可得到各發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速下的最優(yōu)變頻器功率給定如下：
陽〇5引式中，PccnverterOpt為變頻器最優(yōu)功率給定，Cpmax為最大風(fēng)能利用系數(shù)，^Opt為最優(yōu) 葉尖速比。
[0054] 5)將計(jì)算得到的各發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速下變頻器的最優(yōu)功率給定關(guān)系輸入到風(fēng)力發(fā)電 機(jī)組功率控制器中，即可實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的最大出力。
[0055] 圖2為動(dòng)態(tài)查表控制算法、轉(zhuǎn)速-功率查表控制算法和轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩PI控制算法在 環(huán)境空氣密度發(fā)生改變的情況下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉尖速比和風(fēng)能利用系數(shù)對(duì)應(yīng)點(diǎn)與最優(yōu)點(diǎn) 的位置關(guān)系圖。
[0056] 假設(shè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組計(jì)算最優(yōu)功率給定的空氣密度為1.Okg/m3,當(dāng)實(shí)際環(huán)境空氣密 度為1.Okg/m3,且風(fēng)速保持不變，那么可知風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)會(huì)保持運(yùn)行在A點(diǎn)（最佳 點(diǎn)）。
[0057] 假設(shè)實(shí)際環(huán)境空氣密度突然變?yōu)?.化g/m3且風(fēng)速保持不變時(shí)，由于空氣的能量突 然增大，葉輪轉(zhuǎn)速會(huì)突然增大，此時(shí)機(jī)組的葉尖速比增大，那么可知風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài) 會(huì)從A點(diǎn)轉(zhuǎn)移到C點(diǎn)（不是最佳）。
[0058] 假設(shè)實(shí)際環(huán)境空氣密度突然從1.Okg/m3變?yōu)?. 9kg/m3且風(fēng)速保持不變時(shí)，由于空 氣的能量突然減小，葉輪轉(zhuǎn)速會(huì)突然降低，此時(shí)機(jī)組的葉尖速比減小，那么可知風(fēng)力發(fā)電機(jī) 組運(yùn)行狀態(tài)會(huì)從A點(diǎn)轉(zhuǎn)移到B點(diǎn)（也不是最佳）。
[0059] 圖3為同一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組分別采用動(dòng)態(tài)差表法和轉(zhuǎn)速-功率查表法控制方法下 的功率曲線比較圖，圖中實(shí)線表示采用動(dòng)態(tài)查表法后機(jī)組的功率曲線，圖中虛線表示采用 轉(zhuǎn)速-功率查表法控制方法后機(jī)組的功率曲線。 W60] 在采用W上方案后，本發(fā)明方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果：
[0061] 1、提效效果明顯
[0062]本發(fā)明方法主要原理是采集機(jī)組環(huán)境的氣象情況，將所得到的實(shí)時(shí)空氣密度輸入 到控制器中調(diào)整最優(yōu)功率給定，提高機(jī)組出力。經(jīng)過近2個(gè)多月的測(cè)試，各測(cè)試機(jī)組的功 率曲線得到改善、發(fā)電能力得到了提高：與原倍福度ECKHOF巧算法相比提升比例為7%~ 30 %，與GH算法相比提升比例為1 %~6 %，目前動(dòng)態(tài)查表法提效測(cè)試結(jié)果如下表所示。
[0063]動(dòng)態(tài)查表法測(cè)試結(jié)果
[0064]
W65] 2、可靠性高、方便推廣
[0066] 除此之外，動(dòng)態(tài)查表法根植于倍福度ECKHOF巧算法的程序，運(yùn)行穩(wěn)定性得到了多 年的優(yōu)化和驗(yàn)證，容易被客戶和工程運(yùn)維人員所認(rèn)可和接受。
[0067] 本發(fā)明方法原理簡(jiǎn)單實(shí)用，較為方便地移植到MY2. 0MW、SCD3.OMW等機(jī)型，同時(shí)也 可W適用于市場(chǎng)上大部分水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)型。 W側(cè) 3、經(jīng)濟(jì)性好
[0069]當(dāng)?shù)乇泶痔嵌容^低時(shí)（同一風(fēng)場(chǎng)安裝的風(fēng)機(jī)輪穀高度在海拔位置相差較?。?，采 用W項(xiàng)目高壓的分線數(shù)（一般50MW項(xiàng)目的分線數(shù)為2-4條）為考慮，每條分線選擇一臺(tái)風(fēng) 機(jī)安裝1個(gè)大氣壓傳感器（安裝位置建議在機(jī)艙），利用SCADA進(jìn)行空氣密度的共享，減少 投資。
[0070] 假設(shè)某50麗風(fēng)電場(chǎng)在優(yōu)化前年發(fā)電量為1. 2億千瓦時(shí)，假設(shè)優(yōu)化后風(fēng)電場(chǎng)年發(fā) 電量提升8 %，則優(yōu)化后發(fā)電量提升120, 000, 000X8 % = 9, 600, 000千瓦時(shí)，倘若每度電 0. 5元，則年收增加9, 600, 000X0. 5 = 4, 800, 000元。該項(xiàng)目一共有3條分線，共計(jì)采 用了 3個(gè)大氣壓傳感器，每個(gè)大氣壓傳感器約2, 000元人民幣，則優(yōu)化后年利潤增加為： 4, 800, 000-(2, 000X3) =4. 794. 000 元。
[0071] 當(dāng)?shù)乇泶痔嵌容^大時(shí)（同一風(fēng)場(chǎng)安裝的風(fēng)機(jī)輪穀高度在海拔位置相差超過30 米），必須采用每臺(tái)風(fēng)機(jī)安裝1個(gè)大氣壓傳感器的方式（安裝位置建議在機(jī)艙）。
[0072] 假設(shè)某50麗風(fēng)電場(chǎng)在優(yōu)化前年發(fā)電量為1. 2億千瓦時(shí)，假設(shè)優(yōu)化后風(fēng)電場(chǎng)年發(fā) 電量提升8 %，則優(yōu)化后發(fā)電量提升120, 000, 000X8 % = 9, 600, 000千瓦時(shí)，倘若每度電 0. 5元，則年收增加9, 600, 000X0. 5 = 4, 800, 000元。假設(shè)安裝33臺(tái)MY1. 5機(jī)型，共采 用了 33個(gè)大氣壓傳感器，每個(gè)大氣壓傳感器約2, 000元人民幣，則優(yōu)化后年利潤增加為： 4, 800, 000-(2, 000X33) =4. 734. 000 元。
[0073] W上所述之實(shí)施例子只為本發(fā)明之較佳實(shí)施例，并非W此限制本發(fā)明的實(shí)施范 圍，故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種采用動(dòng)態(tài)查表控制算法提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組出力的方法，其特征在于：首先，風(fēng) 力發(fā)電機(jī)組通過傳感器采集機(jī)組所處環(huán)境的氣壓和溫度，然后通過氣體動(dòng)態(tài)方程計(jì)算得到 空氣密度；最后將空氣密度，風(fēng)機(jī)葉輪的最大風(fēng)能利用系數(shù)、最優(yōu)葉尖速比和傳動(dòng)鏈的能量 傳遞效率輸入到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能的計(jì)算公式中得到變頻器的最優(yōu)功率給定， 最終實(shí)現(xiàn)機(jī)組最大出力；其包括W下步驟： 1) 給風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝大氣壓傳感器來采集環(huán)境空氣的氣壓值； 2) 通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)組自身的環(huán)境溫度傳感器來采集環(huán)境空氣的溫度值； 3) 將采集到的環(huán)境空氣氣壓值和溫度值代入到氣體狀態(tài)方程中得到環(huán)境空氣的空氣 密度值； 4) 將空氣密度，葉輪的最大風(fēng)能利用系數(shù)、最優(yōu)葉尖速比和傳動(dòng)鏈的能量傳遞效率輸 入到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能的計(jì)算公式中得到各發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速下變頻器的最優(yōu)功率 給定； 5) 將計(jì)算得到的各發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速下變頻器的最優(yōu)功率給定關(guān)系輸入到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 功率控制器中，即可實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的最大出力。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用動(dòng)態(tài)查表控制算法提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組出力的方法， 其特征在于：在步驟1)中，將大氣壓傳感器連接到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)艙柜中的模擬量信號(hào) 輸入模塊上，該模擬量輸入模塊能將大氣壓傳感器的電流信號(hào)解析成當(dāng)前環(huán)境空氣的氣壓 實(shí)測(cè)值； 在步驟2)中，通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙柜中的模擬量信號(hào)輸入模塊能夠?qū)h(huán)境溫度傳 感器的電阻信號(hào)解析成當(dāng)前環(huán)境空氣的溫度實(shí)測(cè)值。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用動(dòng)態(tài)查表控制算法提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組出力的方法， 其特征在于：在步驟3)中，將采集到的環(huán)境空氣氣壓值和溫度值代入到氣體狀態(tài)方程中得 到環(huán)境空氣的空氣密度值；其中，所述氣體狀態(tài)方程如下：式中，P為空氣密度，P為環(huán)境空氣的大氣壓力，M為空氣摩爾質(zhì)量，R為氣體狀態(tài)方程 常數(shù)，T為環(huán)境空氣的開爾文溫度，即T=t+273. 15,t為環(huán)境空氣的攝氏溫度。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用動(dòng)態(tài)查表控制算法提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組出力的方法， 其特征在于：在步驟4)中，通過查詢風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉輪和傳動(dòng)鏈相關(guān)的技術(shù)資料得到葉輪 的最大風(fēng)能利用系數(shù)、最優(yōu)葉尖速比和傳動(dòng)鏈的能量傳遞效率；再將空氣密度，葉輪的最大 風(fēng)能利用系數(shù)、最優(yōu)葉尖速比和傳動(dòng)鏈的能量傳遞效率輸入到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電 能的計(jì)算公式中得到變頻器的最優(yōu)功率給定；其中，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能的 計(jì)算公式如下：式中，P為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出電功率，Cp為葉輪的最大風(fēng)能利用系數(shù)，P為空氣密 度，A為葉輪的掃風(fēng)面積，V為葉輪前的風(fēng)速，riDtu。。。。為傳動(dòng)鏈的能量傳遞效率； 根據(jù)葉尖速比的定義，可知風(fēng)速與葉尖速比的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：式中，V為葉輪前的風(fēng)速，Wg為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，R為葉輪半徑，G為增速齒輪箱傳動(dòng)比，入 為葉尖速比； 將風(fēng)速與葉尖速比的關(guān)系式代入到風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能的計(jì)算公式中得到如下對(duì)應(yīng)關(guān) 系：將空氣密度、最大風(fēng)能利用系數(shù)、最優(yōu)葉尖速比和傳動(dòng)鏈的能量傳遞效率代入后就可 得到各發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速下的最優(yōu)變頻器功率給定如下：式中，PcenverterDpt為變頻器最優(yōu)功率給定，Cpmax為最大風(fēng)能利用系數(shù)，人。Pt為最優(yōu)葉尖 速比。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采用動(dòng)態(tài)查表控制算法提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組出力的方法，首先，通過給風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝大氣壓傳感器來采集環(huán)境空氣的氣壓值，通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)組自身的環(huán)境溫度傳感器來采集環(huán)境空氣的溫度值；然后將采集到的環(huán)境空氣氣壓值和溫度值代入到氣體狀態(tài)方程中得到環(huán)境空氣的空氣密度值；最后將空氣密度、葉輪的最大風(fēng)能利用系數(shù)、葉輪的最優(yōu)葉尖速比和傳動(dòng)鏈的能量傳遞效率輸入到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能的計(jì)算公式中得到各發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速下變頻器的最優(yōu)功率給定，最優(yōu)給定輸入到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率控制器中，最終可實(shí)現(xiàn)機(jī)組最大出力。本發(fā)明方法能有效解決此類風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在中低風(fēng)速段發(fā)電量和功率曲線飽和度低的問題。
【IPC分類】F03D9/25, F03D7/00
【公開號(hào)】CN105370495
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510888281
【發(fā)明人】黃建鋒, 余龍甲, 曾建中, 余秋爽, 胡圣飛, 郭卓鋒
【申請(qǐng)人】廣東明陽風(fēng)電產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司
【公開日】2016年3月2日
【申請(qǐng)日】2015年12月4日