一種垂直軸風力發電機組的控制方法和裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術實施例公開了一種垂直軸風力發電機組的控制方法和裝置，用于實現對垂直軸風力發電機組的功率控制，實用性和通用性很強。本發明專利技術實施例方法包括：獲取垂直軸風力發電機組所處環境周圍的風速和垂直軸風力發電機組的風輪轉速；判斷風速是否大于額定風速，若風速小于額定風速，根據風速、風輪轉速和風輪旋轉半徑計算第一葉尖速比；根據最佳葉尖速比對第一葉尖速比進行修正，得到第二葉尖速比；根據第二葉尖速比計算風能利用系數；根據風能利用系數、風輪掃掠面積、風速和垂直軸風力發電機組所處環境周圍的空氣密度計算垂直軸風力發電機組產生的機械功率；向變流器下發所述機械功率，通過所述變流器控制同步發電機的電磁轉矩，調整同步發電機轉速。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及風力發電控制
，尤其涉及一種垂直軸風力發電機組的控制方法和裝置。
技術介紹
垂直軸風力發電機組與水平軸風力發電機組相比，以其設計方法先進，風能利用率高，啟動風速低，基本不產生噪音等優點，已逐漸重新被人們認識和重視，具有廣泛的市場應用前景。目前對垂直軸風力發電機組研制技術還尚未成熟，通常主要集中在研制垂直軸風力發電機組的結構上，但是對垂直軸風力發電機組的控制技術的研制目前還較少。接下來介紹現有技術中對垂直軸風力發電機組的一種控制方法。該控制方法是為了實現風力發電機組的最大功率控制。現有的控制垂直軸風力發電機組輸出最大功率的方法一般是根據風力發電機組整機廠提供的轉速η與功率P或風速V與功率P的對應關系曲線圖，經離散化后制作成表格形式，將離散化的數值η、V、P存入控制裝置的存儲器中供查表使用，根據控制裝置采集到的風機轉速或風速的信號值，通過對制作的表格進行查詢，由此得出采集到的風機轉速或風速所對應的功率值，將通過查詢表格得到的功率值作為設定的功率值下發給變流器，通過變流器來控制發電機的電磁轉矩，調整發電機的轉速，使機組轉速跟隨風速的變化改變，保持基本恒定的最佳葉尖速比，風能利用系數最大，從而實現風機組運行時輸出最大功率。本專利技術的專利技術人在實現本專利技術的控制方法的過程中發現，現有的控制方法至少存在以下技術缺陷:對風力發電機組整機廠提供的對應關系曲線圖中的數據η、ν、Ρ離散化后得到具體的數值，這需要建立多維數組并存儲，故產生的數據量很大，而且通過查詢表格獲得某一轉速或風速下對應的功率值也并不是最大的功率參考值，實用性不強；對于風力發電機組的不同機型，轉速與功率或風速與功率的對應關系曲線也不同，仍需重新對多維數組賦值，故現有的控制方法不能實現所有機型的通用，兼容性較差。
技術實現思路
本專利技術實施例提供了一種垂直軸風力發電機組的控制方法和裝置，用于實現對垂直軸風力發電機組的功率控制，實用性和通用性很強。為解決上述技術問題，本專利技術實施例提供以下技術方案:第一方面，本專利技術實施例提供一種垂直軸風力發電機組的控制方法，包括:獲取垂直軸風力發電機組所處環境周圍的風速和所述垂直軸風力發電機組的風輪轉速；判斷所述風速是否大于額定風速，若所述風速小于所述額定風速，根據所述風速、所述風輪轉速和風輪旋轉半徑計算第一葉尖速比；根據最佳葉尖速比對所述第一葉尖速比進行修正，得到第二葉尖速比；根據所述第二葉尖速比計算風能利用系數；根據所述風能利用系數、風輪掃掠面積、所述風速和所述垂直軸風力發電機組所處環境周圍的空氣密度計算垂直軸風力發電機組產生的機械功率；向變流器下發所述機械功率，通過所述變流器控制同步發電機的電磁轉矩，調整同步發電機轉速。第二方面，本專利技術實施例還提供了 一種垂直軸風力發電機組的控制裝置，包括:數據采集單元，用于獲取垂直軸風力發電機組所處環境周圍的風速和所述垂直軸風力發電機組的風輪轉速；判斷單元，用于判斷所述風速是否大于額定風速；第一計算單元，用于當所述風速小于所述額定風速時，根據所述風速、所述風輪轉速和風輪旋轉半徑計算第一葉尖速比；修正單元，用于根據最佳葉尖速比對所述第一葉尖速比進行修正，得到第二葉尖速比；第二計算單元，用于根據所述第二葉尖速比及其和風能利用系數關系計算風能利用系數；第三計算單元，用于根據所述風能利用系數、風輪掃掠面積和所述垂直軸風力發電機組所處環境周圍的空氣密度計算垂直軸風力發電機組產生的機械功率；發送單元，用于向變流器下發所述機械功率，通過所述變流器控制同步發電機的電磁轉矩，調整同步發電機轉速。從以上技術方案可以看出，本專利技術實施例具有以下優點:在本專利技術提供的實施例中，首先獲取垂直軸風力發電機組所處環境周圍的風速和垂直軸風力發電機組的風輪轉速，在風速小于額定風速的情況下，計算出第一葉尖速比，根據預置的最佳葉尖速比對第一葉尖速比進行修正，得到第二葉尖速比，然后通過第二葉尖速比計算出風能利用系數，最后根據風能利用系數、風輪掃掠面積、風速和垂直軸風力發電機組所處環境周圍的空氣密度計算出垂直軸風力發電機組產生的機械功率值，向變流器下發該機械功率，由于計算出第一葉尖速比后需要根據最佳葉尖速比進行修正，計算風能利用系數時使用的是修正的結果即第二葉尖速比，故根據該修正結果計算出的機械功率能夠保證垂直軸風力發電機組輸出的是最大功率，變流器根據下發的機械功率，來控制同步發電機的電磁轉矩，調整同步發電機轉速，能夠實現垂直軸風力發電機組運行在最優功率模式下，最大限度地從風中吸收能量轉換為電能，實用性很強；且不需要對風力發電機組整機廠提供的功率曲線圖進行離散化后存儲，故適用于風力發電機組的多種機型，實現了對垂直軸風力發電機組的功率控制，通用性很強，兼容性很好。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域的技術人員來講，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本專利技術實施例提供的垂直軸風力發電機組的控制方法的流程方框示意圖；圖2為本專利技術實施例提供的葉尖速比的控制原理框圖；圖3為本專利技術實施例提供的安全轉速控制的原理框圖4為本專利技術實施例提供的葉尖速比與風能利用系數的對應關系曲線圖；圖5為本專利技術實施例提供的最佳風速和機械功率的對應關系曲線圖；圖6a和圖6b為本專利技術實施例提供的垂直軸風力發電機組的控制流程示意圖；圖7為本專利技術實施例提供的垂直軸風力發電機組的控制裝置的組成結構示意圖。具體實施例方式本專利技術實施例提供了一種垂直軸風力發電機組的控制方法和裝置，用于實現對垂直軸風力發電機組的功率控制，實用性和通用性很強。為使得本專利技術的專利技術目的、特征、優點能夠更加的明顯和易懂，下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而非全部實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域的技術人員所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。本專利技術實施例提供的一種垂直軸風力發電機組的控制方法，如圖1所示，具體可以包括如下步驟:101、獲取垂直軸風力發電機組所處環境周圍的風速和垂直軸風力發電機組的風輪轉速。在本專利技術實施例中，對垂直軸風力發電機組所處環境周圍的風速進行采集，對垂直軸風力發電機組的風輪轉速進行采集。風速和風輪轉速的數據采集可以是實時風速實時風輪轉速，也可以是計算一定時間段內的平均風速和平均風輪轉速，例如時間段可以選擇為30s內或IOmin內。風速和風輪轉速的數據采集為控制垂直軸風力發電機組的運行提供實時數據。 102、判斷風速是否大于額定風速，若風速小于額定風速，根據風速、風輪轉速和風輪旋轉半徑計算第一葉尖速比。在本專利技術實施例中，采集到風速和風輪轉速之后，對風速的數值大小進行判斷，當滿足風速的數值小于額定風速的數值這一條件時，根據風速、風輪轉速和風輪旋轉半徑計算出第一葉尖速比。在計算第一葉尖速比時具體可以采用多種實現方式，例如，可以通過如下方式計算第一葉尖速比:=其中，λ '為第一葉尖速比，R為風輪旋轉半徑，η為風輪轉速，V為 OU V風速。 2.ΤΓΠ又如，可以首先根據風速計算出風輪旋轉角速度ω# = ^，其中η為風輪轉速， 60然本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種垂直軸風力發電機組的控制方法，其特征在于，包括：獲取垂直軸風力發電機組所處環境周圍的風速和所述垂直軸風力發電機組的風輪轉速；判斷所述風速是否大于額定風速，若所述風速小于所述額定風速，根據所述風速、所述風輪轉速和風輪旋轉半徑計算第一葉尖速比；根據最佳葉尖速比對所述第一葉尖速比進行修正，得到第二葉尖速比；根據所述第二葉尖速比計算風能利用系數；根據所述風能利用系數、風輪掃掠面積、所述風速和所述垂直軸風力發電機組所處環境周圍的空氣密度計算垂直軸風力發電機組產生的機械功率；向變流器下發所述機械功率，通過所述變流器控制同步發電機的電磁轉矩，調整同步發電機轉速。

【技術特征摘要】
1.一種垂直軸風力發電機組的控制方法，其特征在于，包括: 獲取垂直軸風力發電機組所處環境周圍的風速和所述垂直軸風力發電機組的風輪轉速； 判斷所述風速是否大于額定風速，若所述風速小于所述額定風速，根據所述風速、所述風輪轉速和風輪旋轉半徑計算第一葉尖速比； 根據最佳葉尖速比對所述第一葉尖速比進行修正，得到第二葉尖速比； 根據所述第二葉尖速比計算風能利用系數； 根據所述風能利用系數、風輪掃掠面積、所述風速和所述垂直軸風力發電機組所處環境周圍的空氣密度計算垂直軸風力發電機組產生的機械功率； 向變流器下發所述機械功率，通過所述變流器控制同步發電機的電磁轉矩，調整同步發電機轉速。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述向變流器下發所述機械功率，具體為: 通過CANopen協議向所述變流器下發所述機械功率。3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據所述風速、所述風輪轉速和風輪旋轉半徑計算第一葉尖速比，包括: 通過如下方式計算第一葉尖速比:4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據最佳葉尖速比對所述第一葉尖速比進行修正，得到第二葉尖速比，包括: 通過如下方式計算葉尖速比差值d，d= λπ-λ'，其中，所述λ'為第一葉尖速比，所述入 >為最佳葉尖速比； 保持最佳葉尖速比取值不變，減少所述葉尖速比差值，得到所述第二葉尖速比。5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據所述第二葉尖速比計算風能利用系數，包括: 通過如下方式計算風能利用系數:Cp = 0.01194+0.12945 λ -0.08587 λ 2-0.09755 λ 3+0.14679 λ 4-0.05094 λ 5+0.00532入6，其中，所述Cp為風能利用系數，所述λ為第二葉尖速比。6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據所述風能利用系數、風輪掃掠面積、所述風速和所述垂直軸風力發電機組所處環境周圍的空氣密度計算垂直軸風力發電機組產生的機械功率，包括: 通過如下方式計算所述機械功率:7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述判斷所述風速是否大于額定風速，之前還包括:判斷同步發電機轉速是否大于設定轉速，若是，向變流器下發同步啟動命令執行同步啟動，同時給勵磁裝置下發勵磁電流。8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括:若所述風速大于所述額定風速，判斷所述風速是否大于切出風速，若是，投入負載，同時逐步增加勵磁電流，直到同步發電機轉速小于設定轉速，啟動液壓剎車，直到轉速等于O，完成剎車。9.一種垂直軸風力發電機組的控制裝置，其特征在于，包括: 數據采集單元，用于獲取垂直軸風力發電機組所處環境周圍的風速...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周慶余，朱子焜，張海軍，
申請(專利權)人：深圳市風發科技發展有限公司，
類型：發明
國別省市：