风力发电机组的叶片失速控制方法及装置制造方法及图纸

本公开提供了一种风力发电机组的叶片失速控制方法及其装置。所述叶片失速控制方法包括：获取风力发电机组的运行状态数据和运行环境数据；当获取的运行状态数据和运行环境数据满足预设条件时，通过改变风力发电机组叶片的桨距角来确定风力发电机组叶片是否处于失速状态；当确定风力发电机组叶片处于失速状态时，通过对连续的两个预设时间段内的输出功率均值与功率设计均值的第一差值百分比进行比较来确定叶片处于失速状态下的最优桨距角。

Blade stall control method and device of wind turbine

【技术实现步骤摘要】
风力发电机组的叶片失速控制方法及装置
本专利技术涉及风力发电
，更具体地讲，涉及一种用于风力发电机组的叶片失速控制的方法及其装置。
技术介绍
风力发电机的叶片是吸收风能的重要部件，叶片性能的好坏直接影响到风力发电机对风能的吸收，进而影响风力发电机组的整体出力情况。风力发电机组在实际运行过程中，在一定工况下，可能存在叶片失速的情况，其中，叶片失速造成叶片的升力变小、阻力变大，叶片吸收风能的能力急剧下降，从而使得风力发电机组的输出功率与功率设计值相差很大。对于风电场来说，叶片失速发生后，将导致发电量大量损失。在现阶段，当确定叶片发生失速现象时，可以在叶片的叶尖部分安装涡流发生器来处理叶片失速，或者可以将叶片的桨距角提前变桨到一定角度来减少叶片各个截面处的攻角，进而可能降低叶片失速的影响。然而，当使用在叶尖部分安装涡流发生器的方法时，涡流发生器的安装方案设计以及安装情况均会直接影响最终效果，并且还需要投入大量的人力、物力；当使用将叶片桨距角提前变桨到一定角度的方法时，没有考虑到叶片在不同工况下失速程度不同并且在不同时间段内失速程度可能会发生变化的情况，在这种情况下，如果将叶片的桨距角提前变桨到某一固定角度，则可能会导致攻角太大，进而不足以使叶片脱离失速，或者可能会导致攻角太小(这是由于提前变桨的固定角度过大而造成的)，进而带来额外的功率输出损失；或者在某一时间段，叶片不处于失速状态，但是叶片处于所述固定角度运行亦会带来功率输出损失。
技术实现思路
本专利技术的示例性实施例提供了一种用于风力发电机组的叶片失速控制的方法及其装置，至少解决上述技术问题和上文未提及的其它技术问题，并且提供下述的有益效果。本专利技术的一方面在于提供一种风力发电机组的叶片失速控制方法，所述方法包括：获取风力发电机组的运行状态数据和运行环境数据；当获取的运行状态数据和运行环境数据满足预设条件时，通过改变风力发电机组叶片的桨距角来确定风力发电机组叶片是否处于失速状态；当确定风力发电机组叶片处于失速状态时，通过对连续的两个预设时间段内的输出功率均值与功率设计均值的第一差值百分比进行比较来确定叶片处于失速状态下的最优桨距角。本专利技术的另一方面在于提供一种风力发电机组的叶片失速控制装置，所述装置包括：数据获取模块，用于获取风力发电机组的运行状态数据和运行环境数据；叶片失速确定模块，用于确定获取的运行状态数据和运行环境数据是否满足预设条件，并且当获取的运行状态数据和运行环境数据满足预设条件时，通过改变风力发电机组叶片的桨距角来确定风力发电机组叶片是否处于失速状态；叶片失速控制模块，用于当确定风力发电机组叶片处于失速状态时，通过对连续的两个预设时间段内的输出功率均值与功率设计均值的第一差值百分比进行比较来确定叶片处于失速状态下的最优桨距角。本专利技术的一方面在于提供一种计算机可读存储介质，存储有程序，其特征在于，所述程序可包括用于执行以上所述的用于风力发电机组的叶片失速控制的方法的指令。本专利技术的一方面在于提供一种计算机，包括存储有计算机程序的可读介质，其特征在于，所述计算机程序包括用于执行以上所述的用于风力发电机组的叶片失速控制的方法的指令。基于以上描述的用于风力发电机组的叶片失速控制的方法及其装置，能够在准确地诊断出叶片处于失速状态下，提供叶片失速问题的解决方案，通过叶片桨距角自寻优的控制方案来提高风力发电机组的发电量，本公开的叶片失速控制方法不需要额外硬件(例如，涡流发生器)的资金投入，后期维护成本低、经济效益高，而且具有简单高效、适应性好的特定。附图说明下面，将结合附图进行本专利技术的详细描述，本专利技术的上述特征和其他目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：图1是根据本公开的示例性实施例的叶片失速控制方法的流程图；图2是根据本公开的示例性实施例的风力发电机组实际输出功率与设计功率进行比较的示图；图3是根据本公开的示例性实施例的风力发电机组叶片攻角和桨距角之间的关系的示图；图4是根据本公开的示例性实施例的叶片失速控制方法的具体流程图；图5是根据本公开的示例性实施例的叶片失速控制装置的框图。具体实施方式现将详细参照本公开的示例性实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终指示相同的部件。以下将通过参照附图来说明所述实施例，以便于解释本专利技术。显然，所描述的实施例仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。在本公开中，包括诸如“第一”、“第二”等序数的术语可以被用于描述各种元素，但是这些元素不应被理解为受限于这些术语。这些术语仅被用于将一个元素与其他元素区分开来。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元素可以被称为第二元素，反之亦然。在阐述本公开的专利技术构思之前，对本公开中采用的术语进行相关说明。在本公开的示例性实施例中，第一差值百分比被用于叶片失速控制中以确定在叶片处于失速状态下的最优桨距角，第二差值百分比被用于功率曲线比较中以确定实际功率曲线是否满足一定的叶片失速条件，第三差值百分比被用于叶片失速诊断中以确定叶片是否处于失速状态。设计功率曲线指的是风力发电机组在设计过程中，在理想情况(叶片实际翼型与设计翼型一致，且叶片表面干净)和一定外界风资源条件(空气密度、湍流强度以及入流角)下，风力发电机组在每个风速段(从切入风速到切出风速，每0.5m/s划分为一个仓)的风速和输出功率的关系曲线。叶片失速指的是风力发电机组在运行过程中，在叶轮转速达到最大转速并且输出功率尚未达到额定功率时，叶片升力随着风速的增大而急剧减少，进而风力发电机组的输出功率随之降低的现象。图1是根据本公开的示例性实施例的叶片失速控制方法的流程图。参照图1，在步骤S101，获取风力发电机组的运行状态数据和运行环境数据。风力发电机组的运行状态数据可以包括叶轮转速、风速、输出功率等，并且风力发电机组的运行环境数据可以包括环境温度、空气密度、海拔高度等。诸如叶轮转速、风速、输出功率、环境温度、海拔高度等数据可以从测风塔数据中被直接获取或在风力发电机组运行过程中被直接获取。然而，由于一般的风力发电机组不会安装气压计或者空气密度传感器，因此一般误差直接获取空气密度，但是本申请可以利用环境温度以及海拔高度间接地获取空气密度。在步骤S102，确定获取的运行状态数据和运行环境数据是否满足预设条件。在风力发电机组运行在低空气密度条件下，风力发电机组的额定风速会变大，因而当风力发电机组的转速达到最大转速时，风力发电机组仍然尚未满发，在这种情况下，随着风速的增加，可能导致叶片发生失速现象。因此，需要首先确定风力发电机组的运行环境数据和运行状态数据是否满足叶片失速的条件。根据本公开的实施例，所述预设条件可以包括第一预设条件和第二预设条件。首先确定运行状态数据和运行环境数据是否满足第一预设条件，其中，第一预设条件包括获取的空气密度小于或等于在理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风力发电机组的叶片失速控制方法，所述方法包括：/n获取风力发电机组的运行状态数据和运行环境数据；/n当获取的运行状态数据和运行环境数据满足预设条件时，通过改变风力发电机组叶片的桨距角来确定风力发电机组叶片是否处于失速状态；/n当确定风力发电机组叶片处于失速状态时，通过对连续的两个预设时间段内的输出功率均值与功率设计均值的第一差值百分比进行比较来确定叶片处于失速状态下的最优桨距角。/n

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机组的叶片失速控制方法，所述方法包括：
获取风力发电机组的运行状态数据和运行环境数据；
当获取的运行状态数据和运行环境数据满足预设条件时，通过改变风力发电机组叶片的桨距角来确定风力发电机组叶片是否处于失速状态；
当确定风力发电机组叶片处于失速状态时，通过对连续的两个预设时间段内的输出功率均值与功率设计均值的第一差值百分比进行比较来确定叶片处于失速状态下的最优桨距角。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，风力发电机组的运行状态数据包括叶轮转速和风速，并且风力发电机组的运行环境数据包括空气密度。


3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设条件包括第一预设条件和第二预设条件，
其中，当获取的运行状态数据和运行环境数据满足第一预设条件时，利用风力发电机组的设计功率曲线和实际功率曲线来确定实际功率曲线是否满足第二预设条件，
当实际功率曲线满足第二预设条件时，通过改变风力发电机组叶片的桨距角来确定风力发电机组叶片是否处于失速状态。


4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，第一预设条件包括获取的空气密度小于或等于在理想状况下叶片处于失速状态的空气密度与特定空气密度裕量之和以及获取的叶轮转速大于或等于风力发电机组叶轮的最大转速与特定发电机转速系数之积，
其中，当获取的运行状态数据和运行环境数据不满足第一预设条件时，则确定风力发电机组的叶片未处于失速状态。


5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，利用风力发电机组的设计功率曲线和实际功率曲线来确定实际功率曲线是否满足第二预设条件的步骤包括：
通过对获取的风速进行转化来获得与所述设计功率曲线具有相同空气密度的实际功率曲线；
将转化后的实际功率曲线与所述设计功率曲线进行比较；
根据比较结果选取风速段来确定实际功率曲线是否满足第二预设条件，其中，所述风速段是在相同风速段内所述设计功率曲线的功率设计值与实际功率值之间的差值大于或等于预设值的风速段。


6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，确定实际功率曲线是否满足第二预设条件的步骤还包括：
以预定风速为步长，将选取的风速段划分为多个子风速段；
分别计算所述多个子风速段中的每个子风速段的实际功率均值与相应的功率设计均值的第二差值百分比；
根据每个子风速段中的第二差值百分比来计算选取的风速段的差值百分比均值；
通过对计算出的差值百分比均值与第一预设阈值进行比较来确定实际功率曲线是否满足第二预设条件。


7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，确定实际功率曲线是否满足第二预设条件的步骤包括：
当计算出的差值百分比均值大于或等于第一预设阈值时，确定出实际功率曲线满足第二预设条件；
当计算出的差值百分比均值小于第一预设阈值时，确定出风力发电机组的叶片未处于失速状态。


8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过改变风力发电机组叶片的桨距角来确定风力发电机组叶片是否处于失速状态的步骤包括：
按照预定周期以预定角度为步长将风力发电机组叶片的桨距角从理论最优桨距角逐步改变到使叶片摆脱失速状态的理论最大桨距角；
在每次改变叶片桨距角时，通过将所述预定周期内的输出功率均值和相应的所述预定周期内的功率设计均值的第三差值百分比与第二预设阈值进行比较来确定风力发电机组叶片是否处于失速状态。


9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，通过将第三差值百分比与第二预设阈值进行比较来确定风力发电机组叶片是否处于失速状态的步骤包括：
如果计算出的第三差值百分比小于第二预设阈值，则确定风力发电机组叶片处于失速状态；
如果直到将叶片桨距角改变为所述最大桨距角时计算出的第三差值百分比仍大于或等于第二预设阈值，则确定风力发电机组叶片未处于失速状态。


10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定叶片处于失速状态下的最优桨距角步骤包括：
以特定角度为步长，将叶片的桨距角从所述理论最优桨距角逐步向所述最大桨距角进行调整；
每调整一次叶片的桨距角，将调整后的桨距角保持所述预定时间段以计算所述预定时间段内的输出功率均值以及平均风速。


11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，确定叶片处于失速状态下的最优桨距角的步骤包括：
将计算出的平均风速转化为所述设计功率曲线下的风速；
根据计算出的输出功率均值和与转化后的风速相应的功率设计均值来计算以获得第一差值百分比；
通过对当前的所述预设时间段的第一差值百分比与前一个所述预设时间段的第一差值百分比进行比较来确定叶片在失速状态下的最优桨距角。


12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，确定叶片处于失速状态下的最优桨距角的步骤还包括：
当当前的所述预设时间段的第一差值百分比小于前一个所述预设时间段的第一差值百分比时，计算下一个所述预设时间段的第一差值百分比，对当前的所述预设时间段的第一差值百分比与下一个所述预设时间段的第一差值百分比进行比较；
当当前的所述预设时间段的第一差值百分比大于或等于前一个所述预设时间段的第一差值百分比时，将前一个所述预设时间段的桨距角确定为叶片处于失速状态下的最优桨距角。


13.一种风力发电机组的叶片失速控制装置，所述装置包括：
数据获取模块，用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧发顺，李强，赵树椿，
申请(专利权)人：北京金风科创风电设备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11