CN114294155A - 风电机组有功功率控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种风电机组有功功率控制方法及装置。所述方法包括：针对特定风电机组，基于机组变桨距角控制和转子速度控制工作原理，建立变速变桨距的风电机组模型；基于桨距角控制与转子调速控制的集成机制，生成结合转子速度和桨距角调节的目标控制策略，以更好地保持调度有功功率；基于所述目标控制策略，设计所述风电机组模型的桨矩角补偿器和转子转速参考模型，以满足所述目标控制策略；对单个风电机组进行模拟，根据模拟数据计算功率指令和输出功率之间的均方根误差，评估不同风况下的调节性能，分析应用不同控制策略时机组的调节性能。可以有效地避免高频俯仰作用，显着降低了俯仰调节总量和平均速率，可以有效缓解俯仰伺服疲劳。

Description

风电机组有功功率控制方法及装置

技术领域

本公开属于风力发电技术领域，具体涉及一种风电机组有功功率控制方法及装置。

背景技术

随着现代电力***中风力发电渗透率的增加，由于风电的功率波动、弱惯性及其波动性，风能发电的大规模并网给调频增加了新的负担。传统上，风力发电机组的有功功率控制(APC)是通过桨距角控制(PAC)或转子速度控制(RSC)来实现的，它们分别表现出响应慢和调节范围窄。对于现有的RSC方法，当在高风速或低功率参考下转子速度达到上限速度时，它们实际上会变成桨距角控制来跟随有功功率命令，这也会导致频繁的桨距角操纵和桨距伺服***相当大的疲劳。目前，风电运营商尚未从控制策略角度有效解决上述问题。

发明内容

本公开旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种风电机组有功功率控制方法及装置。

本公开的一方面，提供一种风电机组有功功率控制方法，所述方法包括：

针对特定风电机组，基于机组变桨距角控制和转子速度控制工作原理，建立变速变桨距的风电机组模型；

基于桨距角控制与转子调速控制的集成机制，生成结合转子速度和桨距角调节的目标控制策略，以更好地保持调度有功功率；

基于所述目标控制策略，设计所述风电机组模型的桨矩角补偿器和转子转速参考模型，以满足所述目标控制策略；

对单个风电机组进行模拟，根据模拟数据计算功率指令和输出功率之间的均方根误差，评估不同风况下的调节性能，分析应用不同控制策略时机组的调节性能。

在一些实施方式中，所述基于机组变桨距角控制和转子速度控制工作原理，建立变速变桨距的风电机组模型，包括：

根据空气动力学理论，风电机组从风中提取的机械功率为：

式中，P_m为风机提取的机械功率，ρ为空气密度，A为叶片扫掠面积，V_W为风速，风机无法从风中提取所有可用能量，功率系数C_p(θ,λ)是风机收集的可用风能的一部分，θ是叶片的桨距角，λ是叶尖速比TSR，TSR计算式为：

式中，ω_r为涡轮的转子速度，r为转子半径；

功率系数C_p(θ,λ)由风机的空气动力学特性决定，其数学表示为：

在一些实施方式中，所述桨距角控制与转子调速控制的集成机制如下：

随着风速的变化，桨距角控制和转子调速控制交替调节，当风速在较宽的范围内变化时，激活桨距角控制以保持风力涡轮机在U_ω范围内运行，由风速微弱波动引起的气动功率和电力功率的差异，则通过转子速度的变化解决。

在一些实施方式中，设计的所述桨矩角补偿器的控制规则为：

其中，ω_opt(θ)为转子最优转速，ω_max(θ)为转子转速上限，P_base为基点信号，P_adj(θ)为风电机组机械输出功率，P_opt(θ)为机械输出功率，P_cmd为功率指令，P_e为发电机发电功率。

在一些实施方式中，设计的所述转子转速参考模型包括基础部分ω_adj和附加部分Δω，所述转子转速参考模型满足下述关系式：

其中，V_w为风速，ω_ref为改进后的转子转速参考值，λ_opt(θ)为最优叶尖速比。

在一些实施方式中，所述对单个风电机组进行模拟，根据模拟数据计算功率指令和输出功率之间的均方根误差，评估不同风况下的调节性能，分析应用不同控制策略时机组的调节性能，包括：

将所述目标控制策略实装于风电场，对单个风电机组进行模拟，获取参数优化后机组SCADA运行数据，利用数据计算机组的发电机转速、俯仰角和发电功率数据，进而对比分析控制策略优化前后的机组控制性能。

本公开的另一方面，提供一种风电机组有功功率控制装置，所述装置包括：

建立模块，用于针对特定风电机组，基于机组变桨距角控制和转子速度控制工作原理，建立变速变桨距的风电机组模型；

生成模块，用于基于桨距角控制与转子调速控制的集成机制，生成结合转子速度和桨距角调节的目标控制策略，以更好地保持调度有功功率；

设计模块，用于基于所述目标控制策略，设计所述风电机组模型的桨矩角补偿器和转子转速参考模型，以满足所述目标控制策略；

评估模块，用于对单个风电机组进行模拟，根据模拟数据计算功率指令和输出功率之间的均方根误差，评估不同风况下的调节性能，分析应用不同控制策略时机组的调节性能。

在一些实施方式中，所述建立模块，具体用于：

根据空气动力学理论，风电机组从风中提取的机械功率为：

式中，P_m为风机提取的机械功率，ρ为空气密度，A为叶片扫掠面积，V_W为风速，风机无法从风中提取所有可用能量，功率系数C_p(θ,λ)是风机收集的可用风能的一部分，θ是叶片的桨距角，λ是叶尖速比TSR，TSR计算式为：

式中，ω_r为涡轮的转子速度，r为转子半径；

功率系数C_p(θ,λ)由风机的空气动力学特性决定，其数学表示为：

在一些实施方式中，设计的所述桨矩角补偿器的控制规则为：

其中，ω_opt(θ)为转子最优转速，ω_max(θ)为转子转速上限，P_base为基点信号，P_adj(θ)为风电机组机械输出功率，P_opt(θ)为机械输出功率，P_cmd为功率指令，P_e为发电机发电功率。

在一些实施方式中，设计的所述转子转速参考模型包括基础部分ω_adj和附加部分Δω，所述转子转速参考模型满足下述关系式：

其中，V_w为风速，ω_ref为改进后的转子转速参考值，λ_opt(θ)为最优叶尖速比。

本公开的另一方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时能实现根据前文记载的所述的方法。

本公开的风电机组有功功率控制方法及装置，所设计的目标控制策略可以激活单向桨距调整从而将涡轮机保持在变速范围U_ω内。风轮的惯性响应始终可以在任何桨距角下使用，以平衡由湍流引起的轻微但频繁的功率差异，可以有效地避免高频俯仰作用。另外，仅针对大幅度和低频风速波动触发桨距调节，可以看出，显着降低了俯仰调节总量和平均速率，可以有效缓解俯仰伺服疲劳。

附图说明

图1为本公开一实施例的风电机组有功功率控制方法的流程图；

图2为本公开另一实施例的俯仰角补偿器示意图；

图3为本公开另一实施例的转子转速参考模型示意图；

图4为本公开另一实施例的协调有功功率控制策略的跟踪曲线；

图5为本公开另一实施例的风电机组有功功率控制装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本公开的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开作进一步详细描述。

在实践中，变速变桨距风力发电机组的有功功率控制(APC)策略一般为单独或依次激活桨距角控制(PAC)和转子速度控制(RSC)。

对于桨距角控制方法，由于功率输出仅通过桨距调节来控制，因此它们在整个风速区域内持续激活桨距调节。频繁的桨距激活不可避免地增加了桨距伺服疲劳和叶片应力，从而降低了风力发电机的使用寿命。

对于转子速度控制方法，桨距角和转子速度调节分别用于功率参考跟踪。具体而言，当风轮因风速增加或功率阶数降低而达到转速上限时，风轮无法储存更多的动能。

为了克服这些缺点，本公开提出了一种包括转子转速调节(RSC)和桨距角调节(PAC)同时激活并充分利用转子动能来吸收或释放额外机械能的新型APC策略。通过协调上述两种调节方式，所提出的控制策略可以充分利用风力发电机组在所有桨距位置的惯性响应来维持调度的有功功率。无论是俯仰动作的速率还是总量都显著降低，可以有效地保护俯仰舵机免受磨损。此外，还减轻了风力涡轮机的叶片载荷。

在本公开中，进行了数值模拟来验证所提出的策略和控制器。在风速恒定或变化、基点恒定或逐渐变化以及手动设置或实际调节信号的条件下，所提出的策略比传统的转子转速调节和桨距角调节策略表现出更好的性能。下文将对本公开进行详细说明。

本实施例的一方面，如图1所示，涉及一种风电机组有功功率控制方法S100，所述方法S100包括：

S110、针对特定风电机组，基于机组变桨距角控制和转子速度控制工作原理，建立变速变桨距的风电机组模型。

具体地，在本步骤中，在风力发电***中，电力输出功率来自风力涡轮机叶片从可用风能中提取的机械功率。因此，控制这种机械功率对于风力发电机组的有功功率控制至关重要。根据空气动力学理论，机组提取的机械功率计算为：

式中，P_m为风机提取的机械功率，ρ为空气密度，A为叶片扫掠面积，V_W为风速，风机无法从风中提取所有可用能量，功率系数C_p(θ,λ)是风机收集的可用风能的一部分，θ是叶片的桨距角，λ是叶尖速比TSR，TSR计算式为：

式中，ω_r为涡轮的转子速度，r为转子半径。

功率系数C_p(θ,λ)由风机的空气动力学特性决定，其数学表示为：

对于每个桨距角β，存在单个最优TSR，表示为

它产生最大功率系数

那么，风力涡轮机产生的气动扭矩可以由下式给出：

T_m＝P_m/ω_r。

S120、基于桨距角控制与转子调速控制的集成机制，生成结合转子速度和桨距角调节的目标控制策略，以更好地保持调度有功功率。

具体地，在本步骤中，所述桨距角控制与转子调速控制的集成机制如下：

随着风速的变化，桨距角控制和转子调速控制交替调节，当风速在较宽的范围内变化时，激活桨距角控制以保持风力涡轮机在U_ω范围内运行，由风速微弱波动引起的气动功率和电力功率的差异，则通过转子速度的变化解决。

这样，在任何桨距角下都充分利用了涡轮机的能量缓冲，可以有效缓解转子速度控制方法中由于速度限制控制而导致的频繁桨距动作。

在目标控制策略中，基点信号P_base被桨距角控制(PAC)跟踪以利用其更广泛的范围，这也导致转子速度控制(RSC)的转子速度调节范围更广。采用转子速度控制进一步跟踪功率指令P_cmd，响应速度快。但是，要使用桨距角控制跟踪基点信号P_base，需要估计桨距角调节引起的输出功率变化。在这项研究中，当采用PAC时，风力发电机组提取的机械功率随着桨距角的变化被视为输出功率。如果控制转子速度，使得TSR在桨距角变化后保持在最优叶尖速比λ_opt(θ)，则机械功率输出可表示为：

在目标控制策略中，利用桨距角控制机械功率输出P_opt(θ)以跟踪基点信号P_base。在这种控制模式下，对基点信号P_base的跟踪类似于对功率指令P_cmd的跟踪。如图4所示，在最优叶尖速比λ_opt(θ)处提取每个桨距角的最大机械功率，定义为桨距角控制的原始跟踪曲线。对于基点P_base，调节信号P_AGC＝0的风电机组工作点为H点，即原始跟踪曲线与风电机组获取的机械输出功率P_m＝P_base的交点，此时桨距角为θ₆，转子速度为转子最优转速ω_opt(θ₆)。转子速度控制的转子速度调节范围进一步跟踪转子最优转速ω_opt(θ₆)和转子转速上限ω_max之间的功率指令P_cmd。因此，提前开启桨距角控制以跟踪基点信号P_base会导致更好的调节性能，因为转子速度的调节范围更广，而这有助于转子速度控制的持续可用性。

为了确保转子速度始终大于转子最优转速ω_opt(θ₆)，只有在功率指令P_cmd小于基点信号P_base时才能激活转子速度控制。因此，当P_cmd<P_base时，这种控制模式在转子速度控制激活的情况下实现了更好的调节性能，而当P_cmd>P_base时，它产生了与传统桨距角控制相似的调节性能。为了进一步改进控制策略，当调节信号P_AGC＝0时，转子速度可以保持在ω_opt(θ₆)和ω_max的中值，而不是ω_opt(θ₆)，那么风机的机械输出功率为：

若控制风电机组机械输出功率P_adj(θ)跟踪基点信号P_base，则调节信号P_AGC＝0时的工作点为J点，即调整后的桨距角控制跟踪曲线与风电机组获取的机械输出功率P_m＝P_base的交点，其中桨距角为θ₅，转子转速为(ω_opt(θ₅)+ω_max)/2。在这种情况下，转子速度控制的转子速度调节范围在ω_opt(θ₅)和ω_max之间。尽管转子速度的调节范围比启动桨距角控制机械功率输出P_opt(θ)跟踪设定功率P_set时的稍小，但调节信号P_AGC＝0的工作点处的转子速度远离该范围的两个限制。因此，这种控制方式对P_cmd<P_base和P_cmd>P_base都有效，可以高效利用动惯性来吸收或释放能量。

S130、基于所述目标控制策略，设计所述风电机组模型的桨矩角补偿器和转子转速参考模型，以满足所述目标控制策略。

具体地，在本步骤中，为了在风电机组模型中应用目标控制策略，需要对桨距角补偿器和转子转速参考模型进行一定程度修改。

修正后的桨矩角补偿器如图2所示，其控制规则如下：

其中，ω_opt(θ)为转子最优转速，ω_max(θ)为转子转速上限，P_base为基点信号，P_adj(θ)为风电机组机械输出功率，P_opt(θ)为机械输出功率，P_cmd为功率指令，P_e为发电机发电功率。

修改后的转子速度参考模型如图3所示，其包括基础部分ω_adj和附加部分Δω，所述转子转速参考模型满足下述关系式：

其中，V_w为风速，ω_ref为改进后的转子转速参考值，λ_opt(θ)为最优叶尖速比。

更具体地，根据上述控制策略，从最优叶尖速比λ_opt(θ)-θ查找表中获得最优叶尖速比λ_opt(θ)和转子最优转速ω_opt(θ)。如果转子最优转速ω_opt(θ)和转子转速上限ω_max之间的转子转速ω_r和机械输出功率P_opt(θ)大于功率指令P_cmd，则桨距角补偿器中的比例积分(PI)控制器用于确保提取的机械功率等于P_base，而风机对调整后的曲线，如图4所示。如果转子最优转速ω_opt(θ)和转子转速上限ω_max之间的ω_r和机械输出功率P_opt(θ)小于功率指令P_cmd，则PI控制器的输入是P_opt(θ)和P_cmd之间的差值，以减小俯仰角提取足够的机械动力。当ω_r达到其极限时，转子速度控制已超出转子速度的调节范围，这意味着它应该被停用。在这种情况下，PI控制器用于确保发电机发电功率P_e＝P_cmd，它具有与传统桨距角控制相同的调节性能。

基础部分ω_adj由调整后的桨距角控制跟踪曲线给出。当转子速度等于ω_adj时，风电机组的工作点位于调整后的桨距角控制跟踪曲线上。当ω_opt(θ)<ω_r<ω_max时，额外的转子转速调节模块被激活以将额外部分Δω添加到ω_adj，从而通过改变提取的风能和利用动惯量来实现准确和及时的功率命令跟踪。当改进后的转子转速参考值ω_ref达到其限制时，附加转子转速调节模块将通过阻塞PI控制器的方式停用。

S140、对单个风电机组进行模拟，根据模拟数据计算功率指令和输出功率之间的均方根误差，评估不同风况下的调节性能，分析应用不同控制策略时机组的调节性能。

具体地，在本步骤中，将所述目标控制策略实装于风电场，对单个风电机组进行模拟，获取参数优化后机组SCADA运行数据，利用数据计算机组的发电机转速、俯仰角和发电功率数据，进而对比分析控制策略优化前后的机组控制性能。

本实施例的风电机组有功功率控制方法，所设计的目标控制策略可以激活单向桨距调整从而将涡轮机保持在变速范围U_ω内。风轮的惯性响应始终可以在任何桨距角下使用，以平衡由湍流引起的轻微但频繁的功率差异，可以有效地避免高频俯仰作用。另外，本实施例的控制方法，仅针对大幅度和低频风速波动触发桨距调节，可以看出，显着降低了俯仰调节总量和平均速率，可以有效缓解俯仰伺服疲劳。

下文将以一具体示例进行说明：

选取上海沿海地区某半岛风电场为研究对象，该风电场安装30台WD77-1500S型机组，单机容量1.5MW，根据风电场可研报告的统计结果，场区风速主要集中在4～12m/s风速段。

根据风电机组运行数据分析可得，当转子速度达到ω_lim.u时，两种控制策略的桨距调节是不同的。对于转子转速控制方法，桨距调节的目的是将转子速度控制在ω_lim.u，这导致机组无法利用风轮在非零桨距角下的能量缓冲。因此，风速的湍流分量不可避免地导致高频俯仰作用。相比之下，所提出的目标控制策略激活单向桨距调整从而将涡轮机保持在变速范围U_ω内。风轮的惯性响应始终可以在任何桨距角下使用，以平衡由湍流引起的轻微但频繁的功率差异。可以有效地避免上述高频俯仰作用。

此外，由于风廓线具有较高的v(11.0m/s)，因此在转子转速控制方法下，桨距角调节起主导作用而非变速调节。因此机组的风轮不能用于缓冲动能，必须不断调节桨距角以实现风力发电机组的实时功率平衡。相比之下，当应用本公开的目标控制策略时，仅针对大幅度和低频风速波动触发桨距调节。可以看出，显着降低了俯仰调节总量和平均速率，可以有效缓解俯仰伺服疲劳。

本公开的另一方面，如图5所示，提供一种风电机组有功功率控制装置100，该装置100可以适用于前文记载的方法，具体可以参考前文相关记载，在此不作赘述。所述装置100包括：

建立模块110，用于针对特定风电机组，基于机组变桨距角控制和转子速度控制工作原理，建立变速变桨距的风电机组模型。

生成模块120，用于基于桨距角控制与转子调速控制的集成机制，生成结合转子速度和桨距角调节的目标控制策略，以更好地保持调度有功功率。

设计模块130，用于基于所述目标控制策略，设计所述风电机组模型的桨矩角补偿器和转子转速参考模型，以满足所述目标控制策略。

评估模块140，用于对单个风电机组进行模拟，根据模拟数据计算功率指令和输出功率之间的均方根误差，评估不同风况下的调节性能，分析应用不同控制策略时机组的调节性能。

本实施例的风电机组有功功率控制装置，所设计的目标控制策略可以激活单向桨距调整从而将涡轮机保持在变速范围U_ω内。风轮的惯性响应始终可以在任何桨距角下使用，以平衡由湍流引起的轻微但频繁的功率差异，可以有效地避免高频俯仰作用。另外，本实施例的控制装置，仅针对大幅度和低频风速波动触发桨距调节，可以看出，显着降低了俯仰调节总量和平均速率，可以有效缓解俯仰伺服疲劳。

在一些实施方式中，所述建立模块110，具体用于：

根据空气动力学理论，风电机组从风中提取的机械功率为：

式中，P_m为风机提取的机械功率，ρ为空气密度，A为叶片扫掠面积，V_W为风速，风机无法从风中提取所有可用能量，功率系数C_p(θ,λ)是风机收集的可用风能的一部分，θ是叶片的桨距角，λ是叶尖速比TSR，TSR计算式为：

式中，ω_r为涡轮的转子速度，r为转子半径；

功率系数C_p(θ,λ)由风机的空气动力学特性决定，其数学表示为：

在一些实施方式中，设计的所述桨矩角补偿器的控制规则为：

其中，ω_opt(θ)为转子最优转速，ω_max(θ)为转子转速上限，P_base为基点信号，P_adj(θ)为风电机组机械输出功率，P_opt(θ)为机械输出功率，P_cmd为功率指令，P_e为发电机发电功率。

在一些实施方式中，设计的所述转子转速参考模型包括基础部分ω_adj和附加部分Δω，所述转子转速参考模型满足下述关系式：

其中，V_w为风速，ω_ref为改进后的转子转速参考值，λ_opt(θ)为最优叶尖速比。

本公开的另一方面，提供一种电子设备，包括：

一个或多个处理器；

存储单元，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，能使得所述一个或多个处理器实现根据前文记载的所述的方法。

本公开的另一方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时能实现根据前文记载的所述的方法。

其中，计算机可读介质可以是本公开的装置、设备、***中所包含的，也可以是单独存在。

其中，计算机可读存储介质可是任何包含或存储程序的有形介质，其可以是电、磁、光、电磁、红外线、半导体的***、装置、设备，更具体的例子包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、光纤、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件，或它们任意合适的组合。

其中，计算机可读存储介质也可包括在基带中或作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码，其具体的例子包括但不限于电磁信号、光信号，或它们任意合适的组合。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本公开的原理而采用的示例性实施方式，然而本公开并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本公开的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本公开的保护范围。

Claims (10)

1.一种风电机组有功功率控制方法，其特征在于，所述方法包括：

针对特定风电机组，基于机组变桨距角控制和转子速度控制工作原理，建立变速变桨距的风电机组模型；

基于桨距角控制与转子调速控制的集成机制，生成结合转子速度和桨距角调节的目标控制策略，以更好地保持调度有功功率；

基于所述目标控制策略，设计所述风电机组模型的桨矩角补偿器和转子转速参考模型，以满足所述目标控制策略；

对单个风电机组进行模拟，根据模拟数据计算功率指令和输出功率之间的均方根误差，评估不同风况下的调节性能，分析应用不同控制策略时机组的调节性能。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于机组变桨距角控制和转子速度控制工作原理，建立变速变桨距的风电机组模型，包括：

根据空气动力学理论，风电机组从风中提取的机械功率为：

式中，P_m为风机提取的机械功率，ρ为空气密度，A为叶片扫掠面积，V_W为风速，风机无法从风中提取所有可用能量，功率系数C_p(θ,λ)是风机收集的可用风能的一部分，θ是叶片的桨距角，λ是叶尖速比TSR，TSR计算式为：

式中，ω_r为涡轮的转子速度，r为转子半径；

功率系数C_p(θ,λ)由风机的空气动力学特性决定，其数学表示为：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述桨距角控制与转子调速控制的集成机制如下：

随着风速的变化，桨距角控制和转子调速控制交替调节，当风速在较宽的范围内变化时，激活桨距角控制以保持风力涡轮机在U_ω范围内运行，由风速微弱波动引起的气动功率和电力功率的差异，则通过转子速度的变化解决。

4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，设计的所述桨矩角补偿器的控制规则为：

其中，ω_opt(θ)为转子最优转速，ω_max(θ)为转子转速上限，P_base为基点信号，P_adj(θ)为风电机组机械输出功率，P_opt(θ)为机械输出功率，P_cmd为功率指令，P_e为发电机发电功率。

5.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，设计的所述转子转速参考模型包括基础部分ω_adj和附加部分Δω，所述转子转速参考模型满足下述关系式：

其中，V_w为风速，ω_ref为改进后的转子转速参考值，λ_opt(θ)为最优叶尖速比。

6.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述对单个风电机组进行模拟，根据模拟数据计算功率指令和输出功率之间的均方根误差，评估不同风况下的调节性能，分析应用不同控制策略时机组的调节性能，包括：

将所述目标控制策略实装于风电场，对单个风电机组进行模拟，获取参数优化后机组SCADA运行数据，利用数据计算机组的发电机转速、俯仰角和发电功率数据，进而对比分析控制策略优化前后的机组控制性能。

7.一种风电机组有功功率控制装置，其特征在于，所述装置包括：

建立模块，用于针对特定风电机组，基于机组变桨距角控制和转子速度控制工作原理，建立变速变桨距的风电机组模型；

生成模块，用于基于桨距角控制与转子调速控制的集成机制，生成结合转子速度和桨距角调节的目标控制策略，以更好地保持调度有功功率；

设计模块，用于基于所述目标控制策略，设计所述风电机组模型的桨矩角补偿器和转子转速参考模型，以满足所述目标控制策略；

评估模块，用于对单个风电机组进行模拟，根据模拟数据计算功率指令和输出功率之间的均方根误差，评估不同风况下的调节性能，分析应用不同控制策略时机组的调节性能。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述建立模块，具体用于：

根据空气动力学理论，风电机组从风中提取的机械功率为：

式中，P_m为风机提取的机械功率，ρ为空气密度，A为叶片扫掠面积，V_W为风速，风机无法从风中提取所有可用能量，功率系数C_p(θ,λ)是风机收集的可用风能的一部分，θ是叶片的桨距角，λ是叶尖速比TSR，TSR计算式为：

式中，ω_r为涡轮的转子速度，r为转子半径；

功率系数C_p(θ,λ)由风机的空气动力学特性决定，其数学表示为：

9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，设计的所述桨矩角补偿器的控制规则为：

其中，ω_opt(θ)为转子最优转速，ω_max(θ)为转子转速上限，P_base为基点信号，P_adj(θ)为风电机组机械输出功率，P_opt(θ)为机械输出功率，P_cmd为功率指令，P_e为发电机发电功率。

10.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，设计的所述转子转速参考模型包括基础部分ω_adj和附加部分Δω，所述转子转速参考模型满足下述关系式：

其中，V_w为风速，ω_ref为改进后的转子转速参考值，λ_opt(θ)为最优叶尖速比。

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