本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制方法，具體是一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率提升方法。

背景技術(shù)：

風(fēng)力發(fā)電機(jī)是以自然界的風(fēng)能利用而實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的，其對(duì)風(fēng)能利用率的高低直接決定著運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。風(fēng)力發(fā)電機(jī)、特別是MW級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)通常是以追蹤最優(yōu)C_p-λ曲線(xiàn)的控制方法，獲得最大的風(fēng)能利用率，而最優(yōu)C_p-λ曲線(xiàn)控制的主要因素取決于穩(wěn)定的風(fēng)速環(huán)境。

然而，自然界的風(fēng)能速度是多變的、非恒定的，這就會(huì)導(dǎo)致正在運(yùn)行的風(fēng)輪在自身很大慣性的作用下而轉(zhuǎn)速跟不上風(fēng)速的快速變化，如此，當(dāng)風(fēng)速突然增加時(shí)λ值(葉尖速比)會(huì)減小，在風(fēng)輪葉片槳距角β不改變的情況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的C_p值(運(yùn)行功率系數(shù))會(huì)明顯降低。參見(jiàn)圖1和圖2所示，設(shè)定風(fēng)力發(fā)電機(jī)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)下的風(fēng)輪葉片槳距角為β，在風(fēng)速突然增加的過(guò)程中，當(dāng)風(fēng)輪葉片槳距角不變化(即β的變化角度為0°)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)會(huì)沿著β＝0°的C_p-λ曲線(xiàn)運(yùn)行，其狀態(tài)會(huì)由A點(diǎn)的C_p值變化至D點(diǎn)的C_p值，即風(fēng)力發(fā)電機(jī)沿著曲線(xiàn)ABD運(yùn)行；當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速逐漸穩(wěn)定后，其沿著曲線(xiàn)DBA再由D點(diǎn)的C_p值回到A點(diǎn)的C_p值，也就是說(shuō)，在一次風(fēng)速變化過(guò)程中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的C_p值在C_p-λ曲線(xiàn)圖中會(huì)按ABD→DBA的軌跡運(yùn)行。顯然的，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行的C_p-λ曲線(xiàn)圖中，風(fēng)輪葉片槳距角β不改變下的D點(diǎn)C_p值是明顯偏低的，從而使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)在風(fēng)速變化過(guò)程中無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)能的高效率利用，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)目的在于：針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種在風(fēng)速變化過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)風(fēng)能高效率利用、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性好的風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率提升方法。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其技術(shù)目的所采用的技術(shù)方案是，一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率提升方法，所述功率提升方法是以獲得的風(fēng)輪加速度而控制風(fēng)輪葉片槳距角優(yōu)化調(diào)整， 從而利用葉片槳距角的優(yōu)化調(diào)整在風(fēng)速變化過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)能的高利用率。

所述風(fēng)輪葉片槳距角優(yōu)化調(diào)整的計(jì)算模型是：

式中，β為風(fēng)輪葉片的槳距角，β₀為風(fēng)輪葉片的最佳安裝角，α為調(diào)節(jié)系數(shù)，為風(fēng)輪加速度。進(jìn)一步的，所述風(fēng)輪葉片槳距角優(yōu)化調(diào)整計(jì)算模型中的調(diào)節(jié)系數(shù)α是，通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況下使用尋優(yōu)算法獲得，該調(diào)節(jié)系數(shù)α的取值范圍為0～5，在此取值范圍中，α的優(yōu)選取值為0.8。

所述風(fēng)輪加速度是通過(guò)布置于風(fēng)力發(fā)電機(jī)上的轉(zhuǎn)速傳感器和微分跟蹤器獲得，所述轉(zhuǎn)速傳感器用于獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸的旋轉(zhuǎn)頻率，所述微分跟蹤器用于提取轉(zhuǎn)速傳感器輸出的頻率信號(hào)中的微分量、并進(jìn)行對(duì)應(yīng)處理，從而獲得風(fēng)輪加速度數(shù)據(jù)。進(jìn)一步的，所述微分跟蹤器為非線(xiàn)性最速微分跟蹤器。

作為優(yōu)選方案，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)為兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：

1.本發(fā)明通過(guò)獲取風(fēng)輪加速度的變化而對(duì)應(yīng)的控制風(fēng)輪葉片槳距角優(yōu)化調(diào)整，即在風(fēng)速變化過(guò)程中通過(guò)風(fēng)輪葉片槳距角的調(diào)整變化而使C_p-λ曲線(xiàn)中的C_p值運(yùn)行軌跡對(duì)應(yīng)的發(fā)生可控改變，從而在風(fēng)速變化過(guò)程中有效、可靠地實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)能的高效率利用，使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率得到穩(wěn)定、有效、可靠地提升(通常，對(duì)于MW級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率可提高0.6％以上)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，可靠、實(shí)用；

2.本發(fā)明所選用的非線(xiàn)性最速微分跟蹤器能夠快速跟蹤原始信號(hào)，從而合理地提取信號(hào)中的微分量，進(jìn)而對(duì)提取的微分量有效、可靠地實(shí)現(xiàn)信號(hào)干擾噪聲的衰減處理，獲得高精準(zhǔn)的風(fēng)輪加速度數(shù)據(jù)，有利于確保風(fēng)輪葉片槳距角優(yōu)化調(diào)整的準(zhǔn)確性和可靠性。

附圖說(shuō)明

圖1是某型風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪葉片在不同槳距角β下運(yùn)行的CP-λ曲線(xiàn)示意圖。

圖2是圖1的局部放大圖。

圖3是本發(fā)明的風(fēng)輪葉片槳距角優(yōu)化調(diào)整的原理框圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明為風(fēng)力發(fā)電機(jī)、特別是兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)(即大型風(fēng)力發(fā)電機(jī))在運(yùn)行過(guò)程中的功率提升方法，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

參見(jiàn)圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)的：

首先，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上布置轉(zhuǎn)速傳感器和微分跟蹤器；

轉(zhuǎn)速傳感器布置在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主軸上，用于獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)在運(yùn)行時(shí)的主軸旋轉(zhuǎn)頻率，將所獲取的主軸旋轉(zhuǎn)頻率輸出給微分跟蹤器；

微分跟蹤器TD采用非線(xiàn)性最速微分跟蹤器，該微分跟蹤器能夠快速跟蹤原始信號(hào)，從而合理地提取信號(hào)中的微分量，進(jìn)而對(duì)提取的微分量有效、可靠地實(shí)現(xiàn)信號(hào)干擾噪聲的衰減處理；微分跟蹤器TD布置在風(fēng)力發(fā)電機(jī)內(nèi)的控制柜內(nèi)；微分跟蹤器TD用于提取轉(zhuǎn)速傳感器輸出的頻率信號(hào)中的微分量，將提取的微分量進(jìn)行信號(hào)干擾噪聲的衰減處理，從而獲得風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的風(fēng)輪加速度數(shù)據(jù)；

然后，通過(guò)獲得的風(fēng)輪加速度數(shù)據(jù)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪葉片進(jìn)行控制，使風(fēng)輪葉片的槳距角實(shí)現(xiàn)優(yōu)化調(diào)整；通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪加速度數(shù)據(jù)對(duì)風(fēng)輪葉片槳距角優(yōu)化調(diào)整的計(jì)算模型是：

在該計(jì)算模型中，β為風(fēng)輪葉片的槳距角，β₀為風(fēng)輪葉片的最佳安裝角，α為調(diào)節(jié)系數(shù)，為風(fēng)輪加速度；前述調(diào)節(jié)系數(shù)α是通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況下使用尋優(yōu)算法獲得，該調(diào)節(jié)系數(shù)α的取值范圍為0～5，例如0.5、0.8、1.5、2.8、4、4.9等，在前述取值范圍內(nèi)優(yōu)選0.8。

從而利用風(fēng)輪葉片槳距角的優(yōu)化調(diào)整，在風(fēng)速變化過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)能的高利用率。

現(xiàn)以風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的C_p值在C_p-λ曲線(xiàn)圖中的運(yùn)行軌跡對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

通過(guò)本發(fā)明使風(fēng)力發(fā)電機(jī)的C_p值在C_p-λ曲線(xiàn)圖中的運(yùn)行軌跡是，設(shè)定風(fēng)力發(fā)電機(jī)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)下的風(fēng)輪葉片槳距角為β，在風(fēng)速突然增加的過(guò)程中，風(fēng)輪葉片槳距角進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整的變化(即β具有變化角度，例如變化角度為-1°)，從而使沿著β＝0°的C_p-λ曲線(xiàn)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行調(diào)整切換，沿著β＝-1°的C_p-λ曲線(xiàn)運(yùn)行，其狀態(tài)會(huì)由A點(diǎn)的C_p值變化至B點(diǎn)的C_p值，再由B點(diǎn)C_p值變化至C點(diǎn)的C_p值，即風(fēng)力發(fā)電機(jī)沿著曲線(xiàn)ABC運(yùn)行；當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速逐漸穩(wěn)定后，其沿著曲線(xiàn)CBA再由C點(diǎn)的C_p值回到A點(diǎn)的C_p值，也就是說(shuō)，在一次風(fēng)速變化過(guò)程中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的C_p值在C_p-λ曲線(xiàn)圖中會(huì)按ABC→CBA的軌跡運(yùn)行。顯然的，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行的C_p-λ曲線(xiàn)圖中，風(fēng)輪葉片槳距角β改變下的C點(diǎn)C_p值是明顯高于不變化下的D點(diǎn)C_p值的，從而使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)在風(fēng)速變化過(guò)程中有效、可靠地實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)能的高效率利用，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

以上具體技術(shù)方案僅用以說(shuō)明本發(fā)明，而非對(duì)其限制；盡管參照上述具體技術(shù)方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：本發(fā)明依然可以對(duì)上述具體技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換，而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明的精神和范圍。