用于风力发电机组的控制方法及装置

摘要

本发明提供了一种用于风力发电机组的控制方法及装置，所述方法包括以下步骤：计算不同风速段下的风力发电机组的最优输出电功率，其中，所述最优输出电功率为每个风速段内不同风速点对应的不同转速下的风力发电机组的输出电功率的最大值，所述输出电功率为风力发电机组的轴功与铜耗之差；根据与计算的不同风速段下的风力发电机组的最优输出电功率对应的最优转矩和转速来求取最优转矩控制曲线以对风力发电机组进行控制。本发明以风力发电机组的实际输出功率最大为目标，在各个风速段上进行转矩的线性控制并考虑风力发电机组的铜耗，使得风力发电机组的实际输出功率得到优化，从而提高了发电功率。

权利要求

1.一种风力发电机组的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：计算不同风速段下的风力发电机组的最优输出电功率，其中，所述最优输出电功率为每个风速段内不同风速点对应的不同转速下的风力发电机组的输出电功率的最大值，所述输出电功率为风力发电机组的轴功与铜耗之差；

根据与计算的不同风速段下的风力发电机组的最优输出电功率对应的最优转矩和转速来求取最优转矩控制曲线以对风力发电机组进行控制；

所述根据与计算的不同风速段下的风力发电机组的最优输出电功率对应的最优转矩和转速来求取最优转矩控制曲线以对风力发电机组进行控制的步骤包括：对最优转矩和转速进行曲线拟合以得出用于对风力发电机组进行转矩控制的最优转矩控制曲线；

求取所述最优转矩控制曲线对应的最优转矩控制曲线公式，并通过所述最优转矩控制曲线公式来计算与风力发电机组的当前转速所对应的最优转矩；

根据所述与风力发电机组的当前转速对应的最优转矩对风力发电机组进行控制。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算不同风速段下的风力发电机组的最优输出电功率的步骤包括：

针对每个风速段，遍历其中所有风速点，并计算每个风速点和对应转速下的输出电功率，并将计算的输出电功率的最大值作为该风速段的最优输出电功率。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算每个风速点和对应转速下的输出电功率的步骤包括：

计算每个风速点和对应转速下的风能捕获系数，并基于所述风能捕获系数计算每个风速点和对应转速下的轴功；

确定与所述轴功对应的转矩，并根据确定的转矩来计算对应转矩下的铜耗；

计算所述轴功与铜耗的差值，并将计算的差值确定为该风速点和对应转速下的输出电功率。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据确定的转矩来计算对应转矩下的铜耗的步骤包括：

根据确定的转矩计算出对应的风力发电机组的电流，并根据所述风力发电机组的电流求取对应转矩下的铜耗。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述风力发电机组的电流基于风力发电机组的转子磁链、极对数以及所述确定的转矩计算得出。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述当前转速大于并网转速且小于风力发电机组的最大转速时，通过所述最优转矩控制曲线公式来计算与风力发电机组的当前转速所对应的最优转矩。

7.一种用于风力发电机组的控制装置，其特征在于，所述装置包括：最优输出电功率模块，被配置为计算不同风速段下的风力发电机组的最优输出电功率，其中，所述最优输出电功率为每个风速段内不同风速点对应的不同转速下的风力发电机组的输出电功率的最大值，所述输出电功率为风力发电机组的轴功与铜耗之差；

控制模块，被配置为根据与计算的不同风速段下的风力发电机组的最优输出电功率对应的最优转矩和转速来求取最优转矩控制曲线以对风力发电机组进行控制；

所述控制模块被配置为包括：

曲线拟合单元，对最优转矩和转速进行曲线拟合以得出用于对风力发电机组进行转矩控制的最优转矩控制曲线；

最优转矩控制曲线公式单元，求取所述最优转矩控制曲线对应的最优转矩控制曲线公式，并通过所述最优转矩控制曲线公式来计算与风力发电机组的当前转速所对应的最优转矩；

控制单元，根据所述与风力发电机组的当前转速对应的最优转矩对风力发电机组进行控制。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述最优输出电功率模块被配置为：针对每个风速段，遍历其中所有风速点，并计算每个风速点和对应转速下的输出电功率，并将计算的输出电功率的最大值作为该风速段的最优输出电功率。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述最优输出电功率模块被配置为包括：轴功计算单元，计算每个风速点和对应转速下的风能捕获系数，并基于所述风能捕获系数计算得出每个风速点和对应转速下的轴功；

铜耗计算单元，确定与所述轴功对应的转矩，并根据确定的转矩来计算对应转矩下的铜耗；

输出电功率计算单元，计算所述轴功与铜耗的差值，并将计算的差值确定为该风速点和对应转速下的输出电功率。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述铜耗计算单元被配置为：根据确定的转矩计算出对应的风力发电机组的电流，并根据所述风力发电机组的电流求取对应转矩下的铜耗。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述风力发电机组的电流基于风力发电机组的转子磁链、极对数以及所述确定的转矩计算得出。

12.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制模块被配置为：当所述当前转速大于并网转速且小于风力发电机组的最大转速时，通过所述最优转矩控制曲线公式来计算与风力发电机组的当前转速所对应的最优转矩。

13.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时，所述处理器执行权利要求1‑6中任一项所述的方法。

14.一种计算机设备，包括处理器和存储计算机程序的存储器，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时，所述处理器执行如权利要求1‑6中任一项所述的方法。

说明书

用于风力发电机组的控制方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及风力发电技术领域，具体地讲，涉及一种用于风力发电机组的控制方法及装置。

背景技术

[0002] 风力发电机组在发电阶段的控制策略主要分为两方面：一是在风力发电机组额定功率以下部分，在不同风速段通过最优转矩控制来实现尽可能多的捕捉风能以用于发电；
二是在风力发电机组额定功率以上部分，通过变桨限制发电功率同时控制整个风力发电机
组的载荷。

[0003] 现有技术中，最优的转矩控制是根据风力发电机组的特性曲线来计算不同风速下的最优叶尖速比，并通过控制风力发电机组的转矩来间接控制风力发电机组的转速，使风
力发电机组工作在最优叶尖速比的状态，从而实现风力发电机组的最大轴功输出。可见，目
前最优的转矩控制是基于最大风能吸收率进行控制以获得风力发电机组的主轴的最大轴
功，由此带来风力发电机组的最大发电量。然而，现有的最优转矩控制由于没有考虑到在控
制风力发电机组的转矩的同时也控制了风力发电机组的电流，即忽略了对风力发电机组的
铜耗的控制。一般情况下，风力发电机组的发电量不仅取决于风力发电机组的轴功，还取决
于风力发电机组本身的损耗，也就是说，实际发电量要比在轴功的基础上减去损耗。因此，
理论上风力发电机组捕获的最大轴功并非对应的风力发电机组实际输出的最大发电量。

发明内容

[0004] 本发明针对现有技术存在的弊端，提出了一种用于风力发电机组的控制方法及装置。

[0005] 本发明的一方面提供了一种风力发电机组的控制方法，所述方法包括以下步骤：计算不同风速段下的风力发电机组的最优输出电功率，其中，所述最优输出电功率为每个
风速段内不同风速点对应的不同转速下的风力发电机组的输出电功率的最大值，所述输出
电功率为风力发电机组的轴功与铜耗之差；根据与计算的不同风速段下的风力发电机组的
最优输出电功率对应的最优转矩和转速来求取最优转矩控制曲线以对风力发电机组进行
控制。

[0006] 优选地，所述计算不同风速段下的风力发电机组的最优输出电功率的步骤包括：针对每个风速段，遍历其中所有风速点，并计算每个风速点和对应转速下的输出电功率，并
将计算的输出电功率的最大值作为该风速段的最优输出电功率。

[0007] 优选地，所述计算每个风速点和对应转速下的输出电功率的步骤包括：计算每个风速点和对应转速下的风能捕获系数，并基于所述风能捕获系数计算每个风速点和对应转
速下的轴功：确定与所述轴功对应的转矩，并根据确定的转矩来计算对应转矩下的铜耗；计
算所述轴功与铜耗的差值，并将所述计算的差值确定为该风速点和对应转速下的输出电功
率。

[0008] 优选地，所述根据确定的转矩来计算对应转矩下的铜耗的步骤包括：根据确定的转矩计算出对应的风力发电机组的电流，并根据所述风力发电机组的电流求取对应转矩下
的铜耗。

[0009] 优选地，所述风力发电机组的电流基于风力发电机组的转子磁链、极对数以及所述确定的转矩计算得出。

[0010] 优选地，所述根据与计算的不同风速段下的风力发电机组的最优输出电功率对应的最优转矩和转速来求取最优转矩控制曲线以对风力发电机组进行控制的步骤包括：对最
优转矩和转速进行曲线拟合以得出用于对风力发电机组进行转矩控制的最优转矩控制曲
线；求取所述最优转矩控制曲线对应的最优转矩控制曲线公式，并通过所述最优转矩控制
曲线公式来计算与风力发电机组的当前转速所对应的最优转矩；根据所述与风力发电机组
的当前转速对应的最优转矩对风力发电机组进行控制。

[0011] 优选地，当所述当前转速大于并网转速且小于风力发电机组的最大转速时，通过所述最优转矩控制曲线公式来计算与风力发电机组的当前转速所对应的最优转矩。

[0012] 本发明的另一方面提供了一种用于风力发电机组的控制装置，所述装置包括：最优输出电功率模块，被配置为计算不同风速段下的风力发电机组的最优输出电功率，其中，
所述最优输出电功率为每个风速段内不同风速点对应的不同转速下的风力发电机组的输
出电功率的最大值，所述输出电功率为风力发电机组的轴功与铜耗之差；控制模块，被配置
为根据与计算的不同风速段下的风力发电机组的最优输出电功率对应的最优转矩和转速
来求取最优转矩控制曲线以对风力发电机组进行控制。

[0013] 优选地，所述最优输出电功率模块被配置为：针对每个风速段，遍历其中所有风速点，并计算每个风速点和对应转速下的输出电功率，并将计算的输出电功率的最大值作为
该风速段的最优输出电功率。

[0014] 优选地，所述最优输出电功率模块被配置为包括：轴功计算单元，计算每个风速点和对应转速下的风能捕获系数，并基于所述风能捕获系数计算得出每个风速点和对应转速
下的轴功；铜耗计算单元，确定与所述轴功对应的转矩，并根据确定的转矩来计算对应转矩
下的铜耗；输出电功率计算单元，计算所述轴功与铜耗的差值，并将所述计算的差值确定为
该风速点和对应转速下的输出电功率。

[0015] 优选地，所述铜耗计算单元被配置为：根据确定的转矩计算出对应的风力发电机组的电流，并根据所述风力发电机组的电流求取对应转矩下的铜耗。

[0016] 优选地，所述风力发电机组的电流基于风力发电机组的转子磁链、极对数以及所述确定的转矩计算得出。

[0017] 优选地，所述控制模块被配置为包括：曲线拟合单元，对最优转矩和转速进行曲线拟合以得出用于对风力发电机组进行转矩控制的最优转矩控制曲线；最优转矩控制曲线公
式单元，求取所述最优转矩控制曲线对应的最优转矩控制曲线公式，并通过所述最优转矩
控制曲线公式来计算与风力发电机组的当前转速所对应的最优转矩；控制单元，根据所述
与风力发电机组的当前转速对应的最优转矩对风力发电机组进行控制。

[0018] 优选地，所述控制模块被配置为：当所述当前转速大于并网转速且小于风力发电机组的最大转速时，通过所述最优转矩控制曲线公式来计算与风力发电机组的当前转速所
对应的最优转矩。

[0019] 本发明的另一方面提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时，所述处理器执行如上所述的用于风力发电机组的控制方法。

[0020] 本发明的另一方面提供了一种计算机设备，包括处理器和存储计算机程序的存储器，所述计算机程序被处理器运行时，所述处理器执行如上所述的用于风力发电机组的控
制方法。

[0021] 在本发明中，以风力发电机组的实际输出功率最大为目标，在各个风速段上进行转矩的线性控制，并考虑了在转矩控制过程中风力发电机组的铜耗，使得风力发电机组的
实际输出功率得到优化，从而提高了发电功率。

附图说明

[0022] 下面将结合附图进行本发明的详细描述，本发明的上述特征和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：

[0023] 图1是本发明的实施例的用于风力发电机组的控制方法的流程图；

[0024] 图2是本发明的示例性的实施例的计算每个风速点和对应转速下的输出电功率的流程图；

[0025] 图3是本发明的示例性的实施例的最优转矩控制曲线图；

[0026] 图4是本发明的示例性的实施例的用于永磁同步发电机转矩控制的原理图；

[0027] 图5是本发明的示例性的实施例的用于风力发电机组的控制方法与典型最优转矩控制法的仿真对比图；

[0028] 图6是本发明的实施例的用于风力发电机组的控制装置的框图；

[0029] 图7是本发明的实施例的输出电功率计算子模块的框图；

[0030] 图8是本发明的实施例的控制模块的框图。

[0031] 在附图中，相同的标号将被理解为表示相同的元件、特征和结构。

具体实施方式

[0032] 提供以下参照附图的描述以帮助全面理解由权利要求及其等同物限定的本发明的示例性实施例。以下参照附图的描述包括各种特定细节以帮助理解，但是所述特定细节
将仅被视为示例性的。因此，本领域普通技术人员将意识到，在不脱离本发明的范围和精神
的情况下，可对这里描述的实施例进行各种改变和修改。此外，为了清晰和简要，可省略公
知功能和结构的描述。

[0033] 以下描述和权利要求中使用的术语和词语不限于字面含义，而是仅由发明者使用以使得能够清楚和一致地理解本发明。因此，本领域技术人员应该清楚的是，提供本发明的
示例性实施例的以下描述仅是说明的目的，而不是限制由权利要求及其等同物限定的本发
明的目的。

[0034] 图1是示出根据本发明的实施例的用于风力发电机组的控制方法的流程图。

[0035] 如图1所示，在步骤S100，计算不同风速段下的风力发电机组的最优输出电功率。具体地，针对每个风速段，遍历其中所有风速点，并计算每个风速点和对应转速下的输出电
功率，并将计算的输出电功率的最大值作为该风速段的最优输出电功率。其中，计算每个风
速点和对应转速下的输出电功率包括先计算每个风速点和对应转速下的风能捕获系数，并
基于风能捕获系数计算每个风速点和对应转速下的轴功，再确定与轴功对应的转矩，并根
据确定的转矩来计算对应转矩下的铜耗。最后，计算轴功与铜耗的差值得出该风速点和对
应转速下的输出电功率。

[0036] 根据本发明的实施例，假设风力发电机组的并网风速为2m/s，其额定风速为12m/s，则针对2m/s‑12m/s风速段，在该风速段内设定特定步长为2，则根据设定的特定步长可将
该风速段内的风速数据分为2m/s‑4m/s、4m/s‑6m/s、6m/s‑8m/s、8m/s‑10m/s和10m/s‑12m/s
在内的5个风速段。应理解，上述对于特定步长的举例仅是示例性举例，本发明可采用的特
定步长不限于此。然后，再分别计算每个风速段内的每个风速点和对应转速下的输出电功
率，并将对应得到的输出电功率中的最大值作为该风速段内的最优输出电功率。根据上述
举例，分别遍历每个风速段(对应2m/s‑4m/s风速段、4m/s‑6m/s风速段、6m/s‑8m/s风速段、
8m/s‑10m/s风速段和10m/s‑12m/s风速段)下的所有风速点，这里，以2m/s‑4m/s风速段为
例，风速点可以按照每0.1m/s一个点来选取，即2m/s‑4m/s风速段包括从2m/s、2.1m/s、
2.2m/s、2.3m/s一直到4m/s多个风速点，可以理解的是，选取多少个风速点可以根据实际需
求来确定。然后分别计算每个风速点下对应转速的输出电功率，并将计算的最大的输出电
功率作为2m/s‑4m/s风速段的最优输出电功率。应理解，上述对于风速点选取的举例仅是示
例性举例，本发明可采用的风速点选取的方式不限于此。下面将参照图2来详细说明计算每
个风速点和对应转速下的输出电功率的过程。

[0037] 图2是示出根据本发明的实施例的计算每个风速点和对应转速下的输出电功率的流程图。

[0038] 如图2所示，在步骤S201，计算每个风速点和对应转速下的风能捕获系数，并基于风能捕获系数计算每个风速点和对应转速下的轴功。具体地，先计算每个风速点和对应转
速下的风能捕获系数，其中，计算风能捕获系数的方法有多种，在计算风能捕获系数时风力
发电机组的桨距角为默认的最小桨距角值0，也可将桨距角取值为1或‑1。然后，再基于风能
捕获系数计算风力发电机组的轴功，这里，风力发电机组的轴功的计算公式为：

[0039]

[0040] 其中，ρ为空气密度，R为叶片半径，Cp为风能捕捉系数，λi为叶尖速比，β为桨距角，vi为固定值，i为大于等于1的正整数。这里，叶尖速比λi＝ωiR/vi，风能捕捉系数Cp由叶尖速
比λi决定。如上述举例，在2m/s‑4m/s这个风速段内，按照每0.1m/s一个点来选取风速点可
得出包括从2m/s、2.1m/s、2.2m/s、2.3m/s一直到4m/s在内的31个风速点。假设这31个风速
点的对应转速分别为ω1、ω2、ω3、...、ω31，则根据公式(1)分别对每个风速点和对应转速
下的风力发电机组的轴功进行计算，由此可得出在风速段2m/s‑4m/s内的每个风速点和对
应转速下的轴功。这里，可将得出的每个风速点和对应转速下的轴功表示为Pm1、Pm2、
Pm3、...、Pm31。应理解，上述对于风速点和对应转速的举例仅是示例性举例，本发明可采用的
风速点和对应转速不限于此。

[0041] 在步骤S202，确定与轴功对应的转矩，并根据确定的转矩来计算对应转矩下的铜耗。具体地，根据计算的轴功求取对应的转矩，并根据求取的转矩计算出对应的风力发电机
组的电流，再根据计算的风力发电机组的电流来求取对应转矩下的铜耗。其中，风力发电机
组的转矩Tmi、电流Ii和铜耗Pcui的计算公式分别为：

[0042] Tmi=Pmi/ωi  (2)

[0043]

[0044]

[0045] 在公式(2)中，Pmi为不同风速点和对应转速下的风力发电机组的轴功，ωi为不同风速点的对应转速。在公式(3)中，P为电机极对数，λr为永磁同步电机转子磁链，Tmi为风力
发电机组的转矩。这里，电流Ii的求取公式是根据在永磁同步发电机转矩控制中，稳态时发
电机的主轴转矩幅值等于电磁转矩幅值，即|Tmi|＝|Te|，且电流的控制采用零d轴电流控制
而得出的。在公式(4)中，RS为风力发电机组的电阻，Ii为对应转矩下的风力发电机组的电
流。这里，公式(4)是在忽略温度对阻值的影响下计算风力发电机组的铜耗。由于在计算铜
耗Pcui时忽略了风力发电机组在温度升高时导致的直流阻值的变化情况，因此，一般选择风
力发电机组的20℃理论直流电阻作为RS来进行计算。根据上述举例，由步骤S201中得出的
每个风速点和对应转速下的轴功Pm1、Pm2、Pm3、...、Pm31以及通过公式(2)可计算得出相应的
风力发电机组的转矩Tm1、Tm2、Tm3、...、Tm31。然后，根据公式(2)的计算结果，再通过公式(3)
计算得出对应转矩下的风力发电机组的电流I1、I2、I3、...、I31。最后，通过公式(4)来求取出
对应转矩下的风力发电机组的铜耗Pcu1、Pcu2、Pcu3、...、Pcu31。

[0046] 在步骤S203，计算轴功与铜耗的差值，并将计算的差值确定为该风速点和对应转速下的输出电功率。具体地，在不考虑风力发电机组的其他损耗的前提下，风力发电机组的
输出电功为风力发电机组的轴功与铜耗之差，即风力发电机组的输出电功率Pi＝Pmi‑Pcui。
如上述举例，根据步骤S201和步骤S203中求取的风力发电机组的轴功Pm1、Pm2、Pm3、...、Pm31
和风力发电机组的铜耗Pcu1、Pcu2、Pcu3、...、Pcu31，通过公式Pi＝Pmi‑Pcui来分别求取风力发电
机组的输出电功率，即求取在风速段2m/s‑4m/s内的31个不同风速点和对应转速下的输出
电功率分别为P1、P2、P3、...、P31。

[0047] 返回图1，根据本发明的实施例，最优输出电功率为每个风速段内不同风速点对应的不同转速下的风力发电机组的输出电功率的最大值，因此，对每个风速段内的不同风速
点和对应转速下的风力发电机组的输出电功率进行分别求取，并将每个风速段内求取的风
力发电机组的输出电功率Pi中的最大值作为该风速段内的最优输出电功率。如图2中步骤
S201至步骤S203中的举例，假设求取的风力发电机组的输出电功率P1、P2、P3、...、P31的值依
次为500kw、800kw、600kw、1200kw、…、900kw，其中，最大值为P4＝1200kw，则可判断出在风
*
速段2m/s‑4m/s内的最优输出电功率P＝P4＝1200kw。应理解，上述对于风力发电机组的输
出电功率取值的举例仅是示例性举例，本发明可采用的风力发电机组的输出电功率不限于
此。

[0048] 在步骤S200，根据与计算的不同风速段下的风力发电机组的最优输出电功率对应的最优转矩和转速来求取最优转矩控制曲线以对风力发电机组进行控制。具体地，计算不
同风速段下的风力发电机组的最优输出电功率对应的最优转矩和转速，对最优转矩和转速
进行曲线拟合以得出用于对风力发电机组进行转矩控制的最优转矩控制曲线，然后，求取
最优转矩控制曲线对应的最优转矩控制曲线公式，并通过最优转矩控制曲线公式来计算与
风力发电机组的当前转速所对应的最优转矩以对风力发电机组进行控制。如上述举例，分
别求取风速段2m/s‑4m/s、4m/s‑6m/s、6m/s‑8m/s、8m/s‑10m/s和10m/s‑12m/s的最优输出电
* *
功率P可得到对应的5个最优输出电功率P ，根据得到的5个最优输出电功率确定对应的5个
* *
最优转矩Tm和5个转速ω ，即得出5个最优转矩值和5个转速值。然后，根据得出的5个最优
*
转矩值和5个转速值进行曲线拟合，例如，将纵坐标设为最优转矩Tm ，将横坐标设为转速
* * *
ω ，基于最小二乘法对5个离散点进行曲线拟合以得出最优转矩Tm 和转速ω的关系图，即
得出最优转矩控制曲线，具体如图3中所示。这里，曲线拟合是指选择适当的曲线类型来拟
合观测数据，并用拟合的曲线方程分析两个变量之间的关系。如图3中所示，求取的最优转
矩控制曲线近乎直线，即曲线直线化，这里，曲线直线化是曲线拟合的重要手段之一，对于
非线性的数据可以通过简单的变量变换使之直线化，并用最小二乘法原理求出变换后变量
的直线方程，利用此直线方程可绘制数据的标准工作曲线，同时根据需要可将此直线方程
还原为曲线方程以实现对数据的曲线拟合。应理解，上述对于曲线拟合的方法的举例仅是
示例性举例，本发明可采用的曲线拟合的方法不限于此。

[0049] 根据本发明的实施例，根据求取的最优转矩控制曲线得出最优转矩控制曲线公式* *
为Tm ＝d1ω ‑d2，其中，d1和d2为拟合曲线的计算常量，这里，可通过Origin软件对得到的5
个离散点进行曲线拟合，根据离散点的分布情况，选择一阶线性拟合的方式，拟合得出最优
* *
转矩Tm和转速ω的关系图并计算出最优转矩控制曲线公式。例如，曲线拟合得出的计算常
* *
量d1＝0.08199，d2＝1.5791，则最优转矩控制曲线公式为Tm＝0.08199ω‑1.5791。应理解，
上述对于进行曲线拟合的软件和计算常量的举例仅是示例性举例，本发明可采用的进行曲
线拟合的软件和计算常量不限于此。最后，根据计算得出的最优转矩控制曲线公式来求取
当前风速下的风力发电机组的最优转矩，并根据求取的最优转矩来对风力发电机组进行控
制。

[0050] 根据本发明的实施例，将该用于风力发电机组的控制方法应用到实际的永磁同步发电机(PMSG)的转矩控制中，其工作原理如图4中所示。在图4中，通过转速传感器(例如，光
电编码器等)测量PMSG得到转速ω，根据最优转矩控制曲线公式计算得出风力发电机组需
*
要控制的转矩Tm ，根据零d轴转矩控制策略，计算出需要控制的风力发电机组q轴电流Iqs。
再利用双电流闭环控制PI控制器与电流互感器检测的实际三相电流信号转换的电流Ids与
* * * *
Iqs，求出电压控制量Ud 和Uq 。最后，通过转换器将电压控制量Ud 和Uq转换成SVPWM所需的
* * * *
控制电压Uα和Uβ，SVPWM控制器再将电压Uα和Uβ转换成变流器IGBT管(又叫绝缘栅双极型
晶体管)所需的控制信号，由此来实现永磁同步发电机PMSG的转矩控制。这里，SVPWM转换器
(Space Vector Pulse Width Modulation)是以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动
机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成PWM
波，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。IGBT管是由BJT(双极型三极管)和MOS
(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入
阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点，驱动功率小而饱和压降低，适合应用于直流电压为
600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

[0051] 根据本发明的实施例，将该方法与典型最优转矩控制法进行仿真对比，具体如图5中所示。在图5中，分别示出了风速曲线图、转速曲线图、风力发电机组的输出功率图和转矩
控制系统输出功率图，其中，图5(a)为6m/s～12m/s风速区间的风速曲线图，图5(b)、图5
(c)、图5(d)为两种转矩控制方法的对比图。在图5(b)中，典型最优转矩控制法把转速控制
在风力发电机组的最优叶尖速比附近，而改善后最优功率控制的转速明显比最优叶尖速比
情况的转速高，在同样风速的情况下，高转速能够减小风力发电机组的转矩以降低风力发
电机组的三相电流，从而降低风力发电机组的铜耗，以达到优化风力发电机组输出电功率
的目的。在图5(c)中，典型最优转矩控制下的风力发电机组的输出机械功率比改善后最优
功率控制下的输出机械功率多，但在图5(d)中，在最大功率点跟踪控制区间内，由于捕捉到
的风能浪费到了发电机的铜耗上，典型最优转矩控制的输出发电功率明显比改善后最优功
率控制的输出发电功率低。由此可见，用于风力发电机组的控制方法能紧跟风速变化调节
风力发电机组的转速，从而调节转矩控制系统的输出电功率，具有跟踪速率快、鲁棒性强等
优点，能够优化风电系统的电功率输出。

[0052] 图6是示出根据本发明的实施例的用于风力发电机组的控制装置的框图。

[0053] 如图6所示，用于风力发电机组的控制装置600可包括最优输出电功率计算模块601和控制模块602。根据本发明的实施例，用于风力发电机组的控制装置600可通过各种计
算装置(例如，计算机、服务器、工作站等)来实现。具体地，最优输出电功率计算模块601被
配置为计算不同风速段下的风力发电机组的最优输出电功率，其中，最优输出电功率为每
个风速段内不同风速点对应的不同转速下的风力发电机组的输出电功率的最大值，输出电
功率为风力发电机组的轴功与铜耗之差。控制模块602被配置为根据与计算的不同风速段
下的风力发电机组的最优输出电功率对应的最优转矩和转速来求取最优转矩控制曲线以
对风力发电机组进行控制。

[0054] 根据本发明的实施例，最优输出电功率计算模块601针对每个风速段，遍历其中所有风速点，并计算每个风速点和对应转速下的输出电功率，并将计算的输出电功率的最大
值作为该风速段的最优输出电功率。最优输出电功率计算模块601中包括多个针对不同风
速点和对应转速下的输出电功率计算子模块700，其中，输出电功率计算子模块700包括轴
功计算单元701、铜耗计算单元702和输出电功率计算单元703，具体如图7所所示。在图7中，
轴功计算单元701计算每个风速点和对应转速下的风能捕获系数，并基于风能捕获系数计
算得出每个风速点和对应转速下的轴功。铜耗计算单元702确定与轴功对应的转矩，并根据
确定的转矩来计算对应转矩下的铜耗。输出电功率计算单元703计算轴功与铜耗的差值，并
将计算的差值确定为该风速点和对应转速下的输出电功率。

[0055] 根据本发明的实施例，轴功计算单元701先计算出每个风速点和对应转速下的风能捕获系数，然后，在基于风能捕获系数计算每个风速点和对应转速下的轴功，其中，轴功
的计算公式如上文中公式(1)所示。铜耗计算单元702根据轴功计算单元701中计算的轴功
来求取与轴功对应的转矩，并根据求取的转矩计算出对应的风力发电机组的电流，并根据
风力发电机组的电流来确定在对应转矩下的铜耗，其中，转矩、电流和铜耗的具体求解可通
过上文中公式(2)、公式(3)和公式(4)计算得出。最后，输出电功率计算单元703将计算的轴
功与铜耗进行差值计算得出每个风速点和对应转速下的输出电功率。

[0056] 根据本发明的实施例，控制模块602根据最优输出电功率计算模块601得出的不同风速段下的风力发电机组的最优输出电功率确定出对应的最优转矩和转速，并对最优转矩
和转速进行曲线拟合以得出最优转矩控制曲线，根据与最优转矩控制曲线对应的最优转矩
控制曲线公式来计算与风力发电机组的当前转速所对应的最优转矩，以实现对风力发电机
组的控制。控制模块602仅在当前转速大于并网转速且小于风力发电机组的最大转速时，通
过最优转矩控制曲线公式来计算与风力发电机组的当前转速所对应的最优转矩。下面将参
照图8来详细说明控制模块602。

[0057] 图8是示出根据本发明的实施例的控制模块602的框图。

[0058] 如图8所示，控制模块602包括曲线拟合单元801、最优转矩控制曲线公式单元802和控制单元803。其中，曲线拟合单元801对最优转矩和转速进行曲线拟合以得出用于对风
力发电机组进行转矩控制的最优转矩控制曲线。最优转矩控制曲线公式单元802求取最优
转矩控制曲线对应的最优转矩控制曲线公式，并通过最优转矩控制曲线公式来计算与风力
发电机组的当前转速所对应的最优转矩。控制单元803根据与风力发电机组的当前转速对
应的最优转矩对风力发电机组进行控制。

[0059] 根据本发明的实施例的用于风力发电机组的控制方法及装置，该方法以风力发电机组的实际输出功率最大为目标，在各个风速段上进行转矩的线性控制，并考虑了在转矩
控制过程中风力发电机组的铜耗，使得风力发电机组的实际输出功率得到优化，从而提高
了发电功率。

[0060] 根据本发明的实施例的用于风力发电机组的控制方法可实现为计算机可读记录介质上的计算机可读代码，或者可通过传输介质被发送。计算机可读记录介质是可存储此
后可由计算机系统读取的数据的任意数据存储装置。计算机可读存储介质存储有计算机程
序，该计算机程序被处理器运行时，处理器执行图1所示的用于风力发电机组的控制方法。
计算机可读记录介质的示例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、光盘(CD)‑ROM、
数字多功能盘(DVD)、磁带、软盘、光学数据存储装置，但不限于此。传输介质可包括通过网
络或各种类型的通信通道发送的载波。计算机可读记录介质也可分布于连接网络的计算机
系统，从而计算机可读代码以分布方式被存储和执行。

[0061] 尽管已经参照本发明的特定示例性实施例显示和描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可进
行各种形式和细节上的各种改变。