一种风力发电机组的控制方法与系统的制作方法
【专利摘要】本发明实施例公开了一种风力发电机组的控制方法及系统。所述方法包括：获取当前环境下的空气密度；根据所述当前环境下的空气密度，调整风力发电机组的控制参数，以使所述风力发电机组在当前环境下达到最优工作状态。本发明实施例通过对风力发电机组当前所处环境的空气密度进行测量，实时计算机组运行时的诸如发电机电磁转矩和发电机转速、切入切出风速、转矩控制给定、偏航控制的启动与停止限值、变桨控制给定等控制参数，根据机组运行情况优化控制策略，从而保证机组在各种气候环境中都能运行在最佳状态，还能大大拓展机组的发电运行范围。
【专利说明】—种风力发电机组的控制方法与系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及兆瓦级以上风力发电机组控制领域，尤其是涉及一种风力发电机组的控制方法与系统。
【背景技术】
[0002]风力发电机组所处的外界环境多种多样，有陆上常温环境、陆上低温环境、陆上高海拔环境、海上常温环境和海上低温环境等。对应的风力发电机组也分为陆上常温机组、陆上低温机组、陆上高海拔机组、海上常温机组和海上低温机组等。机型的多样性，必须要有合适的控制系统与之匹配，才能达到最优的运行效果。
[0003]目前，现有的风力发电机组普遍存在环境适应性不太好的问题。发明人在实现本发明的过程中发现，在环境的多样性中，对风力发电机组的能量捕获、控制和载荷影响最大的是机组所处环境的空气密度，而现有机组的控制器都是预先设计好的，且都是根据估算的平均空气密度来设计的，但同一台风力发电机组的运行周期中会碰到各种不同的气候，空气密度相差很大，平均空气密度很难真实反映风力发电机组所处的当前环境，所以这类控制器无法使风力发电机组在不同环境下及环境变化时都保持最优的运行效果。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明实施例的目的是:提供一种风力发电机组的控制方法与系统，以使风力发电机组能够在各种气候环境下都能自动调整到最优的运行状态。
[0005]本发明实施例提供了一种风力发电机组的控制方法，所述方法包括:
[0006]获取当前环境下的空气密度；
[0007]根据所述当前环境下的空气密度，调整风力发电机组的控制参数，以使所述风力发电机组在当前环境下达到最优工作状态。
[0008]优选的，获取当前环境下的空气密度的步骤，具体包括:
[0009]获取当前环境的温度，
[0010]获取当前环境的大气压力，
[0011]获取当前环境的相对湿度，
[0012]获取当前环境温度下饱和空气中水蒸气的分压力，
[0013]利用公式
[0014]
必。273 ^-0.037Sm
273 + / 0.1013
[0015]获取当前环境下的空气密度，其中:P (t)为当前环境下的空气密度，单位为kg/m3；P0为标准空气密度；P为当前环境的大气压力，单位为MPa淨为当前环境的相对湿度；t为当前环境的温度，273+t为热力学温度；pb为温度t下饱和空气中水蒸气的分压力。
[0016]优选的:[0017]所述控制参数具体包括:发电机电磁转矩和发电机转速；
[0018]所述根据所述当前环境下的空气密度，调整风力发电机组的控制参数，以使所述风力发电机组在当前环境下达到最优工作状态的步骤，具体包括:
[0019]获取风轮半径、齿轮箱传动比、叶尖速比和所述叶尖速比对应的功率系数；
[0020]根据公式
[0021 ]
【权利要求】
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: 获取当前环境下的空气密度； 根据所述当前环境下的空气密度，调整风力发电机组的控制参数，以使所述风力发电机组在当前环境下达到最优工作状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取当前环境下的空气密度的步骤，具体包括: 获取当前环境的温度， 获取当前环境的大气压力， 获取当前环境的相对湿度， 获取当前环境温度下饱和空气中水蒸气的分压力， 利用公式
P(0 = A」ILJ—剛卿凡
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于: 所述控制参数具体包括:发电机电磁转矩和发电机转速， 所述根据所述当前环境下的空气密度，调整风力发电机组的控制参数，以使所述风力发电机组在当前环境下达到最优工作状态的步骤，具体包括: 获取风轮半径、齿轮箱传动比、叶尖速比和所述叶尖速比对应的功率系数； 根据公式 Kopt = P (t)R5Cp(A)/2A3G3 获取最优模态增益，其中:K_为最优模态增益，P (t)为当前环境下的空气密度，R为风轮半径，λ为叶尖速比，Cp(A)为叶尖速比为λ时的功率系数，G为齿轮箱传动比； 根据公式
Te = Kopt ω g2 实时计算并追踪机组的最优转速-转矩控制曲线，以使所述风力发电机组在当前环境下达到最优功率，其中:!；为发电机电磁转矩，08为发电机转速。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于: 所述控制参数具体包括:切入切出风速、转矩控制给定、偏航控制的启动与停止限值和/或变桨控制给定； 所述根据所述当前环境下的空气密度，调整风力发电机组的控制参数，以使所述风力发电机组在当前环境下达到最优工作状态的步骤，具体包括: 获取标准空气密度下的切入风速、切出风速， 根据公式 计算当前的切入切出风速，并根据当前的切入切出风速优化风力发电机组的切入切出控制，以使所述风力发电机组在当前环境中运行在最优的风速区间，其中=Vintl为标准空气密度下的切入风速，Vtjutci为标准空气密度下的切出风速，Vin(t)为当前的切入风速，Vout(t)为当前的切出风速； 和/或获取机组安全运行的最大空气密度和机组正常的转矩控制给定， 根据公式
当 P (t) > = P，，T2 = T1-K (P (t) - P，)；当 P (t) < P，，T2 = T1对风力发电机组的当前转矩控制给定进行调整，以优化所述风力发电机组的转矩控制，使机组的功率与载荷波动平稳，其中:P’为机组安全运行的最大空气密度，K为功率减少控制环的增益，T1为机组正常的转矩控制给定，T2为机组空气密度修正计算后的转矩控制给定； 和/或获取标准空气密度下偏航控制的启动限值和停止限值， 根据公式
5.一种风力发电机 组的控制系统，其特征在于，所述系统包括: 空气密度获取模块，用于获取当前环境下的空气密度； 参数控制模块，用于根据所述当前环境下的空气密度，调整风力发电机组的控制参数，以使所述风力发电机组在当前环境下达到最优工作状态。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述空气密度获取模块具体包括: 温度获取单元，用于获取当前环境的温度， 气压获取单元，用于获取当前环境的大气压力， 湿度获取单元，用于获取当前环境的相对湿度， 水蒸气分压力获取单元，用于获取当前环境温度下饱和空气中水蒸气的分压力， 空气密度计算单元，用于利用公式
7.根据权利要求5或6所述的系统，其特征在于: 所述控制参数具体包括:发电机电磁转矩和发电机转速； 所述参数控制模块具体包括: 第一参数获取单元，用于获取风轮半径、齿轮箱传动比、叶尖速比和所述叶尖速比对应的功率系数；第一控制单元，用于根据公式 Kopt = P (t)R5Cp(A)/2A3G3 获取最优模态增益，其中:K_为最优模态增益，P (t)为当前环境下的空气密度，R为风轮半径，λ为叶尖速比，Cp(A)为叶尖速比为λ时的功率系数，G为齿轮箱传动比，并根据公式
Te = Kopt ω g2 实时计算并追踪机组的最优转速-转矩控制曲线，以使所述风力发电机组在当前环境下达到最优功率，其中:!；为发电机电磁转矩，08为发电机转速。
8.根据权利要求5或6所述的系统，其特征在于: 所述控制参数具体包括:切入切出风速、转矩控制给定、偏航控制的启动与停止限值和/或变桨控制给定； 所述参数控制模块具体包括: 第二参数获取单元，用于获取标准空气密度下的切入风速、切出风速， 第二控制单元，用于根据公式
【文档编号】F03D7/00GK103573550SQ201210265366
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月27日 优先权日:2012年7月27日
【发明者】韩俊良, 苏丽营, 杨明明, 何荣光, 杨天时 申请人:华锐风电科技(集团)股份有限公司