风力发电机组的功率优化方法、装置和设备
技术领域
[0001] 本
发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种
风力发电机组的功率优化、装置和设备。
背景技术
[0002]
风能作为一种清洁的
可再生能源，越来越受到世界各国的重视。在国家开发利用
可再生能源政策推动下，我国风电产业以及技术在迅速发展。
风力发电机组的控制是风力发电系统核心内容之一，即通过控制风力发电机组来实现风能的捕获并将其转换为
电能。随着风力发电容量的不断增大，机组类型和控制方式已从单一的定桨距
失速控制向变桨距控制和变速控制发展。变桨距风力发电机组的主要控制目标是根据风速来调整桨距
角，实现起动时对风轮转速的控制和并网后最大功率
跟踪。随着风力发电机组容量的不断增大，如何提高风力发电机组运行效率、最大效率地实现从风能向电能的转换，成为风力发电技术研究的重要内容。
[0003] 根据贝兹理论，要使风力发电机组输出功率更大，需要使风力发电机组的
风能利用系数最大，风力机从风中捕获的功率为：
[0004]
[0005] 其中ρ表示空气
密度，β表示桨距角，Cp(λ,β)表示风力机的风能利用系数，R是风轮的半径，v表示风速，λ表示
叶尖速比，即 ω为风力机的
角速度。风能利用系数Cp(λ,β)随着叶尖速比λ的变化而变化。叶尖速比是用来表述风电机特性的一个十分重要的参数，要想使风力发电机捕获的风能最大，需要使机组运行在最佳叶尖速比，以达到最大风能利用系数。
[0006] 目前，对于风力发电机组最佳叶尖速比的调节，主要受以下限制：叶尖速比是风轮
叶片尖端线速度与风速之比，但受风速仪测量
精度的影响，叶尖速比虽然是根据
风速计算的，但却不能用采集的风速去修正，或修正后的结果有偏差；此外现有风速仪通常安装在风力发电机组
机舱尾部，风能受
叶轮旋转产生的
湍流影响，其风速值不能作为计算叶尖速比的参考依据，因此无法通过风速准确的调节风力发电机组的最佳叶尖速比。
[0007] 因此，如何使得风力发电机组更加接近地运行在最佳叶尖速比是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
[0008] 本发明提供一种风力发电机组的功率优化方法、装置和设备，以实现风力发电机组更加接近地运行在最佳叶尖速比。
[0009] 第一方面，本发明提供一种风力发电机组的功率优化方法，包括：
[0010] 获取本风力发电机组在风能利用系数恒定区的运行数据；
[0011] 根据所述运行数据对所述本风力发电机组在风能利用系数恒定区的转速-转矩曲线进行修正，得到修正后的转速-转矩曲线；所述修正后的转速-转矩曲线表示所述本风力发电机组在功率值最大时的转速和转矩的对应关系；
[0012] 控制所述本风力发电机组根据所述修正后的转速-转矩曲线运行。
[0013] 第二方面，本发明提供一种风力发电机组的功率优化方法，包括：
[0014] 获取参考风力发电机组在风能利用系数恒定区的运行数据；
[0015] 根据所述运行数据对所述参考风力发电机组在风能利用系数恒定区的转速-转矩曲线进行修正，得到修正后的转速-转矩曲线；所述修正后的转速-转矩曲线表示所述参考风力发电机组在功率值最大时的转速和转矩的对应关系；
[0016] 将所述修正后的转速-转矩曲线发送至风
电场中的所有风力发电机组，以使所述风力发电机组根据所述修正后的转速-转矩曲线运行。
[0017] 第三方面，本发明提供一种风电机组的功率优化装置，包括：
[0018] 获取模
块，用于获取本风力发电机组在风能利用系数恒定区的运行数据；
[0019] 处理模块，用于根据所述运行数据对所述本风力发电机组在风能利用系数恒定区的转速-转矩曲线进行修正，得到修正后的转速-转矩曲线；所述修正后的转速-转矩曲线表示所述本风力发电机组在功率值最大时的转速和转矩的对应关系；
[0020] 控
制模块，用于控制所述本风力发电机组根据所述修正后的转速-转矩曲线运行。
[0021] 第四方面，本发明提供一种风电场中央监控设备，包括：
[0022] 获取模块，用于获取参考风力发电机组在风能利用系数恒定区的运行数据；
[0023] 处理模块，用于根据所述运行数据对所述参考风力发电机组在风能利用系数恒定区的转速-转矩曲线进行修正，得到修正后的转速-转矩曲线；所述修正后的转速-转矩曲线表示所述参考风力发电机组在功率值最大时的转速和转矩的对应关系；
[0024] 发送模块，用于将所述修正后的转速-转矩曲线发送至风电场中的所有风力发电机组，以使所述风力发电机组根据所述修正后的转速-转矩曲线运行。
[0025] 本发明风力发电机组的功率优化方法、装置和设备，通过获取本风力发电机组在风能利用系数恒定区的运行数据；根据所述运行数据对所述本风力发电机组在风能利用系数恒定区的转速-转矩曲线进行修正，得到修正后的转速-转矩曲线；修正后的转速-转矩曲线表示所述本风力发电机组在功率值最大时的转速和转矩的对应关系；实现了控制参考风力发电机组根据所述修正后的转速-转矩曲线运行，由于修正后的转速-转矩曲线是根据功率值最大时的转速和转矩的对应关系得到的，因此风力发电机组根据修正后的转速-转矩曲线运行能够使得功率最大，即能够使得风力发电机组运行在更近似于最佳叶尖速比的状态，由于其叶尖速比更接近于在最佳叶尖速比，从而能提高风力发电机组的风能利用率和风力发电机组的输出功率，获取更大风能。
附图说明
[0026] 为了更清楚地说明本发明
实施例或
现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027] 图1为风力发电机组的风能利用系数与叶尖速比关系曲线图；
[0028] 图2a为本发明实施例的风力发电机组的功率优化系统；
[0029] 图2b为本发明实施例的风力发电机组的功率优化系统中设备交互示意图；
[0030] 图3a为本发明风力发电机组的功率优化方法一实施例的流程示意图；
[0031] 图3b为本发明风力发电机组的功率优化方法另一实施例的流程示意图；
[0032] 图3c为本发明风力发电机组的功率优化方法又一实施例的流程示意图；
[0033] 图4为风力发电机组的转速运行区域示意图；
[0034] 图5为风力发电机组现有的转速-转矩曲线；
[0035] 图6为本发明实施例提供的转速-转矩曲线修正示意图一；
[0036] 图7为本发明实施例提供的转速-转矩曲线修正示意图二；
[0037] 图8为本发明实施例提供的转速-转矩曲线修正示意图三；
[0038] 图9为本发明实施例提供的修正后的转速-转矩曲线示意图；
[0039] 图10为本发明风力发电机组的功率优化方法又一实施例的流程示意图；
[0040] 图11a为本发明风力发电机组的功率优化装置一实施例的结构示意图；
[0041] 图11b为本发明风力发电机组的功率优化装置另一实施例的结构示意图；
[0042] 图11c为本发明风力发电机组的功率优化装置又一实施例的结构示意图；
[0043] 图12为本发明风电场中央监控设备一实施例的结构示意图；
[0044] 图13为本发明风力发电机组的主控系统一实施例的结构示意图；
[0045] 图14为本发明风电场中央监控设备另一实施例的结构示意图。
具体实施方式
[0046] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0047] 图1为风力发电机组的风能利用系数与叶尖速比关系曲线图，如图1所示，横坐标为叶片的叶尖速比，纵坐标为叶片的风能利用系数。从图1中可看出，当
叶片桨距角固定时(如分别固定在0°、3°、6°、9°、12°、15°、18°)，叶尖速比的变化，会引起风能利用系数的很大的变化，导致较大的发电量损失，所以为了使风力发电机组能够将更多的风能转换为电能，提高发电效率，需要使风力发电机组运行在最佳叶尖速比，此时风能利用系数最大。叶尖速比是指叶片尖端的线速度与风速的比值，但受风速仪测量精度的影响，叶尖速比虽然与风速有关，但却不能根据风速去调整。
[0048] 因此，本发明实施例的方法，针对上述问题通过对风力发电机组的转速-转矩曲线的自动修正，使风力发电机组运行在近似的最佳叶尖速比。
[0049] 图3a为本发明风力发电机组的功率优化方法一实施例的流程示意图。图4为风力发电机组的转速运行区域示意图。本实施例的执行主体可以是风力发电机组的功率优化装置，该功率优化装置可以设置在参考风力发电机组内。如图3a所示，本实施例的方法，包括：
[0050] 步骤301、获取本风力发电机组在风能利用系数恒定区的运行数据。
[0051] 如图4所示，变桨距风力发电机组的运行区域一般分为启动区401、风能利用系数恒定区402(A-B)、转速恒定区403(B-C)、功率恒定区404(C-D)共四个运行区域。本发明实施例所涉及的功率优化方法，主要是对风能利用系数恒定区402的叶尖速比进行修正，保证风力发电机组近似地运行在最佳叶尖速比。
[0052] 本步骤中，需要获取本风力发电机组在风能利用系数恒定区的运行数据，运行数据包括多组转速值、转矩值、功率值等。
[0053] 此时，运行数据还可以包括本风力发电机组的识别码和运行标志；识别码表示本风力发电机组的类型；运行标志表示本风力发电机组的运行状态。
[0054] 识别码还可以具体包括风机容量、叶片长度。运行标志用于限定风机运行状况，如果桨距角不为0度，或未并网，则将其数据剔除，以去除启动过程、
偏航过程、停机过程或限功率运行时的数据，使数据统计、分析的结果更准确。
[0055] 需要说明的是，在本发明的实施例中，步骤301具体可以通过如下方式实现：
[0056] 将本风力发电机组的风能利用系数恒定区的转速值分为至少两个运行区间；
[0057] 获取本风力发电机组的每个运行区间对应的区间运行数据；每个区间运行数据包括多组转速值、转矩值、功率值；其中，运行数据包括每个运行区间的区间运行数据。
[0058] 步骤302、根据运行数据对本风力发电机组在风能利用系数恒定区的转速-转矩曲线进行修正，得到修正后的转速-转矩曲线；修正后的转速-转矩曲线表示本风力发电机组在功率值最大时的转速和转矩的对应关系。
[0059] 图5为风力发电机组现有的转速-转矩曲线，如图5所示，横坐标为转速值，纵坐标为转矩值，随着转速的升高，转矩逐渐增加，从而提高风力发电机组的发电功率。在图5中，风力发电机组可以运行在最佳叶尖速比的区域为a—b之间的区域，即图4中所示的风能利用系数恒定区402。
[0060] 这种方法的缺点是，由于转速-转矩曲线为风力发电机组的主控系统预先输入的曲线数据，所以参数是固定的，如果需要对风力发电机组的叶尖速比进行调整，需要由人工对现有的转速-转矩曲线进行反复的调整和验证，一方面需要多次调整、验证，十分盲目，会导致
软件维护的工作量就加大；另一方面由于每天的风速一般不能涵盖整个风速段，所以耗时周期会比较长，一般调整一次需要15～30天的运行验证时间。
[0061] 如果风力发电机组一直根据图5所示的转速-转矩曲线进行运行，可能由于环境变化、自身条件变化，使得该转速-转矩曲线并不是最佳叶尖速比对应的转速-转矩曲线，因此需要对转速-转矩曲线进行修正，即根据运行数据获取本风力发电机组在风能利用系数恒定区的修正后的转速-转矩曲线。
[0062] 本发明实施例中，在风电场内选择一台参考风力发电机组，进行转速-转矩曲线的自动修正，在参考风力发电机组的风能利用系数恒定区，每次参考风力发电机组的转速上升时，以迂回的方式对该转速段内的转矩值进行测试，采集并选取参考风力发电机组的功率最大值，以及对应的转矩值和转速值。
[0063] 参考风力发电机组在转速-转矩曲线自动修正过程中，采集并选取参考风力发电机组的功率最大值，以及对应的转矩值和转速值，同时对各个运行区间的转速、转矩进行统计(本实施例中可由参考风力发电机组自身统计)，并生成修正后的转速-转矩曲线，参考风力发电机组根据修正后的转速-转矩曲线运行。
[0064] 步骤303、控制本风力发电机组根据修正后的转速-转矩曲线运行。
[0065] 具体的，控制本风力发电机组根据修正后的转速-转矩曲线运行，具体可以通过如下方式实现：
[0066] 如果风力发电机组处于停机状态，或等风力发电机组处于停机状态时，直接将原转速-转矩曲线更换为修正后的转速-转矩曲线；
[0067] 如果风力发电机组处于运行状态，则根据风力发电机组当前的转速值，调整不处于此转速值的转矩值，以防止因转矩值的突变而引起风力发电机的振动。
[0068] 本步骤中，能够使得风力发电机组接近于运行在最佳叶尖速比，获取最大风能；同时，对非当前运行转速的转矩值进行逐个修正，还可以避免因转矩值的突变而导致风力发电机组振动。
[0069] 本实施例提供的风力发电机组的功率优化方法，通过获取本风力发电机组在风能利用系数恒定区的运行数据；根据所述运行数据对所述本风力发电机组在风能利用系数恒定区的转速-转矩曲线进行修正，得到修正后的转速-转矩曲线；修正后的转速-转矩曲线表示所述本风力发电机组在功率值最大时的转速和转矩的对应关系；实现了控制参考风力发电机组根据所述修正后的转速-转矩曲线运行，由于修正后的转速-转矩曲线是根据功率值最大时的转速和转矩的对应关系得到的，因此风力发电机组根据修正后的转速-转矩曲线运行能够使得功率最大，即能够使得风力发电机组运行在更近似于最佳叶尖速比的状态，由于其叶尖速比更接近于在最佳叶尖速比，从而能提高风力发电机组的风能利用率和风力发电机组的输出功率，获取更大风能。
[0070] 在上述实施例的
基础上，进一步的，在本发明实施例中，还可以包括如下步骤：
[0071] 将修正后的转速-转矩曲线通过风电场中央监控设备发送至本风电场中的其余风力发电机组，以使其余风力发电机组根据该修正后的转速-转矩曲线运行。
[0072] 具体的，由于目前风机之间不能直接通信，所以可以由风电场中央监控设备进行转发。即可以将自动修正后的转速-转矩曲线通过风电场中央监控设备发送给风电场中的其余风力发电机组，其余风力发电机组根据修正后的转速-转矩曲线运行，而且其余风力发电机组一般是与参考风力发电机组具有相同容量和叶片长度的风力发电机组。
[0073] 上述其余风力发电机组接收到风电场中央监控设备下发的自动修正后的转速-转矩曲线后，开始执行自动修正后的转速-转矩曲线，其执行方法为：
[0074] 如果风力发电机组处于停机状态，或等风力发电机组处于停机状态时，直接将转速-转矩曲线更换为修正后的转速转矩曲线；
[0075] 如果风力发电机组处于运行状态，则根据风力发电机组当前的转速值，调整不处于此转速值的转速-转矩参数，以防止因转矩值的突变而引起风力发电机的振动。
[0076] 图3b为本发明风力发电机组的功率优化方法另一实施例的流程示意图。图6为本发明实施例提供的转速-转矩曲线修正示意图一。图7为本发明实施例提供的转速-转矩曲线修正示意图二。在上述实施例的基础上，本实施例中，如图3b所示，步骤302具体可以通过如下步骤实现：
[0077] 步骤3021、根据每个运行区间的区间运行数据，确定本风力发电机组在每个运行区间中功率最大时的最优转速和最优转矩；
[0078] 步骤3022、根据本风力发电机组在每个运行区间内的最优转速和最优转矩，拟合获取修正后的转速-转矩曲线。
[0079] 图3c为本发明风力发电机组的功率优化方法又一实施例的流程示意图。在实际应用中，如图3c所示，步骤3021具体可以通过如下步骤实现：
[0080] 步骤30211、在每个运行区间内，根据运行区间中的最低转速设定与最低转速对应的第一转矩，并确定第一转矩下功率值最大时对应的第一转速；
[0081] 步骤30212、在每个运行区间内，根据运行区间中的最高转速设定与最高转速对应的第二转矩，并确定第二转矩下功率值最大时对应的第二转速；
[0082] 步骤30213、根据第一转速以及第二转速对应的功率值中的最大值，确定最优转速和最优转矩。
[0083] 需要说明的是，步骤30211和步骤30212可以同时执行，并没有严格的先后顺序。
[0084] 以下实施例中的参考风力发电机组为本风力发电机组。
[0085] 具体的，如图6、图7所示，其对转速-转矩曲线进行修正的步骤为：
[0086] 根据前述实施例可知，将参考风力发电机组的风能利用系数恒定区402的转速值进行了分区处理，分为至少两个运行区间，例如分成n1-n2，n2-n3，n3-n4，n4-n5，n5-n6，n6-n7，n7-n8，n8-n9共8个运行区间，在参考风机的每个运行区间内，进行转速-转矩曲线的调整与测试，即当参考风力发电机组的转速值进入某一运行区间后，例如图6所示的n2与n3所在的转速区间，则按照示意性的转矩测试路径603(具体见图7中的704-707)进行转矩调整，并记录最大功率值及最大功率值对应的参考风力发电机组的最优转速和最优转矩，根据参考风力发电机组在每个运行区间内的最优转速和最优转矩，拟合获取修正后的转速-转矩曲线，从而实现对风力发电机组转速-转矩的修正，使风力发电机接近于运行在最佳叶尖速比。
[0087] 进一步的，对上述过程进行详细阐述：
[0088] 如图7所示，包括原有转速-转矩曲线703、转矩恒定区704、转矩上升区705、转矩恒定区706、转矩下降区707；横坐标为转速值，纵坐标为转矩值，以转速在n2-n3之间的区域为例，对转矩的修正方法进行说明；其中，原有转速-转矩曲线703为风力发电机原有的转速-转矩曲线，转矩恒定区704、转矩上升区705、转矩恒定区706、转矩下降区707组成一个转矩变化路径，且其转矩变化过程为转矩恒定区704——转矩上升区705——转矩恒定区706——转矩下降区707(其仅在本运行区间内多次反复测试时才需要)，且转矩恒定区704的转矩值大小为原有转速-转矩曲线703上转速n2对应的转矩值T2，且转矩恒定区706的转矩值大小为原有转速-转矩曲线703上转速n3对应的转矩值T3；其具体测试步骤为：
[0089] 1)当风力发电机的转速值进入且恒定保持在n2-n3区间时，将风力发电机的转矩值给定为转矩恒定区704对应的转矩值T2，即在转速值为n2-n3的区间内，保持转矩值恒定，从而进行最优转速与最优转矩的检测。根据转矩值T＝9550P/n，当风力发电机的转矩值T固定后，功率值P的变化会随转速n的变化而变化，而如果对应的转矩值T偏大，随着风速的变化，发电机的转速n会下降，功率p会下降，如果对应的转矩值T偏小，则发电机的转速n会上升，功率p也会上升，所以可以通过此方法，统计出最大功率值，以及最大功率值对应的第一转速和第一转矩，就可以实现对风力发电机最佳叶尖速比的修正。
[0090] 2)当转矩恒定区704的最大功率值统计完成后，则根据转矩上升区705，使转矩逐步上升到转矩恒定区706；逐步增大转矩的目的是为了防止转矩突变而引起风力发电机的振动；
[0091] 3)当转矩值增大为T3后，进入转矩恒定区706，再次按第一步所述的方法，统计出最大功率值，以及最大功率值对应的第二转速和第二转矩；
[0092] 4)将上述统计出的功率值再次求最大值，并记录对应的最优转速和最优转矩；此时就得到了最优转速和最优转矩；
[0093] 5)可选地，当转矩恒定区706的最大功率值统计完成后，则根据转矩下降区707，使转矩逐步再次回到转矩恒定区704；逐步减小转矩的目的是为了防止转矩突变而引起风力发电机的振动；这一步的目的是对转速-转矩曲线进行多次调整和验证。
[0094] 6)如果在转矩值给定为T2的情况下，风力发电机的转速值上升为大于n3的数值，则根据转矩上升区705，使转矩逐步增大并上升到转矩恒定区706；逐步增大转矩的目的是为了防止转矩突变而引起风力发电机的振动；使风力发电机的转速值重新回到n2-n3的转速区间；
[0095] 7)如果转矩值增大到T3后，风力发电机的转速值仍大于n3，则认为此时风速变大，则开始按同样的方法调整下一转速区间(例如n3-n4的转速区间)的转速-转矩曲线；并控制转矩曲线逐步上升到原有转速-转矩曲线703上对应的转矩值。
[0096] 8)其余转速区间的自动调整方法同上述步骤，这里不再赘述；完成整个风能利用系数恒定区402的转速-转矩曲线的调整后，将功率值最大的最优转速和最优转矩进行汇总，即可拟合得到自动修正后的转速-转矩曲线；
[0097] 图8为本发明实施例提供的转速-转矩曲线修正示意图三，如图8所示，转速-转矩曲线调整路径803为a—b对应的风能利用系数恒定区402，即转速-转矩曲线总调整路径。
[0098] 图9为本发明实施例提供的修正后的转速转矩曲线示意图，如图9所示，修正后的转速-转矩曲线901是根据本发明实施例所提供的方法得到，其统计方法为：获取每个转速区间的转速-转矩曲线调整路径803上功率值最大时的转速值及对应的转矩值，在所有转速区间的数据都统计完成后，将各个点连接起来，生成修正后的转速-转矩曲线901。
[0099] 本实施例的方法，可以实现转速-转矩曲线的自动修正，减少人工调整的工作量；在风电场内选取1台样机进行测试，所以对风电场的总体发电量影响不大；每次风力发电机的转速上升时，以迂回的方式改变风力发电机的转矩值，可以对原有转矩值偏大或偏小的两种情况进行调整；转速-转矩曲线的自动修正的过程中，转矩值变化平稳，不会对机组的安全运行产生影响；修正精度不受风速测量精度的影响，所以修正方法线性度高，准确率高。
[0100] 在上述实施例的基础上，进一步的，在获取到最终修正后的转速-转矩曲线时，需要对该曲线进行数据验证，保证转速-转矩曲线的正确性，如果数据验证成功(由风电场中央监控设备进行验证，也可由参考风力发电机组自身验证)，则风力发电机组可以根据修正后的转速-转矩曲线运行，使得风电机组接近于运行在最佳叶尖速比，从而提高风电场的总体发电量。
[0101] 具体的，对转速-转矩对曲线进行数据验证的方法为：
[0102] 统计出每个运行区间最大功率值对应的最优转速、最优转矩数值后，将任意两组的最优转速、最优转矩点相连的直线求斜率，如果该斜率与预设斜率值匹配，则认为曲线统计正确；其中，匹配指的是与预设斜率值相等，或相差不超过一预设范围，预设斜率值可以根据原有的转速-转矩曲线的斜率值进行设定。
[0103] 曲线调整完成且验证正确后，则风力发电机组可以根据修正后的转速-转矩曲线运行。
[0104] 本实施例所产生的技术效果为：对统计完成的修正后的转速-转矩曲线进行验证，以保证修正后的转速-转矩曲线的正确性，或数据无跳变，保证风力发电机组的运行安全。
[0105] 在上述实施例的基础上，进一步的，由于参考风力发电机组所处环境的
温度和最终根据修正后的转速-转矩曲线运行的其余风力发电机组所处环境的温度差别较大，因此可能会使得该修正后的转速-转矩曲线对这些风力发电机组并不适用，因此在发送之前，需要根据
环境温度进行修正。
[0106] 具体可以采用如下方式实现：
[0107] 根据其余风力发电机组所处的环境温度以及修正后的转速-转矩曲线中转矩值对应的环境温度对修正后的转速-转矩曲线进行修正处理。
[0108] 具体的，根据贝兹理论，风力发电机组从风中捕获的功率为：
[0109]
[0110] 其中ρ表示空气密度，β表示桨距角，Cp(λ,β)表示风力发电机组的风能利用系数，R是风轮的半径，v表示风速，λ表示叶尖速比，设ω为风力发电机组的角速度。叶尖速比的计算公式为：
[0111]
[0112] 风力发电机组角速度和转速的关系为：
[0113] ω＝2πn……………………………………………………………(3)
[0114] 根据贝兹理论，风力发电机组从风中捕获的功率受空气密度ρ的影响，空气密度的计算公式为：
[0115]
[0116] 其中，ρt为温度t下的空气密度，t为大气温度，P为空气的绝对压力，ρ0是0℃，压力为0.1013Mpa状态下空气的密度。
[0117] 联合式(1)、式(2)、式(3)、式(4)可得，风力发电机组从风中捕获的功率为：
[0118]
[0119] 由式(5)可得，风速一定时，风力发电机组的转速值与温度值成反比关系，要达到相同的风能利用系数，温度越高，所需的转速越低，温度越低，所需的转速越高。
[0120] 同时，风轮的功率还可以用风轮的转矩与其旋转速度表示为：
[0121] P＝Tω＝T*2πn……………………………………………(6)
[0122] 由式(6)可知，在风能一定的情况下，风力发电机的转矩值与转速值成反比关系。因此根据式(5)、式(6)可知，当风速一定时，即要使相同风速、不同温度下的风力发电机组达到相同的风能利用系数，应具有如下关系：
[0123]
[0124] 其中，T2是在温度t2下风力发电机组的转矩值，T1是在温度t1下风力发电机组的转矩值。
[0125] 同时，式(6)可知，风力发电机组的转矩与功率成正比，所以按比例修正转矩值，就可以实现功率值的修正，从而实现最大风能跟踪，即使得风力发电机组的功率最大，提高风力发电机的发电量。
[0126] 本发明实施例中，可以根据公式(7)进行修正处理：
[0127] 其中，T2表示本风力发电机组在环境温度t2下修正后的转速-转矩曲线中的转矩值，T1表示其余风力发电机组在环境温度t1下的转矩值。
[0128] 具体的，根据环境温度修正风力发电机组的转矩，同时也实现了功率值的修正，例如，参考风力发电机组在转矩值T2时，所处的环境温度为t2，则其余风力发电机组所处的环境温度为t1时，转矩值T1可以通过公式(7)得出，因此，在发送给其余风力发电机组时可以根据环境温度对修正后的转速-转矩曲线进行进一步修正。
[0129] 本实施例实现的技术效果是：在自动进行转速-转矩曲线的调整并得出最佳转速-转矩曲线后，对转矩值根据其余风力发电机组所处的环境温度进行修正，从而满足处于不同温度下，风力发电机组接近于最佳叶尖速比的运行要求，实现最大功率输出，并减少人员调整的工作量。
[0130] 图10为本发明风力发电机组的功率优化方法又一实施例的流程示意图。本实施例的执行主体可以是风电场中央监控设备。如图10所示，本实施例的方法，包括：
[0131] 步骤1001、获取参考风力发电机组在风能利用系数恒定区的运行数据；
[0132] 步骤1002、根据运行数据对参考风力发电机组在风能利用系数恒定区的转速-转矩曲线进行修正，得到修正后的转速-转矩曲线；修正后的转速-转矩曲线表示参考风力发电机组在功率值最大时的转速和转矩的对应关系；
[0133] 步骤1003、将修正后的转速-转矩曲线发送至风电场中的所有风力发电机组，以使各风力发电机组根据所述修正后的转速-转矩曲线运行。
[0134] 其中，在实际应用中，步骤1001具体可以通过如下方式实现：
[0135] 将参考风力发电机组的风能利用系数恒定区的转速值分为至少两个运行区间；
[0136] 接收参考风力发电机组发送的每个运行区间对应的区间运行数据；每个区间运行数据包括多组转速值、转矩值、功率值；其中，运行数据包括每个运行区间的区间运行数据。
[0137] 本实施例中，图2a为本发明实施例的风力发电机组的功率优化系统。本发明实施例的控制方法应用于风力发电机组的功率优化系统，该功率优化系统包括：风电场中央监控设备201、风电场202，该风电场202内包含多个风力发电机组，其中包括一个参考风力发电机组203，见图2a所示。其中，风电场中央监控设备201用于采集风电场202内所有风力发电机的数据，并控制风电场202内所有风力发电机的运行；参考风力发电机203为进行转速-转矩曲线自动测试的样机，样机的选取无特别要求，可以为风电场中任意一个风机。
[0138] 图2b为本发明实施例的风力发电机组的功率优化系统中设备交互示意图。本实施例中，如图2b所示，为风电场中央监控设备201根据参考风力发电机组在风能利用系数恒定区的运行数据，获取参考风力发电机组203在风能利用系数恒定区的修正后的转速-转矩曲线，此时需要参考风力发电机组203发送运行数据，风电场中央监控设备201下发给其余风机204的下发数据为修正后的转速-转矩曲线。其余风力发电机组204接收到风电场中央监控设备201下发的修正后的转速-转矩曲线后，对非当前运行转速的转矩值进行逐个修正，使风电机组接近于运行在最佳叶尖速比，获取最大风能；同时，对非当前运行转速的转矩值进行逐个修正，还可以避免因转矩值的突变而导致风力发电机组振动。
[0139] 在上述实施例的基础上，可选的，步骤1002具体可以通过如下方式实现：
[0140] 根据每个运行区间的区间运行数据，确定参考风力发电机组在每个运行区间中功率值最大时的最优转速和最优转矩；
[0141] 根据参考风力发电机组在每个运行区间内的最优转速和最优转矩，拟合获取修正后的转速-转矩曲线。
[0142] 可选的，根据每个运行区间的区间运行数据，确定参考风力发电机组在每个运行区间中功率值最大时的最优转速和最优转矩，具体可以通过如下方式实现：
[0143] 在每个运行区间内，根据运行区间中的最低转速设定与最低转速对应的第一转矩，并确定第一转矩下功率值最大时对应的第一转速；
[0144] 在每个运行区间内，根据运行区间中的最高转速设定与最高转速对应的第二转矩，并确定第二转矩下功率值最大时对应的第二转速；
[0145] 根据第一转速以及第二转速对应的功率值中的最大值，确定最优转速和最优转矩。
[0146] 可选的，在根据参考风力发电机组在每个运行区间内的最优转速和最优转矩，拟合获取修正后的转速-转矩曲线之后，还包括：
[0147] 获取任意两组最优转速和最优转矩确定的直线的斜率；
[0148] 检测直线的斜率是否与预设斜率值匹配。
[0149] 可选的，在步骤1003之前，还包括：
[0150] 根据其余风力发电机组所处的环境温度以及修正后的转速-转矩曲线中转矩值对应的环境温度对修正后的转速-转矩曲线进行修正处理。
[0151] 可选的，根据其余风力发电机组所处的环境温度以及修正后的转速-转矩曲线中转矩值对应的环境温度对修正后的转速-转矩曲线进行修正处理，包括：
[0152] 根据如下公式对修正后的转速-转矩曲线进行修正处理：
[0153]
[0154] 其中，T2表示参考风力发电机组在环境温度t2下修正后的转速-转矩曲线中的转矩值，T1表示其余风力发电机组在环境温度t1下的转矩值。
[0155] 上述实施例的方法其实现原理和技术效果与参考风力发电机组侧的方法实施例类似，此处不再赘述。
[0156] 图11a为本发明风力发电机组的功率优化装置一实施例的结构示意图。该功率优化装置可部署于风力发电机组的主控系统中。如图11a所示，本实施例的风力发电机组的功率优化装置，包括：
[0157] 获取模块，用于获取本风力发电机组在风能利用系数恒定区的运行数据；
[0158] 处理模块，用于根据运行数据对本风力发电机组在风能利用系数恒定区的转速-转矩曲线进行修正，得到修正后的转速-转矩曲线；修正后的转速-转矩曲线表示本风力发电机组在功率值最大时的转速和转矩的对应关系；
[0159]
控制模块，用于控制本风力发电机组根据修正后的转速-转矩曲线运行。
[0160] 可选地，获取模块，具体用于：
[0161] 将本风力发电机组的风能利用系数恒定区的转速值分为至少两个运行区间；
[0162] 获取本风力发电机组的每个运行区间对应的区间运行数据；每个区间运行数据包括多组转速值、转矩值、功率值；其中，运行数据包括每个运行区间的区间运行数据。
[0163] 图11b为本发明风力发电机组的功率优化装置另一实施例的结构示意图。如图11b所示，可选地，处理模块，具体包括：
[0164] 最优转速和最优转矩确定单元，用于根据每个运行区间的区间运行数据，确定本风力发电机组在每个运行区间中功率值最大时的最优转速和最优转矩；
[0165] 转速-转矩曲线拟合单元，用于根据本风力发电机组在每个运行区间内的最优转速和最优转矩，拟合获取修正后的转速-转矩曲线。
[0166] 图11c为本发明风力发电机组的功率优化装置又一实施例的结构示意图。如图11c所示，可选地，最优转速和最优转矩确定单元，具体包括：
[0167] 第一转速确
定子单元，用于在每个运行区间内，根据运行区间中的最低转速设定与最低转速对应的第一转矩，并确定第一转矩下功率值最大时对应的第一转速；
[0168] 第二转速确定子单元，用于在每个运行区间内，根据运行区间中的最高转速设定与最高转速对应的第二转矩，并确定第二转矩下功率值最大时对应的第二转速；
[0169] 最优转速和最优转矩确定子单元，用于根据第一转速以及第二转速对应的功率值中的最大值，确定最优转速和最优转矩。
[0170] 可选地，处理模块，还包括：
[0171] 验证单元，用于获取任意两组最优转速和最优转矩确定的直线的斜率；
[0172] 检测直线的斜率是否与预设斜率值匹配。
[0173] 可选地，本实施例的装置，还可以包括：
[0174] 发送模块，用于将修正后的转速-转矩曲线通过风电场中央监控设备发送至本风电场中的其余风力发电机组，以使其余风力发电机组根据修正后的转速-转矩曲线运行。
[0175] 如图11b所示，可选地，处理模块，还包括：
[0176] 温度修正单元，用于：根据其余风力发电机组所处的环境温度以及修正后的转速-转矩曲线中转矩值对应的环境温度对修正后的转速-转矩曲线进行修正处理。
[0177] 如图11b所示，可选地，温度修正单元，具体用于：
[0178] 根据如下公式对修正后的转速-转矩曲线进行修正处理：
[0179]
[0180] 其中，T2表示在本风力发电机组环境温度t2下修正后的转速-转矩曲线中的转矩值，T1表示其余风力发电机组在环境温度t1下的转矩值。
[0181] 可选地，运行数据还包括本风力发电机组的识别码和运行标志；识别码表示本风力发电机组的类型；运行标志表示本风力发电机组的运行状态。
[0182] 本实施例的装置，可以用于执行上述风力发电机组侧方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
[0183] 图12为本发明风电场中央监控设备一实施例的结构示意图。如图12所示，本实施例的风电场中央监控设备，包括：
[0184] 获取模块，用于获取参考风力发电机组在风能利用系数恒定区的运行数据；
[0185] 处理模块，用于根据运行数据对参考风力发电机组在风能利用系数恒定区的转速-转矩曲线进行修正，得到修正后的转速-转矩曲线；修正后的转速-转矩曲线表示参考风力发电机组在功率值最大时的转速和转矩的对应关系；
[0186] 发送模块，用于将修正后的转速-转矩曲线发送至风电场中的所有风力发电机组，以使风力发电机组根据修正后的转速-转矩曲线运行。
[0187] 可选地，获取模块，具体用于：
[0188] 将参考风力发电机组的风能利用系数恒定区的转速值分为至少两个运行区间；
[0189] 接收参考风力发电机组的每个运行区间对应的区间运行数据；每个区间运行数据包括多组转速值、转矩值、功率值；其中，运行数据包括每个运行区间的区间运行数据。
[0190] 可选地，处理模块，具体用于：
[0191] 根据每个运行区间的区间运行数据，获取参考风力发电机组在每个运行区间中功率值最大时的最优转速和最优转矩；
[0192] 根据参考风力发电机组在每个运行区间内的最优转速和最优转矩，拟合获取修正后的转速-转矩曲线。
[0193] 可选地，处理模块，具体用于：
[0194] 在每个运行区间内，根据运行区间中的最低转速设定与最低转速对应的第一转矩，并获取第一转矩下功率值最大时对应的第一转速；
[0195] 在每个运行区间内，根据运行区间中的最高转速设定与最高转速对应的第二转矩，并获取第二转矩下功率值最大时对应的第二转速；
[0196] 根据第一转速以及第二转速对应的功率值中的最大值，获取最优转速和最优转矩。
[0197] 可选地，处理模块，还用于：
[0198] 根据其余风力发电机组所处的环境温度以及修正后的转速-转矩曲线中转矩值对应的环境温度对修正后的转速-转矩曲线进行修正处理；其余风力发电机组为风电场中除参考风力发电机组外的风力发电机组。
[0199] 可选地，处理模块，具体用于：
[0200] 根据如下公式对修正后的转速-转矩曲线进行修正处理：
[0201]
[0202] 其中，T2表示参考风力发电机组在环境温度t2下所述转速-转矩曲线中的转矩值，T1表示其余风力发电机组在环境温度t1下的转矩值。
[0203] 可选地，运行数据还包括参考风力发电机组的识别码和运行标志；识别码表示本风力发电机组的类型；运行标志表示参考风力发电机组的运行状态。
[0204] 本实施例的装置，可以用于执行上述风电场中央监控设备侧方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
[0205] 图13为本发明风力发电机组的主控系统一实施例的结构示意图。如图13所示，本实施例的风力发电机组的主控系统，可以包括：
存储器、
控制器；其中，存储器，用于存储程序；具体地，程序可以包括程序代码，程序代码包括计算机操作指令。存储器可能包含
随机存取存储器(random accessmemory，简称RAM)，也可能还包括
非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
[0206] 控制器用于调用存储器中的执行指令，执行如下步骤：
[0207] 获取本风力发电机组在风能利用系数恒定区的运行数据；
[0208] 根据运行数据对本风力发电机组在风能利用系数恒定区的转速-转矩曲线进行修正，得到修正后的转速-转矩曲线；修正后的转速-转矩曲线表示本风力发电机组在功率值最大时的转速和转矩的对应关系；
[0209] 控制本风力发电机组根据修正后的转速-转矩曲线运行。
[0210] 可选地，控制器，具体用于：
[0211] 将参考风机的风能利用系数恒定区的转速值分为至少两个运行区间；
[0212] 获取本风力发电机组的每个运行区间对应的区间运行数据；每个区间运行数据包括多组转速值、转矩值、功率值；其中，运行数据包括每个运行区间的区间运行数据。
[0213] 可选地，控制器，具体用于：
[0214] 根据每个运行区间的区间运行数据，确定本风力发电机组在每个运行区间中功率值最大时的最优转速和最优转矩；
[0215] 根据本风力发电机组在每个运行区间内的最优转速和最优转矩，拟合获取修正后的转速-转矩曲线。
[0216] 可选地，控制器，具体用于：
[0217] 在每个运行区间内，根据运行区间中的最低转速设定与最低转速对应的第一转矩，并确定第一转矩下功率值最大时对应的第一转速；
[0218] 在每个运行区间内，根据运行区间中的最高转速设定与最高转速对应的第二转矩，并确定第二转矩下功率值最大时对应的第二转速；
[0219] 根据第一转速以及第二转速对应的功率值中的最大值，确定最优转速和最优转矩。
[0220] 可选地，控制器，具体用于：
[0221] 获取任意两组最优转速和最优转矩确定的直线的斜率；
[0222] 检测直线的斜率是否与预设斜率值匹配。
[0223] 可选地，本实施例的风力发电机组的主控系统，还可以包括：
[0224] 发送器，用于将修正后的转速-转矩曲线通过风电场中央监控设备发送至本风电场中的其余风力发电机组，以使其余风力发电机组根据修正后的转速-转矩曲线运行。
[0225] 可选地，控制器，还用于：
[0226] 根据其余风电机组所处的环境温度以及修正后的转速-转矩曲线中转矩值对应的环境温度对修正后的转速-转矩曲线进行修正处理。
[0227] 可选地，控制器，具体用于：
[0228] 根据如下公式对修正后的转速-转矩曲线进行修正处理：
[0229]
[0230] 其中，T2表示本风力发电机组在环境温度t2下修正后的转速-转矩曲线中的转矩值，T1表示其余风力发电机组在环境温度t1下的转矩值。
[0231] 可选地，运行数据还包括本风力发电机组的识别码和运行标志；识别码表示本风力发电机组的类型；运行标志表示本风力发电机组的运行状态。
[0232] 本实施例中，进行转速-转矩曲线修正以后，风力发电机组根据修正后的转速-转矩曲线运行时，其叶尖速比更接近于最佳叶尖速比，此时的运行效果是风力发电机组输出的功率值更高，风能利用率也更高。
[0233] 上述装置中的发送模块的功能可以通过发送器实现，获取模块、处理模块和控制模块的功能可以由控制器实现。
[0234] 上述部件通过一条或多条总线进行通信。本领域技术人员可以理解，图13中示出的设备的结构并不构成对本发明的限定，它既可以是总线形结构，也可以是星型结构，还可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
[0235] 需要说明的是，对于风力发电机组实施例而言，由于其基本相应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0236] 图14为本发明风电场中央监控设备另一实施例的结构示意图。如图14所示，本实施例的风电场中央监控设备，可以包括：存储器、处理器和传输器；其中，存储器，用于存储程序；具体地，程序可以包括程序代码，程序代码包括计算机操作指令。存储器可能包含随机存取存储器(random access memory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
[0237] 处理器用于调用存储器中的执行指令，执行如下步骤：
[0238] 获取参考风力发电机组在风能利用系数恒定区的运行数据；
[0239] 根据运行数据对参考风力发电机组在风能利用系数恒定区的转速-转矩曲线进行修正，得到修正后的转速-转矩曲线；修正后的转速-转矩曲线表示参考风力发电机组在功率值最大时的转速和转矩的对应关系；
[0240] 传输器，用于将修正后的转速-转矩曲线发送至风电场中的所有风力发电机组，以使风力发电机组根据修正后的转速-转矩曲线运行。
[0241] 可选地，处理器，可以具体用于：
[0242] 将参考风力发电机组的风能利用系数恒定区的转速值分为至少两个运行区间；
[0243] 相应的，传输器还用于接收参考风力发电机组的每个运行区间对应的区间运行数据；每个区间运行数据包括多组转速值、转矩值、功率值；其中，运行数据包括每个运行区间的区间运行数据。
[0244] 可选地，处理器，可以具体用于：
[0245] 根据每个运行区间的区间运行数据，获取参考风力发电机组在每个运行区间中功率值最大时的最优转速和最优转矩；
[0246] 根据参考风力发电机组在每个运行区间内的最优转速和最优转矩，拟合获取修正后的转速-转矩曲线。
[0247] 可选地，处理器，可以具体用于：
[0248] 在每个运行区间内，根据运行区间中的最低转速设定与最低转速对应的第一转矩，并获取所述第一转矩下功率值最大时对应的第一转速；
[0249] 在每个运行区间内，根据所述运行区间中的最高转速设定与最高转速对应的第二转矩，并获取第二转矩下功率值最大时对应的第二转速；
[0250] 根据第一转速以及第二转速对应的功率值中的最大值，获取最优转速和最优转矩。
[0251] 可选地，处理器，还可以用于：
[0252] 根据其余风力发电机组所处的环境温度以及修正后的转速-转矩曲线中转矩值对应的环境温度对修正后的转速-转矩曲线进行修正处理；其余风力发电机组为风电场中除参考风力发电机组外的风力发电机组。
[0253] 可选地，处理器，可以具体用于：
[0254] 根据如下公式对修正后的转速-转矩曲线进行修正处理：
[0255]
[0256] 其中，T2表示参考风力发电机组在环境温度t2下所述转速-转矩曲线中的转矩值，T1表示其余风力发电机组在环境温度t1下的转矩值。
[0257] 可选地，运行数据还包括参考风力发电机组的识别码和运行标志；识别码表示本风力发电机组的类型；运行标志表示参考风力发电机组的运行状态。
[0258] 本实施例中，进行转速-转矩曲线修正以后，风力发电机组根据修正后的转速-转矩曲线运行时，其叶尖速比更接近于最佳叶尖速比，此时的运行效果是风力发电机组输出的功率值更高，风能利用率也更高。
[0259] 上述风电场中央监控设备中的发送模块的功能可以通过传输器实现，获取模块和处理模块的功能可以由处理器实现。
[0260] 上述部件通过一条或多条总线进行通信。本领域技术人员可以理解，图14中示出的设备的结构并不构成对本发明的限定，它既可以是总线形结构，也可以是星型结构，还可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
[0261] 需要说明的是，对于风电场中央监控设备实施例而言，由于其基本相应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0262] 本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的
硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0263] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
