CN111927708A - 桨距角自寻优控制方法及装置 - Google Patents

桨距角自寻优控制方法及装置 Download PDF

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王文亮
袁凌
潘磊
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

本发明提供了一种桨距角自寻优控制方法及装置。该方法包括：设置桨距角寻优范围，以及寻优步长；以寻优步长调整桨距角，并且在当前桨距角下计算风能利用率；将当前桨距角下的风能利用率与前次桨距角下的风能利用率进行比较；如果当前桨距角下的风能利用率为最大，以当前桨距角为最优桨距角；如果当前桨距角下的风能利用率并非最大，继续在寻优范围内以寻优步长调整桨距角，进行最优桨距角的寻优。本发明提供的桨距角自寻优控制方法及装置能够找到最大功率追踪阶段的实际最优桨距角，提高风电机组的发电效率。

Description

桨距角自寻优控制方法及装置
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种桨距角自寻优控制方法及装置。
背景技术
大型变桨距风力发电机组运行控制过程一般分为5种工况，分别是启动阶段-最大功率追踪阶段-恒转速阶段-恒功率阶段-停机阶段。在最大功率追踪阶段，风速处于切入风速之上，但是发电机转速未达到额定转速，该阶段内风电机组实行最大功率追踪的变转速运行过程。风电机组的风能利用率跟桨距角和叶尖速比有关，桨距角对最大功率捕获具有很大的影响作用。
目前，风电机组控制策略在最大功率追踪段一般采用固定桨距角模式，即将叶片桨距角设定为设计值(通常采用0度作为设计值)且保持数值不变，通过对转矩的调节使得风电机组运行在最佳叶尖速比附近，从而实现追踪最大功率的控制目标。该方式较为简单实用，但是叶片校零存在一定的随机误差。在风电机组长时间运行后，由于桨距角位置传感器误差、变桨轴承齿轮磨损，叶片微小形变等因素，实际运行过程中的最优桨距角会与设计值存在一定的偏差，导致发电效率达不到最优，损失发电功率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种桨距角自寻优控制方法及装置，能够找到最大功率追踪阶段的实际最优桨距角，提高风电机组的发电效率。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种桨距角自寻优控制方法，所述方法包括：设置桨距角寻优范围，以及寻优步长；以寻优步长调整桨距角，并且在当前桨距角下计算风能利用率；将当前桨距角下的风能利用率与前次桨距角下的风能利用率进行比较；如果当前桨距角下的风能利用率为最大，以当前桨距角为最优桨距角；如果当前桨距角下的风能利用率并非最大，继续在寻优范围内以寻优步长调整桨距角，进行最优桨距角的寻优。
在一些实施方式中，还包括：在设置桨距角寻优范围，以及寻优步长之前，设置风电机组扫风面积及风电场空气密度。
在一些实施方式中，以寻优步长调整桨距角，在当前桨距角下计算风能利用率，包括：计算采样时间段内的平均风速；计算风电机组的平均功率；根据风电机组扫风面积、风电场空气密度、平均风速及平均功率，计算风能利用率。
在一些实施方式中，计算采样时间段内的平均风速，包括：根据如下公式计算平均风速：
Figure BDA0002633664240000021
其中，Wi表示测量点风速，Waverage表示平均风速，N表示数据点总数。
在一些实施方式中，计算风电机组的平均功率，包括：根据如下公式计算风电机组的平均功率：
Figure BDA0002633664240000022
其中，Pi表示测量点的有功功率，Paverage表示平均功率，N表示数据点总数。
在一些实施方式中，根据风电机组扫风面积、风电场空气密度、平均风速及平均功率，计算风能利用率，包括：根据如下公式计算风能利用率：
Figure BDA0002633664240000031
其中，S表示风电机组扫风面积，ρ表示风电场空气密度，Waverage表示平均风速，Paverage表示平均功率。
在一些实施方式中，以寻优步长调整桨距角，在当前桨距角下计算风能利用率，还包括：在计算采样时间段内的平均风速之前，根据调整后的桨距角筛选数据点。
在一些实施方式中，以寻优步长调整桨距角，并且在当前桨距角下计算风能利用率，还包括：根据连续运行时间长度，判断是否进行寻优步长调整。
此外，本发明还提供了一种桨距角自寻优控制装置，所述装置包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现根据前文所述的桨距角自寻优控制方法。
采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
可以消除因桨距角位置传感器误差、变桨轴承齿轮磨损、叶片微小形变等因素造成的最优桨距角与设计值的偏差，弥补发电效率的损失。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明一个实施例提供的桨距角自寻优控制方法的流程图；
图2是本发明另一个实施例提供的桨距角自寻优控制方法的流程图；
图3是本发明再一个实施例提供的桨距角自寻优控制装置的结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
针对上文提到由于各种干扰因素，风电机组实际运行过程中的最优桨距角与设计值存在一定的偏差，导致发电效率达不到最优的问题，本发明提出了一种风电机组在最大功率追踪段的桨距角自寻优控制方式。
本发明中的桨距角自寻优控制逻辑框图如图1所示。正常运行情况下，风电机组在最大功率追踪段的叶片桨距角设计值为0度。开启桨角自寻优功能后，桨距角在设计值0度附近范围内搜寻实际最优值，按照步长调整桨距角设定值。通过主控程序自动对运行数据进行计算，得到不同桨距角下的风能利用率Cp值，通过比较Cp值可以得出最大Cp值对应的最优桨距角。
本发明桨距角自寻优控制逻辑框图中计算不同桨距角对应的风能利用率Cp值的具体步骤如图2所示。首先输入风电机组扫风面积S和风场空气密度ρ，然后设置最优桨距角搜寻范围为[-1°，1°]，设置搜寻步长为0.2°。
设置好之后，风电机组在最大功率追踪段主控程序会自动将运行过程中的桨距角先设定为1°，然后采集机组运行数据，筛选桨距角为1°，风速在6-7m/s间，对风偏差在±10°内，有功功率大于200kw时刻的数据点，数据点数量为N。根据统计的数据点按公式(1)计算该时间段内平均风速，公式2计算平均功率，按公式3得到桨距角为1°时的风能利用率。
Figure BDA0002633664240000051
其中，Wi表示测量点风速，Waverage表示平均风速，N表示数据点个数。
Figure BDA0002633664240000052
其中，Pi表示测量点有功功率，Paverage表示平均功率，N表示数据点个数。
Figure BDA0002633664240000053
其中，S表示风电机组扫风面积，ρ表示风电场空气密度，Waverage表示平均风速，Paverage表示平均功率。
主控PLC时间到下午2点后，程序自动按搜寻步长将桨距角设置值从1°变为0.8°，按照同样的方法计算桨距角为0.8°时的风能利用率。如此循环进行，当桨距角设置值变为-1°之后又回到1°开始。通过这种方法计算不同桨距角对应的风能利用率Cp值，运行时间越长，数据点越多，计算结果越准确。
图3示出了桨距角自寻优控制装置的结构。参见图3，例如，所述桨距角自寻优控制装置300可以用于充当风电机组系统中的桨距角寻优调节主机。如本文所述，桨距角自寻优控制装置300可以用于在风电机组系统中实现对机组桨距角的寻优调节功能。桨距角自寻优控制装置300可以在单个节点中实现，或者桨距角自寻优控制装置300的功能可以在网络中的多个节点中实现。本领域的技术人员应意识到，术语桨距角自寻优控制装置包括广泛意义上的设备，图3中示出的桨距角自寻优控制装置300仅是其中一个示例。包括桨距角自寻优控制装置300是为了表述清楚，并不旨在将本发明的应用限制为特定的桨距角自寻优控制装置实施例或某一类桨距角自寻优控制装置实施例。本发明所述的至少部分特征/方法可以在网络装置或组件，例如，桨距角自寻优控制装置300中实现。例如，本发明中的特征/方法可以采用硬件、固件和/或在硬件上安装运行的软件实现。桨距角自寻优控制装置300可以是任何通过网络处理，存储和/或转发数据帧的设备，例如，服务器，客户端，数据源等。如图3所示，桨距角自寻优控制装置300可以包括收发器(Tx/Rx)310，其可以是发射器，接收器，或其组合。Tx/Rx310可以耦合到多个端口350(例如上行接口和/或下行接口)，用于从其他节点发送和/或接收帧。处理器330可耦合至Tx/Rx310，以处理帧和/或确定向哪些节点发送帧。处理器330可以包括一个或多个多核处理器和/或存储器设备332，其可以用作数据存储器，缓冲区等。处理器330可以被实现为通用处理器，或者可以是一个或多个专用集成电路(application specific integrated circuit，简称ASIC)和/或数字信号处理器(digital signal processor，简称DSP)的一部分。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种桨距角自寻优控制方法，其特征在于，包括：
设置桨距角寻优范围，以及寻优步长；
以寻优步长调整桨距角，并且在当前桨距角下计算风能利用率；
将当前桨距角下的风能利用率与前次桨距角下的风能利用率进行比较；
如果当前桨距角下的风能利用率为最大，以当前桨距角为最优桨距角；
如果当前桨距角下的风能利用率并非最大，继续在寻优范围内以寻优步长调整桨距角，进行最优桨距角的寻优。
2.根据权利要求1所述的桨距角自寻优控制方法，其特征在于，还包括：
在设置桨距角寻优范围，以及寻优步长之前，设置风电机组扫风面积及风电场空气密度。
3.根据权利要求2所述的桨距角自寻优控制方法，其特征在于，以寻优步长调整桨距角，在当前桨距角下计算风能利用率，包括：
计算采样时间段内的平均风速；
计算风电机组的平均功率；
根据风电机组扫风面积、风电场空气密度、平均风速及平均功率，计算风能利用率。
4.根据权利要求3所述的桨距角自寻优控制方法，其特征在于，计算采样时间段内的平均风速，包括：
根据如下公式计算平均风速：
Figure FDA0002633664230000021
其中，Wi表示测量点风速，Waverage表示平均风速，N表示数据点总数。
5.根据权利要求3所述的桨距角自寻优控制方法，其特征在于，计算风电机组的平均功率，包括：
根据如下公式计算风电机组的平均功率：
Figure FDA0002633664230000022
其中，Pi表示测量点的有功功率，Paverage表示平均功率，N表示数据点总数。
6.根据权利要求3所述的桨距角自寻优控制方法，其特征在于，根据风电机组扫风面积、风电场空气密度、平均风速及平均功率，计算风能利用率，包括：
根据如下公式计算风能利用率：
Figure FDA0002633664230000023
其中，S表示风电机组扫风面积，ρ表示风电场空气密度，Waverage表示平均风速，Paverage表示平均功率。
7.根据权利要求3所述的桨距角自寻优控制方法，其特征在于，以寻优步长调整桨距角，在当前桨距角下计算风能利用率，还包括：
在计算采样时间段内的平均风速之前，根据调整后的桨距角筛选数据点。
8.根据权利要求2所述的桨距角自寻优控制方法，其特征在于，以寻优步长调整桨距角，并且在当前桨距角下计算风能利用率，还包括：
根据连续运行时间长度，判断是否进行寻优步长调整。
9.一种桨距角自寻优控制装置，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现根据权利要求1至8任意一项所述的桨距角自寻优控制方法。
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