[发明专利]用于风力发电机组的风速检测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电机控制领域，具体地，涉及一种用于风力发电机组的风速检测方法及装置。

背景技术

由于风力发电具有环保节能的优势，目前已被广泛应用，对风力发电机组的控制技术也越来越受到了人们的重视。在风力发电机组的运行过程中，对风力发电机组的控制主要分为两个阶段：当发电机输出功率小于或等于额定功率时，桨距角保持在0°位置不变，此时无需调节桨距角，只需要进行最大功率跟踪控制，以使风轮最大可能的吸收能量。当发电机输出功率大于额定功率时，应根据输出功率的变化调整桨距角的大小，改变气流对叶片的攻角，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，使发电机输出功率始终保持在额定功率。

最大功率跟踪控制算法比较常用的方法有叶尖速比法。图1示出了采用叶尖速比法进行最大功率跟踪控制的示意图。如图1所示，首先根据采集的风速v和风轮角速度ω、以及已知的风轮半径R来计算出当前的叶尖速比λ。风力发电机组在桨距角为0°时具有一个预定的最佳叶尖速比λ_opt，控制器可以根据所计算出的当前的叶尖速比λ和所述最佳叶尖速比λ_opt之间的差，来对风力发电机组进行调节，从而实现最大功率跟踪控制。

从图1可以看出，采用叶尖速比法进行最大功率跟踪控制所必须的前提条件就是要检测风速值。通常采用风速仪来测量风速。但是，由于风轮的阻塞效应及对气流的扰动，风速仪无法获取准确的风速，也就无法实现准确的最大功率跟踪控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于风力发电机组的风速检测方法及装置，该风速检测方法及装置能够利用风力发电机组自身代替风速仪来准确确定风速，从而避免引入较大的测量误差，为实现风力发电机组的精确控制提供准确的数据支持。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于风力发电机组的风速检测方法，该检测方法包括：步骤S1：检测风轮角速度、发电机输出功率和桨距角；步骤S2：设定一叶尖速比；步骤S3：根据当前设定的叶尖速比和所检测的桨距角，确定与所述当前设定的叶尖速比和所检测的桨距角相对应的风能利用系数；步骤S4：根据当前设定的叶尖速比、所检测的发电机输出功率、所检测的风轮角速度、所确定的风能利用系数、风轮转动惯量、空气密度、风轮半径及扫风面积，确定功率误差；步骤S5：在所述功率误差超出允许的功率误差范围的情况下，重新设定叶尖速比，并按照所述步骤S3和所述步骤S4，重新确定所述风能利用系数和所述功率误差，直到所述功率误差处于所述功率误差范围之内为止；步骤S6：在所述功率误差处于所述功率误差范围之内的情况下，根据当前设定的叶尖速比、所检测的风轮角速度和所述风轮半径，确定所述风力发电机组的风速。

优选地，在所述步骤S3中，通过根据所述当前设定的叶尖速比和所检测的桨距角查找风能利用系数数据表，来确定所述风能利用系数，其中，所述风能利用系数数据表中预先存储有多个先验桨距角和多个先验叶尖速比，以及在每个先验桨距角下分别与每个先验叶尖速比相对应的先验风能利用系数。

优选地，利用插值法来从所述风能利用系数数据表中确定所述风能利用系数。

优选地，在所述步骤S4中，通过以下方式确定所述功率误差：

其中，f(λ_h)表示所述功率误差；P表示所检测的发电机输出功率；J表示所述风轮转动惯量；ω表示所检测的风轮角速度；表示风轮角加速度；ρ表示所述空气密度；A表示所述扫风面积；R表示所述风轮半径；λ_h表示当前设定的叶尖速比；以及表示与所述当前设定的叶尖速比和所检测的桨距角相对应的风能利用系数。

优选地，在所述步骤S6中，通过以下方式确定所述风速：

其中，ω表示所检测的风轮角速度；R表示所述风轮半径；λ_h表示当前设定的叶尖速比；以及v表示所述风速。