一种风力发动机控制系统及方法与流程

本发明属于风力发动机，具体的说是一种风力发动机控制系统及方法。

背景技术：

1、风力发电机是一种利用风能发电的设备，其工作原理是利用风的能量推动风电桨叶旋转，进而带动发电机发电。风力大小直接影响着风力发电机转动所需的力量大小。一般来说，风速过低时，发电机的输出功率会减弱，当风速过高时，发电机也有可能会受到损坏。

2、在有风条件下，桨叶的朝向影响到风力发电机的转速大小和输出功率，即桨叶朝向与风向存在偏差的情况下，无法最大程度利用风能，而当风速超出一定阈值的情况下，桨叶受风力作用超过额定转速，可能造成发电机损坏，如现有申请号为2012103358014的专利公开了一种风力发电机叶片角度的调节方法及装置，该风力发电机叶片角度的调节方法包括：获取当前风速；在对应关系表中查询与当前风速对应的风力发电机叶片的最优角度，其中，在对应关系表中预先存储有测得的与不同风速对应的风力发电机叶片的最优角度；以及将风力发电机的叶片角度调节至查询到的最优角度。

3、上述现有技术中，采用模拟方式，预先存储目标风力发电机叶片角度、发电机输出功率与风速的关系表，在风力发电机运行过程中，根据实时监测的风速变化，对应的调整发电机叶片角度以获得最大的发电机输出功率，但是由于计算机模拟所产出的目标风力发电机叶片角度、发电机输出功率与风速的关系表，并不能完全等同于实际自然环境中的风力条件，因此，按照关系表调节发电机叶片角度，存在较大的误差和不确定性，只能在理论上实现风力发电机的最大输出功率。

4、为此，本发明提供一种风力发动机控制系统及方法。

技术实现思路

1、为了弥补现有技术的不足，解决背景技术中所提出的至少一个技术问题。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种风力发动机控制系统，所述控制系统包括：

3、信息采集模块：所述信息采集模块用于获取经过目标风力发电设备桨叶的风力信息；

4、桨叶朝向确定模块：所述桨叶朝向确定模块用于确定目标风力发电设备桨叶的朝向；

5、计算判断模块：计算目标风力发电设备桨叶的朝向与风向的偏差角度θ，并判断所述偏差角度θ是否大于角度偏差阈值z；

6、桨叶朝向纠正模块：用于当所述偏差角度θ大于所述角度偏差阈值z时，将目标风力发电设备桨叶朝向调整至与风向平行。

7、优选的，还包括信息存储模块：所述信息存储模块用于存储所述信息采集模块所采集的风力信息；所述风力信息包括风速、风向信息。

8、优选的，所述桨叶朝向确定模块确定目标风力发电设备桨叶的朝向的方法为：

9、以目标风力发电设备杆体与地面接触点为坐标原点建立坐标系，以东西朝向作为横坐标、南北朝向作为纵坐标，确定目标风力发电设备桨叶于坐标系中的朝向，并同步在坐标系中显示桨叶朝向辅助线。

10、优选的，所述计算判断模块确定目标风力发电设备桨叶的朝向与风向的偏差角度θ的方法为：

11、根据风向在坐标系中绘制平行于风向且穿过坐标系原点的风向辅助线，选取所述风向辅助线上的任意两个坐标，作为风向坐标qp1、qp2；

12、选取桨叶朝向辅助线上的任意两个坐标，作为朝向坐标qf1、qf2；

13、根据所述风向坐标、朝向坐标，获取风向辅助线与桨叶朝向辅助线的夹角角度，即偏差角度θ；

14、所述计算判断模块判断所述偏差角度θ是否大于角度偏差阈值z的方法为：

15、根据获取的偏差角度θ与角度偏差阈值z进行差值计算；

16、当所述偏差角度θ大于角度偏差阈值z时，则输出纠正信号至桨叶朝向纠正模块；

17、当所述偏差角度θ小于等于角度偏差阈值z时，则不输出纠正信号。

18、优选的，所述桨叶朝向纠正模块将目标风力发电设备桨叶朝向调整至与风向平行的方法为：

19、接收纠正信号；

20、根据偏差角度θ，以目标风力发电设备杆体与地面接触点为坐标原点，旋转目标风力发电设备桨叶，使目标风力发电设备桨叶朝向调整至与风向平行。

21、优选的，所述信息采集模块还用于采集目标风力发电设备桨叶当前的转速m、目标风力发电设备发电机组的温度t及获取传动系统中的油粒子数g。

22、优选的，还包括运行状态反馈单元：所述运行状态反馈单元用于确定目标风力发电设备桨叶当前的转速m与额定转速mx的比值w，并根据比值w判断当前目标风力发电设备的运行状态；

23、当所述比值w小于1，则输出完成纠正信号；

24、当所述比值w大于等于1时，输出叶片角度调节信号对叶片角度进行调节；

25、所述目标风力发电设备桨叶当前的转速m为所述目标风力发电设备桨叶经桨叶朝向纠正模块纠正后的转速。

26、优选的，对桨叶叶片角度进行调节的方法为：

27、当所述比值w大于等于1时，反向调节叶片角度，以10°-20°中的任一数值为一次调节范围，并获取调节后桨叶的转速m’；

28、重新计算当前风力发电设备桨叶转速m’与额定转速mx的比值w’,直至比值w’小于1，完成对目标风力发电设备桨叶的调节。

29、优选的，所述额定转速mx为最佳工况下的目标风力发电设备的最大转速；

30、所述运行状态反馈单元还用于确定当前工况额定转速mx’，根据额定转速mx的损失系数k计算当前工况额定转速mx’；

31、根据转速m’与当前工况额定转速mx’的比值wx，对此时目标风力发电设备桨叶实际的运行状态进行分析：

32、当所述比值wx大于等于1时，反向调节叶片角度，并获取调节后桨叶的转速m’；

33、重新计算当前风力发电设备桨叶转速m’与当前额定转速mx’的比值wx’，直至比值wx’小于1，完成对目标风力发电设备桨叶的调节；

34、所述运行状态反馈单元确定当前工况额定转速mx’的方法为：

35、根据额定转速mx与发电机组温度变化、油粒子数增加对额定转速mx的影响；

36、根据公式：

37、mx’=mx*k；

38、k=1/（a+δt*b+δg*c+dδtδg）；

39、其中，k为损失系数；a为随机误差；b、c为比例系数；δt为当前发电机组温度与最佳工况温度的差值；δg为传动系统中油粒子的增加数；d为相互作用系数。

40、一种风力发电机控制方法，包括以下步骤：

41、获取经过目标风力发电设备桨叶的风速、风向信息；

42、确定目标风力发电设备桨叶的朝向和计算目标风力发电设备桨叶的朝向与风向的偏差角度θ，并判断所述偏差角度θ是否大于角度偏差阈值z；

43、当偏差角度θ大于角度偏差阈值z时，输出纠正信号，控制桨叶朝向纠正模块纠正目标风力发电设备桨叶的朝向；

44、当偏差角度θ小于角度偏差阈值z时，不输出纠正信号；

45、根据纠正后目标风力发电设备的转速m与额定转速mx的比值w大小，判断是否需要进行叶片角度调节；

46、当比值w大于等于1时，输出叶片角度调节信号，对桨叶叶片角度进行调节；

47、当比值w小于1时，输出完成纠正信号。

48、本发明的有益效果如下：

49、1.本发明所述的一种风力发动机控制系统及方法，通过判断目标风力发电设备桨叶的朝向，根据桨叶朝向和计算判断模块来判断是否需要对目标风力发电设备桨叶的朝向进行调整，以获取最大转速和最大输出功率；当偏差角度θ大于角度偏差阈值z时，则表示目标风力发电设备桨叶的朝向与风向的夹角较大，此时目标风力发电设备无法达到最大转速及最大输出功率，通过桨叶朝向纠正模块控制调整目标风力发电设备桨叶的朝向，使目标风力发电设备桨叶朝向调整至与风向平行，以此获取最大转速和最大输出功率。

50、2.本发明所述的一种风力发动机控制系统及方法，通过在目标风力发电设备桨叶确定与风向保持垂直后，再通过运行状态反馈单元确定比值w，当比值w大于1时，此时目标风力发电设备桨叶的转速已超出额定转速mx，持续转动可能会对风力发电设备造成损伤或令其分解，此时调节桨叶中各叶片的角度，使风力无法对桨叶产生驱动作用；从而避免目标风力发电设备损坏。