[发明专利]一种基于实时空气密度变化的提升风电机组发电量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及风电机组发电技术领域，尤其涉及一种基于实时空气密度变化的提升风电机组发电量的方法。

背景技术

对发电量提升工作的研究已经形成一种潮流，针对特定风资源、场址机位优化来提升发电量的设计方案也形成一种显性需求。风力发电机组控制策略主要是针对机组安全性、载荷控制和能量捕获等方面，其中对发电性能提升的控制关乎经济效益的评估和实现风电场收益最大化的关键。风力发电机组的发电性能一般是以功率曲线或发电量来进行衡量，也是风电场中所高度关注的指标。实际上发电量的核算是通过功率曲线来获得，功率曲线即是风电机组中风速与输出功率相对应的性能曲线，输出功率与环境条件下的风速和空气密度强相关，因而发电量与风电机组所处环境的空气密度强相关。

外界环境条件下在任意时刻的风速和空气密度决定了空气动能的大小，风电机组能从这一部分空气动能中转换多少能量成为电能，即是机组整机机电性能优劣的体现。风电机组设计的初衷是实现捕获能力的最大化，对于风速的因素，由于风速的随机性非常强，在以一分钟计的时间片段内均有可能出现很大波动，所以在风电机组设计运行中通常有一套完善的针对随机性极大的风速的控制方法，通常是需要对机组承受载荷和发电性能获取进行平衡，即对于风速音色，常规设计考虑是为了机组安全性需要牺牲发电量产出。

而对于空气密度因素，在特定的地区内，空气密度在短时间内通常并不会有很强的随机变化性，但是随着季节变化、或在较大时间跨度范围内，空气密度则会存在一定的量值变化。目前风电机组运行中通常并不考虑空气密度的影响，只以风电场在可研阶段所获得空气密度作为单一固定值的设计条件来形成静态控制参数，由该静态控制参数控制风电机组运行，由于该静态控制参数不能够响应全年空气密度的变化，风电机组在空气密度的变化的同时不能适应性的调整与之相关的控制参数，因而在大时间跨度下风电机组无法实现最大化电量输出。综上所述，现有技术中的以空气密度为设计条件的静态控制参数设计方法，对外界环境条件下的空气密度不敏感，不利于追踪并响应空气密度的变化，无法实现最大化的将风能转化为有效电能。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能具有实现方法简单、所需成本低且提升效率高的基于实时空气密度变化的提升风电机组发电量的方法，能够实时跟踪空气密度变化来动态调整风电机组的控制参数，从而有效提升风电机组的发电量。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种基于实时空气密度变化的提升风电机组发电量的方法，步骤包括：

1)实时采集目标风电机组所处环境下的空气密度，得到当前空气密度值，转入执行步骤2)；

2)计算当前空气密度值、与目标风电机组当前的控制参数所对应的空气密度值之间的变化量，若计算到的所述变化量大于预设阈值，则根据当前空气密度值调整目标风电机组当前的控制参数，得到调整后的控制参数，转入执行步骤3)，否则返回执行步骤1)；

3)由所述调整后的控制参数控制目标风电机组运行，返回执行步骤1)。

作为本发明的进一步改进，所述步骤1)中采集目标风电机组所处环境下的空气密度的具体步骤为：实时采集目标风电机组所处环境的气压、温度信号，根据采集到的气压和温度信号计算当前空气密度值。

作为本发明的进一步改进，所述采集目标风电机组所处环境的气压、温度信号，具体通过在目标风电机组的机舱上分别设置气压计和温度传感器实现。

作为本发明的进一步改进，所述根据采集到的气压和温度信号具体按照下式计算平均空气密度值，得到当前空气密度值；

其中，ρ为平均空气密度值，P为实际测量到的平均气压，p₀为标准大气压，T为实际测量到的绝对温度值。

作为本发明的进一步改进，所述步骤2)中控制参数为控制风电机组运行转矩的模态增益参数。

作为本发明的进一步改进，所述模态增益参数具体根据空气密度值按照下式计算得到；

其中，ρ为平均空气密度值，R为风轮直径，C_p-max为与风力机叶片相关的最大风能利用系数，λ_opt为最佳叶尖速比，N为风电机组齿轮箱速比。