一种风力发电机组的控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种风力发电机组的控制方法及装置，获取风力发电机组所处位置的风速，根据风速计算湍流强度，并确定与湍流强度相对应的风速分布范围；根据风力发电机组的风轮所受的推力与推力系数及风速之间的关系，确定推力在风速分布范围内的推力变化幅度；根据推力变化幅度调整风轮在风速分布范围内的最大转速和最大转矩；最大转速和最大转矩用于使风力发电机组在风速分布范围内的疲劳载荷符合预设标准。本申请在湍流强度超过规定等级时，通过调节最大转速和最大转矩使风力发电机组在风速分布范围内的疲劳载荷符合预设标准，而不需要使风力发电机组停机，这样既能在湍流强度超过规定等级时减少对风力发电机组的影响，又能降低发电量的损失。

【技术实现步骤摘要】
一种风力发电机组的控制方法及装置
本专利技术涉及风力发电机组控制
，特别涉及一种风力发电机组的控制方法及装置。
技术介绍
风能是一种清洁安全的可再生资源，通过风力发电机组实现风力发电能够保障能源安全，调整能源结构，减轻环境污染，是新能源领域中技术最成熟、最具规模和发展前景的发电方式之一，对于实现可持续发展具有非常重要的意义。风力发电机组通常是以IEC标准或GL规范中规定等级的风资源特征为输入标准进行设计的。风资源特征中的湍流对风力发电机组的疲劳载荷有直接影响，且与引起极限载荷的极端阵风直接相关，对风力发电机组的使用寿命影响较大。湍流是自然形成的不可控因素，但湍流强度可测量。为了降低湍流对风力发电机组的影响，通常是将实际测量的湍流强度与IEC标准或GL规范中的规定等级进行比较，当实际测量的湍流强度超过规定等级时，需要采取有针对性的措施来保障风力发电机组的稳定和安全运行。现有技术中，在实际测量的湍流强度超过规定等级时，主要是采用停机的方式减少超过规定等级的湍流对风力发电机组的影响。但是，现有技术采用的停机的方式会造成发电量的严重损失，这种损失对于地势平坦、风资源特征突出、机组范围较小且不在主风向上的风电场的影响较小，而对于地势复杂、风资源特征不明显、机组范围较大或者处在主风向上的风电场的影响却很大。
技术实现思路
有鉴于此，本申请提供一种风力发电机组的控制方法及装置，既能在湍流强度超过规定等级时减少对风力发电机组的影响，又能降低发电量的损失。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种风力发电机组的控制方法，包括：获取风力发电机组所处位置的风速，根据所述风速计算湍流强度，并确定与所述湍流强度相对应的风速分布范围；根据所述风力发电机组的风轮所受的推力与推力系数及所述风速之间的关系，确定所述推力在所述风速分布范围内的推力变化幅度；根据所述推力变化幅度调整所述风轮在所述风速分布范围内的最大转速和最大转矩；所述最大转速和所述最大转矩用于使所述风力发电机组在所述风速分布范围内的疲劳载荷符合预设标准。优选地，所述获取风力发电机组所处位置的风速，根据所述风速计算湍流强度，并确定与所述湍流强度相对应的风速分布范围，包括：在预设周期内，获取所述风力发电机组所处位置的风速，并计算所述预设周期内的平均风速根据所述平均风速计算所述湍流强度并根据所述湍流强度确定与所述湍流强度相对应的风速分布范围满足以为中心、以为标准方差的高斯分布根据小概率事件理论及所述高斯分布确定所述风速分布范围为其中，I为平均风速对应的湍流强度，vi为第i个采样点的瞬时风速，N为所述预设周期内的采样点数。优选地，所述根据所述风力发电机组的风轮所受的推力与推力系数及所述风速之间的关系，确定所述推力在所述风速分布范围内的推力变化幅度，包括：根据所述风力发电机组的风轮所受的推力与推力系数及所述风速之间的关系及所述风轮的叶尖速比确定所述推力与所述风轮的叶片的桨距角β和风轮转速ω的关系根据所述确定与所述风速分布范围中的极小风速对应的极小推力确定与所述风速分布范围中的极大风速对应的极大推力根据所述极小推力、所述极大推力以及所述推力与所述风速之间的关系确定所述推力在所述风速分布范围内的推力变化幅度其中，ρ为空气密度，A为风轮扫掠面积，v为风速，Ct(β，λ)为与所述风轮的叶片的桨距角β和叶尖速比λ相关的推力系数，R为风轮半径，ωmin为所述风力发电机组的最小并网转速，ωlow为所述风力发电机组的最小转速，ωhigh为所述风力发电机组的最大转速，βopt为最佳桨距角，为平均风速时所受推力，FI是平均风速为湍流强度为I时在所述预设时间内的推力变化幅度，为第i个采样点的瞬时风速为vi时所述风轮所受的推力。优选地，所述根据所述推力变化幅度调整所述风轮在所述风速分布范围内的最大转速和最大转矩，包括：在所述风速分布范围内，当由于所述风速变化使所述湍流强度由I1提高到I2，所述推力变化幅度由变化为时，根据调整所述风力发电机组的最大转速ωhigh；在所述风速分布范围内，当由于所述风速变化使所述湍流强度由I1提高到I2，所述风力发电机组的转矩变化幅度TI由变化为时，根据调整所述风力发电机组的最大转矩其中，为所述最大转速所对应的推力。优选地，还包括：根据所述风力发电机组的发电系统特性曲线，对所述最大转矩进行限制。一种风力发电机组的控制装置，包括：获取模块，用于获取风力发电机组所处位置的风速，根据所述风速计算湍流强度，并确定与所述湍流强度相对应的风速分布范围；确定模块，用于根据所述风力发电机组的风轮所受的推力与推力系数及所述风速之间的关系，确定所述推力在所述风速分布范围内的推力变化幅度；调整模块，用于根据所述推力变化幅度调整所述风轮在所述风速分布范围内的最大转速和最大转矩；所述最大转速和所述最大转矩用于使所述风力发电机组在所述风速分布范围内的疲劳载荷符合预设标准。优选地，所述获取模块，包括：获取单元，用于在预设周期内，获取所述风力发电机组所处位置的风速，并计算所述预设周期内的平均风速计算单元，用于根据所述平均风速计算所述湍流强度并根据所述湍流强度确定与所述湍流强度相对应的风速分布范围满足以为中心、以为标准方差的高斯分布第一确定单元，用于根据小概率事件理论及所述高斯分布确定所述风速分布范围为其中，I为平均风速对应的湍流强度，vi为第i个采样点的瞬时风速，N为所述预设周期内的采样点数。优选地，所述确定模块，包括：第二确定单元，用于根据所述风力发电机组的风轮所受的推力与推力系数及所述风速之间的关系及所述风轮的叶尖速比确定所述推力与所述风轮的叶片的桨距角β和风轮转速ω的关系第三确定单元，用于根据所述确定与所述风速分布范围中的极小风速对应的极小推力确定与所述风速分布范围中的极大风速对应的极大推力第四确定单元，用于根据所述极小推力、所述极大推力以及所述推力与所述风速之间的关系确定所述推力在所述风速分布范围内的推力变化幅度其中，ρ为空气密度，A为风轮扫掠面积，v为风速，Ct(β，λ)为与所述风轮的叶片的桨距角β和叶尖速比λ相关的推力系数，R为风轮半径，ωmin为所述风力发电机组的最小并网转速，ωlow为所述风力发电机组的最小转速，ωhigh为所述风力发电机组的最大转速，βopt为最佳桨距角，为平均风速时所受推力，F1是平均风速为湍流强度为I时在所述预设时间内的推力变化幅度，为第i个采样点的瞬时风速为vi时所述风轮所受的推力。优选地，所述调整模块，包括：转速调整单元，用于在所述风速分布范围内，当由于所述风速变化使所述湍流强度由I1提高到I2，所述推力变化幅度由变化为时，根据调整所述风力发电机组的最大转速ωhigh；转矩调整单元，用于在所述风速分布范围内，当由于所述风速变化使所述湍流强度由I1提高到I2，所述风力发电机组的转矩变化幅度TI由变化为时，根据调整所述风力发电机组的最大转矩其中，为所述最大转速所对应的推力。优选地，还包括：限制模块，用于根据所述风力发电机组的发电系统特性曲线，对所述最大转矩进行限制。从上述的技术方案可以看出，本专利技术提供的一种风力发电机组的控制方法及装置，获取风力发电机组所处位置的风速，根据所述风速计算湍流强度，并确定与所述湍流强度相对应的风速分布范围；根据所述风力发电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力发电机组的控制方法，其特征在于，包括：获取风力发电机组所处位置的风速，根据所述风速计算湍流强度，并确定与所述湍流强度相对应的风速分布范围；根据所述风力发电机组的风轮所受的推力与推力系数及所述风速之间的关系，确定所述推力在所述风速分布范围内的推力变化幅度；根据所述推力变化幅度调整所述风轮在所述风速分布范围内的最大转速和最大转矩；所述最大转速和所述最大转矩用于使所述风力发电机组在所述风速分布范围内的疲劳载荷符合预设标准。

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机组的控制方法，其特征在于，包括：获取风力发电机组所处位置的风速，根据所述风速计算湍流强度，并确定与所述湍流强度相对应的风速分布范围；根据所述风力发电机组的风轮所受的推力与推力系数及所述风速之间的关系，确定所述推力在所述风速分布范围内的推力变化幅度；根据所述推力变化幅度调整所述风轮在所述风速分布范围内的最大转速和最大转矩；所述最大转速和所述最大转矩用于使所述风力发电机组在所述风速分布范围内的疲劳载荷符合预设标准。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述获取风力发电机组所处位置的风速，根据所述风速计算湍流强度，并确定与所述湍流强度相对应的风速分布范围，包括：在预设周期内，获取所述风力发电机组所处位置的风速，并计算所述预设周期内的平均风速根据所述平均风速计算所述湍流强度并根据所述湍流强度确定与所述湍流强度相对应的风速分布范围满足以为范围为其中，I为平均风速对应的湍流强度，vi为第i个采样点的瞬时风速，N为所述预设周期内的采样点数。3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述风力发电机组的风轮所受的推力与推力系数及所述风速之间的关系，确定所述推力在所述风速分布范围内的推力变化幅度，包括：根据所述风力发电机组的风轮所受的推力与推力系数及所述风速之间的关系及所述风轮的叶尖速比确定所述推力与所述风轮的叶片的桨距角β和风轮转速ω的关系根据所述确定与所述风速分布范围中的极小风速对应的极小推力确定与所述风速分布范围中的极大风速对应的极大推力根据所述极小推力、所述极大推力以及所述推力与所述风速之间的关系确定所述推力在所述风速分布范围内的推力变化幅度其中，ρ为空气密度，A为风轮扫掠面积，v为风速，Ct(β，λ)为与所述风轮的叶片的桨距角β和叶尖速比λ相关的推力系数，R为风轮半径，ωmin为所述风力发电机组的最小并网转速，ωlow为所述风力发电机组的最小转速，ωhigh为所述风力发电机组的最大转速，βopt为最佳桨距角，为平均风速时所受推力，FI是平均风速为湍流强度为I时在所述预设时间内的推力变化幅度，为第i个采样点的瞬时风速为vi时所述风轮所受的推力。4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述推力变化幅度调整所述风轮在所述风速分布范围内的最大转速和最大转矩，包括：在所述风速分布范围内，当由于所述风速变化使所述湍流强度由I1提高到I2，所述推力变化幅度由变化为时，根据调整所述风力发电机组的最大转速ωhigh；在所述风速分布范围内，当由于所述风速变化使所述湍流强度由I1提高到I2，所述风力发电机组的转矩变化幅度TI由变化为时，根据调整所述风力发电机组的最大转矩其中，为所述最大转速所对应的推力。5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，还包括：根据所述风力发电机组的发电系统特性曲线，对所述最大转矩进行限制。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：杨微，陶芬，刘杰，文茂诗，陶友传，杨妍妮，
申请(专利权)人：中船重工重庆海装风电设备有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50