一種基于實(shí)時(shí)空氣密度變化的提升風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及風(fēng)電機(jī)組發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于實(shí)時(shí)空氣密度變化的提升 風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)發(fā)電量提升工作的研究已經(jīng)形成一種潮流，針對(duì)特定風(fēng)資源、場(chǎng)址機(jī)位優(yōu)化來 提升發(fā)電量的設(shè)計(jì)方案也形成一種顯性需求。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制策略主要是針對(duì)機(jī)組安全 性、載荷控制和能量捕獲等方面，其中對(duì)發(fā)電性能提升的控制關(guān)乎經(jīng)濟(jì)效益的評(píng)估和實(shí)現(xiàn) 風(fēng)電場(chǎng)收益最大化的關(guān)鍵。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電性能一般是W功率曲線或發(fā)電量來進(jìn)行衡 量，也是風(fēng)電場(chǎng)中所高度關(guān)注的指標(biāo)。實(shí)際上發(fā)電量的核算是通過功率曲線來獲得，功率曲 線即是風(fēng)電機(jī)組中風(fēng)速與輸出功率相對(duì)應(yīng)的性能曲線，輸出功率與環(huán)境條件下的風(fēng)速和空 氣密度強(qiáng)相關(guān)，因而發(fā)電量與風(fēng)電機(jī)組所處環(huán)境的空氣密度強(qiáng)相關(guān)。
[0003] 外界環(huán)境條件下在任意時(shí)刻的風(fēng)速和空氣密度決定了空氣動(dòng)能的大小，風(fēng)電機(jī)組 能從運(yùn)一部分空氣動(dòng)能中轉(zhuǎn)換多少能量成為電能，即是機(jī)組整機(jī)機(jī)電性能優(yōu)劣的體現(xiàn)。風(fēng) 電機(jī)組設(shè)計(jì)的初衷是實(shí)現(xiàn)捕獲能力的最大化，對(duì)于風(fēng)速的因素，由于風(fēng)速的隨機(jī)性非常強(qiáng)， 在W-分鐘計(jì)的時(shí)間片段內(nèi)均有可能出現(xiàn)很大波動(dòng)，所W在風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)運(yùn)行中通常有一 套完善的針對(duì)隨機(jī)性極大的風(fēng)速的控制方法，通常是需要對(duì)機(jī)組承受載荷和發(fā)電性能獲取 進(jìn)行平衡，即對(duì)于風(fēng)速音色，常規(guī)設(shè)計(jì)考慮是為了機(jī)組安全性需要犧牲發(fā)電量產(chǎn)出。
[0004] 而對(duì)于空氣密度因素，在特定的地區(qū)內(nèi)，空氣密度在短時(shí)間內(nèi)通常并不會(huì)有很強(qiáng) 的隨機(jī)變化性，但是隨著季節(jié)變化、或在較大時(shí)間跨度范圍內(nèi)，空氣密度則會(huì)存在一定的量 值變化。目前風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行中通常并不考慮空氣密度的影響，只W風(fēng)電場(chǎng)在可研階段所獲 得空氣密度作為單一固定值的設(shè)計(jì)條件來形成靜態(tài)控制參數(shù)，由該靜態(tài)控制參數(shù)控制風(fēng)電 機(jī)組運(yùn)行，由于該靜態(tài)控制參數(shù)不能夠響應(yīng)全年空氣密度的變化，風(fēng)電機(jī)組在空氣密度的 變化的同時(shí)不能適應(yīng)性的調(diào)整與之相關(guān)的控制參數(shù)，因而在大時(shí)間跨度下風(fēng)電機(jī)組無法實(shí) 現(xiàn)最大化電量輸出。綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中的W空氣密度為設(shè)計(jì)條件的靜態(tài)控制參數(shù)設(shè)計(jì) 方法，對(duì)外界環(huán)境條件下的空氣密度不敏感，不利于追蹤并響應(yīng)空氣密度的變化，無法實(shí)現(xiàn) 最大化的將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為有效電能。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽〇化]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一 種能具有實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單、所需成本低且提升效率高的基于實(shí)時(shí)空氣密度變化的提升風(fēng)電機(jī) 組發(fā)電量的方法，能夠?qū)崟r(shí)跟蹤空氣密度變化來動(dòng)態(tài)調(diào)整風(fēng)電機(jī)組的控制參數(shù)，從而有效 提升風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電量。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：
[0007] 一種基于實(shí)時(shí)空氣密度變化的提升風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量的方法，步驟包括：
[0008] 1)實(shí)時(shí)采集目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組所處環(huán)境下的空氣密度，得到當(dāng)前空氣密度值，轉(zhuǎn)入執(zhí) 行步驟2);
[0009] 2)計(jì)算當(dāng)前空氣密度值、與目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組當(dāng)前的控制參數(shù)所對(duì)應(yīng)的空氣密度值之 間的變化量，若計(jì)算到的所述變化量大于預(yù)設(shè)闊值，則根據(jù)當(dāng)前空氣密度值調(diào)整目標(biāo)風(fēng)電 機(jī)組當(dāng)前的控制參數(shù)，得到調(diào)整后的控制參數(shù)，轉(zhuǎn)入執(zhí)行步驟3)，否則返回執(zhí)行步驟1);
[0010] 3)由所述調(diào)整后的控制參數(shù)控制目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行，返回執(zhí)行步驟1)。
[0011] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟1)中采集目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組所處環(huán)境下的空氣 密度的具體步驟為：實(shí)時(shí)采集目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組所處環(huán)境的氣壓、溫度信號(hào)，根據(jù)采集到的氣壓 和溫度信號(hào)計(jì)算當(dāng)前空氣密度值。
[0012] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述采集目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組所處環(huán)境的氣壓、溫度信號(hào)，具 體通過在目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組的機(jī)艙上分別設(shè)置氣壓計(jì)和溫度傳感器實(shí)現(xiàn)。
[0013] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述根據(jù)采集到的氣壓和溫度信號(hào)具體按照下式計(jì)算 平均空氣密度值，得到當(dāng)前空氣密度值；
[0014]
[0015] 其中，P為平均空氣密度值，P為實(shí)際測(cè)量到的平均氣壓，P。為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，T為 實(shí)際測(cè)量到的絕對(duì)溫度值。
[0016] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟2)中控制參數(shù)為控制風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行轉(zhuǎn)矩的 模態(tài)增益參數(shù)。
[0017]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述模態(tài)增益參數(shù)具體根據(jù)空氣密度值按照下式計(jì)算 得到；
[0018]
[0019] 其中，P為平均空氣密度值，R為風(fēng)輪直徑，為與風(fēng)力機(jī)葉片相關(guān)的最大風(fēng)能 利用系數(shù)，λwt為最佳葉尖速比，N為風(fēng)電機(jī)組齒輪箱速比。
[0020] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟1)還包括空氣密度容差控制步驟，具體步驟 為：采集與目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組相鄰的多臺(tái)風(fēng)電機(jī)組所處環(huán)境的參考空氣密度值，W及獲取目標(biāo) 風(fēng)電機(jī)組的歷史空氣密度值，根據(jù)所述參考空氣密度值、歷史空氣密度值對(duì)所述步驟1)采 集到的空氣密度值進(jìn)行容差互驗(yàn)判別，并根據(jù)通過所述容差互驗(yàn)判別得到的空氣密度值得 到最終空氣密度值輸出，W使得輸出的最終空氣密度值的測(cè)量誤差在預(yù)設(shè)允許范圍內(nèi)。
[0021] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述進(jìn)行容差互驗(yàn)判別的具體步驟為：將對(duì)應(yīng)多臺(tái)風(fēng) 電機(jī)組的多個(gè)參考空氣密度值分別與所述步驟1)采集到的空氣密度值進(jìn)行差值計(jì)算，并 判斷計(jì)算得到的差值結(jié)果是否在預(yù)設(shè)允許范圍內(nèi)，如果是，則將所述步驟1)采集到的空氣 密度值、W及對(duì)應(yīng)的參考空氣密度值分別作為有效空氣密度值；將各個(gè)所述有效空氣密度 值與所述歷史空氣密度值進(jìn)行差值計(jì)算，并判斷計(jì)算得到的差值結(jié)果是否在預(yù)設(shè)允許范圍 內(nèi)，如果是，則根據(jù)各個(gè)所述有效空氣密度值計(jì)算最終空氣密度值輸出。
[0022] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述最終空氣密度值具體通過對(duì)各個(gè)所述有效空氣密 度值取均值得到。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0024] 1)本發(fā)明基于實(shí)時(shí)空氣密度變化的提升風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量的方法，通過實(shí)時(shí)采集風(fēng) 電機(jī)組所處環(huán)境下的空氣密度，并在空氣密度差值大于預(yù)設(shè)闊值時(shí)調(diào)整對(duì)于的風(fēng)電機(jī)組控 制參數(shù)，因而可W實(shí)時(shí)、智能的跟蹤空氣密度變化，同時(shí)基于實(shí)時(shí)空氣密度變化在線動(dòng)態(tài)調(diào) 整風(fēng)電機(jī)組控制參數(shù)，通過最優(yōu)控制參數(shù)來控制風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行，使得風(fēng)電機(jī)組能夠?qū)崟r(shí)響 應(yīng)空氣密度的變化獲取更多的發(fā)電量，從而有效的提升風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將空氣動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電 能的發(fā)電能力；
[00巧]2)本發(fā)明基于實(shí)時(shí)空氣密度變化的提升風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量的方法，能夠有效實(shí)現(xiàn)風(fēng) 電機(jī)組發(fā)電量提升的同時(shí)，不需要依賴額外的硬件條件，因而不會(huì)對(duì)風(fēng)電機(jī)組本身造成額 外超出設(shè)計(jì)負(fù)載，也不存在發(fā)電性能與載荷需要平衡取舍的問題；
[00%] 3)本發(fā)明基于實(shí)時(shí)空氣密度變化的提升風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量的方法中，控制參數(shù)進(jìn)一 步的采用模態(tài)增益參數(shù)，基于空氣密度的變化來動(dòng)態(tài)調(diào)整模態(tài)增益參數(shù)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)模態(tài)增 益參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)整，能夠充分考慮影響發(fā)電量的影響因素中空氣密度，實(shí)現(xiàn)基于空氣密 度變化的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)特征，從而有效的提升風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電量；
[0027] 4)本實(shí)施例基于實(shí)時(shí)空氣密度變化的提升風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量的方法中，進(jìn)一步還包 括容差控制步驟來保證獲得空氣密度值的精度，一方面通過與臨近風(fēng)電機(jī)組的參考空氣密 度進(jìn)行容差互驗(yàn)判別，另一方面和歷史空氣密度值的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行容差互驗(yàn)判別，由容差 互驗(yàn)判別的結(jié)果得到最終空氣密度值，使得最終空氣密度值的誤差在允許誤差范圍內(nèi)。
【附圖說明】
[0028] 圖1是本實(shí)施例基于空氣密度變化的提升風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量的方法的實(shí)現(xiàn)流程示 意圖。
[0029] 圖2是本實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)空氣密度采集的安裝原理示意圖。
[0030] 圖3是本實(shí)施例步驟2)中控制參數(shù)調(diào)整的實(shí)現(xiàn)原理示意圖。
[0031] 圖4是本實(shí)施例中空氣密度容差控制步驟的實(shí)現(xiàn)原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] W下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而 限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0033] 如圖1所示，本實(shí)施例基于實(shí)時(shí)空氣密度變化的提升風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量的方法，步 驟包括：
[0034] 1)實(shí)時(shí)采集目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組所處環(huán)境下的空氣密度，得到當(dāng)前空氣密度值；
[0035] 2)計(jì)算當(dāng)前空氣密度值與目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組當(dāng)前的控制參數(shù)所對(duì)應(yīng)的空氣密度值之 間的變化量，若計(jì)算到的變化量大于預(yù)設(shè)闊值，則根據(jù)當(dāng)前空氣密度值調(diào)整目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組 當(dāng)前的控制參數(shù)，得到調(diào)整后的控制參數(shù)，轉(zhuǎn)入執(zhí)行步驟3)，否則返回執(zhí)行步驟1);
[0036] 3)由調(diào)整后的控制參數(shù)控制目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行，返回執(zhí)行步驟1)。
[0037] 本實(shí)施例基于實(shí)時(shí)空氣密度變化的提升風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量的方法，通過實(shí)時(shí)采集風(fēng) 電機(jī)組所處環(huán)境下的空氣密度，并在空氣密度差值大于預(yù)設(shè)闊值時(shí)調(diào)整對(duì)于的風(fēng)電機(jī)組控 制參數(shù)，因而可W智能跟蹤空氣密度變化，同時(shí)基于實(shí)時(shí)空氣密度變化在線動(dòng)態(tài)調(diào)整風(fēng)電 機(jī)組控制參數(shù)，得到最優(yōu)控制參數(shù)來控制風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行，使得風(fēng)電機(jī)組能夠?qū)崟r(shí)響應(yīng)空氣 密度的變化獲取更多的發(fā)電量，從而有效的提升風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將空氣動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā) 電能力。
[0038] 本實(shí)施例基于空氣密度變化的提升風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量的方法，能夠有效實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī) 組發(fā)電量提升的同時(shí)，不需要依賴額外的硬件條件，因而不會(huì)對(duì)風(fēng)電機(jī)組本身造成額外超 出設(shè)計(jì)負(fù)載，也不存在發(fā)電性能與載荷需要平衡取舍的問題。
[0039] 本實(shí)施例中，步驟1)中采集目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組所處環(huán)境下的空氣密度的具體步驟為： 實(shí)時(shí)采集目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組所處環(huán)境的氣壓、溫度信號(hào)，根據(jù)采集到的氣壓和溫度信號(hào)計(jì)算當(dāng) 前空氣密度值。本實(shí)施例通過實(shí)時(shí)采集目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組所處環(huán)境的氣壓、溫度信號(hào)，計(jì)算得 到空氣密度值，能夠記錄并跟蹤風(fēng)電場(chǎng)空氣密度的變化，W在空氣密度變化超過預(yù)設(shè)闊值