一种风力发电机组最大风能捕获的变桨控制方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及风力发电机组控制技术领域，更具体地说，涉及一种风力发电机组最 大风能捕获的变桨控制方法及装置。
【背景技术】
[0002] 现有商用变速变桨风力发电机组，通常采用如图1所示的转速转矩控制原理，以 实现对风力发电机组的控制。
[0003] 具体来说，将风力发电机组的运行分为4个控制区域，其中，区域I为恒转速控制， 区域Π 为最大风能捕获控制，区域III为恒转速控制，区域IV为恒功率控制。区域I、区域 II和区域III为非全功率控制区域，区域IV为全功率控制区域。
[0004] 当风力发电机组的叶片为典型叶片，且其在传统定义的最佳桨距角度0°，即传统 最优桨距角度的状态下，叶尖速比λ与风能利用系数C p之间的关系，即最优风能利用系数 曲线，如图2所示。现有技术通常以区域II的控制为重点，以将风力发电机组的运行状态 维持在如图2中所示的最大风能利用系数点?(λ _，β J附近为目标，从而获取最大风能。 其中，λ _表示最大风能利用系数点的叶尖速比，β。表示最大风能利用系数点的桨距角 度。但是如图3所示，在非全功率控制区域内，区域I和区域III所占比例并不比区域II 小。因此，提高区域I和区域III的风能捕获能力对风力发电机组发电效率的提升也具有 重要影响。然而，目前并没有用以提高区域I和区域III的风能捕获能力的技术方案。
[0005] 综上所述，现有技术缺少一种提高区域I和区域III的风能捕获能力的技术方案。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种风力发电机组最大风能捕获的变桨控制方法及装置，以 提高区域I和区域III的风能捕获能力。
[0007] 为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0008] -种风力发电机组最大风能捕获的变桨控制方法，包括：
[0009] 获取风力发电机组的实际功率；
[0010] 如果所述风力发电机组运行于区域I或区域III内，则利用功率-角度对应关系 确定与所述实际功率对应的桨距角度为目标桨距角度，并利用所述目标桨距角度对所述风 力发电机组进行相应的控制；
[0011] 其中，所述功率-角度对应关系为利用角度-风能利用系数曲线确定的，所述角 度-风能利用系数曲线为：表示所述桨距角度对应的风能利用系数曲线与最优风能利用系 数曲线的重合部分，与该桨距角度的对应关系的曲线。
[0012] 优选的，所述方法包括：
[0013] 确定所述区域I与区域II间过渡区域的功率为第一功率；
[0014] 如果所述实际功率小于所述第一功率，则确定所述风力发电机组运行于所述区域 I内。 4 CN 104696161 A 说明书 2/8页
[0015] 优选的，所述方法包括：
[0016] 确定区域II和所述区域III间过渡区域的功率为第二功率，所述区域III与区域 IV间过渡区域的功率为第三功率；
[0017] 如果所述实际功率大于所述第二功率且所述实际功率小于所述第三功率，则确定 所述风力发电机组运行于所述区域III内。
[0018] 优选的，所述方法还包括：
[0019] 如果所述风力发电机组运行于所述区域I内预先确定的突变区域或者所述区域 III内预先确定的突变区域，则利用与所述实际功率对应的突变区域内的第四功率和第五 功率进行插值计算，以获取目标桨距角度，并利用所述目标桨距角度对所述风力发电机组 进行相应的控制；
[0020] 其中，所述第四功率为与所述实际功率对应的突变区域内最大的运行功率，所述 第五功率为与所述实际功率对应的突变区域内最小的运行功率。
[0021] 优选的，所述突变区域的预先确定过程包括：
[0022] 将所述角度-风能利用系数曲线进行分段，以获取与所述桨距角度对应的N条连 续的分段曲线，N为正整数；
[0023] 按照预设标准分别在第i条分段曲线选取第一过渡点，在第i+Ι条分段曲线上选 取第二过渡点，i为正整数，且I < i < N ;
[0024] 确定所述第一过渡点和所述第二过渡点间的曲线为突变区域。
[0025] -种风力发电机组最大风能捕获的变桨控制装置，所述装置包括获取模块和第一 控制模块，其中：
[0026] 所述获取模块，用于获取风力发电机组的实际功率；
[0027] 所述第一控制模块，用于如果所述风力发电机组运行于区域I或区域III内，则利 用功率-角度对应关系确定与所述实际功率对应的桨距角度为目标桨距角度，并利用所述 目标桨距角度对所述风力发电机组进行相应的控制；
[0028] 其中，所述功率-角度对应关系为利用角度-风能利用系数曲线确定的，所述角 度-风能利用系数曲线为：表示所述桨距角度对应的风能利用系数曲线与最优风能利用系 数曲线的重合部分，与该桨距角度的对应关系的曲线。
[0029] 优选的，所述控制模块包括第一确定单元，其中：
[0030] 所述第一确定单元，用于确定所述区域I与区域II间过渡区域的功率为第一功 率；
[0031] 如果所述实际功率小于所述第一功率，则确定所述风力发电机组运行于所述区域 I内。
[0032] 优选的，所述控制模块包括第二确定单元，其中：
[0033] 所述第二确定单元，用于确定区域II和所述区域III间过渡区域的功率为第二功 率，所述区域III与区域IV间过渡区域的功率为第三功率；
[0034] 如果所述实际功率大于所述第二功率且所述实际功率小于所述第三功率，则确定 所述风力发电机组运行于所述区域ΠΙ内。
[0035] 优选的，所述装置还包括第二控制模块，其中：
[0036] 所述第二控制模块，用于如果所述风力发电机组运行于所述区域I内预先确定的 5 CN 104696161 A 说明书 3/8页 突变区域或者所述区域III内预先确定的突变区域，则利用与所述实际功率对应的突变区 域内的第四功率和第五功率进行插值计算，以获取目标桨距角度，并利用所述目标桨距角 度对所述风力发电机组进行相应的控制；
[0037] 其中，所述第四功率为与所述实际功率对应的突变区域内最大的运行功率，所述 第五功率为与所述实际功率对应的突变区域内最小的运行功率。
[0038] 优选的，所述第二控制模块包括第三确定单元，其中：
[0039] 所述第三确定单元，用于将所述角度-风能利用系数曲线进行分段，以获取与所 述桨距角度对应的N条连续的分段曲线，N为正整数；
[0040] 按照预设标准分别在第i条分段曲线选取第一过渡点，在第i+ι条分段曲线上选 取第二过渡点，i为正整数，且I < i < N ;
[0041] 确定所述第一过渡点和所述第二过渡点间的曲线为突变区域。
[0042] 本发明提供的一种风力发电机组最大风能捕获的变桨控制方法及装置，包括：获 取风力发电机组的实际功率；如果风力发电机组运行于区域I或区域III内，则利用功 率-角度对应关系确定与实际功率对应的桨距角度为目标桨距角度，并利用目标桨距角度 对风力发电机组进行相应的控制；其中，功率-角度对应关系为利用角度-风能利用系数曲 线确定的，角度-风能利用系数曲线为：表示桨距角度对应的风能利用系数曲线与最优风 能利用系数曲线的重合部分，与该桨距角度的对应关系的曲线。由此，基于功率-角度对应 关系确定与实际功率对应的桨距角度为目标桨距角度，利用目标桨距角度对风力发电机组 进行相应控制，从而提高了风力发电机组的风能捕获能力。
【附图说明】 [0043]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，下面描述中的附图仅仅是本 发明的实施例，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 提供的附图获得其他的附图。
[0044]图1为现有技术的变速变桨风力发电机组采用的转速转矩控制原理的示意图； [0045]图2为现有技术的变速变桨风力发电机组的最优风能利用系数曲线示意图； [00 46]图3为现有技术的变速变桨风力发电机组在不同控制区域中叶尖速比、风能利用 系数及输出功率关系曲线示意图；
[0047]图4为本发明实施例提供的一种风力发电机组最大风能捕获的变桨控制方法的 流程图；
[0048]图5为本发明实施例提供的一种风力发电机组最大风能捕获的变桨控制方法中 不同桨距角度对应的风能利用系数曲线示意图；
[0049]图6为本发明实施例提供的一种风力发电机组最大风能捕获的变桨控制方法中 对比采用本发明提供的一种风力发电机组最大风能捕获的变桨控制方法前后区域I和区 域ΙΠ 风能利用系数及功率输出变化示意图；
[0050]图7为本发明实施例提供的一种风力发电机组最大风能捕获的变桨控制方法