用于风力发电机组的风速检测方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及风力发电机控制领域，具体地，设及一种用于风力发电机组的风速检 测方法及装置。
【背景技术】
[0002] 由于风力发电具有环保节能的优势，目前已被广泛应用，对风力发电机组的控制 技术也越来越受到了人们的重视。在风力发电机组的运行过程中，对风力发电机组的控制 主要分为两个阶段；当发电机输出功率小于或等于额定功率时，奖距角保持在0°位置不 变，此时无需调节奖距角，只需要进行最大功率跟踪控制，W使风轮最大可能的吸收能量。 当发电机输出功率大于额定功率时，应根据输出功率的变化调整奖距角的大小，改变气流 对叶片的攻角，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，使发电机输出功率始终保持 在额定功率。
[0003] 最大功率跟踪控制算法比较常用的方法有叶尖速比法。图1示出了采用叶尖速比 法进行最大功率跟踪控制的示意图。如图1所示，首先根据采集的风速V和风轮角速度《、 W及已知的风轮直径R来计算出当前的叶尖速比A。风力发电机组在奖距角为0°时具有 一个预定的最佳叶尖速比控制器可W根据所计算出的当前的叶尖速比A和所述最 佳叶尖速比Awt之间的差，来对风力发电机组进行调节，从而实现最大功率跟踪控制。
[0004] 从图1可W看出，采用叶尖速比法进行最大功率跟踪控制所必须的前提条件就是 要检测风速值。通常采用风速仪来测量风速。但是，由于风轮的阻塞效应及对气流的扰动， 风速仪无法获取准确的风速，也就无法实现准确的最大功率跟踪控制。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种用于风力发电机组的风速检测方法及装置，该风速检测 方法及装置能够利用风力发电机组自身代替风速仪来准确确定风速，从而避免引入较大的 测量误差，为实现风力发电机组的精确控制提供准确的数据支持。
[0006] 为了实现上述目的，本发明提供一种用于风力发电机组的风速检测方法，该检测 方法包括；步骤S1 ;检测风轮角速度、发电机输出功率和奖距角；步骤S2 ;设定一叶尖速 比；步骤S3 ;根据当前设定的叶尖速比和所检测的奖距角，确定与所述当前设定的叶尖速 比和所检测的奖距角相对应的风能利用系数；步骤S4 ;根据当前设定的叶尖速比、所检测 的发电机输出功率、所检测的风轮角速度、所确定的风能利用系数、风轮转动惯量、空气密 度、风轮直径及扫风面积，确定功率误差；步骤S5 ;在所述功率误差超出允许的功率误差范 围的情况下，重新设定叶尖速比，并按照所述步骤S3和所述步骤S4,重新确定所述风能利 用系数和所述功率误差，直到所述功率误差处于所述功率误差范围之内为止；步骤S6 ;在 所述功率误差处于所述功率误差范围之内的情况下，根据当前设定的叶尖速比、所检测的 风轮角速度和所述风轮直径，确定所述风力发电机组的风速。
[0007] 优选地，在所述步骤S3中，通过根据所述当前设定的叶尖速比和所检测的奖距角 查找风能利用系数数据表，来确定所述风能利用系数，其中，所述风能利用系数数据表中预 先存储有多个先验奖距角和多个先验叶尖速比，W及在每个先验奖距角下分别与每个先验 叶尖速比相对应的先验风能利用系数。
[0008] 优选地，利用插值法来从所述风能利用系数数据表中确定所述风能利用系数。
[0009] 优选地，在所述步骤S4中，通过W下方式确定所述功率误差：
[0010]
【主权项】
1. 一种用于风力发电机组的风速检测方法，该检测方法包括： 步骤Sl :检测风轮角速度、发电机输出功率和桨距角； 步骤S2 :设定一叶尖速比； 步骤S3 :根据当前设定的叶尖速比和所检测的桨距角，确定与所述当前设定的叶尖速 比和所检测的桨距角相对应的风能利用系数； 步骤S4 :根据当前设定的叶尖速比、所检测的发电机输出功率、所检测的风轮角速度、 所确定的风能利用系数、风轮转动惯量、空气密度、风轮直径及扫风面积，确定功率误差； 步骤S5 :在所述功率误差超出允许的功率误差范围的情况下，重新设定叶尖速比，并 按照所述步骤S3和所述步骤S4,重新确定所述风能利用系数和所述功率误差，直到所述功 率误差处于所述功率误差范围之内为止； 步骤S6 :在所述功率误差处于所述功率误差范围之内的情况下，根据当前设定的叶尖 速比、所检测的风轮角速度和所述风轮直径，确定所述风力发电机组的风速。
2. 根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，在所述步骤S3中，通过根据所述当前 设定的叶尖速比和所检测的桨距角查找风能利用系数数据表，来确定所述风能利用系数， 其中，所述风能利用系数数据表中预先存储有多个先验桨距角和多个先验叶尖速比，以及 在每个先验桨距角下分别与每个先验叶尖速比相对应的先验风能利用系数。
3. 根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，利用插值法来从所述风能利用系数 数据表中确定所述风能利用系数。
4. 根据权利要求1-3中任一权利要求所述的检测方法，其特征在于，在所述步骤S4中， 通过以下方式确定所述功率误差：
其中，f (Xh)表示所述功率误差；P表示所检测的发电机输出功率；J表示所述风轮转 动惯量；ω表示所检测的风轮角速度
表示风轮角加速度；P表示所述空气密度；A表 示所述扫风面积；R表示所述风轮直径；Ah表示当前设定的叶尖速比；以及Cft n表示与所 述当前设定的叶尖速比和所检测的桨距角相对应的风能利用系数。
5. 根据权利要求1-3中任一权利要求所述的检测方法，其特征在于，在所述步骤S6中， 通过以下方式确定所述风速：
其中，ω表示所检测的风轮角速度；R表示所述风轮直径；\,表示当前设定的叶尖速 比；以及V表示所述风速。
6. -种用于风力发电机组的风速检测装置，该检测装置包括： 检测模块，用于检测风轮角速度、发电机输出功率和桨距角； 参数设定模块，用于设定一叶尖速比； 第一计算模块，用于根据当前设定的叶尖速比和所检测的桨距角，确定与所述当前设 定的叶尖速比和所检测的桨距角相对应的风能利用系数；以及根据当前设定的叶尖速比、 所检测的发电机输出功率、所检测的风轮角速度、所确定的风能利用系数、风轮转动惯量、 空气密度、风轮直径及扫风面积，确定功率误差； 判断模块，用于判断所述功率误差是否超出允许的功率误差范围，并在所述功率误差 超出所述功率误差范围的情况下，重新运行所述参数设定模块以重新设定叶尖速比，以及 重新运行所述第一计算模块以重新确定所述风能利用系数和所述功率误差，直到所述功率 误差处于所述功率误差范围之内为止；以及 第二计算模块，用于在所述功率误差处于所述功率误差范围之内的情况下，根据当前 设定的叶尖速比、所检测的风轮角速度和所述风轮直径，确定所述风力发电机组的风速。
7. 根据权利要求6所述的检测装置，其特征在于，所述第一计算模块通过根据所述当 前设定的叶尖速比和所检测的桨距角查找风能利用系数数据表，来确定所述风能利用系 数，其中，所述风能利用系数数据表中预先存储有多个先验桨距角和多个先验叶尖速比，以 及在每个先验桨距角下分别与每个先验叶尖速比相对应的先验风能利用系数。
8. 根据权利要求7所述的检测装置，其特征在于，所述第一计算模块利用插值法来从 所述风能利用系数数据表中确定所述风能利用系数。
9. 根据权利要求6-8中任一权利要求所述的检测装置，其特征在于，所述第一计算模 块通过以下方式确定所述功率误差：
其中，f (Xh)表示所述功率误差；P表示所检测的发电机输出功率；J表示所述风轮转 动惯量；ω表示所检测的风轮角速度；
表示风轮角加速度；P表示所述空气密度；A表 示所述扫风面积；R表示所述风轮直径；Ah表示当前设定的叶尖速比；以及Cftm表示与所 述当前设定的叶尖速比和所检测的桨距角相对应的风能利用系数。
10. 根据权利要求6-8中任一权利要求所述的检测装置，其特征在于，所述第二计算模 块通过以下方式确定所述风速：
其中，ω表示所检测的风轮角速度；R表示所述风轮直径；\,表示当前设定的叶尖速 比；以及V表示所述风速。
【专利摘要】本发明公开了一种用于风力发电机组的风速检测方法及装置。检测方法包括：检测风轮角速度、发电机输出功率和桨距角；设定叶尖速比；根据设定的叶尖速比和检测的桨距角确定风能利用系数；根据设定的叶尖速比、检测的发电机输出功率、检测的风轮角速度、确定的风能利用系数、风轮转动惯量、空气密度、风轮直径及扫风面积确定功率误差；若功率误差超出允许的功率误差范围，重新设定叶尖速比，重新确定风能利用系数和功率误差，直到功率误差处于功率误差范围之内为止；若功率误差处于功率误差范围之内，根据设定的叶尖速比、检测的风轮角速度和风轮直径确定风力发电机组的风速。由此，可准确得出风速，为实现风力发电机组精确控制提供准确数据支持。
【IPC分类】G01P5-00
【公开号】CN104865401
【申请号】CN201510155739
【发明人】孟克其劳, 张占强, 贾大江, 吴洁, 马建光, 陈虎, 包道日娜
【申请人】内蒙古工业大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年4月3日