一种风力发电机控制方法、装置以及风力发电机制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种风力发电机控制方法、装置以及风力发电机，其中，该风力发电机控制方法包括：周期性获取风力发电机的实际风轮转速；根据获取的实际风轮转速对当前周期的风速进行估算，获得估算风速；根据估算风速以及当前周期的最优叶尖速比，计算风力发电机在当前周期的最优转速；将风力发电机的实际风轮转速调整至最优转速。本申请实施例能够根据外界实际风速周期性的对风力发电机进行调整，不需要在静态寻优的过程中耗费过多的时间，因此也就减少了在最终阶段浪费的风能，同时，能够更快的到达最大功率点、能够以更高的效率捕获风能以及更强的抗干扰能力。

Wind power generator control method, device and wind power generator

The invention provides a wind turbine control method, device and wind turbine, in which the wind turbine control method includes: periodically obtaining the actual wind wheel speed of the wind turbine; estimating the current cycle wind speed according to the actual wind wheel speed obtained; and estimating the wind speed according to the estimated wind speed. And the optimal tip speed ratio of the current cycle, calculate the optimal speed of wind turbines in the current cycle, and adjust the actual speed of wind turbines to the optimal speed. The embodiment of the application can periodically adjust the wind turbine according to the actual external wind speed, and does not need to spend too much time in the process of static optimization, thus reducing the waste of wind energy in the final stage, and at the same time, can reach the maximum power point faster, can capture wind energy with higher efficiency, and Stronger anti-jamming capability.

【技术实现步骤摘要】
一种风力发电机控制方法、装置以及风力发电机
本专利技术涉及风力发电
，具体而言，涉及一种风力发电机控制方法、装置以及风力发电机。
技术介绍
随着风力发电技术的不断成熟和风力发电成本的不断降低，风力发电已成为当前主要发电方式之一。风力发电是目前比较经济和容易实现大规模商业化的可再生能源，又属于绿色清洁能源。利用风力发电既可使丰富的风能自然资源造福于人类，又可减少对煤炭、石油等矿物燃料的消耗，能够缓解能源紧缺的压力，另外，还可以减少火力发电所带来的风尘、酸雨和温室效应等环境污染以及对气候的影响，有利于保护人类生存环境。风力发电主要利用风力带动风轮叶片转动，再通过增速机将旋转的速度提升，来促使风力发电机发电。为了能够最大的捕获风能，提高风力发电机在发电过程中将风能转化为电能的效率，需要根据当前的风速对风力发电机的输出转矩进行调整。目前风力发电机输出转矩主要采用静态寻优的方式进行控制，也即，根据当前发电机转速直接查表得到此转速对应的静态最大功率点的转矩，作为风力发电机的最终输出转矩。采用上述控制方法存在如下缺点：首先，对于大型风机来说，最大功率点静态寻优的控制方法效率太低，当风速变化时，由于风轮叶片的转动惯量过大，需要较长时间追踪最大功率，浪费在追踪阶段可以捕获到的风能；其次，该控制方法是依据风力发电机的静态的最大功率点ω-T曲线，因此只有风机运行状态不再变化时，才能最大的捕获风能；但实际上外界风速总是在不断变化的，因此风机总是处在追踪的状态，始终无法达到最大功率点；再次，ω-T曲线是预先设定的，无法根据外部环境的变化进行实时调整；最后，由于该控制方法属于开环控制，抗干扰能力差，所以当风力发电机转速出现波动时，输出的转矩也会有相似相位和频率的波动，最终再作用于发电机，导致发电机的波动增加。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例的目的在于提供一种风力发电机控制方法、装置以及风力发电机，用以解决上述问题。第一方面，本专利技术实施例提供了一种风力发电机控制方法，该方法包括：周期性获取风力发电机的实际风轮转速；根据获取的实际风轮转速对当前周期的风速进行估算，获得估算风速；根据估算风速以及当前周期的最优叶尖速比，计算风力发电机在当前周期的最优转速；将风力发电机的实际风轮转速调整至最优转速。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中：根据获取的实际风轮转速对当前周期的风速进行估算，获得估算风速，具体包括：根据实际风轮转速、风轮的角加速度，风力发电机的实时转矩、风轮及传动链的转动惯量以及传动轴的损耗转矩，计算风力发电机的实际气动转矩；根据实际风轮转速、最近一个周期获得的估算风速、风轮半径以及当前空气密度，计算风力发电机的估算气动转矩；根据实际气动转矩和估算气动转矩之间的差值，获得当前周期的估算风速。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中：根据实际风轮转速、风力发电机的实时转矩、风轮及传动链的转动惯量以及传动轴的损耗转矩，计算风力发电机的实际气动转矩，具体包括：对实际风轮转速求时间的导数，获得风轮的角加速度根据下述公式(1)计算风力发电机的实际气动转矩Taero_real：(1)其中，Tgen为风力发电机的实时转矩；J为风轮及传动链的转动惯量；Kω为风力发电机的损耗转矩；K为系数；ω为实际风轮转速。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中：根据实际风轮转速、最近一个周期获得的估算风速、风轮半径以及当前空气密度，计算风力发电机的估算气动转矩，具体包括：根据实际风轮转速、最近一个周期获得的估算风速以及风轮半径，计算当前周期的叶尖速比；根据当前周期的叶尖速比，以及叶片的叶尖速比-风能利用系数曲线，计算当前周期的风能利用系数；根据当前周期的叶尖速比、当前周期的风能利用系数、当前空气密度、风轮半径以及最近一个周期获得的估算风速，计算风力发电机的估算气动转矩。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中：当前周期的叶尖速比λ满足公式(2)：(2)风力发电机的估算气动转矩Taero_est满足公式(3)：(3)Taero_est＝0.5ρπR3v2Cp/λ其中，ω为实际风轮转速；R为风轮半径；v为最近一个周期获得的估算风速；ρ为当前空气密度；Cp为当前周期的风能利用系数。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中：根据实际气动转矩和估算气动转矩之间的差值，获得当前周期的估算风速，具体包括：将实际气动转矩和估算气动转矩之间的差值输入至第一比例和积分PI调节器，并将第一PI调节器的输出作为当前周期对应的估算风速。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中：根据估算风速以及当前周期的最优叶尖速比，计算风力发电机在当前周期的最优转速，具体包括：根据下述公式(4)计算风力发电机在当前周期的最优转速ω′：(4)其中，v为估算风速；λopt为当前最优叶尖速比；R为风轮半径。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中：将风力发电机的实际风轮转速调整至最优转速，具体包括：将风力发电机在当前周期的最优转速，以及当前周期实际风轮转速的差值输入至第二PI调节器；根据第二PI调节器输出的调节转矩，调整风力发电机的转矩，以将风力发电机的实际风轮转速调整至最优转速。第二方面，本专利技术实施例还提供一种风力发电机控制装置，包括：获取模块，用于周期性获取风力发电机的实际风轮转速；风速估算模块，用于根据获取的实际风轮转速对当前周期的风速进行估算，获得估算风速；计算模块，用于根据估算风速以及当前周期的最优叶尖速比，计算风力发电机在当前周期的最优转速；调整模块，用于将风力发电机的实际风轮转速调整至最优转速。第三方面，本专利技术实施例还提供一种风力发电机，包括：风力发电机主体；风力发电机主体上安装有如第二方面的风力发电机控制装置；风力发电机控制装置用于采用如第一方面任意一项的风力发电机控制方法控制风力发电机。本专利技术实施例提供的风力发电机控制方法以及装置，会周期性的获取风力发电机的实际风轮转速，然后根据所获取的实际风轮转速对当前周期的风速进行估算，获得估算风速；然后根据获得的估算风速以及当前周期的最优叶尖速比，计算风力发电机在当前周期的最优转速，并将风力发电机的实际风轮转速调整至该最优转速。在风力发电机全发电过程中，由于会周期性的执行上述过程，因此能够根据外界实际风速周期性的对风力发电机进行调整，能够计算出在当前周期内风力发电机的最优风轮转速，并直接将风轮转速由当前风轮转速调整至最优风轮转速，不需要在静态寻优的过程中耗费过多的时间，因此也就减少了在最终阶段浪费的风能。另外，本专利技术所提供的风力发电机控制方法中，对风力发电机的调整过程是根据外界实际情况进行周期性的调整的，可以避免风力发电机总是处于追踪状态，直接控制风力发电机的实际风轮转速到最优风轮转速，在单个周期内，外界风速以及风向的变化量是在误差接受范围内的，因此能够以更高的效率捕获风能。最后，本专利技术提供的风力发电机控制方法实际上为闭环控制，也即上一个周期的输出，作为下一个周期的输入，当风力发电机的转速在某个周期出现波动时，在下一个周期就能够将该波动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风力发电机控制方法，其特征在于，包括：周期性获取风力发电机的实际风轮转速；根据获取的所述实际风轮转速对当前周期的风速进行估算，获得估算风速；根据估算风速以及当前周期的最优叶尖速比，计算风力发电机在当前周期的最优转速；将所述风力发电机的所述实际风轮转速调整至所述最优转速。

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机控制方法，其特征在于，包括：周期性获取风力发电机的实际风轮转速；根据获取的所述实际风轮转速对当前周期的风速进行估算，获得估算风速；根据估算风速以及当前周期的最优叶尖速比，计算风力发电机在当前周期的最优转速；将所述风力发电机的所述实际风轮转速调整至所述最优转速。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据获取的所述实际风轮转速对当前周期的风速进行估算，获得估算风速，具体包括：根据所述实际风轮转速、所述风轮的角加速度，风力发电机的实时转矩、风轮及传动链的转动惯量以及传动轴的损耗转矩，计算风力发电机的实际气动转矩；根据所述实际风轮转速、最近一个周期获得的估算风速、风轮半径以及当前空气密度，计算风力发电机的估算气动转矩；根据所述实际气动转矩和所述估算气动转矩之间的差值，获得当前周期的估算风速。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述实际风轮转速、风力发电机的实时转矩、风轮及传动链的转动惯量以及传动轴的损耗转矩，计算风力发电机的实际气动转矩，具体包括：对所述实际风轮转速求时间的导数，获得风轮的角加速度根据下述公式(1)计算风力发电机的实际气动转矩Taero_real：(1)其中，Tgen为风力发电机的实时转矩；J为风轮及传动链的转动惯量；Kω为风力发电机的损耗转矩；K为系数；ω为实际风轮转速。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述实际风轮转速、最近一个周期获得的估算风速、风轮半径以及当前空气密度，计算风力发电机的估算气动转矩，具体包括：根据所述实际风轮转速、所述最近一个周期获得的估算风速以及风轮半径，计算当前周期的叶尖速比；根据当前周期的叶尖速比，以及叶片的叶尖速比-风能利用系数曲线，计算当前周期的风能利用系数；根据当前周期的叶尖速比、当前周期的风能利用系数、当前空气密度、风轮半径以及最近一个周期获得的估算风速，计算风力发电机的估算气动转矩。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述当前周期的叶尖速...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海涛，翁艳，姜海苹，
申请(专利权)人：三一重能有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11