风电机组最优桨距角自适应寻优控制方法、装置和设备与流程

本发明涉及风电
技术领域：
，尤其涉及一种风电机组最优桨距角自适应寻优控制方法、装置和设备。
背景技术：
：风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。在国家开发利用可再生能源政策推动下，我国风电产业以及技术在迅速发展。风机的控制是风力发电系统核心内容之一，即通过控制风机来实现风能的捕获并将其转换为电能。对于水平轴上风向变桨控制的风力发电机组，在额定功率以下风机是不变桨的，一般处于最优桨距角位置(同时也是最小桨距角位置)，此时对应最大的风能利用系数，使得尽可能高的吸收风能转化为电能。可见，风机叶片是否处于最优桨距角位置直接影响到额定功率以下的风机出力效率。然而，风机实际运行中经常会出现因叶片零刻度安装错误致使无法对准预期位置、制造工艺差异致使叶片气动外形发生变化、季节气候变化致使空气密度变化、叶片结冰覆冰导致叶片失速、长久运行致使叶片气动外形发生损伤以及人为对零错误等原因，导致风机运行的最小桨距角不是最佳出力的最优桨距角位置，降低了风机的运行出力效率，损失了发电量等经济效益。因此，如何控制风机运行在最优桨距角是本领域技术人员亟需解决的技术问题。技术实现要素：本发明提供一种风电机组最优桨距角自适应寻优控制方法、装置和设备，以实现控制风机运行在最优桨距角。第一方面，本发明提供一种风电机组最优桨距角自适应寻优控制方法，包括：根据风电机组当前的最小桨距角、预设的寻优步长和预设的寻优桨距角个数，获取至少一个待寻优桨距角；获取所述风电机组分别以每个待寻优桨距角运行时的等效功率值；所述等效功率值反映了所述风电机组以相应的待寻优桨距角运行时的发电效率；从所述至少一个待寻优桨距角中确定出所述最优桨距角；将所述风电机组的最小桨距角调整为所述最优桨距角。第二方面，本发明提供一种风电机组最优桨距角自适应寻优控制装置，包括：获取模块，用于根据风电机组当前的最小桨距角、预设的寻优步长和预设的寻优桨距角个数，获取至少一个待寻优桨距角；所述获取模块，还用于获取所述风电机组分别以每个待寻优桨距角运行时的等效功率值；所述等效功率值反映了所述风电机组以相应的待寻优桨距角运行时的发电效率；确定模块，用于从所述至少一个待寻优桨距角中确定出所述最优桨距角；调整模块，用于将所述风电机组的最小桨距角调整为所述最优桨距角。第三方面，本发明提供一种风电机组最优桨距角自适应寻优控制设备，包括：处理器和存储器；其中，所述存储器用于存储执行第一方面中任意一项所述方法的指令，所述处理器用于调用所述存储器中的执行指令。本发明风电机组最优桨距角自适应寻优控制方法、装置和设备，首先获取至少一个待寻优桨距角；进一步的，获取风电机组分别以每个待寻优桨距角运行时的等效功率值；进一步的，根据每个待寻优桨距角对应的等效功率值，从至少一个待寻优桨距角中确定出最优桨距角；最后将风电机组的最小桨距角调整为最优桨距角，通过得到当前出力最优的桨距角，使得风电机组运行在最优桨距角，提高了风电机组出力效率、增加了发电量。附图说明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一简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明风电机组最优桨距角自适应寻优控制方法一实施例的流程示意图；图2为本发明风电机组最优桨距角自适应寻优控制方法另一实施例的流程示意图；图3为本发明方法一实施例的威布尔概率密度分布函数曲线示意图；图4a为本发明方法一实施例的风速与时间的关系示意图；图4b为本发明方法一实施例的不同运行时间下的桨距角关系示意图；图4c为本发明方法一实施例的不同的待寻优桨距角下等效功率值示意图；图4d为本发明方法一实施例的功率采样点数示意图；图5a为本发明方法另一实施例的风速与时间的关系示意图；图5b为本发明方法另一实施例的不同运行时间下的桨距角关系示意图；图5c为本发明方法另一实施例的不同的待寻优桨距角下等效功率值示意图；图5d为本发明方法另一实施例的功率采样点数示意图；图6为本发明风电机组最优桨距角自适应寻优控制装置一实施例的结构示意图；图7为本发明风电机组最优桨距角自适应寻优控制设备一实施例的结构示意图。具体实施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作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。本发明实施例的方法，主要用于控制风机运行的最小桨距角为最优桨距角。图1为本发明风电机组最优桨距角自适应寻优控制方法一实施例的流程示意图。如图1所示，本实施例的方法，包括：步骤101、根据风电机组当前的最小桨距角、预设的寻优步长和预设的寻优桨距角个数，获取至少一个待寻优桨距角。本步骤中，为了确定最优桨距角首先要获取至少一个待寻优桨距角，在该至少一个待寻优桨距角中确定一个最优桨距角。首先，根据当前的最小桨距角pam、预设的寻优步长pstep(例如为0.5度)、预设的寻优桨距角个数atime(例如为1)，获取待寻优桨距角。具体可以是，根据当前的最小桨距角分别加和/或减寻优步长的倍数得到待寻优桨距角，倍数可以由寻优桨距角个数决定。如下表1所示，获取待寻优桨距角最优的一种方案是在当前的最小桨距角的左右两边各获取atime个。表1假设当前的最小桨距角为0度，预设的寻优步长为0.5度，预设的寻优桨距角个数为3，则待寻优桨距角分别可以为-0.5度、0度、0.5度。当待寻优桨距角为一个时，可以直接将当前的最小桨距角作为该待寻优桨距角，或者将当前的最小桨距角加或减寻优步长的倍数得到该待寻优桨距角，本发明对此并不限定。在实际应用中，上述获取的待寻优桨距角要根据寻优限值区间plimit进行限定，以保证寻优不发散。即待寻优桨距角不能超出某一预设的桨距角的范围。步骤102、获取风电机组分别以每个待寻优桨距角运行时的等效功率值；等效功率值反映了风电机组以对应的待寻优桨距角运行时的发电效率。本步骤中，可以对待寻优桨距角从小到大依次遍历，获取分别以每个待寻优桨距角运行时的等效功率值。其中，在实际应用中，获取风电机组分别以每个待寻优桨距角运行时的等效功率值，具体可以通过如下方式实现：获取风电机组分别以每个待寻优桨距角运行时的运行数据；运行数据包括风电机组在预设的至少一个测试风速运行时的功率；根据每个待寻优桨距角对应的运行数据，获取每个待寻优桨距角对应的等效功率值。具体的，上述至少一个测试风速，可以根据年平均风速或预提升功率的风速区域具体定义，如下表2所示。测试风速，是指标准空气密度下的风速，是由额定风速vrated、最小测试风速vmin以及测试风速步长vstep三个参数所确定，额定风速是指处于额定功率下的风速。表2本步骤中，可以对测试风速与功率进行同步采样，其中，根据当时空气密度可将采集的测试风速折算到标准空气密度下的风速值，再进行统计以确保比较条件的统一。风机在一个待寻优桨距角下不同测试风速下，需要收集足够样本点的功率，每个测试风速下收集的数量可以为nsample，待收集完成后，将自动设置为下一个待寻优桨距角继续进行收集，直到所有待寻优桨距角测试结束。表3序列12…n测试风速vrated-1×vstepvrated-2×vstep…vmin样本点数nsamplensamplensamplensample采集风速、功率样本点时，可以取一段预设时长内的平均值如5分钟或10分钟作为一个样本点，根据其风速平均值大小将对应的功率平均值统计到相应的测试风速区间内，每个测试风速需要收集nsample个样本点。测试风速区间划分原则为相邻测试风速的中间值作为分界点，分界点归为较小的测试风速区间，如测试风速11m/s，其测试风速区间为(10.5m/s，11.5m/s]。如将预设时长定为10分钟，采样周期20毫秒，待10分钟结束后，计算得出此时间长度内的风速平均值如10.8m/s以及功率平均值2000kw，则将功率值2000kw归到测试风速11m/s的统计区间内。当样本数据采集结束后，需要将各个待寻优桨距角下收集的风速-功率数据进行分析处理，得出用以比较出力效果的等效功率值。本发明实施例中的测试风速，指的是一预设时长内采集的风速的平均值归属的测试风速区间对应的风速，该测试风速为测试风速区间的中间值。步骤103、从至少一个待寻优桨距角中确定出最优桨距角。本步骤中，获取到每个待寻优桨距角对应的等效功率值后，需要从至少一个待寻优桨距角中确定出最优桨距角，具体例如是最大的等效功率值对应的待寻优桨距角可以确定为最优桨距角。步骤104、将风电机组的最小桨距角调整为最优桨距角。本步骤中，根据待寻优桨距角所对应的等效功率值确定出最优桨距角，然后调整风电机组运行的最小桨距角为最优桨距角。本发明实施例的方法，根据上述步骤完成一次寻优过程就可以得到最优桨距角。为了得到的结果更为准确，本发明实施例的方法至少包括一次寻优过程，当最优桨距角结果收敛到同一桨距角时完成最终寻优。本实施例提供的风电机组桨距角控制方法，首先，获取至少一个待寻优桨距角；进一步的，获取风电机组分别以每个待寻优桨距角运行时的等效功率值；进一步的，根据每个待寻优桨距角对应的等效功率值，从至少一个待寻优桨距角中确定出最优桨距角；最后将风电机组的最小桨距角调整为最优桨距角，通过得到当前出力最优的桨距角，使得风电机组运行在最优桨距角，提高了风电机组出力效率、增加了发电量。图2为本发明风电机组最优桨距角自适应寻优控制方法另一实施例的流程示意图。在上述实施例的基础上，由于确定最优桨距角，可以根据至少一次迭代获取得到，本实施例中，为了使得获取到的最优桨距角更加准确，因此步骤103具体可以通过如下步骤实现：步骤1031、根据每个待寻优桨距角对应的等效功率值，从至少一个待寻优桨距角中确定出第一桨距角；步骤1032、将第一桨距角作为风电机组当前的最小桨距角，重复执行步骤101、步骤102和步骤1031，直至第一桨距角收敛时，将第一桨距角作为最优桨距角。具体的，本实施例中可以将图2中所示的步骤101-1031重复迭代多次获取最优桨距角，首先，根据每个待寻优桨距角对应的等效功率值，从至少一个待寻优桨距角中确定出第一桨距角；然后将第一桨距角作为风电机组当前的最小桨距角，然后重复执行步骤101-1031，重新获取第一桨距角，直至第一桨距角收敛时，将第一桨距角作为最优桨距角。本实施例中，第一桨距角收敛指的是，经过多次迭代后，有预设收敛次数的第一桨距角均相同，则将该第一桨距角作为最优桨距角。预设收敛次数可以是大于或等于1的整数。其中，在实际应用中，可选地，步骤1301具体可以通过如下方式实现：将每个待寻优桨距角对应的等效功率值中的最大等效功率值对应的待寻优桨距角作为第一桨距角。具体的，由于最优桨距角对应的风能利用系数最大，对应的风电机组的功率也最大，因此可以确定出每个待寻优桨距角对应的等效功率值中的最大的等效功率值，将该最大的等效功率值对应的待寻优桨距角作为第一桨距角。本发明实施例的方法，采用最小桨距角、有功功率、风速为输入，最优桨距角为输出，同时考虑到空气密度的影响，通过穷尽迭代比较的方式实现了风电机组最优桨距角自适应寻优，工作效率较高，可大规模应用，问题解决周期短且结果更科学可信，并改善了风电机组的出力效果。在上述实施例的基础上，进一步的，本实施例中，步骤102，具体可以通过如下方式实现：计算风电机组分别以每个待寻优桨距角在至少一个预定测试风速下的平均功率；获取每个测试风速对应的加权系数，将每个待寻优桨距角分别在每个测试风速的平均功率进行加权处理，得到每个待寻优桨距角对应的等效功率值。具体的，计算每个最小桨距角下各个测试风速的平均功率，如下公式(1)所示：其中，poweri为测试风速的平均功率，1≤i≤n，n表示预定的测试风速的个数，powerj为每个测试风速的风速采样点对应的功率。然后，选取每个测试风速对应的权重系数，将poweri进行加权计算，得出每个待寻优桨距角所对应的等效功率值，这样可以方便不同待寻优桨距角的比较。其中，在实际应用中，获取每个测试风速对应的加权系数，具体可以通过如下方式实现：获取预先设置的每个测试风速对应的加权系数；或者，采用威布尔概率密度分布函数，获取每个测试风速对应的加权系数。其中，在实际应用中，测试风速为标准空气密度下的风速值。具体的，每个测试风速对应的加权系数可以是预先设置的，也可以是根据威布尔概率密度分布函数得到的，威布尔概率密度分布函数如下公式(2)所示：其中，a是尺度参数，b是形状参数。具体可以是，将测试风速作为x代入公式(2)，a和b为预先设置的参数，则计算出的概率值f(x|a,b)即为该测试风速对应的加权系数。本发明实施例中，风机在正常发电状态下，将风速、空气密度、桨距角以及功率引入风电机组桨距角控制方法中，在不同测试风速内统计的功率并按照权重函数计算得出此待寻优桨距角下功率的等效功率值，其中不同的待寻优桨距角对应的等效功率值最大的，表明其为此时的最优桨距角，在不断的迭代优化后，最终确定最优桨距角。图3为本发明方法一实施例的威布尔概率密度分布函数曲线示意图。图4a为本发明方法一实施例的风速与时间的关系示意图。图4b为本发明方法一实施例的不同运行时间下的桨距角关系示意图。图4c为本发明方法一实施例的不同的待寻优桨距角下等效功率值示意图。图4d为本发明方法一实施例的功率采样点数示意图。图5a为本发明方法另一实施例的风速与时间的关系示意图。图5b为本发明方法另一实施例的不同运行时间下的桨距角关系示意图。图5c为本发明方法另一实施例的不同的待寻优桨距角下等效功率值示意图。图5d为本发明方法另一实施例的功率采样点数示意图。下面采用具体的仿真示例对本发明实施例的技术方案进行例说明。以风电机组的风轮直径112米，容量2.0mw，标准空气密度下1.225kg/m3的最优桨距角为-0.5deg，为了结果便于展示，仅进行一次迭代仿真，设计两种工况如下：(a)风机初始的最小桨距角设置为0deg，空气密度为1.225kg/m3；(b)风机初始的最小桨距角设置为-0.5deg，空气密度为0.7kg/m3寻优参数设置如下：表4表5表6权重函数为威布尔概率密度分布函数，a＝7.5，b＝2，该函数的曲线如图3所示，横坐标表示风速，纵坐标表示概率值。试验(a)中，一次迭代仿真结果如图4a、4b、4c、4d所示，如图4a所示，表示的是时间段0至8000秒对应的风速变化情况，如图4b所示，待寻优桨距角经历-0.5deg、0deg以及0.5deg三次变更运行(上述图中的测试桨距角即待寻优桨距角)，如图4c所示，横坐标表示时间(单位为秒)，纵坐标为等效功率值(单位为kw)，根据等效功率值的大小，寻找到此次寻优中风机出力最佳的最优桨距角-0.5deg，此值正是风机设计时的最优桨距角，结果良好。图4d中表示3个待寻优桨距角下采样功率的采样点数。试验(b)中，一次迭代仿真结果如图5a、5b、5c、5d所示，如图5a所示，表示的是时间段0至8000秒对应的风速变化情况，如图5b所示，待寻优桨距角经历-0.5deg、0deg以及0.5deg三次变更运行(上述图中的测试桨距角即待寻优桨距角)，如图5c所示，横坐标表示时间(单位为秒)，纵坐标为等效功率值(单位为kw)，根据等效功率值的大小，寻找到此次寻优中风机出力最佳的最优桨距角0.5deg，此值并非风机设计时的最优桨距角-0.5deg，但由于此时空气密度为0.7kg/m3，叶片会出现失速问题，导致气动力下降，反而提高桨距角会减轻失速程度以致增加气动力，从而提高风机出力，所以此状态下风机出力最佳的最优桨距角0.5deg，结果良好。图5d中表示3个待寻优桨距角下采样功率的采样点数。图6为本发明风电机组最优桨距角自适应寻优控制装置一实施例的结构示意图。如图6所示，本实施例的风电机组最优桨距角自适应寻优控制装置，包括：获取模块601、确定模块602和调整模块603；其中，获取模块601，用于根据风电机组当前的最小桨距角、预设的寻优步长和预设的寻优桨距角个数，获取至少一个待寻优桨距角；所述获取模块601，还用于获取风电机组分别以每个待寻优桨距角运行时的等效功率值；等效功率值反映了风电机组以相应的待寻优桨距角运行时的发电效率；确定模块602，用于从至少一个待寻优桨距角中确定出最优桨距角；调整模块603，用于将风电机组的最小桨距角调整为最优桨距角。可选地，所述确定模块602，具体包括：第一确定单元，用于根据每个待寻优桨距角对应的等效功率值，从至少一个待寻优桨距角中确定出第一桨距角；第二确定单元，用于将第一桨距角作为风电机组当前的最小桨距角，重复执行获取模块601和第一确定单元的操作，直至第一桨距角收敛时，将第一桨距角作为最优桨距角；可选地，第一确定单元，具体用于：将每个待寻优桨距角对应的等效功率值中的最大等效功率值对应的待寻优桨距角作为第一桨距角。可选地，获取模块601，具体用于：计算风电机组分别以每个待寻优桨距角在至少一个预定测试风速下的平均功率；获取每个测试风速对应的加权系数，将每个待寻优桨距角分别在每个测试风速下的平均功率进行加权处理，得到每个待寻优桨距角对应的等效功率值。可选地，所述获取模块601，具体用于：获取预先设置的每个测试风速对应的加权系数；或者，采用威布尔概率密度分布函数，获取每个测试风速对应的加权系数。可选地，测试风速为标准空气密度下的风速值。本实施例的装置，可以用于执行如图1所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。图7为本发明风电机组最优桨距角自适应寻优控制设备一实施例的结构示意图。如图7所示，本实施例的风电机组桨距角自适应寻优控制设备，可以包括：存储器701、处理器702；其中，存储器701，用于存储执行上述任意一项所述方法的指令；具体地，指令可以包括程序代码，所述程序代码包括计算机操作指令。存储器701可能包含随机存取存储器(randomaccessmemory，简称ram)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。处理器702用于调用所述存储器中的执行指令。具体的，处理器702用于执行如下操作：根据风电机组当前的最小桨距角、预设的寻优步长和预设的寻优桨距角个数，获取至少一个待寻优桨距角；获取风电机组分别以每个待寻优桨距角运行时的等效功率值；等效功率值反映了风电机组以相应的待寻优桨距角运行时的发电效率；从至少一个待寻优桨距角中确定出最优桨距角；将风电机组的最小桨距角调整为最优桨距角。可选地，处理器702，具体用于：根据每个待寻优桨距角对应的等效功率值，从至少一个待寻优桨距角中确定出第一桨距角；将第一桨距角作为所述风电机组当前的最小桨距角，重复执行处理器的操作获取第一桨距角，直至第一桨距角收敛时，将第一桨距角作为最优桨距角；可选地，处理器702，具体用于：将每个待寻优桨距角对应的等效功率值中的最大等效功率值对应的待寻优桨距角作为第一桨距角。可选地，处理器702，具体用于：计算风电机组分别以每个待寻优桨距角在至少一个预定测试风速下的平均功率；获取每个测试风速对应的加权系数，将每个待寻优桨距角分别在每个测试风速下的平均功率进行加权处理，得到每个待寻优桨距角对应的等效功率值。可选地，处理器702，具体用于：获取预先设置的每个测试风速对应的加权系数；或者，采用威布尔概率密度分布函数，获取每个测试风速对应的加权系数。可选地，测试风速为标准空气密度下的风速值。上述装置中获取模块、确定模块和调整模块的功能可以通过处理器702实现。上述部件通过一条或多条总线进行通信。本领域技术人员可以理解，图7中示出的设备的结构并不构成对本发明的限定，它既可以是总线形结构，也可以是星型结构，还可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。需要说明的是，对于设备实施例而言，由于其基本相应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。当前第1页12