CN110486226A - 风力发电机组寻优方法、控制方法和风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种风力发电机组寻优方法、控制方法和风力发电机组，涉及风力发电领域。该寻优方法包括：获取第一预设时间内的多个风速值，当第一预设时间内的最大风速值小于预设风速值时，使风力发电机组的桨距角值在预设范围内改变，获取多个风速值对应的风力发电机组的功率值范围，将功率值范围按预设规则划分为多个不同的功率等级，输出每个功率等级中的最小风速值对应的桨距角值。该寻优方法能够有效改善寻优过程复杂，耗费时间长的问题。

Description

风力发电机组寻优方法、控制方法和风力发电机组

技术领域

本发明涉及风力发电领域，具体而言，涉及一种风力发电机组寻优方法、控制方法和风力发电机组。

背景技术

随着全球能源危机爆发以及生态环境日益严重，可再生能源的开发与发展已得到了世界各国的广泛关注。风力发电技术已逐步发展为应用最为广泛的可再生能源发电形式之一。

风力发电系统通过采用变桨距风力机可以实现发电系统在高风速范围内保持额定功率输出，在中低风速下通过控制电机转速实现机组对风能的最大功率捕获。

风机叶片自动寻优方法是为了尽可能维持风力发电机组保持在最优工作状态，同时减少人工调试的可能。现有技术中，叶片寻优方法通常利用风能利用系数的变化进行寻优。由于影响风能利用系数的因素较多，因此，现有技术中的叶片寻优方法过程复杂，寻优过程耗费时间长。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种风力发电机组寻优方法，该寻优方法能够有效的改善寻优过程复杂，耗费时间长的问题。

本发明的目的包括，例如，还提供了一种风力发电机组控制方法，该控制方法包括上述提到的寻优方法，该控制方法同样能够有效的改善寻优过程中复杂，耗费时间长的问题。

本发明的目的包括，例如，还提供了一种风力发电机组，该风力发电机组能够有效的改善寻优过程复杂，耗费时间长的问题。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明实施例提供一种风力发电机组寻优方法，包括：

获取第一预设时间内的多个风速值；

当所述第一预设时间内的最大风速值小于预设风速值时，使风力发电机组的桨距角值在预设范围内改变；

获取所述多个风速值对应的风力发电机组的功率值范围；

将所述功率值范围按预设规则划分为多个不同的功率等级；

输出每个所述功率等级中的最小风速值对应的桨距角值。

在可选的实施方式中，所述使风力发电机组的桨距角值在预设范围内改变的步骤，包括：

使风力发电机组的桨距角值每间隔第二预设时间在所述预设范围内改变一次。

在可选的实施方式中，所述使风力发电机组的桨距角值每间隔第二预设时间在预设范围内改变一次的步骤，包括：

使风力发电机组的桨距角值每间隔第二预设时间在预设范围内按固定步长改变一次。

在可选的实施方式中，所述固定步长为a，0°＜a≤1°，所述第二预设时间为b，0min＜b≤10min。

在可选的实施方式中，所述将所述功率值范围按预设规则划分为多个不同的功率等级的步骤，包括：

将所述功率值范围按预设规则划分为多个功率值子范围；

获取每个所述功率值子范围内的多个功率值的平均功率值，使多个不同的所述平均功率值形成不同的功率等级。

在可选的实施方式中，在所述将所述功率值范围按预设规则划分为多个功率值子范围的步骤与所述获取每个所述功率值子范围内的多个功率值的平均功率值的步骤之间，所述将所述功率值范围按预设规则划分为多个不同的功率等级的步骤，还包括：

剔除每个所述功率值子范围内的多个功率值中的无效功率值。

在可选的实施方式中，所述风力发电机组的数量为多个，所述寻优方法还包括：

当所述第一预设时间内的最小风速值大于或等于所述预设风速值时，使多个所述风力发电机组的功率值均为额定功率值；

获取每个所述风力发电机组在预设风速范围内，不同风速值对应的桨距角值；

在多个所述风力发电机组中，确定在相同风速值时，对应的桨距角值最大的风力发电机组。

在可选的实施方式中，所述预设范围为c，-3°≤c≤3°。

第二方面，本发明实施例提供一种风力发电机组控制方法，包括上述提到的寻优方法，当所述第一预设时间内的最大风速值小于预设风速值时，控制所述风力发电机组的桨距角值为在对应的功率等级中，最小风速值对应的桨距角值。

第三方面，本发明实施例提供一种风力发电机组，包括风速传感器和控制器，所述风速传感器与所述控制器通信；

所述风速传感器用于在第一预设时间内获取多个风速值；

所述控制器用于当所述第一预设时间内的最大风速值小于预设风速值时，使风力发电机组的桨距角值在预设范围内改变，获取在所述多个风速值对应的风力发电机组的功率值范围，将所述功率值范围按预设规则划分为多个不同的功率等级，输出每个所述功率等级中的最小风速值对应的桨距角值。

本发明实施例的有益效果包括，例如：

本发明实施例提供了一种风力发电机组寻优方法，输出不同功率等级中的最小风速值对应的桨距角值，该桨距角值为各个功率等级中的最佳桨距角值。可以理解的是，在同等的功率等级中，风力发电机组在最佳桨距角值时，能够依靠最小的风速输出相同的发电功率，发电性能良好。相比于利用风能系数对风机进行寻优，其干扰因素少，寻优过程简单，寻优过程耗费的时间短。因此，该寻优方法能够有效的改善寻优过程复杂，耗费时间长的问题。

本发明实施例还提供了一种风力发电机组控制方法，包括上述提到的寻优方法，同样能够有效的改善寻优过程复杂，耗费时间长的问题。

本发明实施例还提供了一种风力发电机组，该控制器能够输出不同功率等级中的最小风速值对应的桨距角值，该桨距角值为各个功率等级中的最佳桨距角值。可以理解的是，在同等的功率等级中，风力发电机组在最佳桨距角值时，能够依靠最小的风速输出相同的发电功率，发电性能良好。相比于利用风能系数对风机进行寻优，其干扰因素少，寻优过程简单，寻优过程耗费的时间短。因此，该风力发电机组能够有效的改善寻优过程复杂，耗费时间长的问题。

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为本发明实施例提供的风力发电机组寻优方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的在同一个风机发电机组在各个功率等级中，最小风速值对应的桨距角值的连线图；

图3为发明实施例提供的额定功率为2000kw时，多个风力发电机组的桨距角值与风速值的关系图。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

请参照图1和图2，本实施例提供了一种风力发电机组寻优方法，该寻优方法包括：

S11：获取第一预设时间内的多个风速值；

S12：当第一预设时间内的最大风速值小于预设风速值时，使风力发电机组的桨距角值在预设范围内改变；

S13：获取多个风速值对应的风力发电机组的功率值范围；

S14：将功率值范围按预设规则划分为多个不同的功率等级；

S15：输出每个功率等级中的最小风速值对应的桨距角值。

可以理解的是，在实际使用过程中，随着风速的增大，风力发电机组的叶片旋转速度会增大。也就是说，风力发电机组的输出功率在到达额定功率前，会随着风速的增大而增大。

在本实施例中，当第一预设时间内的最大风速值小于预设风速值时，即该风力发电机组处于未达到额定功率的状态。

请参照图2，图2示意了同一个风力发电机组在多个功率等级中，每个功率等级对应的不同的风速值范围。在本实施例中，输出每个功率等级中的最小风速值的桨距角值，该桨距角值为各个功率等级中的最佳桨距角值(即图2中的凸点)。可以理解的是，在相同的功率等级中，风力发电机组在最佳桨距角值时，能够在风速最小时输出相同的发电功率，发电性能良好。相比于现有技术利用风能系数对风力发电机组进行寻优，本实施例的寻优过程干扰因素少，寻优过程简单，寻优过程耗费的时间短，能够有效的改善寻优过程复杂，耗费时间长的问题。

需要说明的是，在本实施例中，由于功率值是跟随风速的变化而不断变化的。每个功率等级中的功率值并非是相等的，而是某个功率值范围内多个功率值形成一个功率等级。例如，图2中所示的100KW的功率等级中，可以包含的功率值有100KW、95KW、80KW、105KW、110KW、120KW等。

在本实施例中，100KW的功率等级包括100±20KW的功率值，类似的，200KW的功率等级包括200KW±20KW的功率值，300KW、500KW等功率等级包括的功率值依次类推。

具体的，在本实施例中，将功率值范围按预设规则划分为多个不同的功率等级的步骤，包括：

将功率值范围按预设规则划分为多个功率值子范围；

获取每个功率值子范围内的多个功率值的平均功率值，使多个不同的平均功率值形成不同的功率等级。

可以理解的是，随着风速的变化，风力发电机组的功率在不断的变化。在第一预设时间内，能够获取多个功率值，多个功率值能够形成一个整体功率值范围。在本实施例中，将整体功率值范围按预设规则划分为多个功率值子范围。

具体的，在本实施例中，预设规则为上述提到的根据100KW±20KW、200KW±20KW等的规则划分为不同的功率值子范围，然后求出每个功率值子范围内的多个功率值的平均值，使得多个不同的平均功率值形成不同的功率等级。需要说明的是，在其它实施例中，预设规定也可以是根据100KW±10KW、100KW±20KW、200KW±10KW、200KW±20KW等规则划分不同的功率值子范围。

可以理解的是，在本实施例中，图2中的100KW、200KW、300KW等功率等级是由最后形成的平均功率值而定的。在其它实施例中，根据不同的平均功率值，功率等级也可以划分为120KW、150KW、220KW等功率等级。

需要说明的是，在本实施例中，在将功率值范围按预设规则划分为多个功率值子范围的步骤与获取每个功率值子范围内的多个功率值的平均功率值的步骤之间，将功率值范围按预设规则划分为多个不同的功率等级的步骤，还包括：

剔除每个功率值子范围内的多个功率值中的无效功率值。

也就是说，在本实施例中，如果获取到的功率值不满足预设规则时，将这些功率定义为无效功率值，例如150KW、250KW等为无效功率值。在本实施例中，在对各个功率等级中的多个功率值求平均值时，需要将这些无效功率值剔除后再进行求平均值处理。

需要说明的是，在本实施例中，第一预设时间为3min。也就是说，在本实施例中，桨距角变化一次后，将在3min内持续获取风速值。在其它实施例中，第一预设时间也可以为5min、7min等。

请参照图1和图2，在本实施例中，预设范围为c，-3°≤c≤3°。

也就是说，在本实施例中，桨距角值在-3°～3°的范围内变化。

具体的，在本实施例中，使风力发电机组的桨距角值在预设范围内改变的步骤，包括：

使风力发电机组的桨距角值每间隔第二预设时间在预设范围内改变一次。

可以理解的是，在本实施例中，桨距角值是按一定的频率变化的。第二预设时间为b，0min＜b≤10min，在本实施例中，第二预设时间大于第一预设时间，具体的，第二预设时间为5min。也就是说，在本实施例中，桨距角值每间隔5min就会改变一次，然后持续3min获取对应的风速值和功率值。在其它实施例中，第二预设时间也可以为3min、7min、10min等。

另外，在本实施例中，使风力发电机组的桨距角值每间隔第二预设时间在预设范围内改变一次的步骤，包括：

使风力发电机组的桨距角值每间隔第二预设时间在预设范围内按固定步长改变一次。

固定步长为a，0°＜a≤1°。具体的，在本实施例中，固定步长为0.5°。也就是说，桨距角值在预设范围内每次会增加或减少0.5°。例如，桨距角值在变化前处于0°，在随后的第一预设时间内，获取风速值和功率值，经过第二预设时间后，桨距角值变化为0.5°，然后再获取风速值和功率值。在其它实施例中，固定步长也可以为0.3°、0.7°、1°等。

需要说明的是，在本实施例中，预设风速值选用10m/s。在其它实施例中，预设风速值也可以选用12m/s、8m/s等。

可以理解的是，风力发电机组的功率值随着风速的增大而增加。当实际的风速值大于或等于预设风速值时，所有风力发电机组的功率均能够到达额定功率，也就是此时所有风力发电机组输出的发电功率是一样的。在此基础上，本实施例提供的寻优方法，还能够寻找到所有风力发电机组中的性能最优的一台。

具体的，请参照图1和图3，风力发电机组的数量为多个，寻优方法还包括：

S16：当第一预设时间内的最小风速值大于或等于预设风速值时，使多个风力发电机组的功率值均为额定功率值；

S17：获取每个风力发电机组在预设风速范围内，不同风速值对应的桨距角值；

S18：在多个风力发电机组中，确定在相同风速值时，对应的桨距角值最大的风力发电机组。

需要说明的是，在实际使用过程中，桨距角值越大，意味着风力发电机组中的叶片的迎风面越小。也就是说，在本实施例中，在图3所示的示意图中，在相同风速值时，桨距角值最大的风力发电机组的迎风面最小，但是依然能够输出额定功率，判定为该风力发电机组的性能最优。

需要说明的是，本实施例中，图3仅表示额定功率为2000KW的多个风力发电机组的功率曲线。在其它实施例中，也可以得到额定功率为其它功率值的多个风力发电机组的功率曲线，从而确定在该额定功率时，性能最优的风力发电机组。具体的，在本实施例中，工作人员结合能量管理平台可以直接调出各个风力发电机组的功率曲线，结合功率曲线寻找到全场性能最优的风力发电机组。

本实施例还提供了一种风力发电机组控制方法，包括上述提到的寻优方法，当第一预设时间内的最大风速值小于预设风速值时，控制风力发电机组的桨距角值为在对应的功率等级中，最小风速值对应的桨距角值。

可以理解的是，在本实施例中，在每个功率等级中，最小风速值对应的桨距角值为在该功率等级中的最佳桨距角值。该控制方法能够根据上述寻优方法输出的最佳桨距角值，在风力发电机组处于不同功率等级时，使对应的风力发电机组调节到最佳桨距角。也就是说，此时的风力发电机组能够以最小的风速值输出相应功率等级的发电功率。

本实施例还提供了一种风力发电机组，该风力发电机组包括风速传感器和控制器。风速传感器与控制器通信。风速传感器用于在第一预设时间内获取多个风速值。控制器用于当第一预设时间内的最大风速值小于预设风速值时，使风力发电机组的桨距角值在预设范围内改变，获取多个风速值对应的风力发电机组的功率值范围，将功率值范围按预设规则划分为多个不同的功率等级，输出每个功率等级中的最小风速值对应的桨距角值。

该控制器能够输出不同功率等级中的最小风速值的桨距角值，该桨距角值为各个功率等级中的最佳桨距角值。可以理解的是，在同等的功率等级中，风力发电机组在最佳桨距角值时，能够依靠最小的风速值输出相同的发电功率，发电性能良好。相比于利用风能系数对风机进行寻优，其干扰因素少，寻优过程简单，寻优过程耗费的时间短。因此，该风力发电机组同样能够改善寻优过程复杂，耗费时间长的问题。

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，可轻易想到的变化或替换，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以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种风力发电机组寻优方法，其特征在于，包括：

获取第一预设时间内的多个风速值；

当所述第一预设时间内的最大风速值小于预设风速值时，使风力发电机组的桨距角值在预设范围内改变；

获取所述多个风速值对应的风力发电机组的功率值范围；

将所述功率值范围按预设规则划分为多个不同的功率等级；

输出每个所述功率等级中的最小风速值对应的桨距角值。

2.根据权利要求1所述的寻优方法，其特征在于，所述使风力发电机组的桨距角值在预设范围内改变的步骤，包括：

使风力发电机组的桨距角值每间隔第二预设时间在所述预设范围内改变一次。

3.根据权利要求2所述的寻优方法，其特征在于，所述使风力发电机组的桨距角值每间隔第二预设时间在预设范围内改变一次的步骤，包括：

使风力发电机组的桨距角值每间隔第二预设时间在预设范围内按固定步长改变一次。

4.根据权利要求3所述的寻优方法，其特征在于，所述固定步长为a，0°＜a≤1°，所述第二预设时间为b，0min＜b≤10min。

5.根据权利要求1所述的寻优方法，其特征在于，所述将所述功率值范围按预设规则划分为多个不同的功率等级的步骤，包括：

将所述功率值范围按预设规则划分为多个功率值子范围；

获取每个所述功率值子范围内的多个功率值的平均功率值，使多个不同的所述平均功率值形成不同的功率等级。

6.根据权利要求5所述的寻优方法，其特征在于，在所述将所述功率值范围按预设规则划分为多个功率值子范围的步骤与所述获取每个所述功率值子范围内的多个功率值的平均功率值的步骤之间，所述将所述功率值范围按预设规则划分为多个不同的功率等级的步骤，还包括：

剔除每个所述功率值子范围内的多个功率值中的无效功率值。

7.根据权利要求1所述的寻优方法，其特征在于，所述风力发电机组的数量为多个，所述寻优方法还包括：

当所述第一预设时间内的最小风速值大于或等于所述预设风速值时，使多个所述风力发电机组的功率值均为额定功率值；

获取每个所述风力发电机组在预设风速范围内，不同风速值对应的桨距角值；

在多个所述风力发电机组中，确定在相同风速值时，对应的桨距角值最大的风力发电机组。

8.根据权利要求1-7任一项所述的寻优方法，其特征在于，所述预设范围为c，-3°≤c≤3°。

9.一种风力发电机组控制方法，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的寻优方法，当所述第一预设时间内的最大风速值小于预设风速值时，控制所述风力发电机组的桨距角值为在对应的功率等级中，最小风速值对应的桨距角值。

10.一种风力发电机组，其特征在于，包括风速传感器和控制器，所述风速传感器与所述控制器通信；

所述风速传感器用于在第一预设时间内获取多个风速值；

所述控制器用于当所述第一预设时间内的最大风速值小于预设风速值时，使风力发电机组的桨距角值在预设范围内改变，获取在所述多个风速值对应的风力发电机组的功率值范围，将所述功率值范围按预设规则划分为多个不同的功率等级，输出每个所述功率等级中的最小风速值对应的桨距角值。