基于空气密度的风电机组控制方法及装置与流程

本发明涉及风电机组，尤其涉及一种基于空气密度的风电机组控制方法及装置。

背景技术：

1、风电机组是一种将风能转化为电能的大型设备，其通过叶轮旋转将风能转换为机械能，再通过发电系统将机械能转换为电能。伴随着风电技术的不断发展，风电机组在电力系统中的应用日益增加。

2、空气密度是影响风电机组性能的重要参数，而空气密度会随着温度、气压等参数实时发生变化。在风电机组运行时，不同的空气密度会影响风电机组的控制参数，从而对风电机组实际的功率曲线、载荷等产生影响。因此，为了使风电机组性能达到最优，在风电机组的运行过程中需要根据空气密度的变化来调整风电机组的控制参数。

3、考虑到空气密度的影响，目前普遍使用的风电机组的控制方法主要包括两种，其一是根据年平均气温和气压设置一个基本空气密度，基于设定的基本空气密度进行风电机组的控制，或者根据不同季节的气温及气压情况设置多个基本空气密度，在不同季节时段下，基于该季节时段对应的基本空气密度进行风电机组的控制。其二是实时获取风电机组所处环境的空气密度，根据实时获取的空气密度实时计算并调整风电机组的控制参数。

4、然而，上述的第一种控制方法以预先设置的基本空气密度代替实际空气密度，没有考虑风电机组所处环境的变化情况，风电机组的控制参数与实际性能无法达到最优状态。上述的第二种控制方法根据实时获取的空气密度实时计算对应的风电机组的控制参数，并根据计算得到的控制参数对风电机组进行实时调整，其在实际运行过程中，会导致风电机组的启动调整次数明显增多，而风电机组频繁启动调整既不利于风电机组的稳定运行，又容易导致风电机组受损。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术中存在的部分或全部技术问题，本发明提供一种基于空气密度的风电机组控制方法及装置。

2、本发明的技术方案如下：

3、第一方面，提供了一种基于空气密度的风电机组控制方法，包括：

4、建立包含最低运行空气密度、最低失速空气密度、最高运行空气密度、以及多个不同空气密度及空气密度对应的风电机组的最优控制参数的数据库；

5、响应于风电机组的运行，获取风电机组所处的环境参数、风电机组的当前控制参数、以及确定当前控制参数时所使用的基准空气密度；

6、根据获取的环境参数计算当前环境的空气密度，将计算的空气密度分别与基准空气密度和数据库中的空气密度进行比较，并根据比较结果控制风电机组的运行，其中，若计算的空气密度与基准空气密度的差值不超过第一预设偏差阈值，则控制风电机组继续以当前控制参数运行。

7、在一些可能的实现方式中，所述环境参数至少包括：气温和气压。

8、在一些可能的实现方式中，所述将计算的空气密度分别与基准空气密度和数据库中的空气密度进行比较，并根据比较结果控制风电机组的运行，包括：

9、将计算的空气密度分别与最低运行空气密度、最低失速空气密度、基准空气密度、以及最高运行空气密度进行比较；

10、若计算的空气密度小于或等于最低运行空气密度，则比较当前环境温度与预设最高运行温度，若当前环境温度大于或等于预设最高运行温度，则控制风电机组停机，若当前环境温度小于预设最高运行温度，则使记录的误差次数加一，并判断当前误差次数是否小于设定阈值，若是，则控制风电机组以最低运行空气密度对应的控制参数运行，若否，则控制风电机组停机，检查风电机组的传感器是否故障、以及参数计算是否错误，并重置误差次数；

11、若计算的空气密度大于运行最低运行空气密度，且小于或等于最低失速空气密度，则控制风电机组以预设防失速控制参数运行；

12、若计算的空气密度大于最低失速空气密度，且计算的空气密度与基准空气密度的差值小于或等于第一预设偏差阈值，则控制风电机组继续以当前控制参数运行；

13、若计算的空气密度大于最低失速空气密度，以及计算的空气密度与基准空气密度的差值大于第一预设偏差阈值且小于第二预设偏差阈值，则获取风电机组的当前运行状态参数，计算风电机组的当前最佳尖速比和最佳增益，根据数据库中数据确定当前计算的空气密度对应的最优控制参数，控制风电机组以最优控制参数运行；

14、若计算的空气密度大于最低失速空气密度，且计算的空气密度与基准空气密度的差值大于或等于第二预设偏差阈值，则控制风电机组以预设低温控制参数运行；

15、若计算的空气密度大于或等于最高运行空气密度，则比较当前环境温度与预设最低运行温度，若当前环境温度小于或等于预设最低运行温度，则控制风电机组停机，若当前环境温度大于预设最低运行温度，则使记录的误差次数加一，并判断当前误差次数是否小于设定阈值，若是，则控制风电机组以最高运行空气密度对应的控制参数运行，若否，则控制风电机组停机，检查风电机组的传感器是否故障、以及参数计算是否错误，并重置误差次数。

16、在一些可能的实现方式中，所述第一预设偏差阈值为5％，所述第二预设偏差阈值为20％。

17、在一些可能的实现方式中，运行状态参数至少包括：功率和转速。

18、在一些可能的实现方式中，根据数据库中数据通过查表或者插值计算方式确定当前计算的空气密度对应的最优控制参数。

19、在一些可能的实现方式中，每隔一个预设时间获取一次风电机组所处的环境参数、风电机组的当前控制参数、以及确定当前控制参数时所使用的基准空气密度。

20、在一些可能的实现方式中，风电机组的控制参数包括：

21、第二方面，还提供了一种基于空气密度的风电机组控制装置，包括：机组功率、转速、增益、pid系数、变桨和净空参数。

22、数据库模块，预存有包含最低运行空气密度、最低失速空气密度、最高运行空气密度、以及多个不同空气密度及空气密度对应的风电机组的最优控制参数的数据库；

23、参数获取模块，用于在风电机组的运行过程中，获取风电机组所处的环境参数、风电机组的当前控制参数、以及确定当前控制参数时所使用的基准空气密度；

24、控制模块，分别与数据库模块和参数获取模块连接，用于根据环境参数计算当前环境的空气密度，以及将计算的空气密度分别与基准空气密度和数据库中的空气密度进行比较，并根据比较结果控制风电机组的运行，其中，若计算的空气密度与基准空气密度的差值不超过第一预设偏差阈值，则控制风电机组继续以当前控制参数运行。

25、在一些可能的实现方式中，所述控制装置安装在风电机组上。

26、本发明技术方案的主要优点如下：

27、本发明的基于空气密度的风电机组控制方法及装置通过预先建立包含理论数据的数据库，而后在风电机组的实际运行过程中，计算实际的空气密度，将计算的空气密度与当前控制参数下的基准空气密度和数据库中预存的空气密度进行比较，并基于不同的比较结果采用不同的风电机组控制方式，能够保证风电机组在不同环境下均能够运行在最佳状态，显著提高风电机组的发电量，降低机组载荷；并且，在计算的空气密度与基准空气密度的差值不超过第一预设偏差阈值时控制风电机组继续以当前控制参数运行，能够避免风电机组频繁启动调整，有效地提高风电机组的运行稳定性和使用寿命。