一种提高高海拔风电机组发电量的方法技术

本发明专利技术涉及风力发电技术领域，公开了一种提高高海拔风电机组发电量的方法，包括下列步骤：A)计算空气密度ρ；B)得到风电机组的C

【技术实现步骤摘要】
一种提高高海拔风电机组发电量的方法
本专利技术涉及风力发电
，尤其是涉及一种提高高海拔风电机组发电量的方法。
技术介绍
叶片作为风力发电机组吸收风能的来源，如何在同等叶轮扫风面积下捕获更多的风能，是各风电机组厂家孜孜不倦最求的目标。随着风力发电机组装机容量的不断增加，风力发电机组的单机容量和叶轮直径都在快速增大，风电场的开发正在向低风速和高原地区拓展。高海拔地区由于空气密度较低，叶轮气动功率随着风速的增加而不再增加反而降低，迫使叶片进入失速状态。对于叶片而言，邻近于叶片表面的气流与表面分离并产生阻力，当攻角较大时，气流与叶片发生分离，叶片的升阻比在达到最大值后会迅速减小，由于失速现象影响风力发电机组的风能利用效率，而降低了风电场的发电量，降低了风电场的经济效益。业内常规做法是在风电机组的叶片上安装涡流发生器，通过在涡流发生器上设置导流部分起到整流作用，能够减少气流展向流动，通过导流部分和涡流发生部分配合减缓风电机组叶片进入失速状态，从而提高叶片气动性能。安装涡流发生器的方案虽然能一定程度减缓叶片的失速状态，但对于已经安装在现场的风电机组叶片来说，将安装涡流发生器面临工程巨大和费用昂贵的施工问题。例如，一种在中国专利文献上公开的“风力发电机组的变桨控制方法及系统”，其公告号为CN109209765A，该专利技术包括：风力发电机组的主控制器预测超前预设时间段内的每个控制周期的变桨控制数据；主控制器根据变桨控制数据生成对应的预测变桨控制指令，并将预测变桨控制指令发送给变桨控制器，以使变桨控制器按接收顺序进行存储；若导电滑环通信中断，变桨控制器按照预测变桨控制指令的存储顺序依次执行预测变桨控制指令，以进行变桨操作。该专利技术不能解决高海拔地区空气密度较低而降低了风力发电机组的发电量的问题。
技术实现思路
本专利技术是为了解决高海拔地区空气密度较低而导致在相同风速下风力发电机组的发电量低的问题，提供一种提高高海拔风电机组发电量的方法，本专利技术使在高海拔地区机组叶尖速比也能达到实际最佳，使风能捕获系数最大，提高了风电机组的发电量，并利用优化算法实现风电场中各机组的功率最大捕获和载荷最小。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种提高高海拔风电机组发电量的方法，包括步骤：A)获取大气压力p和舱外温度t，计算空气密度ρ；B)获取发电机转速ωg和风轮半径r，通过空气动力学计算得到风电机组的Cp_λ特性曲线，其Cp为功率系数，λ为叶尖速比；C)获得基于叶尖速比λ的理论风速υ，计算风电机组输出功率P和机组转矩T；D)设置风速调节范围，当风速υ在风速调节范围内时获得最优转矩Topt1，将机组转矩T设置为最优转矩Topt1；E)当机组转速调节范围达到风速调节范围上限时获得最优转矩Topt2，将机组转矩T设置为最优转矩Topt2；F)设置转矩上限Tmax和发电机转速上限ωgmax，获得约束条件Ti为第i个风电机组的机组转矩，ωgi为第i个风电机组的发电机转速，K为风电机组总数；G)构建目标函数，利用优化算法对目标函数进行寻优，获得使风电机组风能捕获输出功率最大和载荷最小的各机组转速组合。通过在不同情况下获得最优转矩，使得在高海拔地区机组叶尖速比也能达到实际最佳，使风能捕获系数最大，提高了风电机组的发电量，并利用优化算法实现风电场中各机组的功率最大捕获和载荷最小。进一步地，步骤A)中计算获得空气密度ρ，其中，M为标准空气摩尔质量、R为气态常数。通过舱外的大气压力和舱外温度传感器获取气压p和温度t信号，再根据克拉珀龙Clapeyron方程获得实时的空气密度ρ。进一步地，步骤C)中通过计算获得基于叶尖速比λ的理论风速υ，其中G为齿轮箱速比。叶尖速比是叶片的叶尖线速度与风速的比值，是表示风力机性能的重要参数，叶尖速比表征了风力机组在一定风速下运转速度的高低。进一步地，步骤C)中计算得到风电机组输出功率P，其中，A为叶轮扫风面积。根据风电机组能量转换公式，得到基于大气压力和舱外温度的风电机组功率P。进一步地，步骤C)中计算获得机组转矩T。机组功率P与发电机转速ωg和转矩T成正比，提高发电机转速ωg或提高转矩T均能增加机组功率P，对于额定容量已经确定的机组来说，无法进一步增大转矩。因此，如要维持机组额定功率不变，提高风轮转速ωg上限，使机组能够获得最大功率系数Cpmax。进一步地，步骤D)中当风速υ在风速调节范围内时获得最优转矩Topt1，包括：D1)对实际发电机转速ωg进行补偿，获得实际最佳叶尖速比λopt和与实际最佳叶尖速比λopt对应的最大功率系数最大Cpmax；D2)获得使叶尖速比λ达到实际最佳叶尖速比λopt的发电机理论转速其中Δω为转速补偿差值；D3)获取切入风速υin、切成风速υout和额定风速υn，当风速在切入风速υin和额定风速υn之间，即vin≤v≤vn时，计算获得最优转矩Topt1。步骤D)中获得最优转矩Topt2，包括：当风速在额定风速υn和切入风速υout之间时，提高发电机转速ωg，获得转速限值ωg+，此时计算获得最优转矩Topt2。高海拔地区由于空气密度ρ较低，使得风电机组捕获的实际风速υt比理论风速υ小，根据可知实际的叶尖速比λ比理论值要大，要达到实际最佳叶尖速比λopt，通过提高发电机转速ωg达到实际最佳叶尖速比λopt，从而使风能捕获系数最大，提高风电机组的发电量，分别考虑不同的情况，调整发电机转速ωg，从而获得不同情况下的最优转矩，使叶尖速比达到最佳。进一步地，步骤G)中构建目标函数其中为第i个风电机组的输出功率，为面内弯矩变化率，面外弯矩变化率，P′max为最大机组功率估计值，ΔM′f,max为面内弯矩估计值，ΔM′e,max为面外弯矩值，μ为调节参数，0≤μ≤1。该目标函数的第一项表示对功率进行优化，第二项表示对载荷进行优化。μ是为调节参数，μ＝1表示只有对风电机组的输出功率进行优化，μ＝0表示只有对机组载荷进行优化，μ为0到1之间的中间值表示对风电机组的输出功率和载荷同时进行优化。进一步地，步骤G)中采用粒子群优化算法对目标函数P(ωg)进行寻优，步骤包括：G1)产生初始粒子并建立种群，每一个粒子代表各机组转速组合{ωg1,ωg2,...,ωgK}的一组解，将目标函数设置为适应度函数，设置粒子群规模N、第w个粒子的初始位置种群位置P、第w个粒子的初始速度适应度约束条件、惯性权重ω、最大迭代次数T、第w个粒子的个体最优位置phbest和种群最优位置Pgbest；G2)计算每个粒子的适应度函数值，评价每个粒子的适应度函数值，获取评价结果；G3)根据评价结果更新个体最优位置phbest和种群最优位置Pgbest，更新粒子速度和粒子位置；G4)判断是否达到适应度约束条件或最大迭代次数，如果达到，则寻优过程结束，获得使风电机组风能捕获输出功率最大和载荷最小的各机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高高海拔风电机组发电量的方法，其特征在于，步骤包括：/nA)获取大气压力p和舱外温度t，计算空气密度ρ；/nB)获取发电机转速ω

【技术特征摘要】
1.一种提高高海拔风电机组发电量的方法，其特征在于，步骤包括：
A)获取大气压力p和舱外温度t，计算空气密度ρ；
B)获取发电机转速ωg和风轮半径r，通过空气动力学计算得到风电机组的Cp_λ特性曲线，其Cp为功率系数，λ为叶尖速比；
C)获得基于叶尖速比λ的理论风速υ，计算风电机组输出功率P和机组转矩T；
D)设置风速调节范围，当风速v在风速调节范围内时获得最优转矩Topt1，将机组转矩T设置为最优转矩Topt1；
E)当所述机组转速调节范围达到风速调节范围上限时获得最优转矩Topt2，将机组转矩T设置为最优转矩Topt2；
F)设置转矩上限Tmax和发电机转速上限ωgmax，获得约束条件为第i个风电机组的机组转矩，ωgi为第i个风电机组的发电机转速，K为风电机组总数；
G)构建目标函数，利用优化算法对目标函数进行寻优，获得使风电机组风能捕获输出功率最大和载荷最小的各机组转速组合。


2.根据权利要求1所述的一种提高高海拔风电机组发电量的方法，其特征在于，步骤A)中计算获得空气密度ρ，其中，M为标准空气摩尔质量、R为气态常数。


3.根据权利要求1所述的一种提高高海拔风电机组发电量的方法，其特征在于，步骤C)中通过计算获得基于叶尖速比λ的理论风速v，其中G为齿轮箱速比。


4.根据权利要求3所述的一种提高高海拔风电机组发电量的方法，其特征在于，步骤C)中计算得到风电机组输出功率P，其中，A为叶轮扫风面积。


5.根据权利要求4所述的一种提高高海拔风电机组发电量的方法，其特征在于，步骤C)中计算获得机组转矩T。


6.根据权利要求5所述的一种提高高海拔风电机组发电量的方法，其特征在于，步骤D)中当风速v在风速调节范围内时获得最优转矩Topt1，包括：
D1)对实际发电机转速ωg进行补偿，获得实际最佳叶尖速比λopt和与实际最佳叶尖速比λopt对应的最大功率系数最大Cpmax；
D2)获得使叶尖速比λ达到实际最佳叶尖速比λopt的发电机理论转速其中Δω为转速补偿差值；
D3)获取切入风速υin、切成风速υout和额定风速υn，当风速在切入风速υin和额定风速υn之间，即vin≤v≤vn时，...

【专利技术属性】
技术研发人员：史晓鸣，柳黎明，吴明霞，陈靖，陈凯，陈坚钢，
申请(专利权)人：浙江运达风电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33