CN111765045A - 风力发电机组的控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电机组的控制方法及装置，所述方法包括：针对将要下降至的叶轮额定转速进行最小桨距角寻优，以确定满足第一预定条件的与所述叶轮额定转速对应的最小桨距角，其中，所述第一预定条件包括最小桨距角对应的输出功率与标准输出功率最接近；控制所述风力发电机组以所述叶轮额定转速以及与所述叶轮额定转速对应的最小桨距角运行，以避免降转速过程中所述风力发电机组出现叶片失速的情况。本发明能够实现在叶轮额定转速下降时，为了确保叶片不失速而增大最小桨距角的同时，保证风机运行时发电量最优的技术效果。

Description

风力发电机组的控制方法及装置

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组的控制方法及装置。

背景技术

近年来，风力发电行业发展迅猛，装机容量逐年递增。在风力发电机组(下面简称“风机”)运行过程中会有各种情况导致降低叶轮额定转速。例如，由于风机在运行过程中产生噪声超标需要控制风机降转速运行，或者，由于电网限功率的要求也会控制风机降低叶轮额定转速。

但是，随着叶轮额定转速的降低，会导致作用在叶片前缘的合成转速降低，造成叶片攻角增大，从而导致叶片失速。现有技术中，为了避免出现叶片失速，往往采用增大最小桨距角的调整方式，这是由于在叶轮额定转速恒定条件下，最小桨距角越小，攻角越大，而如何调整最小桨距角一般是依靠专家经验，或者通过插值、仿真的方式。然而，通过这些方式获得的最小桨距角往往与运行状态下的实际最优的最小桨距角存在差异，从而导致在降低额定转速运行时，损失不必要的发电量。

因此，一种在风机降转速过程中确保叶片不失速的条件下提升发电量的方法亟待提出。

发明内容

本发明提供了一种风力发电机组的控制方法及装置。

第一方面，提供了一种用于风力发电机组的控制方法，包括：

针对将要下降至的叶轮额定转速进行最小桨距角寻优，以确定满足第一预定条件的与叶轮额定转速对应的最小桨距角，其中，所述第一预定条件包括最小桨距角对应的输出功率与标准输出功率最接近；控制所述风力发电机组以叶轮额定转速以及与叶轮额定转速对应的最小桨距角运行，以避免所述风力发电机组出现叶片失速的情况。

第二方面，提供了一种风力发电机组的控制装置，包括：

最小桨距角寻优单元，用于针对将要下降至的叶轮额定转速进行最小桨距角寻优，以确定满足第一预定条件的与叶轮额定转速对应的最小桨距角，其中，第一预定条件包括最小桨距角对应的输出功率与标准输出功率最接近；

控制运行单元，用于控制风力发电机组以叶轮额定转速以及与叶轮额定转速对应的最小桨距角运行，以避免风力发电机组出现叶片失速的情况。

第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，当计算机程序指令被处理器执行时实现如上述的风力发电机组的控制方法。

第四方面，提供了一种计算机装置，该装置包括：

至少一个处理器、至少一个存储器以及存储在存储器中的计算机程序指令，

当计算机程序指令被处理器执行时实现如上述的风力发电机组的控制方法。

根据本发明的风力发电机组的控制方法及装置，通过对特定叶轮转速所对应的最小桨距角进行寻优，确定风机实际运行时的最优最小桨距角，能够同时确保风机在被动降转速的条件下避免出现叶片失速的情况以及发电性能最优，以将发电量损失限制在最小。

附图说明

通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是本发明实施例一的风力发电机组的控制方法的流程图；

图2是本发明实施例二的风力发电机组的控制方法的流程图；

图3是本发明实施例三的风力发电机组的控制装置的结构框图。

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。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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

实施例一

如图1所示，实施例一的风力发电机组的控制方法包括如下步骤：

S101，针对将要下降至的叶轮额定转速进行最小桨距角寻优，以确定满足第一预定条件的与叶轮额定转速对应的最小桨距角，其中，第一预定条件包括最小桨距角对应的输出功率与标准输出功率最接近。

为了便于理解实施例，首先需要说明的是，造成风机降转速运行的原因有很多，其中可能包括受限于风现场的噪声水平要求，而被迫需要风机采用降噪模式运行，或者是通过降低叶轮额定转速的方式来达到电网限功率的要求。这里，以降噪模式运行为例，风机运行时的噪声来源主要包括两种，第一种是风机运行过程中，各个部件、系统产生的噪声，例如，散热系统，偏航系统、变桨系统或者发电机等产生的噪声，这部分噪声为机械噪声。另一种是气动噪声，主要是叶片旋转过程中叶尖与气流摩擦产生的噪声，风机运行在6～10m/s风速段时，最为明显。其中，气动噪声与叶轮额定转速密切相关，在叶片气动外形以及运行环境相近或相同的情况下，叶轮额定转速越大，产生的气动噪声就越大。声功率等级(SoundPower Level)是被用来评价风机噪声水平的重要指标，其是指声源向四周发射的声功率与基准声功率之比以10为底的对数乘以10，单位为分贝。鉴于此，基于叶轮额定转速与气动噪声的关系，可以将风机叶轮额定转速降低至某一个特定值ω，以使得风机以叶轮额定转速为特定值ω运行时的声功率等级满足要求，但同时为了避免由于叶轮额定转速下降而导致叶片失速，而需要增大风机的最小桨距角β，使得风机的叶轮额定转速在特定值ω以及最小桨距角β下运行时的声功率等级L_w(ω,β)满足要求并且发电量性能最优。

具体来说，在针对叶轮额定转速进行寻优时，可以以预定的寻优最小桨距角步长σ以及寻优次数按照预定的寻优周期长度进行最小桨距角寻优。寻优的目的在于确定与叶轮额定转速特定值ω对应的最小桨距角，确定的最小桨距角应满足第一预定条件，该第一预定条件包括最小桨距角对应的输出功率与标准输出功率最接近。可以理解的是，寻优最小桨距角步长σ以及寻优次数可以根据经验确定，或通过其他任何现有技术手段确定。对此，本发明不作任何限制。

作为示例，从初始最小桨距角开始，以寻优最小桨距角步长σ为0.25度，寻优次数为n，寻优周期(每次寻优角度持续的时间长度)为10分钟开始寻优。寻优过程可以包括：统计每次寻优周期内的运行数据，并基于统计结果以及标准功率曲线进行计算，以确定满足所述第一预定条件的最小桨距角。其中，运行数据可以包括寻优周期内的平均输出功率以及相应的平均风速。在本示例中，即为统计每个桨距角下运行10分钟的平均输出功率以及对相应的平均风速，最终可以得到与叶轮额定转速特定值ω对应的一组包括与多个最小桨距角相关的数据。为了使寻优的最小桨距角满足第一预定条件，确保发电性能最优，需要使风机尽量按照标准功率曲线运行，因此，可以进一步基于所述统计的平均风速以及所述标准功率曲线，确定在相应的平均风速下的标准输出功率，并计算每次寻优周期内的平均功率与相应的标准输出功率的差值百分比，进而将所述差值百分比最小的平均输出功率对应的最小桨距角确定为满足所述第一预定条件的最小桨距角。需要说明的是，基于平均风速确定在相应平均风速下的标准输出功率时，可以将所述平均风速折算为标准风速，进而在标准功率曲线上找到与标准风速对应的点，以确定该点所对应的标准输出功率。这里，标准功率曲线可以是风机设计阶段的设计功率曲线或者理论功率曲线，也可以是担保功率曲线，可以理解的是，无论是何种类型的功率曲线，只需保证每次寻优周期内所采用的标准功率曲线是统一类型就可以，故本发明对此不作任何限定。

此外，计算与标准输出功率的差值百分比仅仅是作为判断是否满足第一预定条件的其中一种方式，还可以采用其他任何现有计算数据变化率的技术手段来实现，故本发明对此不作任何限定。

此外，初始最小桨距角可以是降转速前的原始叶轮转速对应的最小桨距角，也可以是指定的任意最小桨距角。优选地，为了提高寻优效率，可以将特定叶轮额定转速对应的理论最优最小桨距角或者仿真得到最优最小桨距角作为寻优的初始最小桨距角，以便达到快速收敛的目的。

S102，控制风力发电机组以叶轮额定转速以及与叶轮额定转速对应的最小桨距角运行，以避免所述风力发电机组出现叶片失速的情况。

在步骤S101获得与将要下降至的叶轮额定转速对应的最小桨距角后，风机将以相应的叶轮额定转速以及对应的最小桨距角运行。可以理解的是，由于叶轮额定转速的下调，风机的声功率等级将下降，同时对应的最小桨距角增大，使得风机不会出现叶片失速的情况，并且在该最小桨距角下，风机的发电性能最优。

实施例二

如图2所示，实施例二的风力发电机组的控制方法包括如下步骤：

S201，基于所述叶轮额定转速确定叶轮额定转速范围。

该步骤的目的在于扩大寻优范围，将叶轮额定转速同时作为影响寻优结果的因子。这是因为，为了使风机的声功率等级符合标准，需要将风机的叶轮额定转速降低至一个特定值ω，但这是基于最小桨距角恒定的前提下。然而实际降转速过程中，为了避免叶片失速，需要同时增大最小桨距角，这会使风机的运行状态发生改变，导致出现在相应的叶轮额定转速下的实际声功率等级高于理论水平。因此，可以扩大寻优叶轮额定转速的范围，以找到在最小桨距角调整后与最接近要求的声功率等级对应的叶轮额定转速。作为示例，可以以确定将要下降至的叶轮额定转速为基础，例如，风机当前叶轮额定转速为18转/分钟，需要下降到16转/分钟才能满足声功率等级的要求，故可以在16转/分钟的基础上以0.5转/分钟作为调整裕度，得到一个15.5至16.5转/分钟的范围。可以理解的是，调整裕度可以根据实际情况人为进行指定，也可以通过仿真计算确定，故本发明对此不作任何限定。

S202，分别针对所述叶轮额定转速范围内的所有的叶轮额定转速进行最小桨距角寻优，以确定满足所述第一预定条件的分别与所述叶轮额定转速范围内的所有的叶轮额定转速一一对应的多个最小桨距角。

首先，在确定的叶轮额定转速范围基础上，可以通过预先确定寻优转速步长的方式从叶轮额定转速范围中确定多个叶轮额定转速。以步骤S201的示例为例，假设寻优转速步长为0.2，那么从范围【15.5至16.5】中可以确定15.5、15.7、15.9、16.1、16.3、16.5这6个叶轮额定转速。接着从所述叶轮额定转速范围中的最小或最大的叶轮额定转速开始遍历所述叶轮额定转速范围内的所有叶轮额定转速。针对每一个叶轮额定转速进行寻优的方法可以按照实施例一中的步骤S101进行，从而得到与每一个叶轮额定转速对应的最小桨距角，具体过程在此不再赘述。

S203，从所述多个最小桨距角中确定最优的最小桨距角以及对应的叶轮额定转速。

经过上述对叶轮额定转速范围内的每个叶轮额定转速进行最小桨距角寻优后，得到与每个叶轮额定转速对应的最小桨距角，可以理解的是，风机在其中任意一个叶轮额定转速以及对应的最小桨距角下运行时，可以避免叶片失速的发生，且发电性能是最优的。但是，无法保证噪声水平是所有叶轮转速范围中最低的。因此，在从所述多个最小桨距角中确定最优的最小桨距角以及对应的叶轮额定转速时，可以需满足第二预定条件，其中，第二预定条件包括在最小桨距角与对应叶轮额定转速下的声功率等级最小，从而将符合第二预定条件的最小桨距角确定为最优的最小桨距角，并控制风机以最优的最小桨距角以及与其对应的叶轮额定转速运行，已达到在避免叶片失速的同时，实现发电量最优且噪声水平最低的目的。

实施三

参见图3，本发明实施例三还提供了一种风力发电机组的控制装置300，包括：

最小桨距角寻优单元301，用于针对将要下降至的叶轮额定转速进行最小桨距角寻优，以确定满足第一预定条件的与叶轮额定转速对应的最小桨距角，其中，第一预定条件包括最小桨距角对应的输出功率与标准输出功率最接近；

控制运行单元302，用于控制风力发电机组以叶轮额定转速以及与叶轮额定转速对应的最小桨距角运行，以避免风力发电机组出现叶片失速的情况。

具体来说，最小桨距角寻优单元301根据风机的主控制器(未示出)指定的将要下降至的叶轮额定转速进行最小桨距角寻优，然后由控制运行单元302将寻优得到的结果发送给风机的主控制器，以控制风机运行。可以理解的是，寻优得到的结果可以是最小桨距角，也可以是最小桨距角与其对应的叶轮额定转速。

作为示例，最小桨距角寻优单元301针对将要下降至的叶轮额定转速进行最小桨距角寻优，以确定满足第一预定条件的与叶轮额定转速对应的最小桨距角，其中，第一预定条件包括最小桨距角对应的输出功率与标准输出功率最接近。在针对叶轮额定转速进行寻优时，可以以预定的寻优最小桨距角步长σ以及寻优次数按照预定的寻优周期长度进行最小桨距角寻优。为了使寻优的最小桨距角满足第一预定条件，确保发电性能最优，需要使风机尽量按照标准功率曲线运行，因此，可以进一步基于所述统计的平均风速以及所述标准功率曲线，确定在相应的平均风速下的标准输出功率，并计算每次寻优周期内的平均功率与相应的标准输出功率的差值百分比，进而将所述差值百分比最小的平均输出功率对应的最小桨距角确定为满足所述第一预定条件的最小桨距角。需要说明的是，基于平均风速确定在相应平均风速下的标准输出功率时，可以将所述平均风速折算为标准风速，进而在标准功率曲线上找到与标准风速对应的点，以确定该点所对应的标准输出功率。这里，标准功率曲线可以是风机设计阶段的设计功率曲线或者理论功率曲线，也可以是担保功率曲线，可以理解的是，无论是何种类型的功率曲线，只需保证每次寻优周期内所采用的标准功率曲线是统一类型就可以，故本发明对此不作任何限定。在该示例中，最小桨距角将作为寻优得到的结果被发送给风机的主控制器，以控制风机运行。

作为另一示例，最小桨距角寻优单元301基于叶轮额定转速确定叶轮额定转速范围，并分别针对叶轮额定转速范围内的所有的叶轮额定转速进行最小桨距角寻优，以确定满足所述第一预定条件的分别与所述叶轮额定转速范围内的所有的叶轮额定转速一一对应的多个最小桨距角，进而从所述多个最小桨距角中确定最优的最小桨距角以及对应的叶轮额定转速。

其中，在从所述多个最小桨距角中确定最优的最小桨距角以及对应的叶轮额定转速时，可以需满足第二预定条件，其中，第二预定条件包括在最小桨距角与对应叶轮额定转速下的声功率等级最小，从而将符合第二预定条件的最小桨距角确定为最优的最小桨距角，并控制风机以最优的最小桨距角以及与其对应的叶轮额定转速运行，已达到在避免叶片失速的同时，实现发电量最优且噪声水平最低的目的。在该示例中，最小桨距角以及对应的叶轮额定转速将作为寻优得到的结果被发送给风机的主控制器，以控制风机运行。

在本实施例中，根据寻优条件的不同，可以实现：一方面，在叶轮额定转速下降时，为了确保叶片不失速而增大最小桨距角的同时，保证风机运行时发电量最优；第二方面，在保证风机发电量最优的同时，确保了风机运行时的噪声水平最低。

本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，当计算机程序指令被处理器执行时实现如上述的风力发电机组的控制方法。

本发明实施例还提供了一种计算装置，该装置包括：

至少一个处理器、至少一个存储器以及存储在存储器中的计算机程序指令，

当计算机程序指令被处理器执行时实现如上述的风力发电机组的控制方法。

需要说明的是，上述各实施例的装置可作为上述各实施例的用于各实施例的方法中的执行主体，可以实现各个方法中的相应流程，实现相同的技术效果，为了简洁，此方面内容不再赘述。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，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)执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (16)

1.一种风力发电机组的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

针对将要下降至的叶轮额定转速进行最小桨距角寻优，以确定满足第一预定条件的与所述叶轮额定转速对应的最小桨距角，其中，所述第一预定条件包括最小桨距角对应的输出功率与标准输出功率最接近；

控制所述风力发电机组以所述叶轮额定转速以及与所述叶轮额定转速对应的最小桨距角运行，以避免降转速过程中所述风力发电机组出现叶片失速的情况。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，针对将要下降至的叶轮额定转速进行最小桨距角寻优，以确定满足所述第一预定条件与所述叶轮额定转速对应的最小桨距角的步骤包括：

基于所述叶轮额定转速确定叶轮额定转速范围；

分别针对所述叶轮额定转速范围内的所有的叶轮额定转速进行最小桨距角寻优，以确定满足所述第一预定条件的分别与所述叶轮额定转速范围内的所有的叶轮额定转速一一对应的多个最小桨距角；

从所述多个最小桨距角中确定最优的最小桨距角以及对应的叶轮额定转速。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，分别针对所述叶轮额定转速范围内的所有的叶轮额定转速进行最小桨距角寻优的步骤包括：

以预定的寻优转速步长从所述叶轮额定转速范围中的最小或最大的叶轮额定转速开始遍历所述叶轮额定转速范围内的所有叶轮额定转速。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，从所述多个最小桨距角中确定最优的最小桨距角以及对应的叶轮额定转速的步骤包括：

从所述多个最小桨距角中确定满足第二预定条件的最优的最小桨距角以及对应的叶轮额定转速，其中，所述第二预定条件包括在最小桨距角与对应转速下的声功率等级最小。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于，针对将要下降至的叶轮额定转速进行最小桨距角寻优，以确定满足第一预定条件的与所述叶轮额定转速对应的最小桨距角的步骤包括：

确定初始最小桨距角，以预定的寻优最小桨距角步长以及寻优次数按照预定的寻优周期长度进行最小桨距角寻优；

统计每次寻优周期内的运行数据，并基于统计结果以及标准功率曲线进行计算，以确定满足所述第一预定条件的最小桨距角。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，统计每次寻优周期内的运行数据，并基于统计结果以及标准功率曲线进行计算，以确定满足所述第一预定条件的最小桨距角的步骤包括：

统计每次寻优周期内的平均输出功率以及相应的平均风速；

基于所述统计的平均风速以及所述标准功率曲线，确定在相应的平均风速下的标准输出功率；

计算每次寻优周期内的平均功率与相应的标准输出功率的差值百分比；

将所述差值百分比最小的平均输出功率对应的最小桨距角确定为满足所述第一预定条件的最小桨距角。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，基于所述统计的平均风速以及所述标准功率曲线，确定在相应的平均风速下的标准输出功率的步骤包括：

将所述平均风速折算为标准风速，基于标准功率曲线确定与标准风速对应的标准输出功率。

8.一种风力发电机组的控制装置，其特征在于，所述装置包括：

最小桨距角寻优单元，用于针对将要下降至的叶轮额定转速进行最小桨距角寻优，以确定满足第一预定条件的与所述叶轮额定转速对应的最小桨距角，其中，所述第一预定条件包括最小桨距角对应的输出功率与标准输出功率最接近；

控制运行单元，用于控制所述风力发电机组以所述叶轮额定转速以及与所述叶轮额定转速对应的最小桨距角运行，以避免降转速过程中所述风力发电机组出现叶片失速的情况。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述最小桨距角寻优单元还用于：

基于所述叶轮额定转速确定叶轮额定转速范围；

分别针对所述叶轮额定转速范围内的所有的叶轮额定转速进行最小桨距角寻优，以确定满足所述第一预定条件的分别与所述叶轮额定转速范围内的所有的叶轮额定转速一一对应的多个最小桨距角；

从所述多个最小桨距角中确定最优的最小桨距角以及对应的叶轮额定转速。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述最小桨距角寻优单元还用于：

以预定的寻优转速步长从所述叶轮额定转速范围中的最小或最大的叶轮额定转速开始遍历所述叶轮额定转速范围内的所有叶轮额定转速。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述最小桨距角寻优单元还用于：

从所述多个最小桨距角中确定满足第二预定条件的最优的最小桨距角以及对应的叶轮额定转速，其中，所述第二预定条件包括在最小桨距角与对应转速下的声功率等级最小。

12.根据权利要求8-11任意一项所述的装置，其特征在于，所述最小桨距角寻优单元还用于：

确定初始最小桨距角，以预定的寻优最小桨距角步长及寻优次数按照预定的寻优周期长度进行最小桨距角寻优；

统计每次寻优周期内的运行数据，并基于统计结果以及标准功率曲线进行计算，以确定满足所述第一预定条件的最小桨距角。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述最小桨距角寻优单元还用于：

统计每次寻优周期内的平均输出功率以及相应的平均风速；

基于所述统计的平均风速以及所述标准功率曲线，确定在相应的平均风速下的标准输出功率；

计算每次寻优周期内的平均功率与相应的标准输出功率的差值百分比；

将所述差值百分比最小的平均输出功率对应的最小桨距角确定为满足所述第一预定条件的最小桨距角。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述最小桨距角寻优单元还用于：

将所述平均风速折算为标准风速，基于标准功率曲线确定与标准风速对应的标准输出功率。

15.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，当所述计算机程序指令被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。

16.一种计算机，其特征在于，所述计算机包括：

至少一个处理器、至少一个存储器以及存储在所述存储器中的计算机程序指令，

当所述计算机程序指令被所述处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。

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