获得风电设备功率曲线以及风电设备控制的方法和装置的制作方法

专利名称：获得风电设备功率曲线以及风电设备控制的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明属于风能设备领域，尤其涉及一种获得风电设备功率曲线的方法、装置和 风电设备的控制方法和装置。
背景技术：
风能是一种清洁的可再生资源，作为风能利用的主要形式，风力发电是目前技术 最成熟、最具规模化开发条件和商业化发展前景的可再生能源发电方式之一。在风电设备 的各项性能指标中，风力发电机的功率曲线是最重要的一项，所谓风电设备的功率曲线就 是风电设备输出功率随风速和空气密度的变化而变化的曲线，因此，风电设备的功率曲线 不仅与风速有关，还与空气密度有关。功率曲线对于风电设备很重要，通常风电设备在运行 中都需要根据该功率曲线调整风电设备的输出功率，即实现风能跟踪控制。在标准大气压下的空气密度称为标准空气密度。在标准空气密度下，风电设备的 输出功率与风速的关系曲线称为风电设备的标准功率曲线。标准功率曲线是一条理论上模 拟的曲线，是在风电设备出厂的时候，在标准空气密度下，根据风电设备输出功率与风速关 系式模拟出来的曲线，并不是实际测得的风速与输出功率的曲线。在风电设备实际工作的 风电场情况下，风电设备的实际输出功率与风速的关系曲线称为风电设备的实际输出功率 曲线，由于风电场的实际空气密度并非标准空气密度，所以风电设备的实际输出功率曲线 与标准功率曲线是不同的。目前，在对风电设备进行风能跟踪控制过程中，为了适应空气密度的变化，需要根 据空气密度对功率曲线进行修正，在现有的修正策略中，主要是针对不同海拔对预存的一 条标准功率曲线进行修正，即在将风电设备安装在固定场所之后，根据安装地区的海拔对 标准功率曲线乘以一个修正系数，以后风电设备的控制过程均按照该修正后的功率曲线为 准。但是在实际中，空气密度与海拔高度、气压、气温和湿度等诸多环境参数有关，因此在不 同的风电场，同一风电场的不同季节月份的空气密度都有所不同，特别是风电场的冬夏两 季，实际空气密度差别很大，所以即便是在固定不动的风电设备在各个时间的实际输出功 率曲线也是一个变化的曲线。而现有技术中仅仅按照一条预先根据海拔高度为依据修正后 的功率曲线进行控制，根本没有考虑在同一海拔高度的地区的不同季节月份也会造成功率 曲线的变化，所以利用现有方法修正的功率曲线不具有动态性，准确性较低；进一步地，在 将经过该准确性较低的修正方法修正的功率曲线应用在风电设备的功率控制中，也会增大 控制过程的误差。

发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种获得风电设备功率曲线的方法、装置和风 电设备的控制方法、装置，能够克服现有技术中获得的功率曲线准确性较低的缺陷。为实现上述目的，本发明的一个实施例提供一种获得风电设备功率曲线的方法， 包括
获取风电设备所处的当前环境的空气密度；利用所述当前环境的空气密度，以及预先建立的空气密度与风电设备的功率曲线 之间关系的模型，确定与所述当前环境的空气密度相对应的功率曲线。本发明的另一个实施例提供一种风电设备的控制方法，包括获取风电设备所处的当前环境的空气密度；利用所述当前环境的空气密度，以及预先建立的空气密度与风电设备的功率曲线 之间关系的模型，确定与所述当前环境的空气密度相对应的功率曲线；根据获得的风电设备的功率曲线，控制风电设备的运行。本发明的再一个实施例提供一种获得风电设备功率曲线的装置，包括获取单元，用于获取风电设备所处的当前环境的空气密度；确定单元，用于利用所述当前环境的空气密度，以及预先建立的空气密度与风电 设备的功率曲线之间关系的模型，确定与所述当前环境的空气密度相对应的功率曲线。本发明的再一个实施例提供一种风电设备的控制装置，包括获取单元，用于获取风电设备所处的当前环境的空气密度；确定单元，用于利用所述当前环境的空气密度，以及预先建立的空气密度与风电 设备的功率曲线之间关系的模型，确定与所述当前环境的空气密度相对应的功率曲线，并 输出至控制单元中；控制单元，用于利用接收到的当前空气密度情况下的风电设备的功率曲线，控制 风电设备的运行。根据本发明实施例，由于是根据风电设备所处当前环境的空气密度确定相对应的 功率曲线，这就使得获取的功率曲线更适合当地当时的情况，准确性更高；进一步地在将该 功率曲线应用在风电设备的控制过程中，可以使得风电设备最大限度地追踪最大风能，提 高风电设备发电量。


为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明 的一些实施例，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 这些附图获得其他的附图。图1是本发明实施例提供的一种获得风电设备功率曲线的方法的示意图；图2是本发明提供的获得风电设备功率曲线的方法的一个实施例的示意图；图3是本发明提供的获得风电设备功率曲线的方法的另一个实施例的示意图；图4是本发明实施例提供的一种获得风电设备功率曲线的装置的示意图；图5是本发明提供的获得风电设备功率曲线的装置的一个实施例的示意图；图6是本发明提供的获得风电设备功率曲线的装置的另一个实施例的示意图；图7是本发明例提供的一种风电设备的控制方法的示意图；图8是本发明提供的风电设备的控制方法的一个实施例的示意图；图9是本发明提供的风电设备的控制方法的另一个实施例的示意图；图10是本发明实施例提供的一种风电设备的控制装置的示意图11是本发明提供的风电设备的控制装置的一个实施例的示意图；图12是本发明提供的风电设备的控制装置的一个实施例的示意图；图13是本发明实施例提供的一种空气密度检测装置的示意图。
具体实施例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 在没有做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。本发明实施例提供一种获得风电设备功率曲线的方法，如图1所示，包括如下步 骤步骤S101 获取风电设备所处的当前环境的空气密度；步骤S102 利用所述当前环境的空气密度，以及预先建立的空气密度与风电设备 的功率曲线之间关系的模型，确定与所述当前环境的空气密度相对应的功率曲线。利用本发明实施例提供的获得风电设备功率曲线的方法，可以根据风电设备所处 当前环境的空气密度确定相对应的功率曲线，这就使得获取的功率曲线更适合当地当时的 情况，准确性更高；进一步地在将该功率曲线应用在风电设备的控制过程中，可以使得风电 设备最大限度地追踪最大风能，提高风电设备发电量。以下分别以预先建立的空气密度与风电设备的功率曲线之间关系的模型采用的 不同形式分别举例说明。实施例一图2为本发明提供的获得风电设备功率曲线的方法的一个实施例的示意图。在本 实施例中，预先建立的空气密度与风电设备的功率曲线之间关系的模型为风电设备的功率 与空气密度和风速的关系；如图2所示，该方法包括如下步骤步骤S201 获取风电设备所处的当前环境的空气密度。即使风电设备的位置不动，不同时间的附近空气密度也是不同，由于空气密度对 功率曲线有直接影响，当前的空气密度的获取可以为获得当前应该采用的功率曲线提供了 前提条件。上述获取当前环境的空气密度可以是实时获取的，也可以是每隔一段时间获取一 次当前的空气密度。步骤S202 利用风电设备的功率与空气密度和风速的关系，计算得到当前空气密 度情况下的功率与风速的关系，获得当前空气密度情况下的风电设备的功率曲线。上述风电设备的功率与空气密度和风速的关系可以采用风能原理，即下式P＝1/2pAv3(式子 1)其中，P为风电设备的功率，P为空气密度，A为风电设备的风轮叶片旋转一周的 扫掠的面积，v为风速。式子1阐述了风能原理中对风电设备的功率随风速变化形成的功 率曲线与空气密度的关系。
根据例如式子1中定义的风电设备功率与风速和空气密度的关系，将当前环境的 空气密度代入，即可得到当前空气密度情况下的功率与风速的关系，也就获得了当前空气 密度情况下的风电设备的功率曲线。由此可见，本实施例中不是采用如现有技术中在风电设备初始安装时经过一次根 据海拔高度进行的修正以后就固定不变了 ；而是根据获取的当前环境的空气密度重新计算 功率曲线，这就使得获得的功率曲线是与当前环境相适应的，随着时间的推移，当前环境的 空气密度发生变化，由此计算得到的功率曲线也会相应调整，所以本实施例提供的方法获 取的功率曲线更适合当地当时的情况，进一步地将该功率曲线应用在控制过程中，会使得 风电设备的运行更加稳定可靠。实施例二图3为本发明提供的获得风电设备功率曲线的方法的另一个实施例的示意图。在 本实施例中，预先建立的空气密度与风电设备的功率曲线之间关系的模型包括存储的功 率曲线数据库、以及风电设备的功率与空气密度和风速的关系；该实施例与第一实施例的 区别在于在获得风电设备功率曲线的方法的第一实施例中，每次为获得与当前环境的空 气密度对应的功率曲线都必须依据功率与风速和空气密度的关系进行重新计算；而本发明 提供的获得风电设备功率曲线的方法的第二实施例中存储了功率曲线数据库，该数据库中 存储了至少一条功率曲线和与该功率曲线对应的空气密度，这里的对应关系可以是每条功 率曲线都是由对应的空气密度代入到功率与风速和空气密度的关系得到的。在获得当前环 境的空气密度对应的功率曲线时，首先从功率曲线数据库中查找能够匹配的功率曲线，如 果没有匹配成功才进行重新计算。具体地，包括如下步骤步骤S301 获取风电设备所处的当前环境的空气密度；同理，步骤S301中获取当前环境的空气密度可以是实时获取的，也可以是每隔一 段时间获取一次当前的空气密度。步骤S302 判断存储的功率曲线数据库中是否存在与步骤S301中获取的当前环 境空气密度相匹配的空气密度，如果存在，执行步骤S303，如果不存在，执行步骤S304。上述功率曲线数据库存储了至少一条功率曲线和该功率曲线对应的空气密度，上 述每条功率曲线可以是由其对应的空气密度根据功率曲线与风速和空气密度的关系计算 得到的，计算过程也可以依据实施例一中的式子1进行。判断存储功率曲线数据库中的功率曲线对应的空气密度是否与当前环境的空气 密度相匹配可以是判断功率曲线数据库中待对比的功率曲线对应的空气密度与当前环境 的空气密度是否相同，此时匹配的条件为功率曲线数据库中的一条功率曲线对应的空气密 度与当前环境的空气密度相等。上述要求功率曲线数据库中存储的待对比的空气密度与当前环境的空气密度相 等作为匹配条件有些严格，虽然这样最终使得获取的功率曲线与当前环境条件最吻合，但 是有些应用场合并不需要如此精确，只要获取功率曲线近似与当前环境条件相适合即可， 基于这样的考虑，判断存储功率曲线数据库中的功率曲线对应的空气密度是否与当前环境 的空气密度相匹配还可以是判断功率数据库中是否存在与获取的当前环境空气密度的差 值的绝对值小于第一阈值的空气密度，此时匹配的条件为功率曲线数据库中待对比的功率 曲线对应的空气密度与当前环境的空气密度之间存在差值，并且该差值的绝对值小于预设的阈值，当然对于功率曲线数据库中的一条功率曲线对应的空气密度与当前环境的空气密 度相等也是满足上述匹配条件的，总之该匹配条件要求更宽松。另外，为了增加匹配条件的 合理性，上述第一阈值的选取应该遵循以下条件，即将功率曲线数据库中存储的所有功率 曲线分别对应的空气密度按大小排序后，上述选取的第一阈值应该小于相邻两个空气密度 之间的间隔的最小值的一半。步骤S303 在步骤S302中的判断结果为存在时，直接从功率曲线数据库中读取步 骤S302中与当前环境空气密度相匹配的空气密度对应的功率曲线，作为当前空气密度情 况的风电设备的功率曲线。如果步骤S302中匹配成功，则不再需要依据当前环境的空气密度重新计算功率 曲线，而只需要从功率曲线数据库中读取现有的功率曲线，节省了处理时间。步骤S304 在步骤S302中的判断结果为不存在时，利用风电设备的功率与空气密 度和风速的关系，计算得到当前空气密度情况下功率与风速的关系，获得当前空气密度情 况下的风电设备的功率曲线。这样，只有在从功率曲线数据库中找不到能够匹配成功的功率曲线后，才利用步 骤S304重新计算当前空气密度情况下的风电设备的功率曲线。而步骤S304中计算功率曲线也可以依据式子1中所示的风能原理表示的风电设 备的功率与风速和空气密度的关系。由此可见本实施例相对于实施例一提供的获得功率曲线的方法，在实现获得风电 设备的功率曲线更适合当地当时的情况，而且由于首先与功率曲线数据库中存储的功率曲 线进行对比，如果匹配成功，则不需要进行计算，直接读取功率曲线数据库中的功率曲线即 可，所以更节省获取功率曲线所花费的时间，节省资源。另外，为了进一步优化获取所需的时间，将经过步骤S304重新计算的结果更新现 有的功率曲线数据库，具体地，在步骤S304之后执行步骤S305 将步骤S304中计算获得的 风电设备的功率曲线及其对应的当前空气密度存储入功率曲线数据库中，以达到对当前功 率曲线数据库的更新。这样，在以后将下一时刻获得的空气密度与功率曲线数据库中存储 的功率曲线对应的空气密度相对比时，就又多了一个可以被比较的对象，从而增加了匹配 成功的几率，减小执行步骤S304的可能性，逐渐减小获取当前环境的空气密度对应的功率 曲线的时间。本发明实施例还相应提供一种获得风电设备功率曲线的装置，如图4所示，包括获取单元401，用于获取风电设备所处的当前环境的空气密度；确定单元402，用于利用所述当前环境的空气密度，以及预先建立的空气密度与风 电设备的功率曲线之间关系的模型，确定与所述当前环境的空气密度相对应的功率曲线。该装置根据风电设备所处当前环境的空气密度确定相对应的功率曲线，这就使得 获取的功率曲线更适合当地当时的情况，准确性更高。以下分别以预先建立的空气密度与风电设备的功率曲线之间关系的模型采用的 不同形式分别举例说明本发明中的获得风电设备功率曲线的装置的各个具体实施例。实施例三图5为本发明提供的一种获得风电设备功率曲线的装置的一个实施例的示意图。 在本实施例中预先建立的空气密度与风电设备的功率曲线之间关系的模型为风电设备的功率与空气密度和风速的关系；并且确定单元包括计算单元。该装置中的各个单元可以执 行如上述实施例一提供的获得风电设备功率曲线的方法的步骤。具体地，如图5所示，该装置包括获取单元501，用于获取风电设备所处的当前环境的空气密度；计算单元502，用于利用风电设备的功率曲线与空气密度和风速的关系，计算得到 当前空气密度情况下的功率与风速的关系，获得当前空气密度情况下的风电设备的功率曲 线。上述计算单元502在依据当前空气密度计算风电设备的功率曲线时，可以依据式 子1中表示的风能原理。由于在本实施例提供的获得风电设备功率曲线的装置根据获取的当前环境的空 气密度重新计算功率曲线，这就使得获得的功率曲线是与当前环境相适应的，随着时间的 推移，当前环境的空气密度发生变化，由此计算得到的功率曲线也会相应调整，所以本实施 例提供的装置获取的功率曲线更适合当地当时的情况，进一步地将该功率曲线应用在控制 过程中，会使得风电设备的运行更加稳定可靠。实施例四图6示出了本发明提供的获得风电设备功率曲线的装置的另一个实施例的示意 图。在该实施例中，预先建立的空气密度与风电设备的功率曲线之间关系的模型包括存储 的功率曲线数据库、以及风电设备的功率与空气密度和风速的关系；并且确定单元包括存 储单元、判断单元、读取单元和计算单元。如图6所示，该装置包括获取单元601，用于获取风电设备所处的当前环境的空气密度；存储单元602，用于存储功率曲线数据库，该功率曲线数据库中存储至少一条功率 曲线以及与其相对应的空气密度；判断单元603，用于判断存储单元602中存储的功率曲线数据库中是否存在与获 取单元601获取的当前环境空气密度相匹配的空气密度，如果存在，则通知读取单元604进 行工作，如果不存在，则通知计算单元605进行工作；读取单元604，用于在接收到判断单元603的通知后，读取存储单元602存储的功 率曲线数据库中与当前环境空气密度相匹配的空气密度对应的功率曲线，作为当前空气密 度情况下的风电设备的功率曲线。计算单元605，用于在接收到判断单元603的通知后，利用风电设备的功率与空气 密度和风速的关系，计算得到当前空气密度情况下的功率与风速的关系，获得当前空气密 度情况下的风电设备的功率曲线。由于本实施例提供的装置首先进行与功率曲线数据库中存储的功率曲线对应空 气密度的对比，如果匹配成功，则不需要进行计算，直接读取功率曲线数据库中的功率曲线 即可，所以更节省获取功率曲线所花费的时间，节省资源。另外，为了进一步优化获取功率曲线所需的时间，优选地还包括更新单元606， 用于将计算单元605计算得到的风电设备的功率曲线及其对应的当前空气密度存储入存 储单元602中的功率曲线数据库中，更新存储的功率曲线数据库。这样，在以后将下一时刻 获得的空气密度与功率曲线数据库中存储的功率曲线对应的空气密度相对比时，就又多了一个可以被比较的对象，从而增加了匹配成功的几率，减小计算单元605重新计算功率曲
线的可能性，逐渐减小获取当前环境的空气密度对应的功率曲线的时间。 本发明实施例还提供一种风电设备的控制方法，该方法用于根据当前的环境空气
密度获取对应的功率曲线，并以该功率曲线为依据，控制风电设备的运行，实现风电设备最
大限度地跟踪最大风能，以此提高风电设备的发电量。 如图7所示，该方法包括步骤S701 获取风电设备所处的当前环境的空气密度；步骤S702 利用所述当前环境的空气密度，以及预先建立的空气密度与风电设备 的功率曲线之间关系的模型，确定与所述当前环境的空气密度相对应的功率曲线；步骤S703 根据获得的风电设备的功率曲线，控制风电设备的运行。由于本实施例提供的控制方法是根据风电设备所处当前环境的空气密度确定相 对应的功率曲线，这就使得获取的功率曲线更适合当地当时的情况，准确性更高；进一步地 在将该功率曲线应用在风电设备的控制过程中，可以使得风电设备最大限度地追踪最大风 能，提高风电设备发电量。以下分别以空气密度与风电设备的功率曲线之间关系的模型的不同形式详细说 明本发明提供的风电设备的控制方法的各个具体实施例。实施例五图8示出了本发明提供的一种风电设备的控制方法的一个实施例的示意图，在本 实施例中，预先建立的空气密度与风电设备的功率曲线之间关系的模型为风电设备的功率 与空气密度和风速的关系；如图8所示，该风电设备的控制方法包括步骤S801 获取风电设备所处的当前环境的空气密度。上述获取当前环境的空气密度可以是实时获取的，也可以是每隔一段时间获取一 次当前的空气密度。步骤S802 利用风电设备的功率与空气密度和风速的关系，计算得到当前空气密 度情况下的功率与风速的关系，获得当前空气密度情况下的风电设备的功率曲线。上述风电设备的功率与空气密度和风速的关系也可以采用式子1中所示的形式。 将当前环境的空气密度代入到风电设备的功率与空气密度和风速的关系，即可得到当前空 气密度情况下的功率与风速的关系，从而获得当前空气密度情况下的风电设备的功率曲 线。步骤S803 根据获得的风电设备的功率曲线，控制风电设备的运行。由此可见，本实施例中的控制方法在获得功率曲线时，是根据获取的当前环境空 气密度重新进行计算的，由于当前空气密度反映了当前环境的实时状况，所以由此计算的 功率曲线更适合当时的情况，进而利用该功率曲线对风电设备进行控制可以使得风电设备 最大限度地追踪最大风能，提高风电设备发电量。实施例六图9示出了本发明提供的一种风电设备的控制方法的另一个实施例的示意图。在 本实施例中，预先建立的空气密度与风电设备的功率曲线之间关系的模型包括存储的功 率曲线数据库、以及风电设备的功率与空气密度和风速的关系；本实施例中提供的控制方法与实施例五中的控制方法的区别在于本实施例中存储了功率曲线数据库，该数据库中 存储了至少一条功率曲线和与该功率曲线对应的空气密度，这里的对应关系可以是每条功 率曲线都是由对应的空气密度代入到功率与风速和空气密度的关系得到的。在获得当前环 境的空气密度对应的功率曲线时，首先从功率曲线数据库中查找能够匹配的功率曲线，如 果没有匹配成功才进行重新计算。如图9所示，该控制方法包括步骤S901 获取风电设备所处的当前环境的空气密度；上述获取当前环境的空气密度可以是实时获取的，也可以是每隔一段时间获取一 次当前的空气密度。步骤S902 判断存储的功率曲线数据库中是否存在与步骤S901中获取的当前环 境温度相匹配的空气密度，如果存在，则执行步骤S903，如果不存在，则执行步骤S904。功率曲线数据库存储了至少一条功率曲线和该功率曲线对应的空气密度，上述每 条功率曲线可以是由其对应的空气密度根据功率曲线与风速和空气密度的关系计算得到 的，计算过程也可以依据实施例一中的式子1进行。判断存储功率曲线数据库中的功率曲线对应的空气密度是否与当前环境的空气 密度相匹配可以是判断功率曲线数据库中待对比的功率曲线对应的空气密度与当前环境 的空气密度是否相同，此时匹配的条件为功率曲线数据库中的一条功率曲线对应的空气密 度与当前环境的空气密度相等。上述要求功率曲线数据库中存储的待对比的空气密度与当前环境的空气密度相 等作为匹配条件有些严格，虽然这样最终使得获取的功率曲线与当前环境条件最吻合，但 是有些应用场合并不需要如此精确，只要获取功率曲线近似与当前环境条件相适合即可， 基于这样的考虑，判断存储功率曲线数据库中的功率曲线对应的空气密度是否与当前环境 的空气密度相匹配还可以是判断功率数据库中是否存在与获取的当前环境空气密度的差 值的绝对值小于第一阈值的空气密度，此时匹配的条件为功率曲线数据库中待对比的功率 曲线对应的空气密度与当前环境的空气密度之间存在差值，并且该差值的绝对值小于预设 的第一阈值，当然对于功率曲线数据库中的一条功率曲线对应的空气密度与当前环境的空 气密度相等也是满足上述匹配条件的，总之该匹配条件要求更宽松。另外，为了增加匹配条 件的合理性，上述第一阈值的选取应该遵循以下条件，即将功率曲线数据库中存储的所有 功率曲线分别对应的空气密度按大小排序后，上述选取的第一阈值应该小于相邻两个空气 密度之间的间隔的最小值的一半。步骤S903 当步骤S902的判断结果为存在时，直接读取存储在所述功率曲线数据 库中与当前环境空气密度相匹配的空气密度对应的功率曲线，作为当前空气密度情况下的 风电设备的功率曲线。步骤S904 当步骤S902的判断结果为不存在时，利用风电设备的功率与空气密度 和风速的关系，计算得到当前空气密度情况下的功率与风速的关系，获得当前空气密度情 况下的风电设备的功率曲线。步骤S904中依据的风电设备的功率与空气密度和风速的关系也可以采用式子1 表示的形式。这样，如果步骤S902中匹配成功时，则不再需要根据当前环境空气密度重新计算功率曲线，而只需要从功率曲线数据库中读取现有的功率曲线，节省了处理时间。无论是执行步骤S903还是执行步骤S904之后，都执行以下步骤步骤S905 根据获得的风电设备的功率曲线，控制风电设备的运行。这里，步骤S905中利用的获得的风电设备的功率曲线可以是当步骤S902的判断 结果为存在时步骤S903中直接读取的功率曲线，也可以是当步骤S902的判断结果为不存 在时步骤S904中计算得到的功率曲线。另外，为了进一步优化获取功率曲线所需的时间，在步骤S904之后，利用步骤 S904重新计算的功率曲线更新现有的功率曲线数据库，具体地，将步骤S904中计算获得的 风电设备的功率曲线以及对应的当前空气密度存储入功率曲线数据库中，以达到对当前功 率曲线数据库的更新。这样，为了获取下一时刻的空气密度对应的功率曲线时，在将下一时 刻获得的空气密度与功率曲线数据库中存储的功率曲线对应的空气密度相对比时，就有多 了一个可以比较的对象，从而增加了匹配成功的几率，减小执行步骤S904的可能性，逐渐 减小获取当前环境的空气密度对应的功率曲线的时间。本发明实施例还提供一种风电设备的控制装置，如图10所示，该装置包括获取单元1001，用于获取风电设备所处的当前环境的空气密度；确定单元1002，用于利用所述当前环境的空气密度，以及预先建立的空气密度与 风电设备的功率曲线之间关系的模型，确定与所述当前环境的空气密度相对应的功率曲 线，并输出至控制单元1003中；控制单元1003，用于利用接收到的当前空气密度情况下的风电设备的功率曲线， 控制风电设备的运行。由于本实施例提供的控制装置是根据风电设备所处当前环境的空气密度确定相 对应的功率曲线，这就使得获取的功率曲线更适合当地当时的情况，准确性更高；进一步地 在将该功率曲线应用在风电设备的控制过程中，可以使得风电设备最大限度地追踪最大风 能，提高风电设备发电量。以下分别以空气密度与风电设备的功率曲线之间关系的模型的不同形式详细说 明本发明提供的风电设备的控制方法的各个具体实施例。实施例七图11示出了本发明实施例提供的风电设备的控制装置的一个实施例的示意图。 在本实施例中预先建立的空气密度与风电设备的功率曲线之间关系的模型为风电设备的 功率与空气密度和风速的关系；并且确定单元包括计算单元。该装置中的各个单元可以执 行如上述实施例一提供的获得风电设备功率曲线的方法的步骤。如图11所示，该控制装置包括获取单元1101、计算单元1102和控制单元1103。获取单元1101，用于获取风电设备所处的当前环境的空气密度；获取单元1101获取当前环境的空气密度可以是实时获取的，也可以是每隔一段 时间获取一次当前的空气密度。计算单元1102，用于利用风电设备的功率与空气密度和风速的关系，计算得到当 前空气密度情况下的功率与风速的关系，获得当前空气密度情况下的风电设备的功率曲 线，并输出至控制单元1103中；上述计算单元1102在依据当前空气密度计算风电设备的功率曲线时，可以依据式子1中表示的风能原理。控制单元1103，用于利用接收到的当前空气密度情况下的风电设备的功率曲线， 控制风电设备的运行。由于在本实施例提供的控制装置根据获取的当前环境的空气密度重新计算功率 曲线，这就使得获得的功率曲线是与当前环境相适应的，随着时间的推移，当前环境的空气 密度发生变化，由此计算得到的功率曲线也会相应调整，所以本实施例提供的装置获取的 功率曲线更适合当地当时的情况，进一步地该控制装置根据接收到的当前空气密度情况下 的风电设备的功率曲线对风电设备进行控制，实现风电设备最大限度地追踪最大风能，提 高风电设备的发电量。实施例八图12示出了本发明提供的风电设备的控制装置的另一个实施例的示意图。在该 实施例中，预先建立的空气密度与风电设备的功率曲线之间关系的模型包括存储的功率 曲线数据库、以及风电设备的功率与空气密度和风速的关系；并且确定单元包括存储单元、 判断单元、读取单元和计算单元。如图12所示，该控制装置包括获取单元1201、存储单元1202、判断单元1203、读 取单元1204、计算单元1205和控制单元1206。获取单元1201，用于获取风电设备所处的当前环境的空气密度；获取单元1201获取当前环境的空气密度可以是实时获取的，也可以是每隔一段 时间获取一次当前的空气密度。存储单元1202，用于存储功率曲线数据库，所述功率曲线数据库中存储至少一条 功率曲线以及与其相对应的空气密度；这里的对应关系可以是功率曲线数据库中的每条功 率曲线都是由对应的空气密度代入到功率与风速和空气密度的关系得到的。判断单元1203，用于判断存储单元1202存储的功率曲线数据库中是否存在与获 取单元1201获取的当前环境空气密度相匹配的空气密度，如果存在，则通知读取单元1204 进行工作，如果不存在，则通知计算单元1205进行工作。判断单元1203判断存储在功率曲线数据库中的功率曲线对应的空气密度是否与 当前环境的空气密度相匹配可以是判断功率曲线数据库中待对比的功率曲线对应的空气 密度与当前环境的空气密度是否相同，此时匹配的条件为功率曲线数据库中的一条功率曲 线对应的空气密度与当前环境的空气密度相等。上述要求功率曲线数据库中存储的待对比的空气密度与当前环境的空气密度相 等作为匹配条件有些严格，虽然这样最终使得获取的功率曲线与当前环境条件最吻合，但 是有些应用场合并不需要如此精确，只要获取功率曲线近似与当前环境条件相适合即可， 基于这样的考虑，判断存储功率曲线数据库中的功率曲线对应的空气密度是否与当前环境 的空气密度相匹配还可以是判断功率数据库中是否存在与获取的当前环境空气密度的差 值的绝对值小于第一阈值的空气密度，此时匹配的条件为功率曲线数据库中待对比的功率 曲线对应的空气密度与当前环境的空气密度之间存在差值，并且该差值的绝对值小于预设 的阈值，当然对于功率曲线数据库中的一条功率曲线对应的空气密度与当前环境的空气密 度相等也是满足上述匹配条件的，总之该匹配条件要求更宽松。另外，为了增加匹配条件的 合理性，上述第一阈值的选取应该遵循以下条件，即将功率曲线数据库中存储的所有功率曲线分别对应的空气密度按大小排序后，上述选取的第一阈值应该小于相邻两个空气密度 之间的间隔的最小值的一半。读取单元1204，用于在接收到判断单元1203的通知后，读取存储单元1202中存储 的功率曲线数据库中与当前环境空气密度相匹配的空气密度对应的功率曲线，作为当前空 气密度情况下的风电设备的功率曲线，并输出至控制单元1206。计算单元1205，用于在接收到判断单元1203的通知后，利用风电设备的功率与空 气密度和风速的关系，计算得到当前空气密度情况下的功率与风速的关系，获得当前空气 密度情况下的风电设备的功率曲线，并输出至控制单元1206。由于本实施例提供的装置首先进行与功率曲线数据库中存储的功率曲线对应空 气密度的对比，如果匹配成功，则不需要进行计算，直接读取功率曲线数据库中的功率曲线 即可，所以更节省获取功率曲线所花费的时间，节省资源。控制单元1206，用于利用接收到的当前空气密度情况下的风电设备的功率曲线， 控制风电设备的运行。控制单元1206与计算单元1205和读取单元1204相连，用于接收计算单元1205 或读取单元1204输出的当前空气密度情况下的风电设备的功率曲线。无论是从功率曲线数据库中读取的功率曲线还是由计算单元1205重新计算的功 率曲线，都能够反映当前环境的实时状况，进而利用该功率曲线对风电设备进行控制可以 使得风电设备最大限度地追踪最大风能，提高风电设备发电量。另外，为了进一步优化获取功率曲线所需的时间，优选地还包括更新单元1207， 用于将计算单元1205计算得到的风电设备的功率曲线及其对应的当前空气密度存储入存 储单元1202中的功率曲线数据库中，更新存储的功率曲线数据库。这样，在以后将下一时 刻获得的空气密度与功率曲线数据库中存储的功率曲线对应的空气密度相对比时，就又多 了一个可以被比较的对象，从而增加了匹配成功的几率，减小计算单元1205重新计算功率 曲线的可能性，逐渐减小获取当前环境的空气密度对应的功率曲线的时间。需要说明的是，在本发明以上各个实施例中均需要获取当前环境的空气密度，目 前空气密度的检测方法通常采用温、湿、压法，该方法是利用测量空气的温度、湿度和压力， 通过查表或计算得出空气密度的方法，这种方法大都采用温度、湿度和压力参数进行分散 测量、人工计算得出空气密度的方式，所以采用该方法的测量过程十分繁琐，而且由于温 度、湿度和压力参数进行分散测量，难以满足风场对空气密度实时检测的要求。另外现有的 空气密度检测装置难以适应风场恶劣的气候环境条件。为此，为了能够更及时的获取当前环境的空气密度，本发明实施例中优选地还提 供一种空气密度检测装置，如图13所示，该装置包括该检测装置包括三个传感器和对应 的信号采集模块，具体地，包括压力传感器1301、温度传感器1302和湿度传感器1303，以 及分别与三个传感器相连的压力信号采集模块1304、温度信号采集模块1305和湿度信号 采集模块1306。压力传感器1301用于对压力进行实时监测，例如对风场中的压力进行实时的监 测，温度传感器1302用于对温度进行实时监测，例如对风场中的温度进行实时监测，湿度 传感器1303用于对湿度进行实时监测。压力信号采集模块1304用于从压力传感器1301 定期采集压力信号，温度信号采集模块1305用于从温度传感器1302定期采集温度信号，湿度信号采集模块1306用于从湿度传感器1303定期采集湿度信号，并且压力信号采集模块 1304、温度信号采集模块1305和湿度信号采集模块1306虽然是从各自对应的传感器定期 采集信号，但是在每次采集信号时，压力信号采集模块1304、温度信号采集模块1305和湿 度信号采集模块1306都是同步的，由于各个传感器是实时进行监测的，而每个信号采集模 块从对应的传感器采集信号又是同步的，这就使得获取的压力信号、温度信号和湿度信号 也是同步的，为进行空气密度的实时检测提供了数据源上的保证。另外，本发明实施例中空气密度检测装置还包括空气密度计算模块1307。空气密 度计算模块1307与压力信号采集模块1304、温度信号采集模块1305和湿度信号采集模块 1306相连，接收压力信号采集模块1304、温度信号采集模块1305和湿度信号采集模块1306 同步采集的压力信号、温度信号和湿度信号，根据空气密度与压力、温度和湿度的关系，利 用采集到的压力信号、温度信号和湿度信号中分别包含的压力、温度和湿度计算空气密度。 例如，空气密度与压力、温度和湿度的关系模型可以采用式子1的形式。此时，空气密度计 算模块1307可以将获得的压强、温度和湿度代入到式子1中，即可计算出相应的空气密度。上文已经说明，压力信号采集模块1304、温度信号采集模块1305和湿度信号采集 模块1306采集的压力信号、温度信号和湿度信号是同步的，这样空气密度计算模块1307在 计算空气密度时所获取的压力信号、温度信号和湿度信号也是同步的，或者说，用于计算空 气密度的压力、温度和湿度是表征同时或近似同时的压力、温度和湿度的，这就使得空气计 算模块1307计算的空气密度是实时的，而不是如现有技术中用于计算一个空气密度值的 压力、温度和湿度是在三个相隔较长时间的时刻的。因此本实施例中提供的空气密度检测 装置能够提高空气密度检测的实时性。实际中，根据对空气密度值的更新速度的要求，可以对压力信号采集模块1304、温 度信号采集模块1305和湿度信号采集模块1306的采集信号频率或者说对相邻两次采集信 号的相隔时间做调整，例如可以根据需要调整为每隔100ms，压力信号采集模块1304、温度 信号采集模块1305和湿度信号采集模块1306对相应的传感器监测的信号进行一次采集。另外，为了满足信号输出的要求，优选地，在空气密度检测装置中还包括一信号输 出模块1308，用于将包含空气密度计算模块1307计算的空气密度的信号输出，另外还可以 与分别包含用于计算该空气密度的压力、温度和湿度的信号同步输出。在实际中，从空气密 度计算模块1307输出的信号可以用来输入到风电设备控制系统中，为控制系统控制风电 设备的运行提供依据。另外，在实际应用空气密度检测装置的环境中，例如在风场中，环境温度在常年 变化很大，有时在冬季的最低气温可以达到零下30°C，而在夏季的最高气温可以达到零上 50°C。发明人发现，目前的空气密度检测装置主要应用在室内检测的场合，由于室内的条件 通常都满足空气密度检测装置中的各个部件的正常工作需要的环境条件，所以在目前的空 气密度检测装置中并没有采取遇到环境温度可能超过或低于装置的正常工作温度范围时 应该采取的必要解决措施。而本申请发明人在考虑到上述问题后，提出一种优选的实施方 式，即在空气密度检测装置中设置加热系统1309，该加热系统1309 —端与温度信号采集模 块1305相连，用于获取温度信号采集模块1305采集的温度信号，并根据温度信号采取相 应措施，以使空气密度检测装置的温度控制在正常工作所需的温度范围内，例如，加热系统 1309可以将获取的温度信号与预先设置的阈值相比，当获取的温度信号低于该阈值时，加热系统1309启动对空气密度检测装置的加热过程，使得空气密度检测装置的温度升高到 正常工作所需的温度范围内。但是在加热系统对空气密度检测装置进行加热的过程中，也 会造成检测装置附近的环境温度局部变化，温度传感器采集到的温度值也将升高，而实际 上从更大的区域范围看，这种局部温度变化是一种干扰，应该去除，因此，空气密度计算模 块在计算空气密度之前，首先要对直接从温度信号采集模块采集到的温度进行补偿，即对 从温度信号采集模块接收的温度信号进行修正，修正过程可以包括减小从温度信号采集 模块接收的温度信号中包含的温度值，而温度的减小量可以等于加热系统加热过程的温度 变化量。这里加热系统加热过程的温度变化量可以由加热系统在加热过程中通知给空气密 度计算模块。此外，目前我国的风场主要建立在荒无人烟的地方，多数为戈壁或者荒漠地区，现 场气候条件十分恶劣，常年平均风速较大，并且空气中通常还有大量的砂尘颗粒，目前市面 上的空气密度检测装置对砂尘颗粒没有采取专门的防护措施，使得现有的空气密度检测装 置在应用到风场等很容易受到砂尘冲击的场合时，其内部仪器很容易损坏或者测量精度下 降，难以适应风场的特殊要求。在本发明实施例提供的空气密度检测装置中优选地在外部 设置外部防尘系统1310，对外部环境的砂尘等颗粒物进行必要的过滤，防止风场中的大颗 粒砂尘对空气密度检测装置进行冲击，使得空气密度检测装置能够适用在风场等风沙较大 的地区。现有技术中应用在风场的检测技术无法实时检测；而可以实时检测的空气密度检 测仪又无法应用在风场。由于采取上述防尘措施和加热措施，使得本实施例提供的检测装 置尤其可以适用在风场等环境恶劣的场所，实现对风场的空气密度的实时检测。在实际中，上述空气密度计算模块107和信号输出模块108可以在微处理机中实 现。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
权利要求
一种获得风电设备功率曲线的方法，其特征在于，包括获取风电设备所处的当前环境的空气密度；利用所述当前环境的空气密度，以及预先建立的空气密度与风电设备的功率曲线之间关系的模型，确定与所述当前环境的空气密度相对应的功率曲线。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预先建立的空气密度与风电设备的 功率曲线之间关系的模型为风电设备的功率与空气密度和风速的关系；所述确定与所述当前环境的空气密度相对应的功率曲线包括利用风电设备的功率与 空气密度和风速的关系，计算得到当前空气密度情况下的功率与风速的关系，获得当前空 气密度情况下的风电设备的功率曲线。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预先建立的空气密度与风电设备的 功率曲线之间关系的模型包括存储的功率曲线数据库、以及风电设备的功率与空气密度 和风速的关系；所述确定与所述当前环境的空气密度相对应的功率曲线包括判断存储的功率曲线数据库中是否存在与所述获取的当前环境空气密度相匹配的空 气密度，如果存在，则直接读取存储在所述功率曲线数据库中与当前环境空气密度相匹配 的空气密度对应的功率曲线，作为当前空气密度情况下的风电设备的功率曲线；停止后续 流程；如果不存在，则利用风电设备的功率与空气密度和风速的关系，计算得到当前空气密 度情况下的功率与风速的关系，获得当前空气密度情况下的风电设备的功率曲线。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将计算得到的当前空气密度情况下的风电设备的功率曲线及其对应的当前空气密度 存储入功率曲线数据库中，更新存储的功率曲线数据库。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述判断存储的功率曲线数据库中是 否存在与所述获取的当前环境空气密度相匹配的空气密度具体实现为判断所述功率曲线 数据库中是否存在与获取的当前环境空气密度的差值的绝对值小于第一阈值的空气密度。
6.一种风电设备的控制方法，其特征在于，包括获取风电设备所处的当前环境的空气密度；利用所述当前环境的空气密度，以及预先建立的空气密度与风电设备的功率曲线之间 关系的模型，确定与所述当前环境的空气密度相对应的功率曲线；根据获得的风电设备的功率曲线，控制风电设备的运行。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预先建立的空气密度与风电设备的 功率曲线之间关系的模型为风电设备的功率与空气密度和风速的关系；所述确定与所述当前环境的空气密度相对应的功率曲线包括利用风电设备的功率与 空气密度和风速的关系，计算得到当前空气密度情况下的功率与风速的关系，获得当前空 气密度情况下的风电设备的功率曲线。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预先建立的空气密度与风电设备的 功率曲线之间关系的模型包括存储的功率曲线数据库、以及风电设备的功率与空气密度 和风速的关系；所述确定与所述当前环境的空气密度相对应的功率曲线包括判断存储的功率曲线数据库中是否存在与所述获取的当前环境空气密度相匹配的空气密度，如果存在，则直接读取存储在所述功率曲线数据库中与当前环境空气密度相匹配 的空气密度对应的功率曲线，作为当前空气密度情况下的风电设备的功率曲线；停止后续 流程；如果不存在，则利用风电设备的功率与空气密度和风速的关系，计算得到当前空气密 度情况下的功率与风速的关系，获得当前空气密度情况下的风电设备的功率曲线。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将计算得到的当前空气密度情况下的风电设备的功率曲线及其对应的当前空气密度 存储入功率曲线数据库中，更新存储的功率曲线数据库。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述判断存储的功率曲线数据库中 是否存在与所述获取的当前环境空气密度相匹配的空气密度具体实现为判断所述功率曲 线数据库中是否存在与获取的当前环境空气密度的差值的绝对值小于第一阈值的空气密 度。
11.一种获得风电设备功率曲线的装置，其特征在于，包括获取单元，用于获取风电设备所处的当前环境的空气密度；确定单元，用于利用所述当前环境的空气密度，以及预先建立的空气密度与风电设备 的功率曲线之间关系的模型，确定与所述当前环境的空气密度相对应的功率曲线。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述预先建立的空气密度与风电设备 的功率曲线之间关系的模型为风电设备的功率与空气密度和风速的关系；所述确定单元包括计算单元，用于利用风电设备的功率与空气密度和风速的关系，计 算得到当前空气密度情况下的功率与风速的关系，获得当前空气密度情况下的风电设备的 功率曲线。
13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述预先建立的空气密度与风电设备 的功率曲线之间关系的模型包括存储的功率曲线数据库、以及风电设备的功率与空气密 度和风速的关系；所述确定单元包括存储单元，用于存储功率曲线数据库，所述功率曲线数据库中存储至少一条功率曲线 以及与其相对应的空气密度；判断单元，用于判断存储单元存储的功率曲线数据库中是否存在与所述获取的当前环 境空气密度相匹配的空气密度，如果存在，则通知读取单元进行工作，如果不存在，则通知 所述计算单元进行工作；读取单元，用于在接收到判断单元的通知后，读取所述存储单元存储的功率曲线数据 库中与当前环境空气密度相匹配的空气密度对应的功率曲线，作为当前空气密度情况下的 风电设备的功率曲线；计算单元，用于在接收到判断单元的通知后，利用风电设备的功率与空气密度和风速 的关系，计算得到当前空气密度情况下的功率与风速的关系，获得当前空气密度情况下的 风电设备的功率曲线。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，还包括更新单元，用于将所述计算单 元计算得到的风电设备的功率曲线及其对应的当前空气密度存储入功率曲线数据库中，更 新存储的功率曲线数据库。
15.一种风电设备的控制装置，其特征在于，包括获取单元，用于获取风电设备所处的当前环境的空气密度；确定单元，用于利用所述当前环境的空气密度，以及预先建立的空气密度与风电设备 的功率曲线之间关系的模型，确定与所述当前环境的空气密度相对应的功率曲线，并输出 至控制单元中；控制单元，用于利用接收到的当前空气密度情况下的风电设备的功率曲线，控制风电 设备的运行。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述预先建立的空气密度与风电设备 的功率曲线之间关系的模型为风电设备的功率与空气密度和风速的关系；所述确定单元包括计算单元，用于利用风电设备的功率与空气密度和风速的关系，计 算得到当前空气密度情况下的功率与风速的关系，获得当前空气密度情况下的风电设备的 功率曲线。
17.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述预先建立的空气密度与风电设备 的功率曲线之间关系的模型包括存储的功率曲线数据库、以及风电设备的功率与空气密 度和风速的关系；所述确定单元包括存储单元，用于存储功率曲线数据库，所述功率曲线数据库中存储至少一条功率曲线 以及与其相对应的空气密度；判断单元，用于判断存储单元存储的功率曲线数据库中是否存在与所述获取的当前环 境空气密度相匹配的空气密度，如果存在，则通知读取单元进行工作，如果不存在，则通知 所述计算单元进行工作；读取单元，用于在接收到判断单元的通知后，读取所述存储单元存储的功率曲线数据 库中与当前环境空气密度相匹配的空气密度对应的功率曲线，作为当前空气密度情况下的 风电设备的功率曲线；计算单元，用于在接收到判断单元的通知后，利用风电设备的功率与空气密度和风速 的关系，计算得到当前空气密度情况下的功率与风速的关系，获得当前空气密度情况下的 风电设备的功率曲线。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，还包括更新单元，用于将所述计算单 元计算得到的风电设备的功率曲线及其对应的当前空气密度存储入功率曲线数据库中，更 新存储的功率曲线数据库。
全文摘要
本发明实施例提供一种获得风电设备功率曲线以及风电设备控制的方法和装置，其中获得风电设备功率曲线的方法包括获取风电设备所处的当前环境的空气密度；利用所述当前环境的空气密度，以及预先建立的空气密度与风电设备的功率曲线之间关系的模型，确定与所述当前环境的空气密度相对应的功率曲线。根据本发明实施例，能够使得获取的功率曲线更适合当地当时的情况，准确性更高。
文档编号F03D9/00GK101858311SQ20101017392
公开日2010年10月13日 申请日期2010年5月10日 优先权日2010年5月10日
发明者余铁辉, 孙启涛, 曾赣生, 沙友涛, 翁艳 申请人:三一电气有限责任公司