变速变桨风力发电机组功率曲线优化方法技术

本发明专利技术提供一种变速变桨风力发电机组功率曲线优化方法，包括本发明专利技术针对于传统的变速变桨风力发电机组功率曲线从硬件和数据处理两方面对其进行优化，在风力发电机组上设置能够增加其扭矩的装置，优化其低速区域的性能，当风速低于风力发电机组原切入风速的切入风速时，马达通过齿轮箱施加扭矩，让风力发电机组的转速提高，使风电机组发电机正常发电，优化了风力发电机组功率低风速区域的功率曲线，能够延风力发电机组的运行时间，进一步提高风能利用率，且增加风电机组的发电能力，针对测量后的风速值和功率进行优化，提高了测量的准确度，让测量绘制的功率曲线更加贴合实际的功率曲线，降低误差，另外使用贝兹理论和RC模型去除异常的数据点。去除异常的数据点。去除异常的数据点。

【技术实现步骤摘要】
变速变桨风力发电机组功率曲线优化方法


[0001]本专利技术涉风力发电
，具体为一种变速变桨风力发电机组功率曲线优化方法。

技术介绍

[0002]风力发电机组功率
‑
风速特性曲线简称功率特性曲线，不仅仅是可以用来描述任意风速与其相对应的发电机功率之间的非线性关系，也在风速预测、风能预报、风能潜力评估、风电场选址、风电机组选型、风电机组状态监测等方面扮演着重要的角色，为提高风电机组风能利用率，并确保风电机组安全稳定运行，风电机组需要按照功率特性曲线运行分析研究风电机组功率曲线的影响因素以及各个因素的影响作用，来深入探索功率曲线存在问题的根本原因，针对影响因素，制定功率曲线优化方法，有利于把风电机组调整到最优的工作状态，开发机组最大的发电出力能力，提高机组的发电量。
[0003]公开号为CN103244348B提供的一种变速变桨风力发电机组功率曲线优化方法，其通过优化机组控制参数实现曲线优化，但是在风机运行的过程中，当风速低于风力发电机组原切入风速的切入风速时，风力发电机组的发电效率较低，但是为保障机组安全运行，风力发电机组仍旧需要在变桨控制下发电，以减小风对风电机组产生过大的扭矩，而导致风电机组损伤，但是效率极低，完全不符合发电的基本条件，上述的优化方法无法进行改变，另外上述的优化方法无法从根本上改变风速、功率和异常点带来的误差问题，因此，仅仅通过优化控制参数来优化功率曲线的弊端较多。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种变速变桨风力发电机组功率曲线优化方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种变速变桨风力发电机组功率曲线优化方法，具体步骤包括：
[0007]S1:在风力发电机组的动力传递箱设置齿轮箱，齿轮箱的输出轴和动力传递箱输出轴连接，用于带动动力传递箱输出轴转动，齿轮箱的输入轴和马达连接，所述马达转动将动力传动至齿轮箱；
[0008]S2:在风力发电机组的转动轴上安装转速传感器，所述转速传感器和控制器电性连接，控制器的控制端马达电性连接，用于控制马达工作；
[0009]S3:当转速传感器测量的转速满足以下条件时，控制器发出控制信号，驱动马达工作，条件为：
[0010][0011]式中，n
v
为转速传感器测量的实际转动轴转速，n
in
为风力发电机处于切入风速时转动轴的转速，n
p
为风力发电机处于额定风速时转动轴的转速；
[0012]S4:对测量得到的风速数据和风机的功率数据进行优化，风速数据按照下列公式进行优化；
[0013][0014]式中，v
p
为优化后的风速值，v
c
为实际测量的风速值，R为对应风轮的半径，γ为对应风轮的叶尖速比；
[0015]功率数据按照下列公式进行优化：
[0016][0017]式中，P
p
为优化后的功率值，P
c
为实际测量的功率值，μ为机组的效率；
[0018]S5:基于贝兹理论构建风机组的最大输出功率曲线，构建的最大输出功率方程为：
[0019][0020]其中，P
max
为对应风速下的最大输出功率，ρ0为参考空气密度，A为风力发电机组叶轮扫略的面积，C
p
为风力发电机组的风轮系统的利用系数,P
wm
为风力发电机组的最大输出功率，v
r
、v
out
分别为风力发电机组的额定风速和切除风速；
[0021]以优化后的风速v
p
为横坐标，以最大输出功率P
max
为纵坐标，绘制出最大输出功率曲线；
[0022]S6:根据RC模型在最大输出功率曲线的坐标轴内绘制出风机运行时的最小功率曲线，构建的最小输出功率方程为：
[0023][0024]式中，P
min
为对应风速下的最小输出功率，v
in
为风力发电机组的切入风速，
[0025]以优化后的风速v
p
为横坐标，以最小输出功率P
min
为纵坐标，在最大输出功率曲线所在的坐标系中绘制出最小输出功率曲线；
[0026]S7:以优化后的风速值v
p
为横坐标，优化后的功率值P
p
为纵坐标，将每个风速—功率点标记在含有最小输出功率曲线和最大输出功率曲线的坐标系内，将超出最小输出功率曲线和最大输出功率曲线的风速—功率点剔除，以剩下的点绘制优化后的风力发电机组功率曲线。
[0027]优选的，所述步骤S1中齿轮箱的输出轴安装增扭齿轮，风力发电机组的动力传递箱的转动轴上设置传递齿轮，增扭齿轮和传递齿轮啮合连接。
[0028]优选的，所述齿轮箱为减速齿轮箱，所述马达采用液压马达。
[0029]优选的，所述步骤S2中控制器包括可编程控制器和电机驱动电路，所述可编程控制器通过电机驱动电路驱动马达进行工作。
[0030]优选的，所述步骤S3中马达转动后，驱动齿轮箱对转动轴施加扭矩使其稳定转动在处。
[0031]优选的，所述步骤S5中风力发电机组的风轮系统的利用系数C
p
的值选取为0.59。
[0032]优选的，所述步骤S6中当优化后的风速值v
p
超过风力发电机组的切除风速v
out
时，最小输出功率限定为0，即当v
p
≥v
out
时，P
min
＝0。
[0033]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0034]本专利技术针对于传统的变速变桨风力发电机组功率曲线从硬件和数据处理两方面对其进行优化，在风力发电机组上设置能够增加其扭矩的装置，优化其低速区域的性能，当风速低于风力发电机组原切入风速的切入风速时，马达通过齿轮箱施加扭矩，让风力发电机组的转速提高，使风电机组发电机正常发电，优化了风力发电机组功率低风速区域的功率曲线，能够延风力发电机组的运行时间，进一步提高风能利用率，且增加风电机组的发电能力，针对测量后的风速值和功率进行优化，提高了测量的准确度，让测量绘制的功率曲线更加贴合实际的功率曲线，降低误差，另外使用贝兹理论和RC模型去除异常的数据点，进一步优化了功率曲线的准确性。
附图说明
[0035]图1为本专利技术方法流程示意图。
具体实施方式
[0036]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。
[0037]实施例：
[0038]请参阅图1，本专利技术提供一种技术方案：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变速变桨风力发电机组功率曲线优化方法，其特征在于，具体步骤包括：S1:在风力发电机组的动力传递箱上设置齿轮箱，齿轮箱的输出轴和动力传递箱输出轴连接，用于带动动力传递箱输出轴转动，齿轮箱的输入轴和马达连接，所述马达转动将动力传动至齿轮箱；S2:在风力发电机组的转动轴上安装转速传感器，所述转速传感器和控制器电性连接，控制器的控制端马达电性连接，用于控制马达工作；S3:当转速传感器测量的转速满足以下条件时，控制器发出控制信号，驱动马达工作，条件为：式中，n
v
为转速传感器测量的实际转动轴转速，n
in
为风力发电机处于切入风速时转动轴的转速，n
p
为风力发电机处于额定风速时转动轴的转速；S4:对测量得到的风速数据和风机的功率数据进行优化，风速数据按照下列公式进行优化；式中，v
p
为优化后的风速值，v
c
为实际测量的风速值，R为对应风轮的半径，γ为对应风轮的叶尖速比；功率数据按照下列公式进行优化：式中，P
p
为优化后的功率值，P
c
为实际测量的功率值，μ为机组的效率；S5:基于贝兹理论构建风机组的最大输出功率曲线，构建的最大输出功率方程为：其中，P
max
为对应风速下的最大输出功率，ρ0为参考空气密度，A为风力发电机组叶轮扫略的面积，C
p
为风力发电机组的风轮系统的利用系数,p
wm
为风力发电机组的最大输出功率，v
r
、v
out
分别为风力发电机组的额定风速和切除风速；以优化后的风速v
p
为横坐标，以最大输出功率P
max
为纵坐标，绘制出最大输出功率曲线；S6:根据RC模型在最大输出功率曲线的坐标轴内绘制出风机运行时的最小功率曲线，构建的最小输出功率方程为：式中，P
min...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨威，赵海亮，刘东阳，张小雷，蒋成伟，
申请(专利权)人：中广核新能源定远有限公司，
类型：发明
国别省市：