CN104712498B - 风力发电机组的控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种风力发电机组的控制系统及方法。该控制系统包括：状态监控模块用于监测风力发电机组的状态参数；更新请求发送模块用于如果状态监控模块监测到的状态参数超过预设的参数阈值，则向风电场的控制中心发送包括状态参数的控制参数更新请求；控制参数接收模块用于响应于更新请求发送模块发送的控制参数更新请求，接收更新的控制参数；运行控制模块用于根据控制参数接收模块接收的控制参数更新风力发电机组的控制参数。本发明通过监测风力发电机组的状态参数，根据接收的更新的控制参数以自动的更新风力发电机组的控制参数，并且根据状态参数以及预定的控制参数优化规则获取优化的控制参数。

Description

风力发电机组的控制系统及方法
技术领域
本发明涉及控制领域，尤其涉及一种风力发电机组的控制系统及方法。
背景技术
风电场通常包括多台风力发电机组，风电场建成后需要对各台风力发电机组进行运行调试。风力发电机组在运行一个阶段后，可能出现对机组控制软件或控制参数批量升级的问题，需要风机工程师对各台机组进行升级。
一个风电场中的各台风力发电机组，通常配备相同或相似的叶片、塔架、发电机、控制器等部件；同时，各台机组所处的风场环境、基础位置、机组本身装配情况又各有不同。风电场中的各台机组既有共性，又有“个性”。目前在现有技术中对风力发电机组的控制参数的升级/优化没有考虑到在风电场中各个风力发电机组的个性差异，因而不能够针对各个风力发电机组进行个性化的控制参数优化。
发明内容
本发明的实施例提供一种风力发电机组的控制系统及方法，以针对风力发电机组的个性化配置更新其控制参数，优化控制参数设置。
根据本发明的一方面，提供一种风力发电机组的控制系统，所述系统包括：状态监控模块，用于监测风力发电机组的状态参数；更新请求发送模块，用于如果所述状态监控模块监测到的状态参数超过预设的参数阈值，则向风电场的控制中心发送包括所述状态参数的控制参数更新请求；控制参数接收模块，用于从风电场的控制中心接收更新的控制参数；运行控制模块，用于根据所述控制参数接收模块接收的控制参数更新所述风力发电机组的控制参数。
根据本发明的另一方面，提供一种风力发电机组的控制系统，所述系统包括：更新请求接收模块，用于从风力发电机组接收包括其状态参数的控制参数更新请求；控制参数计算模块，用于根据所述控制参数更新请求中的状态参数以及预定的控制参数优化规则获取控制参数；控制参数发送模块，用于将所述控制参数发送给所述风力发电机组。
根据本发明的一方面，提供一种风力发电机组的控制方法，所述方法包括：监测风力发电机组的状态参数；如果所述状态参数超过预设的参数阈值，则向风电场的控制中心发送包括所述状态参数的控制参数更新请求，接收更新的控制参数，并且根据所述更新的控制参数更新所述风力发电机组的控制参数。
根据本发明的另一方面，提供一种风力发电机组的控制方法，所述方法包括：从风力发电机组接收包括其状态参数的控制参数更新请求；根据所述控制参数更新请求中的状态参数以及预定的控制参数优化规则获取控制参数；将所述控制参数发送给所述风力发电机组。
本发明实施例提供的风力发电机组的控制系统及方法，通过监测风力发电机组的状态参数，如果所述状态参数超过预设的参数阈值，则向风电场的控制中心发送包括所述状态参数的控制参数更新请求，根据接收的根据风力发电机组的个性化配置更新的控制参数来更新风力发电机组的控制参数，实现了风力发电机组的个性化控制参数更新/优化。
附图说明
图1是本发明实施例提供的风力发电机组的控制系统的逻辑框图；
图2是本发明另一实施例提供的风力发电机组的控制系统的逻辑框图；
图3是本发明实施例提供的风力发电机组的控制方法的流程图；
图4是本发明另一实施例提供的风力发电机组的控制方法的流程图。
具体实施方式
本发明的总体发明构思是，监测风力发电机组的状态参数，如果所述状态参数超过预设的参数阈值，则向风电场的控制中心发送包括所述状态参数的控制参数更新请求，风电场的控制中心根据接收的所述状态参数计算更新的控制参数并发送给所述风力发电机组，风力发电机组根据接收的更新的控制参数以自动的更新风力发电机组的控制参数，并且从而对风力发电机组的控制参数进行个性化的更新/优化。
下面结合附图对本发明实施例提供的一种风力发电机组的控制系统及方法进行详细描述。
图1是本发明实施例提供的风力发电机组的控制系统的逻辑框图。
参照图1，风力发电机组的控制系统包括状态监控模块110、更新请求发送模块120、控制参数接收模块130和运行控制模块140。
状态监控模块110用于监测风力发电机组的状态参数。
更新请求发送模块120用于如果状态监控模块110监测到的状态参数超过预设的参数阈值，则向风电场的控制中心发送包括所述状态参数的控制参数更新请求。
可预先在所述控制系统中设置所述预设的参数阈值。此外，还可以在风力发电机组在运行过程中在线更新所述参数阈值。例如，可从风电场的控制中心接收更新的参数阈值。例如，但不限于，1.3kg/m3、1.1kg/m3和0.9kg/m3是空气密度的阈值，5摄氏度\-15摄氏度是变桨系统启动温度的阈值，0.09g为机舱加速度的阈值。如果监测的状态参数超过参数阈值，则更新请求发送模块120向风电场的控制中心发送包括所述状态参数的控制参数更新请求。
根据本发明的示例性实施例，所述状态参数包括所述风力发电机组的环境状态参数和所述风力发电机组的运行状态参数中的至少一种。
这里，所述状态参数可包括风力发电机组的环境状态参数、风力发电机组的运行状态参数以及风力发电机组的环境状态参数和风力发电机组的运行状态参数三种，其中，风力发电机组的环境状态参数可包括风速参数、风向参数、气压参数、温度参数和湍流度参数等，风力发电机组的运行状态参数可包括风力发电机组的功率参数、振动参数、载荷参数、叶片参数和塔架频率参数等。
控制参数接收模块130用于从风电场的控制中心接收更新的控制参数。
运行控制模块140用于根据所述控制参数接收模块130接收的控制参数更新所述风力发电机组的控制参数。
根据本发明的示例性实施例，运行控制模块140用于根据所述风力发电机组当前的运行状态确定是否更新所述风力发电机组的控制参数。如果确定更新所述风力发电机组的控制参数，则运行控制模块140根据所述控制参数接收模块130接收的初始的控制参数或更新的控制参数更新所述风力发电机组的控制参数；如果确定不更新所述风力发电机组的控制参数，或者距离前次更新控制参数的时间不超过预定的时间长度，则运行控制模块140不更新所述风力发电机组的控制参数。由于天气变化或其它因素的影响，使状态参数在外界因素的影响下发生频繁变化，从而频繁发送控制参数更新请求，导致控制参数的更新次数增多。通过前述对控制参数的更新次数进行限制(例如，每两次更新控制参数的间隔不得低于100小时)，可避免频繁更新控制参数。
具体地，如果所述风力发电机组当前处于空转状态或停机状态，则运行控制模块140确定更新所述风力发电机组的控制参数；如果所述风力发电机组当前处于运行发电状态或故障状态，则运行控制模块140确定不更新所述风力发电机组的控制参数。
以上对风力发电机组的控制参数进行更新，适用于风电场的所有风力发电机组的控制参数或风电场的单台风力发电机组的控制参数需要进行更新的情形。
本发明实施例提供的风力发电机组的控制系统监测风力发电机组的状态参数，如果所述状态参数超过预设的参数阈值，则向风电场的控制中心发送包括所述状态参数的控制参数更新请求，并根据接收的根据风力发电机组的个性化配置而更新的控制参数，以实现风力发电机组的控制参数的个性化更新/优化。
此外，根据本发明的可选实施例，控制参数接收模块130可还用于从风电场的控制中心接收初始的控制参数。运行控制模块140可还用于根据所述控制参数接收模块130接收的初始的控制参数更新所述风力发电机组的控制参数。通过从风电场的控制中心接收并设置初始的控制参数，可从远程自动地对风力发电机组的控制参数进行初始化，进一步地便于对风力发电机组进行参数设置和控制。
图2是本发明另一实施例提供的风力发电机组的控制系统的逻辑框图。
参照图2，风力发电机组的控制系统包括更新请求接收模块210、控制参数计算模块220和控制参数发送模块230。
更新请求接收模块210用于从风力发电机组接收包括其状态参数的控制参数更新请求。
控制参数计算模块220用于根据所述控制参数更新请求中的状态参数以及预定的控制参数优化规则获取控制参数。
这里，控制参数计算模块220可以设置在风电场的控制中心，也可以单独运行在单台的风力发电机组上。
根据本发明的示例性实施例，所述预定的控制参数优化规则包括以下状态参数和控制参数之间的关系中的至少一个：
所述状态参数与所述控制参数的函数关系，
所述状态参数与所述控制参数的查表关系，
所述状态参数与所述控制参数的布尔关系。
这里，状态参数和控制参数之间存在着对应的关系，可以是例如，但不限于，气温降低导致空气密度降低，控制参数计算模块220会根据对应的关系发送降低最优转矩的控制请求；湍流度升高，控制参数计算模块220会根据对应的关系发送降低运行转速的控制请求。
以下将具体说明状态参数与控制参数的对应关系。如果对应关系是函数关系，则根据状态参数通过函数表达式获取控制参数。例如，但不限于，对于直驱风力发电机组，空气密度ρ和最优转矩增益Kopt的函数表达式由公式(1)可知：
(1)Kopt＝πρR5Cp/2λ3
其中，R为风力发电机组的风轮半径，Cp为最优风能利用系数，λ为达到最优风能利用系数的叶尖速比。
如果对应关系是查表关系，则根据状态参数通过查表法获取控制参数。以“变桨调节的环境温度和变桨系统启动前的变桨轴承微动次数”为例：
表一
参照表一，变桨调节的环境温度在-15摄氏度以下时，将变桨系统启动前驱动变桨轴承微动次数设置为n1；变桨调节的环境温度-15<T≤5摄氏度之间时，将变桨系统启动前驱动变桨轴承微动次数设置为n2；变桨调节的环境温度在5摄氏度以上时，将变桨系统启动前驱动变桨轴承微动次数设置为n3，其中，n1>n2>n3。通过设置在不同的温度范围变桨轴承的微动次数对应不同的值，例如，当环境温度在-15摄氏度以下时，使变桨系统在启动前驱动变桨轴承微动更多次数，而环境温度在-5摄氏度或以上时，变桨系统在启动前不需驱动变桨轴承进行微动(即所述微动次数N为零)，可达到既能防止变桨轴承卡住，又可降低变桨轴承的微动磨损的效果。
以“根据时间设置的风力发电机组的功率因数”为例：
时间(日期) 功率因数
2月～10月 0.97
11月、12月和1月 0.95
表二
参照表二，可将2月～10月的机组功率因数设置为0.97，将11月、12月、1月三个月机组功率因数设置为0.95。
如果对应关系是布尔关系，则根据状态参数通过布尔运算获取控制参数。例如当状态参数为风速参数和机舱加速度参数，如果风速参数低于某特定值且机舱加速度参数高于某特定值，并且在单位时间内的累积次数大于N时，则提前启动变桨控制，否则不提前启动变桨控制。
这里，需要说明，所述控制参数优化规则不必须是固定不变的。可将前述的控制参数优化规则存储在优化规则库中。风力发电机组的设计/测试人员在对风力发电机组进行测试、仿真、实验等过程中取得的优化结果/优化经验，对所述控制参数优化规则进行扩充、更新，例如在线更新。这样，不需要更新风力发电机组的控制程序，因而不会影响风力发电机组的正常运行。
控制参数发送模块230用于将所述控制参数发送给所述风力发电机组。
根据本发明的示例性实施例，为了对机型配置或部署环境接近的风力发电机组进行统一管理，所述系统还包括：分组管理模块(未示出)，用于根据机型配置和/或部署环境将风电场中的风力发电机组分为多个分组，并且存储各个分组的初始控制参数；此外，所述控制参数发送模块还用于将各个分组的初始控制参数发送给所述分组中的风力发电机组。
具体地，由于风力发电场内不同配置的风力发电机组对应的初始控制参数不同，例如，配置了不同高度的塔架和不同厂家的叶片，如果机组的叶片和塔架的配置不同，则机组的最小转速和运行时的屏蔽转速会有所不同，以及不同的部署环境下风力发电机组对应的初始控制参数也不同，例如，有些风力发电机组处于平地，有些风力发电机组处于山谷、山脊或山顶，地形差异很大时，风力发电机组的偏航控制的补偿角度会有较大的差异，比如地势平坦时，偏航补偿角是0度，而处于山顶的偏航补偿角度可能达到15度。因此，需要根据机型配置和/或部署环境将风电场中的风力发电机组分为多个分组，并且存储各个分组的初始控制参数。例如，01#～20#机组的塔架高度是80m；21#～33#机组的塔架高度是90m，则01#～20#初始最低转速8.0rpm,最低转速优化范围8.0～8.5rpm；21#～33#初始最低转速7.5rpm，最低转速优化范围7.5rpm～8.0rpm。
根据本发明的示例性实施例，所述系统还包括：控制参数验证单元(未示出)，用于对所述控制参数计算模块获取的控制参数进行验证，从而通过所述控制参数验证单元对计算的控制参数进行验证来确保计算的控制参数具有合理性和/或稳定性。
具体地，根据本发明的示例性实施例，所述控制参数验证单元(未示出)可用于通过预先建立的参数传递函数对所述控制参数计算模块获取的控制参数进行稳定性验证，其中，所述参数传递函数可通过将包括控制参数的风力发电机组模型转换为传递函数预先获得。可通过例如MatLab和/或GHBladed等软件来生成所述风力发电机组模型，再将所述风力发电机组模型转换为控制参数的传递函数。如果所述控制参数处于稳定状态，则对所述控制参数的验证成功，控制参数发送模块230将所述控制参数发送给所述风力发电机组；如果所述控制参数处于不稳定状态，则对所述控制参数的验证失败，控制参数发送模块230不发送所述控制参数。
这里，如果风力发电机组的配置不同，则控制参数验证单元(未示出)对控制参数进行验证时，需要配置相应的线性的风力发电机组模型。例如，01#～20#机组对应的是配置80m塔架的线性的风力发电机组模型，而21#～33#机组对应的是配置90m塔架的线性的风力发电机组模型。
需要说明的是，这里所述的控制参数验证单元不限于通过前述生成的线性的风力发电机组模型来对控制参数计算模块获取的控制参数进行验证，还可根据设计的需要使用其他的规则或模型对控制参数计算模块获取的控制参数进行验证。
本发明实施例提供的风力发电机组的控制系统，根据状态参数以及预定的控制参数优化规则获取优化的控制参数。
图3是本发明实施例提供的风力发电机组的控制方法的流程图。
参照图3，在步骤S301，监测风力发电机组的状态参数。
在步骤S302，判断所述状态参数是否超过预设的参数阈值，如果所述状态参数超过预设的参数阈值，则执行步骤S303；如果所述状态参数没有超过预设的参数阈值，则结束所述控制方法的处理或返回步骤S301。
在步骤S303，向风电场的控制中心发送包括所述状态参数的控制参数更新请求。
在步骤S304，接收更新的控制参数。在步骤S305，根据所述更新的控制参数更新所述风力发电机组的控制参数。
根据本发明的示例性实施例，所述状态参数包括所述风力发电机组的环境状态参数和所述风力发电机组的运行状态参数中的至少一种。
根据本发明的示例性实施例，所述方法还包括：接收初始的控制参数，并且根据初始的控制参数更新所述风力发电机组的控制参数。
根据本发明的示例性实施例，所述根据所述更新的控制参数更新所述风力发电机组的控制参数的处理包括：根据所述风力发电机组当前的运行状态确定是否更新所述风力发电机组的控制参数，并且如果确定更新所述风力发电机组的控制参数，则根据初始的控制参数或更新的控制参数更新所述风力发电机组的控制参数。
根据本发明的示例性实施例，所述根据所述风力发电机组当前的运行状态确定是否更新所述风力发电机组的控制参数的处理还包括：如果确定不更新所述风力发电机组的控制参数，或者距离前次更新控制参数的时间不超过预定的时间长度，则不更新所述风力发电机组的控制参数。
根据本发明的示例性实施例，所述根据所述风力发电机组当前的运行状态确定是否更新所述风力发电机组的控制参数的处理包括：如果所述风力发电机组当前处于空转状态或停机状态，则确定更新所述风力发电机组的控制参数。
根据本发明的示例性实施例，所述根据所述风力发电机组当前的运行状态确定是否更新所述风力发电机组的控制参数的处理还包括：如果所述风力发电机组当前处于运行发电状态或故障状态，则确定不更新所述风力发电机组的控制参数。
本发明实施例提供的风力发电机组的控制方法，通过监测风力发电机组的状态参数，如果所述状态参数超过预设的参数阈值，则向风电场的控制中心发送包括所述状态参数的控制参数更新请求，并根据接收的更新的控制参数以自动的更新风力发电机组的控制参数。
图4是本发明另一实施例提供的风力发电机组的控制方法的流程图。
参照图4，在步骤S401，从风力发电机组接收包括其状态参数的控制参数更新请求。
在步骤S402，根据所述控制参数更新请求中的状态参数以及预定的控制参数优化规则获取控制参数。
在步骤S403，将所述控制参数发送给所述风力发电机组。
根据本发明的示例性实施例，所述预定的控制参数优化规则包括以下状态参数和控制参数之间的关系中的至少一个：所述状态参数与所述控制参数的函数关系、所述状态参数与所述控制参数的查表关系和所述状态参数与所述控制参数的布尔关系。
根据本发明的示例性实施例，所述方法还包括：对所述控制参数进行验证。
根据本发明的示例性实施例，所述方法还包括：根据机型配置和/或部署环境将风电场中的风力发电机组分为多个分组，并且存储各个分组的初始控制参数。
根据本发明的示例性实施例，所述方法还包括：将各个分组的初始控制参数发送给所述分组中的风力发电机组。
根据本发明的示例性实施例，所述对所述控制参数进行验证包括：用于通过预先建立的参数传递函数对所述控制参数进行稳定性验证，其中，所述参数传递函数通过将包括控制参数的风力发电机组模型转换为传递函数获得。如果所述控制参数处于稳定状态，则发送验证通过的响应信息；如果所述控制参数处于不稳定状态，则发送验证未通过的响应信息。
本发明实施例提供的风力发电机组的控制方法，根据状态参数以及预定的控制参数优化规则获取优化的控制参数。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (18)

1.一种风力发电机组的控制系统，其特征在于，所述系统包括：
状态监控模块，用于监测风力发电机组的状态参数；
更新请求发送模块，用于如果所述状态监控模块监测到的状态参数超过预设的参数阈值，则向风电场的控制中心发送包括所述状态参数的控制参数更新请求；
控制参数接收模块，用于从风电场的控制中心接收更新的控制参数；
运行控制模块，用于根据所述风力发电机组当前的运行状态确定是否更新所述风力发电机组的控制参数，并且如果确定更新所述风力发电机组的控制参数，根据所述控制参数接收模块接收的控制参数更新所述风力发电机组的控制参数。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述状态参数包括所述风力发电机组的环境状态参数和所述风力发电机组的运行状态参数中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述运行控制模块根据所述控制参数接收模块接收的控制参数更新所述风力发电机组的控制参数包括：
所述控制参数接收模块从风电场的控制中心接收初始的控制参数，并且所述运行控制模块还用于根据所述控制参数接收模块接收的初始的控制参数更新所述风力发电机组的控制参数。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述运行控制模块还用于如果确定不更新所述风力发电机组的控制参数，或者距离前次更新控制参数的时间不超过预定的时间长度，则不更新所述风力发电机组的控制参数。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其特征在于，所述运行控制模块用于，如果所述风力发电机组当前处于空转状态或停机状态，则确定更新所述风力发电机组的控制参数，并且如果所述风力发电机组当前处于运行发电状态或故障状态，则确定不更新所述风力发电机组的控制参数。
6.一种风力发电机组的控制系统，其特征在于，所述系统包括：
更新请求接收模块，用于从风力发电机组接收包括其状态参数的控制参数更新请求；
控制参数计算模块，用于根据所述控制参数更新请求中的状态参数以及预定的控制参数优化规则获取控制参数；
控制参数发送模块，用于将所述控制参数发送给所述风力发电机组。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述预定的控制参数优化规则包括以下状态参数和控制参数之间的关系中的至少一个：
所述状态参数与所述控制参数的函数关系，
所述状态参数与所述控制参数的查表关系，
所述状态参数与所述控制参数的布尔关系。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
控制参数验证单元，用于对所述控制参数计算模块获取的控制参数进行验证。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
分组管理模块，用于根据机型配置和/或部署环境将风电场中的风力发电机组分为多个分组，并且存储各个分组的初始控制参数。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述控制参数发送模块还用于将各个分组的初始控制参数发送给所述分组中的风力发电机组。
11.一种风力发电机组的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
监测风力发电机组的状态参数；
如果所述状态参数超过预设的参数阈值，则向风电场的控制中心发送包括所述状态参数的控制参数更新请求，接收更新的控制参数，并且根据所述风力发电机组当前的运行状态确定是否更新所述风力发电机组的控制参数，如果确定更新所述风力发电机组的控制参数，根据所述更新的控制参数更新所述风力发电机组的控制参数。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：从风电场的控制中心接收初始的控制参数，并且根据初始的控制参数更新所述风力发电机组的控制参数。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述根据所述风力发电机组当前的运行状态确定是否更新所述风力发电机组的控制参数的处理还包括：
如果确定不更新所述风力发电机组的控制参数，或者距离前次更新控制参数的时间不超过预定的时间长度，则不更新所述风力发电机组的控制参数。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述风力发电机组当前的运行状态确定是否更新所述风力发电机组的控制参数的处理包括：
如果所述风力发电机组当前处于空转状态或停机状态，则确定更新所述风力发电机组的控制参数，
如果所述风力发电机组当前处于运行发电状态或故障状态，则确定不更新所述风力发电机组的控制参数。
15.一种风力发电机组的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
从风力发电机组接收包括其状态参数的控制参数更新请求；
根据所述控制参数更新请求中的状态参数以及预定的控制参数优化规则获取控制参数；
将所述控制参数发送给所述风力发电机组。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述预定的控制参数优化规则包括以下状态参数和控制参数之间的关系中的至少一个：
所述状态参数与所述控制参数的函数关系，
所述状态参数与所述控制参数的查表关系，
所述状态参数与所述控制参数的布尔关系。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
对所述控制参数进行验证。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据机型配置和/或部署环境将风电场中的风力发电机组分为多个分组，并且存储各个分组的初始控制参数，
将各个分组的初始控制参数发送给所述分组中的风力发电机组。
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