在被处理器执行时实现如权利要求1-6中的任意一项所述的用于对风力发电机组的叶片的最小桨距角的位置进行调整的方法。
14.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括：
处理器；
存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-6中的任意一项所述的用于对风力发电机组的叶片的最小桨距角的位置进行调整的方法。
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