CN114992049A - 用于风力发电机组的控制方法及装置 - Google Patents

用于风力发电机组的控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供用于风力发电机组的控制方法及装置。所述控制方法包括：获取所述风力发电机组的当前最小桨距角；从所述风力发电机组的临界失速尖速比分布中导出所述风力发电机组在所述当前最小桨距角下的临界失速尖速比，其中，所述临界失速尖速比分布包括所述风力发电机组在各个最小桨距角下的临界失速尖速比；预测所述风力发电机组在所述当前最小桨距角和导出的临界失速尖速比下运行的工况；响应于预测的工况未达到期望的性能指标，调整所述当前最小桨距角；使用调整后的最小桨距角来控制所述风力发电机组的运行。

Description

用于风力发电机组的控制方法及装置
技术领域
本申请涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种用于风力发电机组的控制方法及装置。
背景技术
在风力发电机组的实际运行过程中，由于受到地理条件、昼夜、季节等诸多环境因素的影响，风力发电机组可能会发生叶片失速现象。风力发电机组在失速状态下运行时会改变风力发电机组的叶片的载荷和气动特性，从而引起机组振动和发电量损失，长期在失速状态下甚至会导致叶片断裂。因此，准确地预测失速并对机组运行进行适当的控制可有效地减少机组发电量损失和运行风险。
发明内容
本发明的目的在于提供用于风力发电机组的控制方法及装置。
根据本发明的一方面，提供一种用于风力发电机组的控制方法，所述控制方法包括：获取所述风力发电机组的当前最小桨距角；从所述风力发电机组的临界失速尖速比分布中导出所述风力发电机组在所述当前最小桨距角下的临界失速尖速比，其中，所述临界失速尖速比分布包括所述风力发电机组在各个最小桨距角下的临界失速尖速比；预测所述风力发电机组在所述当前最小桨距角和导出的临界失速尖速比下运行的工况；响应于预测的工况未达到期望的性能指标，调整所述当前最小桨距角；使用调整后的最小桨距角来控制所述风力发电机组的运行。
优选地，当所述工况由所述风力发电机组在所述当前最小桨距角和导出的临界失速尖速比下运行的输出功率来表征时，所述性能指标为所述风力发电机组的满发功率。
优选地，所述预测所述风力发电机组在所述当前最小桨距角和导出的临界失速尖速比下运行的工况，包括：根据所述风力发电机组的相关运行参数以及导出的临界失速尖速比，计算所述风力发电机组在所述当前最小桨距角下的临界失速风速；从所述风力发电机组的功率系数分布中导出所述风力发电机组在所述当前最小桨距角和导出的临界失速尖速比下的功率系数，其中，所述功率系数分布包括所述风力发电机组在各个尖速比和最小桨距角下的功率系数；基于导出的临界失速风速和导出的功率系数，预测所述风力发电机组在所述当前最小桨距角和导出的临界失速尖速比下运行的输出功率。
优选地，所述调整所述当前最小桨距角，包括：基于预测的输出功率和导出的功率系数，计算所述风力发电机组的等效风速；根据所述风力发电机组的相关运行参数以及所述等效风速，计算所述风力发电机组的寻优尖速比；从所述风力发电机组的临界失速尖速比分布中导出所述风力发电机组在所述寻优尖速比下的寻优最小桨距角；从所述风力发电机组的功率系数分布中导出所述风力发电机组在所述寻优最小桨距角和所述寻优尖速比下的寻优功率系数；响应于导出的寻优功率系数与导出的功率系数之间的差小于预定收敛精度，将所述当前最小桨距角调整为所述寻优最小桨距角。
优选地，所述调整所述当前最小桨距角，还包括：响应于导出的寻优功率系数与导出的功率系数之间的差大于预定收敛精度，将导出的寻优功率系数作为上次导出的寻优功率系数，并迭代地执行计算等效风速的步骤、计算寻优尖速比的步骤、导出寻优最小桨距角的步骤、导出寻优功率系数的步骤，直到导出的寻优功率系数与上次导出的寻优功率系数之间的差小于预定收敛精度为止；将所述当前最小桨距角调整为所述迭代结束时得到的寻优最小桨距角。
优选地，所述风力发电机组的相关运行参数包括所述风力发电机组的发电机转速和叶轮半径。
优选地，所述控制方法还包括：将预测的输出功率和调整后的最小桨距角成对地记录至所述风力发电机组的叶片失速控制表中。
优选地，所述控制方法还包括：使用所述叶片失速控制表构建所述风力发电机组的叶片失速控制分布，其中，所述叶片失速控制分布包括在所述风力发电机组的各个失速功率点下的最优最小桨距角。
优选地，所述控制方法还包括：响应于所述风力发电机组运行至所述叶片失速控制分布上的失速功率点，将所述风力发电机组的当前最小桨距角调整为在所述失速功率点下的最优最小桨距角。
根据本发明的另一方面，提供一种用于风力发电机组的控制装置，所述控制装置包括：桨距角获取单元，被配置为：获取所述风力发电机组的当前最小桨距角；尖速比导出单元，被配置为：从所述风力发电机组的临界失速尖速比分布中导出所述风力发电机组在所述当前最小桨距角下的临界失速尖速比，其中，所述临界失速尖速比分布包括所述风力发电机组在各个最小桨距角下的临界失速尖速比；工况预测单元，被配置为：预测所述风力发电机组在所述当前最小桨距角和导出的临界失速尖速比下运行的工况；桨距角调整单元，被配置为：响应于所述工况未达到期望的性能指标，调整所述当前最小桨距角；桨距角控制单元，被配置为：使用调整后的最小桨距角来控制所述风力发电机组的运行。
优选地，当所述工况由所述风力发电机组在所述当前最小桨距角和导出的临界失速尖速比下运行的输出功率来表征时，所述性能指标为所述风力发电机组的满发功率。
优选地，所述工况预测单元包括：临界风速计算单元，被配置为：根据所述风力发电机组的相关运行参数以及导出的临界失速尖速比，计算所述风力发电机组在所述当前最小桨距角下的临界失速风速；功率系数导出单元，被配置为：从所述风力发电机组的功率系数分布中导出所述风力发电机组在所述当前最小桨距角和导出的临界失速尖速比下的功率系数，其中，所述功率系数分布包括所述风力发电机组在各个尖速比和最小桨距角下的功率系数；输出功率计算单元，被配置为：基于导出的临界失速风速和导出的功率系数，预测所述风力发电机组在所述当前最小桨距角和导出的临界失速尖速比下运行的输出功率。
优选地，所述桨距角调整单元被配置为：基于预测的输出功率和导出的功率系数，计算所述风力发电机组的等效风速；根据所述风力发电机组的相关运行参数以及所述等效风速，计算所述风力发电机组的寻优尖速比；从所述风力发电机组的临界失速尖速比分布中导出所述风力发电机组在所述寻优尖速比下的寻优最小桨距角；从所述风力发电机组的功率系数分布中导出所述风力发电机组在所述寻优最小桨距角和所述寻优尖速比下的寻优功率系数；响应于导出的寻优功率系数与导出的功率系数之间的差小于预定收敛精度，将所述当前最小桨距角调整为所述寻优最小桨距角。
优选地，所述桨距角调整单元还被配置为：响应于导出的寻优功率系数与导出的功率系数之间的差大于预定收敛精度，将导出的寻优功率系数作为上次导出的寻优功率系数，并迭代地执行计算等效风速的步骤、计算寻优尖速比的步骤、导出寻优最小桨距角的步骤、导出寻优功率系数的步骤，直到导出的寻优功率系数与上次导出的寻优功率系数之间的差小于预定收敛精度为止；将所述当前最小桨距角调整为所述迭代结束时得到的寻优最小桨距角。
优选地，所述风力发电机组的相关运行参数包括所述风力发电机组的发电机转速和叶轮半径。
优选地，所述控制装置还包括：失速控制记录单元，被配置为：将预测的输出功率和调整后的最小桨距角成对地记录至所述风力发电机组的叶片失速控制表中。
优选地，所述控制装置还包括：失速控制构建单元，被配置为：使用所述叶片失速控制表构建所述风力发电机组的叶片失速控制分布，其中，所述叶片失速控制分布包括在所述风力发电机组的各个失速功率点下的最优最小桨距角。
优选地，所述控制装置还包括：第二桨距角调整单元，被配置为：响应于所述风力发电机组运行至所述叶片失速控制分布上的失速功率点，将所述风力发电机组的当前最小桨距角调整为在所述失速功率点下的最优最小桨距角。
根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风力发电机组的控制方法。
根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风力发电机组的控制方法。
根据本发明的示例性实施例的用于风力发电机组的控制方法及装置能够在不增加新投入(诸如，额外的硬件设备)的前提下更准确地识别出风力发电机组可能存在的失速风险，以主动地避免失速状况的发生，另外，还能够在避免叶片失速的同时使得风力发电机组尽可能地贴近风力发电机组的气动边界运行并保持最大风能利用率。
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示出了根据本发明的示例性实施例的用于风力发电机组的临界失速尖速比分布的示意图；
图2示出了根据本发明的示例性实施例的用于风力发电机组的功率系数分布的示意图；
图3示出了根据本发明的示例性实施例的用于风力发电机组的控制方法的流程图；
图4示出了根据本发明的示例性实施例的用于风力发电机组的失速控制的示意性处理；
图5示出了根据本发明的示例性实施例的用于风力发电机组的最小桨距角寻优的示意性处理；
图6示出了根据本发明的示例性实施例的用于风力发电机组的叶片失速控制分布的示意图；
图7示出了根据本发明的示例性实施例的用于风力发电机组的叶片失速控制分布的另一示意图；
图8示出了根据本发明的示例性实施例的用于风力发电机组的控制装置的结构框图；以及
图9示出了根据本发明的示例性实施例的用于风力发电机组的系统架构的示意图。
具体实施方式
本发明的构思在于：利用风力发电机组的临界失速尖速比介于失速工况与未失速工况之间的特性来预测风力发电机组在不同最小桨距角下的失速工况，并基于该失速状况调整风力发电机组的最小桨距角。这种基于风力发电机组的失速机理来预测失速工况的方式能够更准确地识别出风力发电机组可能存在的失速风险，以主动地避免失速状况的发生。此外，还通过对最小桨距角进行寻优计算，使得风力发电机组能够在确保机组安全的同时尽可能地贴近风力发电机组的气动边界运行并始终地保持最大风能利用率。
下面，将参照附图来详细说明本发明的实施例。
图1示出了根据本发明的示例性实施例的用于风力发电机组的临界失速尖速比分布的示意图100。
参照图1，根据本发明的示例性实施例的用于风力发电机组的临界失速尖速比分布101可包括风力发电机组在各个最小桨距角下的临界失速尖速比，并且临界失速尖速比可介于风力发电机组的失速工况与未失速工况之间。因此，临界失速尖速比可用于指示风力发电机组即将进入失速状态的临界值。一般说来，风力发电机组的尖速比越大，风力发电机组处于失速的风险越低。因此，当风力发电机组的尖速比位于图1所示的临界失速尖速比分布101以上时，表明风力发电机组处于未失速工况；当风力发电机组的尖速比位于图1所示的临界失速尖速比分布101以下时，表明风力发电机组处于失速工况。
图2示出了根据本发明的示例性实施例的用于风力发电机组的功率系数分布的示意图200。
参照图2，根据本发明的示例性实施例的风力发电机组的功率系数分布201可包括风力发电机组在各个尖速比和最小桨距角下的功率系数(也称为最大功率系数或最大风能利用系数)，并且功率系数可表示风力发电机组将风能转化成电能的转换效率。因此，功率系数是用于考量风力发电机组运行性能的重要指标之一，并且它不会受到周围环境空气密度的影响。在实际使用中，功率系数越大，风力发电机组的输出功率越大，效率越高；反之，功率系数越小，风力发电机组的输出功率越小，效率越低。
图3示出了根据本发明的示例性实施例的用于风力发电机组的控制方法的流程图300。
参照图3，图3所示的控制方法可包括如下步骤：
在步骤310，可获取风力发电机组的当前最小桨距角。
在步骤320，可从风力发电机组的临界失速尖速比分布中导出风力发电机组在当前最小桨距角下的临界失速尖速比，其中，临界失速尖速比分布可包括风力发电机组在各个最小桨距角下的临界失速尖速比。
在步骤330，可预测风力发电机组在当前最小桨距角和导出的临界失速尖速比下运行的工况。
在步骤340，可响应于预测的工况未达到期望的性能指标而调整当前最小桨距角。
在一个示例中，当工况可由风力发电机组在当前最小桨距角和导出的临界失速尖速比下运行的输出功率来表征时，性能指标可为风力发电机组的满发功率。
在该示例中，可根据风力发电机组的相关运行参数以及导出的临界失速尖速比计算风力发电机组在当前最小桨距角下的临界失速风速；从风力发电机组的功率系数分布中导出风力发电机组在当前最小桨距角和导出的临界失速尖速比下的功率系数，其中，功率系数分布可包括风力发电机组在各个尖速比和最小桨距角下的功率系数；并且基于导出的临界失速风速和导出的功率系数预测风力发电机组在当前最小桨距角和导出的临界失速尖速比下运行的输出功率。
相应地，当预测的输出功率未达到满发功率时，可调整当前最小桨距角；当预测的输出功率达到满发功率时，可使当前最小桨距角保持不变。一般说来，风力发电机组的最小桨距角越大，风力发电机组处于失速的风险越低。在该示例中，可通过增大风力发电机组的最小桨距角来避免机组进入失速区域。虽然这种方式能够达到主动地避免叶片失速的目的，但是却无法使得风力发电机组的运行保持最大风能利用率(即，达到最大化风能利用)。
因此，为了获得最优的最小桨距角以使得风力发电机组在避免叶片失速的同时达到最大化风能利用，在该示例中，还可基于预测的输出功率和导出的功率系数计算风力发电机组的等效风速；根据风力发电机组的相关运行参数以及等效风速计算风力发电机组的寻优尖速比；从风力发电机组的临界失速尖速比分布中导出风力发电机组在寻优尖速比下的寻优最小桨距角；从风力发电机组的功率系数分布中导出风力发电机组在寻优最小桨距角和寻优尖速比下的寻优功率系数；并且响应于导出的寻优功率系数与导出的功率系数之间的差小于预定收敛精度而将当前最小桨距角调整为寻优最小桨距角。
本发明实施例中，风力发电机组的风速等信息可以通过雷达等遥感装置测量，从而可以提供更多寻优时间，提升控制时间精度。另外，在该示例中，还可响应于导出的寻优功率系数与导出的功率系数之间的差大于预定收敛精度而将导出的寻优功率系数作为上次导出的寻优功率系数，并迭代地执行前面所述描述的计算等效风速的步骤、计算寻优尖速比的步骤、导出寻优最小桨距角的步骤、导出寻优功率系数的步骤，直到导出的寻优功率系数与上次导出的寻优功率系数之间的差小于预定收敛精度为止；并且将当前最小桨距角调整为迭代结束时得到的寻优最小桨距角。通过采用这种迭代寻优的方式而获得的最小桨距角能够使得风力发电机组在避免叶片失速的同时尽可能地贴近风力发电机组的气动边界运行并始终地保持最大风能利用率。
再次返回图3，在步骤350，可使用调整后的最小桨距角来控制风力发电机组的运行，以主动地避免叶片失速。
此后，为了给风力发电机组的未来控制提供最优的最小桨距角控制参数，避免因重复、不必要的计算而占用或消耗风力发电机组控制器中的计算资源(诸如，内存等)。在一个示例中，还可将预测的输出功率以及调整后的最小桨距角成对地记录至风力发电机组的叶片失速控制表中。这样可为风力发电机组的未来失速控制提供相应的变桨参考。
由于叶片失速控制表中的数据仅适用于为相同或相似的失速状况提供变桨参考，因此为使得叶片失速控制表中的数据能够适用于叶片失速控制表中未记录的失速工况或所有的失速工况，在另一示例中，还可使用叶片失速控制表构建风力发电机组的叶片失速控制分布，其中，叶片失速控制分布包括在风力发电机组的各个失速功率点下的最优最小桨距角。例如，但不限于，将叶片失速控制表中所记录的若干数据点拟合成叶片失速控制曲线。相应地，在该示例中，可响应于风力发电机组运行至叶片失速控制分布上的失速功率点而将风力发电机组的当前最小桨距角调整为在该失速功率点下的最优最小桨距角。
可选地，在获取到上述风力发电机组的叶片失速控制表之后，可以继续收集相应的控制参数，并可以通过优化模型剔除精度较低的参数，从而提升控制精度。
应当理解，尽管上面描述了通过预测风力发电机组在当前最小桨距角和当前最小桨距角所对应的临界失速尖速比下运行的输出功率来判断是否对风力发电机组进行失速控制以及用于失速控制的最小桨距角寻优等示例，但是这些示例仅仅是示例性的，本发明并不限于此，还可选择风力发电机组的其他工况参数(例如，风力发电机组的发电机转速等)来进行上述操作。需要指出的是，选择不同的工况参数，针对上述操作的具体处理过程也会有所不同。这里不再赘述。
下面，将参照图4具体地描述通过预测输出功率来判断是否对风力发电机组进行失速控制的过程。
图4示出了根据本发明的示例性实施例的用于风力发电机组的失速控制的示意性处理400。
参照图4，可启动处理400。
在操作401，处理400可通过设置在风力发电机组上的相应传感器实时地监测风力发电机组的当前最小桨距角。另外，还可对监测的最小桨距角进行滤波处理，以去掉时序数据的毛刺，以避免异常值信息流入控制而对失速控制的精准性造成负面影响。
在操作402，处理400可根据风力发电机组的当前最小桨距角对图1所示的临界失速尖速比分布进行一维插值计算，以得到风力发电机组在当前最小桨距角下的临界失速尖速比。
在操作403，处理400可根据风力发电机组的发电机转速和叶轮半径计算风力发电机组在当前最小桨距角下的临界失速风速。例如，该临界失速风速可通过，但不限于，下式(1)计算：
Vstall＝Ω*R/λstall (1)
在式(1)中，Ω为风力发电机组的发电机转速，R为风力发电机组的叶轮半径，λstall为风力发电机组在当前最小桨距角下的临界失速尖速比，Vstall为风力发电机组在当前最小桨距角下的临界失速风速。
在操作404，处理400可根据风力发电机组的当前最小桨距角以及风力发电机组在当前最小桨距角下的临界失速尖速比对图2所示的功率系数分布进行二维插值计算，以得到风力发电机组在当前最小桨距角和临界失速尖速比下的功率系数。
在操作405，处理400可基于风力发电机组在当前最小桨距角下的临界失速尖速比以及风力发电机组在当前最小桨距角和临界失速尖速比下的功率系数计算风力发电机组在当前最小桨距角和临界失速尖速比下运行的输出功率，例如，该输出功率可通过，但不限于，下式(2)计算：
Pest＝0.5*ρπR2*Cpest*Vstall 3 (2)
在式(2)中，ρ为风力发电机组周围环境的空气密度，R为风力发电机组的叶轮半径，Cpest风力发电机组在当前最小桨距角和临界失速尖速比下的功率系数，Vstall为风力发电机组在当前最小桨距角下的临界失速风速，Pest为风力发电机组在当前最小桨距角和临界失速尖速比下运行的输出功率。
在操作406，如果风力发电机组在当前最小桨距角和临界失速尖速比下运行的输出功率未达到风力发电机组的满发功率，则处理400可确定风力发电机组可能存在失速风险，并进入操作407；否则，处理400可返回操作401，继续监测风力发电机组的当前最小桨距角。
在操作407，处理400可调整当前最小桨距角，并使用调整后的最小桨距角来控制机组的运行。
在操作407之后，可结束处理400。
应当理解，尽管图4示出了根据本发明的示例性实施例的用于风力发电机组的失速控制的示意性处理，但是本发明并不限于此。
下面，将参照图5具体地描述用于失速控制的最小桨距角寻优的过程。
图5示出了根据本发明的示例性实施例的用于风力发电机组的最小桨距角寻优的示意性处理500。
参照图5，当确定机组存在失速风险时，可启动处理500来执行最小桨距角寻优。
在操作501，处理500可基于风力发电机组在当前最小桨距角和临界失速尖速比下运行的输出功率以及风力发电机组在当前最小桨距角和临界失速尖速比下的功率系数计算风力发电机组的等效风速。例如，该等效风速可通过，但不限于，下式(3)计算：
Vitr＝(Pitr/(0.5*ρπR2*Cpitr))1/3 (3)
在式(3)中，ρ为风力发电机组周围环境的空气密度，R为风力发电机组的叶轮半径，Pitr为风力发电机组在当前最小桨距角和临界失速尖速比下运行的输出功率，Cpitr为风力发电机组在当前最小桨距角和临界失速尖速比下的功率系数，Vitr为风力发电机组的等效风速。
在操作502，处理500可根据风力发电机组的发电机转速、叶轮半径以及等效风速计算风力发电机组的寻优尖速比。例如，该寻优尖速比可通过，但不限于下式(4)计算：
λitr＝Ω*R/Vitr (4)
在式(4)中，Ω为风力发电机组的发电机转速，R为风力发电机组的叶轮半径，Vitr为风力发电机组的等效风速，λitr为风力发电机组的寻优尖速比。
在操作503，处理500可根据风力发电机组的寻优尖速比对图1所示的临界失速尖速比分布进行一维插值计算，以得到风力发电机组不发生失速的寻优最小桨距角。
在操作504，处理500可根据风力发电机组的寻优最小桨距角和寻优尖速比对图2所示的功率系数分布进行二维插值计算，以得到风力发电机组在寻优最小桨距角和寻优尖速比下的寻优功率系数。
在操作505，如果风力发电机组在寻优最小桨距角和寻优尖速比下的寻优功率系数与风力发电机组在当前最小桨距角和临界失速尖速比下的功率系数之间的差小于预定收敛精度，则处理500可进入操作506；否则，处理500可将寻优功率系数作为功率系数，并返回操作501，以继续迭代地执行操作501至操作504，直到该差小于预定收敛精度为止。由此而获得的最小桨距角为最优调整控制参数，其能够在确保机组运行安全的情况下使得风力发电机组的运行保持最大风能利用率。
在操作506，处理500将风力发电机组的当前最小桨距角调整为寻优最小桨距角。
在操作506之后，可结束处理500。
应当理解，尽管图5示出了根据本发明的示例性实施例的用于风力发电机组的最小桨距角寻优的示意性处理500，但是本发明并不限于此，还可采用其他的方式对最小桨距角进行寻优，只要所获得的最小桨距角能够在确保机组运行安全的情况下使得风力发电机组的运行保持最大风能利用率即可。
应当理解，尽管图5示出了根据本发明的示例性实施例的用于风力发电机组的最小桨距角寻优的示意性处理，但是本发明并不限于此。
图6示出了根据本发明的示例性实施例的用于风力发电机组的叶片失速控制分布的示意图600。
参照图6，根据本发明的示例性实施例的风力发电机组的叶片失速控制分布601可包括在风力发电机组的各个失速功率点下的最优最小桨距角。图6所示的叶片失速控制分布601可在未来失速状况下或者在当前非失速状况下为风力发电机组提供最优的最小桨距角控制参数。例如，当风力发电机组运行至图6所示的叶片失速控制分布601中的某一失速功率点时，可将风力发电机组的当前最小桨距角调整为在该失速功率点下的最优最小桨距角。
图7示出了根据本发明的示例性实施例的用于风力发电机组的叶片失速控制分布的另一示意图700。
参照图7，根据本发明的示例性实施例的风力发电机组的叶片失速控制分布可包括风力发电机组在不同的空气密度的各个失速功率点下的最优最小桨距角。可以看出，不同的空气密度pho对应不同的叶片失速控制分布。这样可从空气密度和失速功率两个维度的信息来确定针对失速工况的最小桨距角调整，可见，使用图7所示的叶片失速控制分布可获得比使用图6所示的叶片失速控制分布更优的最小桨距角调整，从而达到最佳的机组控制效果。
图8示出了根据本发明的示例性实施例的用于风力发电机组的控制装置的结构框图800。
参照图8，图8所示的控制装置可包括桨距角获取单元810、尖速比导出单元820、工况预测单元830、桨距角调整单元840和桨距角控制单元850，其中，桨距角获取单元810可被配置为获取风力发电机组的当前最小桨距角；尖速比导出单元820可被配置为从风力发电机组的临界失速尖速比分布中导出风力发电机组在当前最小桨距角下的临界失速尖速比，其中，临界失速尖速比分布包括风力发电机组在各个最小桨距角下的临界失速尖速比；工况预测单元830可被配置为预测风力发电机组在当前最小桨距角和导出的临界失速尖速比下运行的工况；桨距角调整单元840可被配置为响应于工况未达到期望的性能指标而调整当前最小桨距角；桨距角控制单元850可被配置为使用调整后的最小桨距角来控制风力发电机组的运行。
在图8所示的控制装置中，当工况可由风力发电机组在当前最小桨距角和失速尖速比下运行的输出功率来表征时，性能指标可为风力发电机组的满发功率。
在图8所示的控制装置中，工况预测单元830可包括临界风速计算单元、功率系数导出单元和输出功率计算单元(均未示出)，其中，临界风速计算单元可被配置为根据风力发电机组的相关运行参数以及导出的临界失速尖速比计算风力发电机组在当前最小桨距角下的临界失速风速；功率系数导出单元可被配置为从风力发电机组的功率系数分布中导出风力发电机组在当前最小桨距角和导出的临界失速尖速比下的功率系数，其中，功率系数分布包括风力发电机组在各个尖速比和最小桨距角下的功率系数；输出功率计算单元可被配置为基于导出的临界失速风速和导出的功率系数预测风力发电机组在当前最小桨距角和导出的临界失速尖速比下运行的输出功率。
在图8所示的控制装置中，桨距角调整单元840可被配置为基于预测的输出功率和导出的功率系数计算风力发电机组的等效风速；根据风力发电机组的相关运行参数以及等效风速计算风力发电机组的寻优尖速比；从风力发电机组的临界失速尖速比分布中导出风力发电机组在寻优尖速比下的寻优最小桨距角；从风力发电机组的功率系数分布中导出风力发电机组在寻优最小桨距角和寻优尖速比下的寻优功率系数；以及响应于导出的寻优功率系数与导出的功率系数之间的差小于预定收敛精度而将当前最小桨距角调整为寻优最小桨距角。
在图8所示的控制装置中，桨距角调整单元840还可被配置为响应于导出的寻优功率系数与导出的功率系数之间的差大于预定收敛精度而将导出的寻优功率系数作为上次导出的寻优功率系数，并迭代地执行计算等效风速的步骤、计算寻优尖速比的步骤、导出寻优最小桨距角的步骤、导出寻优功率系数的步骤，直到导出的寻优功率系数与上次导出的寻优功率系数之间的差小于预定收敛精度为止；以及将当前最小桨距角调整为迭代结束时得到的寻优最小桨距角。
在图8所示的控制装置中，风力发电机组的相关运行参数可包括，但不限于，风力发电机组的发电机转速和叶轮半径。
另外，图8所示的控制装置还可包括失速控制记录单元(未示出)，失速控制记录单元可被配置为将预测的输出功率和调整后的最小桨距角成对地记录至风力发电机组的叶片失速控制表中。
进一步地，图8所示的控制装置还可包括失速控制构建单元(未示出)，失速控制构建单元可被配置为使用叶片失速控制表构建风力发电机组的叶片失速控制分布，其中，叶片失速控制分布包括在风力发电机组的各个失速功率点下的最优最小桨距角。
进一步地，图8所示的控制装置还可包括第二桨距角调整单元(未示出)，第二桨距角调整单元可被配置为响应于风力发电机组运行至叶片失速控制分布上的失速功率点而将风力发电机组的当前最小桨距角调整为在失速功率点下的最优最小桨距角。
图9示出了根据本发明的示例性实施例的用于风力发电机组的系统架构的示意图900。
参照图9，根据本发明的示例性实施例的用于风力发电机组的系统架构可包括图8所示的控制装置910、风力发电机组920和风力发电机组控制器930(诸如，但不限于，风力发电机组中的主控PLC系统或变桨控制系统等)。根据本发明的示例性实施例的用于风力发电机组的控制方法可作为算法运行在控制装置910的计算单元中，并且控制装置910可包括，但不限于，图8所示的桨距角获取单元810、尖速比导出单元820、工况预测单元830、桨距角调整单元840和桨距角控制单元850。
在图9所示的系统架构中，可将图1所示的临界失速尖速比分布A加载到控制装置910中，并将当前最小桨距角B输入到控制装置910。控制装置910可从图1所示的临界失速尖速比分布A中导出风力发电机组在当前最小桨距角B下的临界失速尖速比，并预测风力发电机组在当前最小桨距角B和导出的临界失速尖速比下运行的工况，并且响应于预测的工况未达到期望的性能指标而调整当前最小桨距角。调整后的最小桨距角被风力发电机组控制器930发送到风电发电机组920，使得风力发电机组320以调整后的最小桨距角运行。这种利用风力发电机组的失速机理来预测失速状况的方式能够更准确地识别出风力发电机组可能存在的失速风险，以主动地避免失速状况的发生。
应当理解，尽管图9示出了根据本发明的示例性实施例的风力发电机组的系统架构，但是本发明并不限于此，例如，控制装置910还可被设置在风力发电机组控制器930与风力发电机组920之间，只要能够对风力发电机组的当前最小桨距角进行主动调整即可。另外，图9所示的控制装置910除了可被集成在单独的控制器中之外，还可被集成在风力发电机组控制器930中或风电场中的用于调度风力发电机组的后台控制器或其他可连接至风力发电机组控制器930或风力发电机组920的控制设备中。对此，本发明没有限制。
根据本发明的示例性实施例的用于风力发电机组的控制方法及装置能够在不增加新投入(诸如，额外的硬件设备)的前提下更准确地识别出风力发电机组可能存在的失速风险以主动地避免失速状况的发生，另外，还能够在避免叶片失速的同时使得风力发电机组尽可能地贴近风力发电机组的气动边界运行并保持最大风能利用率。
根据本发明的示例性实施例还可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用于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)。
根据本发明的示例性实施例还可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用于风力发电机组的控制方法的计算机程序。
尽管已参照优选实施例表示和描述了本申请，但是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 (20)

1.一种用于风力发电机组的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
获取所述风力发电机组的当前最小桨距角；
从所述风力发电机组的临界失速尖速比分布中导出所述风力发电机组在所述当前最小桨距角下的临界失速尖速比，其中，所述临界失速尖速比分布包括所述风力发电机组在各个最小桨距角下的临界失速尖速比；
预测所述风力发电机组在所述当前最小桨距角和导出的临界失速尖速比下运行的工况；
响应于预测的工况未达到期望的性能指标，调整所述当前最小桨距角；
使用调整后的最小桨距角来控制所述风力发电机组的运行。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，当所述工况由所述风力发电机组在所述当前最小桨距角和导出的临界失速尖速比下运行的输出功率来表征时，所述性能指标为所述风力发电机组的满发功率。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述预测所述风力发电机组在所述当前最小桨距角和导出的临界失速尖速比下运行的工况，包括：
根据所述风力发电机组的相关运行参数以及导出的临界失速尖速比，计算所述风力发电机组在所述当前最小桨距角下的临界失速风速；
从所述风力发电机组的功率系数分布中导出所述风力发电机组在所述当前最小桨距角和导出的临界失速尖速比下的功率系数，其中，所述功率系数分布包括所述风力发电机组在各个尖速比和最小桨距角下的功率系数；
基于导出的临界失速风速和导出的功率系数，预测所述风力发电机组在所述当前最小桨距角和导出的临界失速尖速比下运行的输出功率。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述调整所述当前最小桨距角，包括：
基于预测的输出功率和导出的功率系数，计算所述风力发电机组的等效风速；
根据所述风力发电机组的相关运行参数以及所述等效风速，计算所述风力发电机组的寻优尖速比；
从所述风力发电机组的临界失速尖速比分布中导出所述风力发电机组在所述寻优尖速比下的寻优最小桨距角；
从所述风力发电机组的功率系数分布中导出所述风力发电机组在所述寻优最小桨距角和所述寻优尖速比下的寻优功率系数；
响应于导出的寻优功率系数与导出的功率系数之间的差小于预定收敛精度，将所述当前最小桨距角调整为所述寻优最小桨距角。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述调整所述当前最小桨距角，还包括：
响应于导出的寻优功率系数与导出的功率系数之间的差大于预定收敛精度，将导出的寻优功率系数作为上次导出的寻优功率系数，并迭代地执行计算等效风速的步骤、计算寻优尖速比的步骤、导出寻优最小桨距角的步骤、导出寻优功率系数的步骤，直到导出的寻优功率系数与上次导出的寻优功率系数之间的差小于预定收敛精度为止；
将所述当前最小桨距角调整为所述迭代结束时得到的寻优最小桨距角。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述风力发电机组的相关运行参数包括所述风力发电机组的发电机转速和叶轮半径。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：
将预测的输出功率和调整后的最小桨距角成对地记录至所述风力发电机组的叶片失速控制表中。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：
使用所述叶片失速控制表构建所述风力发电机组的叶片失速控制分布，其中，所述叶片失速控制分布包括在所述风力发电机组的各个失速功率点下的最优最小桨距角。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：
响应于所述风力发电机组运行至所述叶片失速控制分布上的失速功率点，将所述风力发电机组的当前最小桨距角调整为在所述失速功率点下的最优最小桨距角。
10.一种用于风力发电机组的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括：
桨距角获取单元，被配置为：获取所述风力发电机组的当前最小桨距角；
尖速比导出单元，被配置为：从所述风力发电机组的临界失速尖速比分布中导出所述风力发电机组在所述当前最小桨距角下的临界失速尖速比，其中，所述临界失速尖速比分布包括所述风力发电机组在各个最小桨距角下的临界失速尖速比；
工况预测单元，被配置为：预测所述风力发电机组在所述当前最小桨距角和导出的临界失速尖速比下运行的工况；
桨距角调整单元，被配置为：响应于所述工况未达到期望的性能指标，调整所述当前最小桨距角；
桨距角控制单元，被配置为：使用调整后的最小桨距角来控制所述风力发电机组的运行。
11.根据权利要求10所述的控制装置，其特征在于，当所述工况由所述风力发电机组在所述当前最小桨距角和导出的临界失速尖速比下运行的输出功率来表征时，所述性能指标为所述风力发电机组的满发功率。
12.根据权利要求11所述的控制装置，其特征在于，所述工况预测单元包括：
临界风速计算单元，被配置为：根据所述风力发电机组的相关运行参数以及导出的临界失速尖速比，计算所述风力发电机组在所述当前最小桨距角下的临界失速风速；
功率系数导出单元，被配置为：从所述风力发电机组的功率系数分布中导出所述风力发电机组在所述当前最小桨距角和导出的临界失速尖速比下的功率系数，其中，所述功率系数分布包括所述风力发电机组在各个尖速比和最小桨距角下的功率系数；
输出功率计算单元，被配置为：基于导出的临界失速风速和导出的功率系数，预测所述风力发电机组在所述当前最小桨距角和导出的临界失速尖速比下运行的输出功率。
13.根据权利要求12所述的控制装置，其特征在于，所述桨距角调整单元被配置为：
基于预测的输出功率和导出的功率系数，计算所述风力发电机组的等效风速；
根据所述风力发电机组的相关运行参数以及所述等效风速，计算所述风力发电机组的寻优尖速比；
从所述风力发电机组的临界失速尖速比分布中导出所述风力发电机组在所述寻优尖速比下的寻优最小桨距角；
从所述风力发电机组的功率系数分布中导出所述风力发电机组在所述寻优最小桨距角和所述寻优尖速比下的寻优功率系数；
响应于导出的寻优功率系数与导出的功率系数之间的差小于预定收敛精度，将所述当前最小桨距角调整为所述寻优最小桨距角。
14.根据权利要求13所述的控制装置，其特征在于，所述桨距角调整单元还被配置为：
响应于导出的寻优功率系数与导出的功率系数之间的差大于预定收敛精度，将导出的寻优功率系数作为上次导出的寻优功率系数，并迭代地执行计算等效风速的步骤、计算寻优尖速比的步骤、导出寻优最小桨距角的步骤、导出寻优功率系数的步骤，直到导出的寻优功率系数与上次导出的寻优功率系数之间的差小于预定收敛精度为止；
将所述当前最小桨距角调整为所述迭代结束时得到的寻优最小桨距角。
15.根据权利要求14所述的控制装置，其特征在于，所述风力发电机组的相关运行参数包括所述风力发电机组的发电机转速和叶轮半径。
16.根据权利要求10至15中任意一项所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括：
失速控制记录单元，被配置为：将预测的输出功率和调整后的最小桨距角成对地记录至所述风力发电机组的叶片失速控制表中。
17.根据权利要求16所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括：
失速控制构建单元，被配置为：使用所述叶片失速控制表构建所述风力发电机组的叶片失速控制分布，其中，所述叶片失速控制分布包括在所述风力发电机组的各个失速功率点下的最优最小桨距角。
18.根据权利要求17所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括：
第二桨距角调整单元，被配置为：响应于所述风力发电机组运行至所述叶片失速控制分布上的失速功率点，将所述风力发电机组的当前最小桨距角调整为在所述失速功率点下的最优最小桨距角。
19.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其中，当所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1至9中任意一项所述的用于风力发电机组的控制方法。
20.一种计算装置，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，实现权利要求1至9中任意一项所述的用于风力发电机组的控制方法。
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