风力发电机组的最优桨距角辨识方法和设备技术

提供一种风力发电机组的最优桨距角辨识方法和设备，所述最优桨距角辨识方法包括：确定风力发电机组在最大功率点跟踪阶段内的寻优风速区间；确定在寻优风速区间内的最优桨距角值以及在所述最优桨距角值下的最优增益值；将所确定的在寻优风速区间内的最优桨距角值确定为风力发电机组的实际最优桨距角值，将在所述最优桨距角值下的最优增益值确定为风力发电机组的实际最优增益值。采用本发明专利技术示例性实施例的风力发电机组的最优桨距角辨识方法和设备，能够准确获得风力发电机组的实际最优桨距角值和实际最优增益值。桨距角值和实际最优增益值。桨距角值和实际最优增益值。

【技术实现步骤摘要】
风力发电机组的最优桨距角辨识方法和设备


[0001]本专利技术总体上涉及风力发电
，更具体地讲，涉及一种风力发电机组的最优桨距角辨识方法和设备。

技术介绍

[0002]风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。在国家开发利用可再生能源政策推动下，我国风电产业以及技术在迅速发展，其中提高风力发电机组出力、优化功率曲线已经成为风电领域的研究热点。
[0003]最优桨距角和最优增益的确定对于风力发电机组出力至关重要，但因叶片零刻度标错、制造工艺差异、季节气候变化、风场特定风况、长久运行以及人为对零错误等，都可导致风力发电机组运行的最小桨距角不是风力发电机组最佳出力的最优桨距角，预设增益值也不是风力发电机组实际最佳出力对应的最优增益，并且人工检查难度较大也不利于大规模周期性校正工作。
[0004]在现有的风力发电机组的控制策略中，一般主要通过以下几种方式进行桨距角寻优以获得最优桨距角。
[0005]第一种是通过获取多台风力发电机组在不同桨距角下的动态功率曲线，进行为期数月的测试对比风力发电机组的发电功率，选择出最优桨距角。但这种最优桨距角确定方式，测试周期较长，策略过于理想化，并且即使相同型号的两台风力发电机组在机组制造、安装、可用扇区等方面也存在着差异，这使得基于这两台风力发电机组所获得的数据不具备数据可比性，由此得到的最优桨距角也不够准确。
[0006]第二种是根据预设步长，获取风力发电机组在待寻优桨距角运行时的等效功率值，从而得到最优桨距角。
[0007]第三种是根据风能利用系数Cp与桨距角β和叶尖速比λ的关系，通过反复调整桨距角来获得最优桨距角。
[0008]第四种是利用转速、转矩以及风速信号推算出不同时刻的最优桨距角，此方法过于理想化，现实效果不够理想。
[0009]在上述获得最优桨距角的各方法中，由于预设固定增益是根据设计阶段理想的Cp-λ计算得到，而实际上每台风力发电机组由于叶片制造、安装、环境等原因，必定存在着一条实际的Cp-λ曲线及对应的最优增益，也就是说，在某一时刻当前桨距角下的预设固定增益对应的风能利用，同当前桨距角下的实际最优增益对应的风能利用是存在差别的。换言之，在现有的桨距角寻优方法中考虑到MPPT段不同桨距角下预设固定增益导致的功率差异，均为局部寻优的策略，在一定程度上同样不具备数据可比性，最后获取的最优桨距角也并非是实际上的最优。
[0010]此外，在现有的控制策略中当最终确定某一最优桨距角之后，还需要另行通过其他技术手段来确定在该最优桨距角下的转矩最优增益。不仅该所谓的最优桨距角对于整机来说可能只是局部上的最优桨距角，基于此进一步确定的最优增益也同样仅是局部最优桨
距角下的最优增益，无形中增加了实施整机性能提升方案所需的时间。

技术实现思路

[0011]本专利技术的示例性实施例的目的在于提供一种风力发电机组的最优桨距角辨识方法和设备，以克服上述至少一个缺点。
[0012]在一总体方面，提供一种风力发电机组的最优桨距角辨识方法，包括：确定风力发电机组在最大功率点跟踪阶段内的寻优风速区间；确定在寻优风速区间内的最优桨距角值以及在所述最优桨距角值下的最优增益值；将所确定的在寻优风速区间内的最优桨距角值确定为风力发电机组的实际最优桨距角值，将在所述最优桨距角值下的最优增益值确定为风力发电机组的实际最优增益值。
[0013]可选地，确定风力发电机组在最大功率点跟踪阶段内的寻优风速区间的步骤可包括：获取风力发电机组在预定时间段内的运行数据，所述运行数据包括风速；对风力发电机组在最大功率点跟踪阶段所对应的风速进行分仓，得到多个风速区间，并建立风速区间-风频对应关系，风频指风速在风速区间内出现的次数；根据所建立的风速区间-风频对应关系，确定风力发电机组在最大功率点跟踪阶段内的寻优风速区间。
[0014]可选地，增益寻优风速区间指在预定时间段内最大功率点跟踪阶段中风频大于设定值的风速区间。
[0015]可选地，所述运行数据可还包括发电机转速，其中，所述最优桨距角辨识方法可还包括：根据获取的风速和发电机转速，建立风速-转速对应关系，根据所建立的风速-转速对应关系，识别风力发电机组是否处于最大功率点跟踪阶段。
[0016]可选地，确定在寻优风速区间内的最优桨距角值以及在所述最优桨距角值下的最优增益值的步骤可包括：基于初始最优桨距角值和初始单步迭代步长，将风力发电机组的输出功率作为评价目标，通过多轮寻优搜索，找到使得与寻优风速区间内的风速对应的输出功率的平均值达到最大的最优桨距角值，并确定与找到的最优桨距角值对应的最优增益值，将找到的最优桨距角值确定为在寻优风速区间内的最终最优桨距角值，将所确定的最优增益值确定为在最终最优桨距角值下的最终最优增益值，其中，在任一轮寻优搜索过程中，可以预定周期进行最优桨距角值切换，控制风力发电机组分别在上一最优桨距角值、在上一最优桨距角值下的上一最优增益值下和在当前最优桨距角值、在当前最优桨距角值下的当前最优增益值下运行，以确定在所述任一轮寻优搜索中的最优桨距角值以及在该最优桨距角值下的最优增益值。
[0017]可选地，在多轮寻优搜索过程中，可随着迭代次数的增加，逐步减小单步迭代步长。
[0018]可选地，可通过以下方式确定在寻优风速区间内的最终最优桨距角值以及在最终最优桨距角值下的最终最优增益值：根据初始搜索方向、初始单步迭代步长和初始最优桨距角值，确定风力发电机组的当前最优桨距角值；确定在当前最优桨距角值下的当前最优增益值；以预定周期进行最优桨距角值切换，以分别获取风力发电机组在上一最优桨距角值以及在上一最优桨距角值下的上一最优增益值下的与寻优风速区间内的第一风速对应的第一输出功率和在当前最优桨距角值以及在当前最优桨距角值下的当前最优增益值下的与寻优风速区间内的第二风速对应的第二输出功率；分别计算在上一最优桨距角值以及
上一最优增益值下的与寻优风速区间内的第一风速对应的第一输出功率的第一功率平均值以及在当前最优桨距角值以及当前最优增益值下的与寻优风速区间内的第二风速对应的第二输出功率的第二功率平均值；如果第二功率平均值大于第一功率平均值，则确定同一搜索方向下搜索次数是否达到第一预设值；如果第二功率平均值不大于第一功率平均值，则改变搜索方向，并确定步长变化次数是否达到第二预设值；如果搜索次数达到第一预设值，则将当前最优桨距角值确定为在寻优风速区间内的最终最优桨距角值，将在当前最优桨距角值下的当前最优增益值确定为最终最优增益值；如果搜索次数没有达到第一预设值，则沿当前搜索方向，基于当前最优桨距角值和当前单步迭代步长来更新当前最优桨距角值，并返回确定在当前最优桨距角值下的当前最优增益值的步骤；如果步长变化次数达到第二预设值，则将上一最优桨距角值确定为在寻优风速区间内的最终最优桨距角值，将在上一最优桨距角值下的上一最优增益值确定为最终最优增益值；如果步长变化次数没有达到第二预设值，则更新当前单步迭代步长，并基于当前最优桨距角值和当前单步迭代步长来更新当前最优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机组的最优桨距角辨识方法，其特征在于，包括：确定风力发电机组在最大功率点跟踪阶段内的寻优风速区间；确定在寻优风速区间内的最优桨距角值以及在所述最优桨距角值下的最优增益值；将所确定的在寻优风速区间内的最优桨距角值确定为风力发电机组的实际最优桨距角值，将在所述最优桨距角值下的最优增益值确定为风力发电机组的实际最优增益值。2.如权利要求1所述的最优桨距角辨识方法，其特征在于，确定风力发电机组在最大功率点跟踪阶段内的寻优风速区间的步骤包括：获取风力发电机组在预定时间段内的运行数据，所述运行数据包括风速；对风力发电机组在最大功率点跟踪阶段所对应的风速进行分仓，得到多个风速区间，并建立风速区间-风频对应关系，风频指风速在风速区间内出现的次数；根据所建立的风速区间-风频对应关系，确定风力发电机组在最大功率点跟踪阶段内的寻优风速区间。3.如权利要求2所述的最优桨距角辨识方法，其特征在于，增益寻优风速区间指在预定时间段内最大功率点跟踪阶段中风频大于设定值的风速区间确定为寻优风速区间。4.如权利要求2所述的最优桨距角辨识方法，其特征在于，所述运行数据还包括发电机转速，其中，所述最优桨距角辨识方法还包括：根据获取的风速和发电机转速，建立风速-转速对应关系，根据所建立的风速-转速对应关系，识别风力发电机组是否处于最大功率点跟踪阶段。5.如权利要求1所述的最优桨距角辨识方法，其特征在于，确定在寻优风速区间内的最优桨距角值以及在所述最优桨距角值下的最优增益值的步骤包括：基于初始最优桨距角值和初始单步迭代步长，将风力发电机组的输出功率作为评价目标，通过多轮寻优搜索，找到使得与寻优风速区间内的风速对应的输出功率的平均值达到最大的最优桨距角值，并确定与找到的最优桨距角值对应的最优增益值，将找到的最优桨距角值确定为在寻优风速区间内的最终最优桨距角值，将所确定的最优增益值确定为在最终最优桨距角值下的最终最优增益值，其中，在任一轮寻优搜索过程中，以预定周期进行最优桨距角值切换，控制风力发电机组分别在上一最优桨距角值、在上一最优桨距角值下的上一最优增益值下和在当前最优桨距角值、在当前最优桨距角值下的当前最优增益值下运行，以确定在所述任一轮寻优搜索中的最优桨距角值以及在该最优桨距角值下的最优增益值。6.如权利要求5所述的最优桨距角辨识方法，其特征在于，在多轮寻优搜索过程中，随着迭代次数的增加，逐步减小单步迭代步长。7.如权利要求6所述的最优桨距角辨识方法，其特征在于，通过以下方式确定在寻优风速区间内的最终最优桨距角值以及在最终最优桨距角值下的最终最优增益值：根据初始搜索方向、初始单步迭代步长和初始最优桨距角值，确定风力发电机组的当前最优桨距角值；确定在当前最优桨距角值下的当前最优增益值；以预定周期进行最优桨距角值切换，以分别获取风力发电机组在上一最优桨距角值以及在上一最优桨距角值下的上一最优增益值下的与寻优风速区间内的第一风速对应的第
一输出功率和在当前最优桨距角值以及在当前最优桨距角值下的当前最优增益值下的与寻优风速区间内的第二风速对应的第二输出功率；分别计算在上一最优桨距角值以及上一最优增益值下的与寻优风速区间内的第一风速对应的第一输出功率的第一功率平均值以及在当前最优桨距角值以及当前最优增益值下的与寻优风速区间内的第二风速对应的第二输出功率的第二功率平均值；如果第二功率平均值大于第一功率平均值，则确定同一搜索方向下搜索次数是否达到第一预设值；如果第二功率平均值不大于第一功率平均值，则改变搜索方向，并确定步长变化次数是否达到第二预设值；如果搜索次数达到第一预设值，则将当前最优桨距角值确定为在寻优风速区间内的最终最优桨距角值，将在当前最优桨距角值下的当前最优增益值确定为最终最优增益值；如果搜索次数没有达到第一预设值，则沿当前搜索方向，基于当前最优桨距角值和当前单步迭代步长来更新当前最优桨距角值，并返回确定在当前最优桨距角值下的当前最优增益值的步骤；如果步长变化次数达到第二预设值，则将上一最优桨距角值确定为在寻优风速区间内的最终最优桨距角值，将在上一最优桨距角值下的上一最优增益值确定为最终最优增益值；如果步长变化次数没有达到第二预设值，则更新当前单步迭代步长，并基于当前最优桨距角值和当前单步迭代步长来更新当前最优桨距角值，并返回确定在当前最优桨距角值下的当前最优增益值的步骤。8.如权利要求7所述的最优桨距角辨识方法，其特征在于，所述确定在当前最优桨距角值下的当前最优增益值包括：确定预先存储的桨距角-最优增益数据表中是否存在与当前最优桨距角值对应的最优增益值；如果桨距角-最优增益数据表中存在与当前最优桨距角值对应的最优增益值，则将所对应的最优增益值确定为在当前最优桨距角值下的当前最优增益值；如果桨距角-最优增益数据表中不存在与当前最优桨距角值对应的最优增益值，则确定在当前最优桨距角值下的当前最优增益值。9.如权利要求7所述的最优桨距角辨识方法，其特征在于，所述如果搜索次数达到第一预设值，则将当前最优桨距角值确定为在寻优风速区间内的最终最优桨距角值，将在当前最优桨距角值下的当前最优增益值确定为最终最优增益值包括：如果搜索次数达到第一预设值，则确定步长变化次数是否达到第二预设值；如果步长变化次数没有达到第二预设值，则更新当前单步迭代步长，并基于当前最优桨距角值和当前单步迭代步长来更新当前最优桨距角值，并返回确定在当前最优桨距角值下的当前最优增益值的步骤；如果步长变化次数达到第二预设值，则将当前最优桨距角值确定为在寻优风速区间内的最终最优桨距角值，将在当前最优桨距角值下的当前最优增益值确定为最终最优增益值。10.如权利要求7所述的最优桨距角辨识方法，其特征在于，所述如果第二功率平均值
不大于第一功率平均值，则改变搜索方向，并确定步长变化次数是否达到第二预设值包括：如果第二功率平均值不大于第一功率平均值，则改变搜索方向；确定是否为单步迭代内在第一轮寻优搜索时发生搜索方向改变；如果是，则沿改变后的搜索方向，基于上一最优桨距角值和当前单步迭代步长来更新当前最优桨距角值，并返回确定在当前最优桨距角值下的当前最优增益值的步骤；如果否，则确定步长变化次数是否达到第二预设值。11.如权利要求7所述的最优桨距角辨识方法，其特征在于，以预定周期切换上一最优桨距角值和在上一最优桨距角值下的上一最优增益值以及当前最优桨距角值和在当前最优桨距角值下的当前最优增益值，以将上一最优桨距角值和当前最优桨距角值之一作为实际应用的最优桨距角值，将上一最优增益值和当前最优增益值之一作为实际应用的最优增益值，实际应用的最优增益值为空气密度补偿折算后的最优增益值，通过以下方式来获得空气密度补偿折算后的实际应用的最优增益值：获取风力发电机组在实际应用的最优桨距角值以及在实际应用的最优增益值下运行时的空气密度，基于空气密度标准值和所获取的空气密度，对实际应用的最优增益值进行空气密度补偿折算，获得空气密度补偿折算后的实际应用的最优增益值。12.如权利要求7所述的最优桨距角辨识方法，其特征在于，第一风速或第二风速均为空气密度补偿折算后的风速，通过以下方式来获得空气密度补偿折算后的风速：获取风力发电机组在上一最优桨距角值以及上一最优增益值下运行时的第一空气密度以及在当前最优桨距角值以及当前最优增益值下运行时的第二空气密度；基于空气密度标准值和第一空气密度，对第一风速进行空气密度补偿折算，获得空气密度补偿折算后的第一风速；基于空气密度标准值和第二空气密度，对第二风速进行空气密度补偿折算，获得空气密度补偿折算后的第二风速。13.如权利要求7所述的最优桨距角辨识方法，其特征在于，所述如果步长变化次数没有达到第二预设值，则更新当前单步迭代步长，并基于当前最优桨距角值和当前单步迭代步长来更新当前最优桨距角值，并返回确定在当前最优桨距角值下的当前最优增益值的步骤包括：如果步长变化次数没有达到第二预设值，则确定是否满足寻优搜索的终止条件；如果满足寻优搜索的终止条件，则将上一最优桨距角值确定为在寻优风速区间内的最终最优桨距角值，将在上一最优桨距角值下的上一最优增益值确定为最终最优增益值；如果不满足寻优搜索的终止条件，则更新当前单步迭代步长，并基于当前最优桨距角值和当前单步迭代步长来更新当前最优桨距角值，并返回确定在当前最优桨距角值下的当前最优增益值的步骤。14.如权利要求7所述的最优桨距角辨识方法，其特征在于，初始最优桨距角值为风力发电机组的理论最优桨距角值，第一预设值为当前轮寻优搜索下的最优桨距角变化边界与当前单步迭代步长的比值，最优桨距角变化边界为在风力发电机组允许的最大桨距角偏差；初始单步迭代步长为最大最优桨距角变化颗粒度，最后一轮寻优搜索时的单步迭代步长为最小最优桨距角变化颗粒度，任一中间轮寻优搜索时的单步迭代步长根据最大最优桨
距角变化颗粒度、最小最优桨距角变化颗粒度以及步长变化次数来确定；初始搜索方向为正向和负向中的一个，初始搜索方向的反方向为正向和负向中的另一个。15.如权利要求1所述的最优桨距角辨识方法，其特征在于，所述最优桨距角辨识方法还包括：分别将风力发电机组的实际最优桨距角值与理论最优桨距角值、实际最优增益值与理论最优增益值进行比较；如果实际最优桨距角值与理论最优桨距角值的差值大于桨距角偏差预警值，和/或，实际最优增益值与理论最优增益值的差值大于增益偏差预警值，则进行报警。16.一种风力发电机组的最优桨距角辨识设备，其特征在于，包括：寻优区间确定模块，确...

【专利技术属性】
技术研发人员：马羽龙，李强，田萌，魏浩，
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：