CN110645145B - 风力发电机组的控制方法和控制设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风力发电机组的控制方法和控制设备，该控制方法包括：对风力发电机组在最大功率点跟踪MPPT阶段所对应的风速进行分仓；针对每个风速仓，确定在该风速仓下的最优增益，并建立与该风速仓内的风速对应的发电机转速与最优增益的对应关系，以基于建立的对应关系控制风力发电机组运行。采用本发明示例性实施例的风力发电机组的控制方法和控制设备，能够使风力发电机组准确追踪到最优增益。

Description

风力发电机组的控制方法和控制设备

技术领域

本发明总体上涉及风力发电技术领域，更具体地讲，涉及一种风力发电机组的控制方法和控制设备。

背景技术

大型风力发电机组在最大功率点跟踪(maximum power point tracking，MPPT)控制是以风力发电机组的最大功率曲线(或风力发电机组的最优增益Kopt)为基础的。然而在将一个机型的最大功率曲线应用到某具体风力发电机组时会存在一定的误差，另外，由于风力发电机组长时间运行以及外部环境条件变化，会使风力发电机组的实际输出功率相对于最大功率曲线发生偏移。

在现有的风力发电机组的控制策略中，主要是采用年平均空气密度，或者采取年平均气温经过计算得到年平均空气密度，然后利用年平均空气密度计算最优增益值。但上述确定最优增益值的方式存在以下缺点：一是需要获得风力发电机组的海拔，且空气密度受季节和温度影响较大，采用这种方式计算得到的最优增益值与实际值之间存在较大的偏差；二是计算最优增益需计算风能利用系数Cp，Cp是随着风速而变化的，但由于目前风力发电机组上的风速仪均设置在叶轮后，易受到尾流等影响，风速仪所测量得到的风速值不准确，导致采用上述方式在实际应用中往往无法追踪到最优增益。

发明内容

本发明的示例性实施例的目的在于提供一种风力发电机组的控制方法和控制设备，以克服上述至少一个缺点。

在一总体方面，提供一种风力发电机组的控制方法，该控制方法包括：对风力发电机组在最大功率点跟踪MPPT阶段所对应的风速进行分仓；针对每个风速仓，确定在该风速仓下的最优增益，并建立该风速仓内的风速对应的发电机转速与最优增益的对应关系，以基于建立的对应关系控制风力发电机组运行。

可选地，基于建立的对应关系控制风力发电机组运行的步骤可包括：获取风力发电机组的实时发电机转速；基于发电机转速与最优增益的对应关系，确定与获取的实时发电机转速对应的最优增益值；基于确定的最优增益值控制风力发电机组运行。

可选地，可通过以下方式确定在任一风速仓下的最优增益，并建立在该任一风速仓下发电机转速与最优增益的对应关系：基于初始最优增益值和搜索步长，将风力发电机组的输出功率作为搜索目标值，找到使得与该任一风速仓内的风速对应的输出功率的平均值达到最大的最优增益值，将找到的最优增益值确定为在该任一风速仓下的最终最优增益值；计算在最终最优增益值下与该任一风速仓内的风速对应的发电机转速；建立在该任一风速仓下发电机转速与最终最优增益值的对应关系。

可选地，基于初始最优增益值和搜索步长，将风力发电机组的输出功率作为搜索目标值，找到使得与任一风速仓内的风速对应的输出功率的平均值达到最大的最优增益值，将找到的最优增益值确定为在任一风速仓下的最终最优增益值的步骤可包括：根据初始最优增益值和搜索步长，确定多个最优增益值；根据多个最优增益值分别控制风力发电机组运行，并分别获取风力发电机组在多个最优增益值下的与任一风速仓对应的输出功率的多个平均值；确定多个平均值中的最大值，将最大值对应的最优增益值确定为在任一风速仓下的最终最优增益值。

可选地，基于初始最优增益值和搜索步长，将风力发电机组的输出功率作为搜索目标值，找到使得与任一风速仓内的风速对应的输出功率的平均值达到最大的最优增益值，将找到的最优增益值确定为在任一风速仓下的最终最优增益值的步骤可包括：(A)确定初始最优增益值，并将初始最优增益值确定为当前最优增益值；(B)根据当前最优增益值控制风力发电机组运行，并获取风力发电机组在当前最优增益值下的与任一风速仓内的风速对应的输出功率；(C)计算获取的与任一风速仓内的风速对应的输出功率的第一功率平均值；(D)确定第一功率平均值是否大于第二功率平均值，第二功率平均值为风力发电机组在上一最优增益值下的与任一风速仓内的风速对应的输出功率的平均值；(E)如果第一功率平均值大于第二功率平均值，则基于当前最优增益值和搜索步长来更新当前最优增益值，并返回执行步骤(B)；(F)如果第一功率平均值不大于第二功率平均值，则将上一最优增益值确定为在任一风速仓下的最终最优增益值。

可选地，该控制方法可还包括：确定当前搜索方向，以基于初始最优增益值和搜索步长，沿确定的当前搜索方向，找到使得与任一风速仓内的风速对应的输出功率的平均值达到最大的最优增益值。

可选地，该控制方法可还包括：确定当前搜索方向，其中，更新当前最优增益值的步骤可包括：沿当前搜索方向，基于当前最优增益值和搜索步长来更新当前最优增益值。

可选地，沿当前搜索方向，基于当前最优增益值和搜索步长来更新当前最优增益值的步骤可包括：如果当前搜索方向为正向，则将当前最优增益值与搜索步长相加，以更新当前最优增益值，如果当前搜索方向为负向，则将当前最优增益值与搜索步长相减，以更新当前最优增益值。

可选地，确定当前搜索方向的步骤可包括：确定初始搜索方向；计算风力发电机组在初始最优增益下的与任一风速仓内的风速对应的输出功率的初始功率平均值；基于初始搜索方向、初始最优增益值和搜索步长，确定下一最优增益值；计算风力发电机组在下一最优增益下的与任一风速仓内的风速对应的输出功率的第三功率平均值，并确定第三功率平均值与初始功率平均值的差值；如果差值大于零，则将初始搜索方向确定为当前搜索方向；如果差值小于零，则将初始搜索方向的反方向确定为当前搜索方向，其中，初始搜索方向可为正向和负向中的一个，初始搜索方向的反方向可为正向和负向中的另一个。

在另一总体方面，提供一种风力发电机组的控制设备，该控制设备包括：风速分仓模块，对风力发电机组在最大功率点跟踪MPPT阶段所对应的风速进行分仓；最优增益确定模块，针对每个风速仓，分别确定在各风速仓下的最优增益；对应关系建立模块，针对每个风速仓，分别建立风速仓内的风速对应的发电机转速与最优增益的对应关系；控制模块，基于建立的对应关系控制风力发电机组运行。

可选地，控制模块可获取风力发电机组的实时发电机转速，基于发电机转速与最优增益的对应关系，确定与获取的实时发电机转速对应的最优增益值，基于确定的最优增益值控制风力发电机组运行。

可选地，最优增益确定模块可通过以下方式确定在任一风速仓下的最优增益：基于初始最优增益值和搜索步长，将风力发电机组的输出功率作为搜索目标值，找到使得与任一风速仓内的风速对应的输出功率的平均值达到最大的最优增益值，将找到的最优增益值确定为在任一风速仓下的最终最优增益值，其中，对应关系建立模块可通过以下方式建立在任一风速仓下发电机转速与最优增益的对应关系：计算在最终最优增益值下与任一风速仓内的风速对应的发电机转速，建立在任一风速仓下发电机转速与最终最优增益值的对应关系。

可选地，最优增益确定模块可根据初始最优增益值和搜索步长，确定多个最优增益值，根据多个最优增益值分别控制风力发电机组运行，并分别获取风力发电机组在多个最优增益值下的与任一风速仓对应的输出功率的多个平均值，确定多个平均值中的最大值，将最大值对应的最优增益值确定为在任一风速仓下的最终最优增益值。

可选地，最优增益确定模块可确定初始最优增益值，并将初始最优增益值确定为当前最优增益值，根据当前最优增益值控制风力发电机组运行，并获取风力发电机组在当前最优增益值下的与任一风速仓内的风速对应的输出功率，计算获取的与任一风速仓内的风速对应的输出功率的第一功率平均值，确定第一功率平均值是否大于第二功率平均值，第二功率平均值为风力发电机组在上一最优增益值下的与任一风速仓内的风速对应的输出功率的平均值，如果第一功率平均值大于第二功率平均值，则基于当前最优增益值和搜索步长来更新当前最优增益值，并继续根据当前最优增益值控制风力发电机组运行，如果第一功率平均值不大于第二功率平均值，则将上一最优增益值确定为在任一风速仓下的最终最优增益值。

可选地，该控制设备可还包括：搜索方向确定模块，确定当前搜索方向，最优增益确定模块可基于初始最优增益值和搜索步长，沿确定的当前搜索方向，找到使得与任一风速仓内的风速对应的输出功率的平均值达到最大的最优增益值。

可选地，该控制设备可还包括：搜索方向确定模块，确定当前搜索方向，其中，最优增益确定模块可沿当前搜索方向，基于当前最优增益值和搜索步长来更新当前最优增益值。

可选地，如果当前搜索方向为正向，则最优增益确定模块可将当前最优增益值与搜索步长相加，以更新当前最优增益值，如果当前搜索方向为负向，则最优增益确定模块可将当前最优增益值与搜索步长相减，以更新当前最优增益值。

可选地，搜索方向确定模块可确定初始搜索方向，计算风力发电机组在初始最优增益下的与任一风速仓内的风速对应的输出功率的初始功率平均值，基于初始搜索方向、初始最优增益值和搜索步长，确定下一最优增益值，计算风力发电机组在下一最优增益下的与任一风速仓内的风速对应的输出功率的第三功率平均值，并确定第三功率平均值与初始功率平均值的差值，如果差值大于零，则将初始搜索方向确定为当前搜索方向，如果差值小于零，则将初始搜索方向的反方向确定为当前搜索方向，其中，初始搜索方向为正向和负向中的一个，初始搜索方向的反方向为正向和负向中的另一个。

在另一总体方面，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上述的风力发电机组的控制方法。

在另一总体方面，提供一种计算装置，计算装置包括：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，实现上述的风力发电机组的控制方法。

采用本发明示例性实施例的风力发电机组的控制方法和控制设备，能够使风力发电机组准确追踪到最优增益。

附图说明

通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的详细描述，本发明示例性实施例的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚。

图1示出根据本发明示例性实施例的风力发电机组的控制方法的流程图；

图2示出根据本发明示例性实施例的确定在任一风速仓下的最终最优增益值的步骤的第一示例性流程图；

图3示出根据本发明示例性实施例的确定在任一风速仓下的最终最优增益值的步骤的第二示例性流程图；

图4示出根据本发明示例性实施例的确定当前搜索方向的步骤的流程图；

图5示出根据本发明示例性实施例的风力发电机组的控制设备的框图。

具体实施方式

现在，将参照附图更充分地描述不同的示例实施例，一些示例性实施例在附图中示出。

图1示出根据本发明示例性实施例的风力发电机组的控制方法的流程图。

参照图1，在步骤S10中，对风力发电机组在最大功率点跟踪MPPT阶段所对应的风速进行分仓。

这里，风力发电机组的最大功率点跟踪MPPT阶段所对应的风速可包括从切入风速到额定风速范围内的风速。例如，可通过对上述范围内的所有风速(即，MPPT阶段所对应的风速)进行分仓，来获得多个风速仓(即，风速区间)。应理解，本领域技术人员可根据实际需要来确定风速区间的范围，例如，为了提高风力发电机组的最优增益控制精度可将风速区间的范围划分的小一些。

在步骤S20中，针对每个风速仓，确定在各风速仓下的最优增益。

优选地，针对所有风速仓中的任一风速仓，在步骤S20中可基于初始最优增益值和搜索步长，将风力发电机组的输出功率作为搜索目标值，找到使得与该任一风速仓内的风速对应的输出功率的平均值达到最大的最优增益值，将找到的最优增益值确定为在该任一风速仓下的最终最优增益值。也就是说，以初始最优增益值为搜索的初始值，以搜索步长为间隔，进行多次搜索，以搜索到使得任一风速仓对应的目标值最大的最优增益值，即，找到使得与该任一风速仓内的风速对应的输出功率的平均值达到最大的最优增益值。

应理解，上述确定最优增益的方式，可以在任意初始值条件下获得MPPT阶段在各风速仓下的最优增益，对搜索的初始值无限制，提高了追踪最优增益的灵活性。作为示例，可通过无约束迭代寻优算法，搜索MPPT阶段在各风速仓下的最优增益。但本发明不限于此，还可通过其他方式来获得MPPT阶段在各风速仓下的最优增益。

在步骤S30中，针对每个风速仓，建立该风速仓内的风速对应的发电机转速与最优增益的对应关系，以基于建立的对应关系控制风力发电机组运行。

例如，针对任一风速仓，在确定出在任一风速仓下的最终最优增益值之后，可确定在最终最优增益值下与任一风速仓内的风速对应的发电机转速，建立在任一风速仓下发电机转速与最终最优增益值的对应关系。这里，与任一风速仓内的风速对应的发电机转速可指与任一风速仓内的风速对应的发电机转速的平均值，或者，与任一风速仓内的风速对应的发电机转速还可指该任一风速仓内的风速对应的最大发电机转速，或者该任一风速仓内的最大风速对应的发电机转速。

优选地，可针对与每个风速仓内的风速分别对应的发电机转速以及与在每个风速仓下的最终最优增益值进行拟合，得到最优增益分布曲线。这里，该最优增益分布曲线反映了发电机转速与最终最优增益值之间的对应关系。

随着风力发电机组单机容量的不断增大，风力发电机组在MPPT阶段追踪最优增益时产生的偏差所引起的功率损失不断增大，这大大降低了风力发电机组的发电量。加之风力发电设备制造行业竞争激烈，“竞价上网”呼声高涨，风力发电运营厂商对风力发电机组发电效率的要求也越来越高，因此迫切需要一种可在MPPT阶段实时准确追踪最优增益，捕获最大风能，提高风力发电机组的发电效率和发电量的方法。为此，采用本发明示例性实施例的风力发电机组的控制方法，以风力发电机组的实际输出功率作为目标值，能够使得风力发电机组能够准确追踪到最优增益。

优选地，在通过上述步骤确定出发电机转速与最优增益的对应关系之后，在对风力发电机组的最优增益控制过程中可基于上述对应关系来控制风力发电机组运行。

具体说来，可获取风力发电机组的实时发电机转速，基于上述发电机转速与最优增益的对应关系，确定与获取的实时发电机转速对应的最优增益值，基于确定的最优增益值控制风力发电机组运行。例如，可基于确定的最优增益值确定与该最优增益值对应的最佳叶尖速比，以基于确定的最佳叶尖速比控制风力发电机组运行，从而使得风力发电机组在MPPT阶段能够实时追踪最佳功率点，提高风力发电机组的发电量，为精细化、智能化风力发电机组打下坚实的基础。

图2和图3分别示出了针对任一风速仓，确定在任一风速仓下的最终最优增益值的两种方式。下面参照图2和图3来分别进行介绍。

图2示出根据本发明示例性实施例的确定在任一风速仓下的最终最优增益值的步骤的第一示例性流程图。

参照图2，在步骤S201中，根据初始最优增益值和搜索步长，确定多个最优增益值。

例如，可以初始最优增益值为初始值，以搜索步长为间隔，获得多个最优增益值。作为示例，假设初始最优增益值为4，搜索步长为2，则可获得最优增益值分别为4、6、8、10、12……的多个最优增益值。这里，本领域技术人员可根据实际需要来决定基于初始最优增益值和搜索步长所确定的多个最优增益值的数量。

在步骤S202中，根据确定的多个最优增益值分别控制风力发电机组运行，并分别获取风力发电机组在多个最优增益值下的与任一风速仓对应的输出功率的多个平均值。

例如，假设多个最优增益值的数量为5个时(此时包括第一最优增益值、第二最优增益值、第三最优增益值、第四最优增益值和第五最优增益值)，可先根据第一最优增益值控制风力发电机组运行，并获取风力发电机组在第一最优增益值下的与任一风速仓对应的输出功率的平均值。再根据第二最优增益值控制风力发电机组运行，并获取风力发电机组在第二最优增益值下的与任一风速仓对应的输出功率的平均值。后续可再根据第三最优增益值、第四最优增益值、第五最优增益值控制风力发电机组运行，获得风力发电机组在第三最优增益值下的与任一风速仓对应的输出功率的平均值、风力发电机组在第四最优增益值下的与任一风速仓对应的输出功率的平均值、风力发电机组在第五最优增益值下的与任一风速仓对应的输出功率的平均值。

在步骤S203中，确定多个平均值中的最大值，将最大值对应的最优增益值确定为在任一风速仓下的最终最优增益值。

例如，针对上述多个最优增益值的数量为5个的情况，可确定5个输出功率的平均值中的最大值，假设风力发电机组在第四最优增益值下的与任一风速仓对应的输出功率的平均值为最大值，则将第四最优增益值确定为在任一风速仓下的最终最优增益值。

这里，应理解，可在步骤S202中获取风力发电机组在多个最优增益值下的与各风速仓的风速对应的输出功率，然后针对每个风速仓，分别计算在多个最优增益下与该风速仓的风速对应的输出功率的平均值，确定与该风速仓的风速对应的多个输出功率的平均值中的最大值，以将该最大值对应的最优增益值确定为在该风速仓下的最终最优增益值，以得到在各风速仓下的最终最优增益值。

例如，当风速仓的数量为10个、多个最优增益值的数量为5个时，在5个最优增益值控制下，一个风速仓对应有5组与该风速仓的风速对应的输出功率，相应地，一个风速仓对应有5个输出功率的平均值，针对每个风速仓找到5个输出功率的平均值中的最大值，从而确定出在各风速仓下的最终最优增益值。

图3示出根据本发明示例性实施例的确定在任一风速仓下的最终最优增益值的步骤的第二示例性流程图。

参照图3，在步骤S210中，确定初始最优增益值，并将确定的初始最优增益值确定为当前最优增益值。

在步骤S220中，根据当前最优增益值控制风力发电机组运行，并获取风力发电机组在当前最优增益值下的与任一风速仓内的风速对应的输出功率。

在步骤S230中，计算获取的与任一风速仓内的风速对应的输出功率的第一功率平均值。

在步骤S240中，确定第一功率平均值是否大于第二功率平均值。这里，第二功率平均值为风力发电机组在上一最优增益值下的与任一风速仓内的风速对应的输出功率的平均值。

如果第一功率平均值大于第二功率平均值，则步骤S250：基于当前最优增益值和搜索步长来更新当前最优增益值，并返回执行步骤S220。

例如，可通过将当前最优增益值与搜索步长相加或相减来更新当前最优增益值。这里，当第一功率平均值大于第二功率平均值时，可认为与任一风速仓内的风速对应的输出功率仍存在上升空间，即，输出功率未到达最大值，此时需更新当前最优增益值以进行继续搜索。

优选地，搜索步长的大小可根据搜索次数来变化，例如，随着搜索次数的增加，搜索步长的值可逐渐变小，即，每执行一次上述循环搜索过程，搜索步长的值减小相应地量。也就是说，在与任一风速仓内的风速对应的输出功率的平均值接近最大值时，提高搜索的精度。

如果第一功率平均值不大于(即，小于或等于)第二功率平均值，则执行步骤S260：将上一最优增益值确定为在任一风速仓下的最终最优增益值。

这里，当第一功率平均值不大于第二功率平均值时，可认为在上一最优增益值下与任一风速仓内的风速对应的输出功率已达到最大值，此时可停止搜索，并将上一最优增益值确定为在任一风速仓下的最终最优增益值。

应理解，图2和图3所示的确定在任一风速仓下的最终最优增益值的方式仅为示例，本发明不限于此。

优选地，根据本发明示例性实施例的风力发电机组的控制方法可还包括：确定当前搜索方向，以基于初始最优增益值和搜索步长，沿确定的当前搜索方向，找到使得与任一风速仓内的风速对应的输出功率的平均值达到最大的最优增益值。

下面参照图4来介绍确定当前搜索方向的步骤。

图4示出根据本发明示例性实施例的确定当前搜索方向的步骤的流程图。

参照图4，在步骤S40中，确定初始搜索方向。这里，初始搜索方向可为正向和负向中的一个。

在步骤S50中，计算风力发电机组在初始最优增益下的与任一风速仓内的风速对应的输出功率的初始功率平均值。

在步骤S60中，基于初始搜索方向、初始最优增益值和搜索步长，确定下一最优增益值。

例如，如果初始搜索方向为正向，则通过将初始最优增益值与搜索步长相加来获得下一最优增益值。如果初始搜索方向为负向，则通过将初始最优增益值与搜索步长相减来获得下一最优增益值。

在步骤S70中，计算风力发电机组在下一最优增益下的与任一风速仓内的风速对应的输出功率的第三功率平均值。

在步骤S80中，计算第三功率平均值与初始功率平均值的差值。

在步骤S90中，确定该差值是否大于零。

如果该差值大于零，则执行步骤S100：将初始搜索方向确定为当前搜索方向。在此情况下，可沿初始搜索方向，搜索使得与任一风速仓内的风速对应的输出功率的平均值达到最大的最优增益值。

如果该差值不大于(即，小于或等于)零，则执行步骤S110：将初始搜索方向的反方向确定为当前搜索方向。这里，初始搜索方向的反方向可为正向和负向中的另一个。在此情况下，可沿初始搜索方向的反方向，搜索使得与任一风速仓内的风速对应的输出功率的平均值达到最大的最优增益值。

针对上述确定出当前搜索方向的情况下，上述更新当前最优增益值的步骤(即，步骤S250)可包括：沿当前搜索方向，基于当前最优增益值和搜索步长来更新当前最优增益值。

例如，如果当前搜索方向为正向，则将当前最优增益值与搜索步长相加，以更新当前最优增益值，如果当前搜索方向为负向，则将当前最优增益值与搜索步长相减，以更新当前最优增益值。

这里，上述下一最优增益下的第三功率平均值可指第二次搜索时的与任一风速仓内的风速对应的输出功率的平均值，即，可基于初次搜索时的初始功率平均值与第二次搜索时的第三功率平均值来确定当前搜索方向。通过上述确定搜索方向的过程，能够对追踪最优增益的过程进行实时动态调整，提高了搜索的灵活性。

图5示出根据本发明示例性实施例的风力发电机组的控制设备的框图。

如图5所示，根据本发明示例性实施例的风力发电机组的控制设备包括：风速分仓模块10、最优增益确定模块20和对应关系建立模块30。

具体说来，风速分仓模块10对风力发电机组在最大功率点跟踪MPPT阶段所对应的风速进行分仓。

这里，风力发电机组的最大功率点跟踪MPPT阶段所对应的风速可包括从切入风速到额定风速范围内的风速。例如，风速分仓模块10可通过对上述范围内的所有风速(即，MPPT阶段所对应的风速)进行分仓，来获得多个风速仓(即，风速区间)。应理解，本领域技术人员可根据实际需要来确定风速区间的范围。

最优增益确定模块20针对每个风速仓，分别确定在各风速仓下的最优增益。

优选地，最优增益确定模块20可通过以下方式确定在任一风速仓下的最优增益：基于初始最优增益值和搜索步长，将风力发电机组的输出功率作为搜索目标值，找到使得与该任一风速仓内的风速对应的输出功率的平均值达到最大的最优增益值，将找到的最优增益值确定为在该任一风速仓下的最终最优增益值。

下面来介绍针对任一风速仓，确定在任一风速仓下的最终最优增益值的两种方式。

在一个实施例中，最优增益确定模块20可根据初始最优增益值和搜索步长，确定多个最优增益值，根据多个最优增益值分别控制风力发电机组运行，并分别获取风力发电机组在多个最优增益值下的与任一风速仓对应的输出功率的多个平均值，确定多个平均值中的最大值，将最大值对应的最优增益值确定为在任一风速仓下的最终最优增益值。

在另一实施例中，最优增益确定模块20可确定初始最优增益值，并将初始最优增益值确定为当前最优增益值，根据当前最优增益值控制风力发电机组运行，并获取风力发电机组在当前最优增益值下的与任一风速仓内的风速对应的输出功率，计算获取的与任一风速仓内的风速对应的输出功率的第一功率平均值，确定第一功率平均值是否大于第二功率平均值，第二功率平均值为风力发电机组在上一最优增益值下的与任一风速仓内的风速对应的输出功率的平均值，如果第一功率平均值大于第二功率平均值，则基于当前最优增益值和搜索步长来更新当前最优增益值，并继续根据当前最优增益值控制风力发电机组运行，如果第一功率平均值不大于第二功率平均值，则将上一最优增益值确定为在任一风速仓下的最终最优增益值。

优选地，根据本发明示例性实施例的风力发电机组的控制设备可还包括：搜索方向确定模块40，用于确定当前搜索方向。此时，最优增益确定模块20可基于初始最优增益值和搜索步长，沿确定的当前搜索方向，找到使得与任一风速仓内的风速对应的输出功率的平均值达到最大的最优增益值。

例如，搜索方向确定模块40可确定初始搜索方向，计算风力发电机组在初始最优增益下的与任一风速仓内的风速对应的输出功率的初始功率平均值，基于初始搜索方向、初始最优增益值和搜索步长，确定下一最优增益值，计算风力发电机组在下一最优增益下的与任一风速仓内的风速对应的输出功率的第三功率平均值，并确定第三功率平均值与初始功率平均值的差值，如果该差值大于零，则将初始搜索方向确定为当前搜索方向，如果该差值小于零，则将初始搜索方向的反方向确定为当前搜索方向。这里，初始搜索方向可为正向和负向中的一个，初始搜索方向的反方向可为正向和负向中的另一个。

在此情况下，最优增益确定模块20可沿当前搜索方向，基于当前最优增益值和搜索步长来更新当前最优增益值。

例如，如果当前搜索方向为正向，则最优增益确定模块20可将当前最优增益值与搜索步长相加，以更新当前最优增益值，如果当前搜索方向为负向，则最优增益确定模块20可将当前最优增益值与搜索步长相减，以更新当前最优增益值。

对应关系建立模块30针对每个风速仓，建立该风速仓内的风速对应的发电机转速与最优增益的对应关系。

例如，对应关系建立模块30可通过以下方式建立在任一风速仓下发电机转速与最优增益的对应关系：计算在最终最优增益值下与任一风速仓内的风速对应的发电机转速，建立在任一风速仓下发电机转速与最终最优增益值的对应关系。

优选地，对应关系建立模块30可针对与每个风速仓内的风速分别对应的发电机转速以及与在每个风速仓下的最终最优增益值进行拟合，得到最优增益分布曲线。这里，该最优增益分布曲线反映了发电机转速与最终最优增益值之间的对应关系。

优选地，在确定出发电机转速与最优增益的对应关系之后，在对风力发电机组的最优增益控制过程中可基于上述对应关系来控制风力发电机组运行。

控制模块50基于建立的对应关系控制风力发电机组运行。

具体说来，当风力发电机组处于MPPT阶段时，控制模块50可获取风力发电机组的实时发电机转速，基于上述发电机转速与最优增益的对应关系，确定与获取的实时发电机转速对应的最优增益值，基于确定的最优增益值控制风力发电机组运行。例如，控制模块可基于确定的最优增益值确定与该最优增益值对应的最佳叶尖速比，以基于确定的最佳叶尖速比控制风力发电机组运行，从而使得风力发电机组在MPPT阶段能够实时追踪最佳功率点，提高风力发电机组的发电量。

根据本发明的示例性实施例还提供一种计算装置。该计算装置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如上述的风力发电机组的控制方法的计算机程序。

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上述风力发电机组的控制方法的计算机程序。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)。

采用本发明示例性实施例的风力发电机组的控制方法和控制设备，基于风力发电机组实时的运行数据(例如，风速、发电机转速和输出功率)，结合无约束迭代寻优算法，搜索最大功率点跟踪阶段的最优增益。上述控制方法和控制设备不受风力发电机组、机型和环境影响。

此外，采用本发明示例性实施例的风力发电机组的控制方法和控制设备，能够基于风力发电机组的发电机转速实时追踪MPPT阶段的最优增益，实现最大化的捕获风能。

此外，采用本发明示例性实施例的风力发电机组的控制方法和控制设备，简单、高效、易实现，可通过确定的与最优增益值对应的最佳叶尖速比，使得风力发电机组能够自适应调整偏航控制精度，以最大化的捕获风能。

此外，与现有的最优增益控制方法相比，采用本发明示例性实施例的风力发电机组的控制方法和控制设备，不受空气密度计算准确度和风速测量准确度的影响，可在MPPT阶段准确、实时的追踪最优增益。

尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (14)

1.一种风力发电机组的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

对风力发电机组在最大功率点跟踪MPPT阶段所对应的风速进行分仓；

针对每个风速仓，确定在该风速仓下的最优增益，并建立该风速仓内的风速对应的发电机转速与最优增益的对应关系，以基于建立的对应关系控制风力发电机组运行，

其中，所述控制方法不受空气密度计算准确度的影响；

其中，所述基于建立的对应关系控制风力发电机组运行的步骤包括：

获取风力发电机组的实时发电机转速；

基于发电机转速与最优增益的对应关系，确定与获取的实时发电机转速对应的最优增益值；

基于确定的最优增益值控制风力发电机组运行，

其中，通过以下方式确定在任一风速仓下的最优增益：基于初始最优增益值和搜索步长，将风力发电机组的输出功率作为搜索目标值，找到使得与所述任一风速仓内的风速对应的输出功率的平均值达到最大的最优增益值，将找到的最优增益值确定为在所述任一风速仓下的最终最优增益值，

其中，基于初始最优增益值和搜索步长，将风力发电机组的输出功率作为搜索目标值，找到使得与所述任一风速仓内的风速对应的输出功率的平均值达到最大的最优增益值，将找到的最优增益值确定为在所述任一风速仓下的最终最优增益值的步骤包括：

(A)确定初始最优增益值，并将所述初始最优增益值确定为当前最优增益值；

(B)根据当前最优增益值控制风力发电机组运行，并获取风力发电机组在当前最优增益值下的与所述任一风速仓内的风速对应的输出功率；

(C)计算获取的与所述任一风速仓内的风速对应的输出功率的第一功率平均值；

(D)确定所述第一功率平均值是否大于第二功率平均值，所述第二功率平均值为风力发电机组在上一最优增益值下的与所述任一风速仓内的风速对应的输出功率的平均值；

(E)如果所述第一功率平均值大于所述第二功率平均值，则基于当前最优增益值和搜索步长来更新当前最优增益值，并返回执行步骤(B)；

(F)如果所述第一功率平均值不大于所述第二功率平均值，则将上一最优增益值确定为在所述任一风速仓下的最终最优增益值，

或者，基于初始最优增益值和搜索步长，将风力发电机组的输出功率作为搜索目标值，找到使得与所述任一风速仓内的风速对应的输出功率的平均值达到最大的最优增益值，将找到的最优增益值确定为在所述任一风速仓下的最终最优增益值的步骤包括：

根据初始最优增益值和搜索步长，确定多个最优增益值；

根据所述多个最优增益值分别控制风力发电机组运行，并分别获取风力发电机组在所述多个最优增益值下的与所述任一风速仓对应的输出功率的多个平均值；

确定所述多个平均值中的最大值，将所述最大值对应的最优增益值确定为在所述任一风速仓下的最终最优增益值。

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，通过以下方式建立在所述任一风速仓下发电机转速与最优增益的对应关系：

确定在最终最优增益值下与所述任一风速仓内的风速对应的发电机转速；

建立在所述任一风速仓下发电机转速与最终最优增益值的对应关系。

3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：确定当前搜索方向，以基于初始最优增益值和搜索步长，沿确定的当前搜索方向，找到使得与所述任一风速仓内的风速对应的输出功率的平均值达到最大的最优增益值。

4.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：确定当前搜索方向，

其中，更新当前最优增益值的步骤包括：沿当前搜索方向，基于当前最优增益值和搜索步长来更新当前最优增益值。

5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，沿当前搜索方向，基于当前最优增益值和搜索步长来更新当前最优增益值的步骤包括：

如果当前搜索方向为正向，则将当前最优增益值与搜索步长相加，以更新当前最优增益值，

如果当前搜索方向为负向，则将当前最优增益值与搜索步长相减，以更新当前最优增益值。

6.如权利要求3或4所述的控制方法，其特征在于，确定当前搜索方向的步骤包括：

确定初始搜索方向；

计算风力发电机组在初始最优增益下的与所述任一风速仓内的风速对应的输出功率的初始功率平均值；

基于初始搜索方向、初始最优增益值和搜索步长，确定下一最优增益值；

计算风力发电机组在下一最优增益下的与所述任一风速仓内的风速对应的输出功率的第三功率平均值，并确定所述第三功率平均值与所述初始功率平均值的差值；

如果所述差值大于零，则将初始搜索方向确定为当前搜索方向；

如果所述差值小于零，则将初始搜索方向的反方向确定为当前搜索方向，

其中，初始搜索方向为正向和负向中的一个，初始搜索方向的反方向为正向和负向中的另一个。

7.一种风力发电机组的控制设备，其特征在于，所述控制设备包括：

风速分仓模块，对风力发电机组在最大功率点跟踪MPPT阶段所对应的风速进行分仓；

最优增益确定模块，针对每个风速仓，分别确定在各风速仓下的最优增益；

对应关系建立模块，针对每个风速仓，分别建立风速仓内的风速对应的发电机转速与最优增益的对应关系；

控制模块，基于建立的对应关系控制风力发电机组运行；

其中，所述控制设备不受空气密度计算准确度的影响；

其中，所述控制模块获取风力发电机组的实时发电机转速，基于发电机转速与最优增益的对应关系，确定与获取的实时发电机转速对应的最优增益值，基于确定的最优增益值控制风力发电机组运行，

其中，最优增益确定模块通过以下方式确定在任一风速仓下的最优增益：基于初始最优增益值和搜索步长，将风力发电机组的输出功率作为搜索目标值，找到使得与所述任一风速仓内的风速对应的输出功率的平均值达到最大的最优增益值，将找到的最优增益值确定为在所述任一风速仓下的最终最优增益值，

其中，最优增益确定模块确定初始最优增益值，并将所述初始最优增益值确定为当前最优增益值，根据当前最优增益值控制风力发电机组运行，并获取风力发电机组在当前最优增益值下的与所述任一风速仓内的风速对应的输出功率，计算获取的与所述任一风速仓内的风速对应的输出功率的第一功率平均值，确定所述第一功率平均值是否大于第二功率平均值，所述第二功率平均值为风力发电机组在上一最优增益值下的与所述任一风速仓内的风速对应的输出功率的平均值，如果所述第一功率平均值大于所述第二功率平均值，则基于当前最优增益值和搜索步长来更新当前最优增益值，并继续根据当前最优增益值控制风力发电机组运行，如果所述第一功率平均值不大于所述第二功率平均值，则将上一最优增益值确定为在所述任一风速仓下的最终最优增益值，

或者，最优增益确定模块根据初始最优增益值和搜索步长，确定多个最优增益值，根据所述多个最优增益值分别控制风力发电机组运行，并分别获取风力发电机组在所述多个最优增益值下的与所述任一风速仓对应的输出功率的多个平均值，确定所述多个平均值中的最大值，将所述最大值对应的最优增益值确定为在所述任一风速仓下的最终最优增益值。

8.如权利要求7所述的控制设备，其特征在于，对应关系建立模块通过以下方式建立在所述任一风速仓下发电机转速与最优增益的对应关系：

计算在最终最优增益值下与所述任一风速仓内的风速对应的发电机转速，建立在所述任一风速仓下发电机转速与最终最优增益值的对应关系。

9.如权利要求8所述的控制设备，其特征在于，所述控制设备还包括：搜索方向确定模块，确定当前搜索方向，最优增益确定模块基于初始最优增益值和搜索步长，沿确定的当前搜索方向，找到使得与所述任一风速仓内的风速对应的输出功率的平均值达到最大的最优增益值。

10.如权利要求7所述的控制设备，其特征在于，所述控制设备还包括：搜索方向确定模块，确定当前搜索方向，

其中，最优增益确定模块沿当前搜索方向，基于当前最优增益值和搜索步长来更新当前最优增益值。

11.如权利要求10所述的控制设备，其特征在于，如果当前搜索方向为正向，则最优增益确定模块将当前最优增益值与搜索步长相加，以更新当前最优增益值，如果当前搜索方向为负向，则最优增益确定模块将当前最优增益值与搜索步长相减，以更新当前最优增益值。

12.如权利要求9或10所述的控制设备，其特征在于，搜索方向确定模块确定初始搜索方向，计算风力发电机组在初始最优增益下的与所述任一风速仓内的风速对应的输出功率的初始功率平均值，基于初始搜索方向、初始最优增益值和搜索步长，确定下一最优增益值，计算风力发电机组在下一最优增益下的与所述任一风速仓内的风速对应的输出功率的第三功率平均值，并确定所述第三功率平均值与所述初始功率平均值的差值，如果所述差值大于零，则将初始搜索方向确定为当前搜索方向，如果所述差值小于零，则将初始搜索方向的反方向确定为当前搜索方向，

其中，初始搜索方向为正向和负向中的一个，初始搜索方向的反方向为正向和负向中的另一个。

13.一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权利要求1-6中的任意一项所述的风力发电机组的控制方法。

14.一种计算装置，其特征在于，所述计算装置包括：

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风力发电机组的控制方法。

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