[发明专利]在额定风速以下控制风力发电机的方法和装置

说明书

本申请公开了一种在额定风速以下控制风力发电机的方法和装置。所述方法包括：确定风力发电机当前所运行的风速区间；当确定风力发电机在从最优增益控制功能开启时的风速至额定风速的第一风速区间运行时，将风力发电机叶片的桨距角设置为第一桨距角，其中，第一桨距角为最优增益控制时使得风力发电机风能利用系数最大的初始最小桨距角；当确定风力发电机在从切入风速至最优增益控制功能开启时的风速的第二风速区间运行时，将风力发电机叶片的桨距角设置为与第一桨距角不同的第二桨距角，使得风力发电机在第二风速区间运行时的风能利用系数大于风力发电机在第一风速区间运行时的风能利用系数。

技术领域

本发明属于风力发电领域，具体涉及一种在低风速下控制风力发电机的方法和装置。

背景技术

通常，根据风能资源状况和工程建设条件，可将用于风力发电的风能资源区划分为四类风能资源区(以下简称“风区”)。

对于年平均风速较低的三类、四类风区，现有技术一般会选择安装叶轮直径较大的各类容量兆瓦风机，通过提高叶轮扫风面积来增加年发电量。在低风速区间或在额定风速以下(即，从风速达到风力发电机开始启动的切入风速，一直到风速达到额定风速并稳定运行的这一阶段)，风力发电机一直采用与最优增益控制对应的叶片角度，即最小桨距角；只要风力发电机运行在这个风速区间段内，叶片角度就固定在最小桨距角，保持不变。

在从切入风速至最优增益控制功能开启时的风速的区间，由于风力发电机的叶尖速比较大，远大于额定风速以下的最优叶尖速比(即，最优增益控制时的叶尖速比)λ_opt，导致风力发电机风能利用系数大幅降低，发电性能大幅下降。

图1示出了根据现有技术的大叶轮直径兆瓦机组采用对应最优增益控制叶片角度时风力发电机风能利用系数C_p随风速变化的曲线图。对于大叶轮直径兆瓦机组，最优增益控制时的叶尖速比λ_opt一般取值在10左右，当风力发电机运行在低风速区间时，最优增益控制功能开启时对应的风速相比切入风速变化较大，导致风力发电机运行在切入风速附近时，叶尖速比大幅度增加，基本上达到20以上。如此高的叶尖速比导致此时风力发电机风能利用系数C_p相比最大风能利用系数C_{p max}大幅降低，风力发电机发电性能较差。

发明内容

本发明针对现有技术的缺点，提出了一种在额定风速以下控制风力发电机的方法和装置。

根据本发明的一方面，提供一种在额定风速以下控制风力发电机的方法，所述方法包括：确定风力发电机当前所运行的风速区间；当确定风力发电机在从最优增益控制功能开启时的风速至额定风速的第一风速区间运行时，将风力发电机叶片的桨距角设置为第一桨距角，其中，第一桨距角为最优增益控制时使得风力发电机风能利用系数最大的初始最小桨距角；当确定风力发电机在从切入风速至最优增益控制功能开启时的风速的第二风速区间运行时，将风力发电机叶片的桨距角设置为与第一桨距角不同的第二桨距角，使得风力发电机在第二风速区间运行时的风能利用系数大于风力发电机在第一风速区间运行时的风能利用系数。

当风力发电机转速等于并网转速时，或者当风力发电机转速大于并网转速且两者之间的差值小于预定阈值时，确定风力发电机在从切入风速至最优增益控制功能开启时的风速的第二风速区间运行。

当风力发电机转速大于并网转速且两者之间的差值大于或等于预定阈值时，确定风力发电机在从最优增益控制功能开启时的风速至额定风速的第一风速区间运行。

当风力发电机的当前功率小于风力发电机以所述初始最小桨距角运行时的功率时，确定风力发电机在从切入风速至最优增益控制功能开启时的风速的第二风速区间运行。

当风力发电机的当前功率等于或大于风力发电机以所述初始最小桨距角运行时的功率时，确定风力发电机在从最优增益控制功能开启时的风速至额定风速的第一风速区间运行。