CN106704100B - 风力发电机组、风力发电机组功率控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风力发电机组、风力发电机组功率控制方法及装置。该方法包括：比较当前运行环境温度与预设环境温度范围；判断风力发电机组是否处于正常工作状态；当当前运行环境温度大于预设环境温度范围中的额定最大值，小于预设环境温度范围中的实际需求最大值且风力发电机组处于正常工作状态时，则根据预设的高温降容控制表中当前运行环境温度对应的输出功率对风力发电机组进行降容控制；当当前运行环境温度小于预设环境温度范围中的具有升容需求的额定最大值且风力发电机组处于正常工作状态时，则根据预设的低温升容控制表中当前运行环境温度对应的输出功率对风力发电机组进行升容控制。
Description
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组、风力发电机组功率控制方法及装置。
背景技术
风电行业在近些年得到长足发展，在能源供给方面的角色越来越显著。风电制造企业和研究单位都不在不断的通过技术革新使得风能的利用越来越有效。随着风能的利用日渐成熟，在任何不同的环境条件下都能够获取风能成为一种研究方向。
目前，风力发电机组的设计运行温度作在-10～40℃区间，这主要取决于风力发电机组各个系统及部件的温度耐受范围。在更高的环境温度条件下，因为部件在运行时的自身发热以及吸收环境中的热量，部件所处的温度条件将超过正常的温度运行范围，这将极大的降低风力发电机组的可靠性及可利用率。例如，电气元件、润滑油、橡胶件都是对环境温度非常敏感的元件，机械支撑结构也同样会在高温条件下失去原有的机械结构的设计承载能力。
随着风力发电机组被应用到各个环境条件下，对于一些高温地区，例如热带地区或者内陆高热地区，同样有风电的发展需求。各个风电制造商已经开始在这些地区树立风机，在超过40℃的条件下会进行停机。但是由于高温地区的40℃甚至40℃以上的高温环境在全年中所占比例较高，由于高温对风力发电机组简单的进行停机将很大程度上降低了机组在这类地区的能量可利用率。
另一方面，部分机组也会在常年环境温度相对较低的低温地区运行，在这类地区的机组散热比较好，但是这类地区的风力发电机组仍与其他地区的风力发电机组同样在固定的额定功率满发，没有发挥处在这类低温地区的风力发电机组各部件的性能。
发明内容
本发明实施例提供了一种风力发电机组、风力发电机组功率控制方法及装置，能够实现风力发电机组在高温情况下可持续发电，并且在低温情况下进行超额发电。
第一方面，提供一种风力发电机组的功率控制方法，包括：比较当前运行环境温度与预设环境温度范围的步骤；判断风力发电机组是否处于正常工作状态的步骤；当当前运行环境温度大于预设环境温度范围中的额定最大值，小于预设环境温度范围中的实际需求最大值且风力发电机组处于正常工作状态时，则根据预设的高温降容控制表中当前运行环境温度对应的输出功率对风力发电机组进行降容控制的步骤；当当前运行环境温度小于预设环境温度范围中的具有升容需求的额定最大值且风力发电机组处于正常工作状态时，则根据预设的低温升容控制表中当前运行环境温度对应的输出功率对风力发电机组进行升容控制的步骤。
第二方面，提供了一种风力发电机组的功率控制装置，包括：比较单元、状态判断单元、高温处理单元、低温处理单元和停机处理单元。该比较单元，被配置为比较当前运行环境温度与预设环境温度范围；状态判断单元，被配置为判断风力发电机组是否处于正常工作状态；该高温处理单元，被配置为当当前运行环境温度大于预设环境温度范围中的额定最大值，小于预设环境温度范围中的实际需求最大值且风力发电机组处于正常工作状态时，则根据预设的高温降容控制表中当前运行环境温度对应的输出功率对风力发电机组进行降容控制；该低温处理单元，被配置为当当前运行环境温度小于预设环境温度范围中的具有升容需求的额定最大值且风力发电机组处于正常工作状态时，则根据预设的低温升容控制表中当前运行环境温度对应的输出功率对风力发电机组进行升容控制；该停机处理单元，被配置为当风力发电机组处于非正常工作状态时，控制风力发电机组进行停机。
第三方面，提供了一种风力发电机组，包括上述风力发电机组的功率控制装置，用于对风力发电机组进行控制。
根据本发明实施例提供的风力发电机组、风力发电机组功率控制方法及装置，通过判断风力发电机组当前运行环境温度，当当前运行环境温度实际需求且风力发电机组可容忍的温度范围内时，以预设的与当前温度相对应的输出功率对风力发电机组进行高温降容或低温升容，提高风力发电机组在高温环境下的运行时间，提高风力发电机组在低温环境下的能量可利用率，从而提高机组的年发电量，增加了风电场的收益和经济效益，同时避免了风力发电机组的高温停机对电网的冲击和对风力发电机组的冲击。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的一种实施例的风力发电机组功率控制方法的示意性流程图；
图2是本发明另一种实施例的风力发电机组功率控制方法中的高温降容控制表的获得方法的示意性流程图；
图3是本发明再一种实施例的风力发电机组功率控制方法中的低温升容控制表的获得方法的示意性流程图；
图4是本发明的一种实施例的风力发电机组的功率控制效果对比图；
图5是本发明的一种实施例的风力发电机组功率控制装置的示意性框图；
图6是本发明的一种实施例的风力发电机组功率控制装置的示意性框图；
图7是本发明一种实施例的风力发电机组的示意性框图。
具体实施方式
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。
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中，为了清晰，可能夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
环境温度对风力发电机组的发电量的影响可以体现在多个方面，例如空气密度会随着环境温度升高而降低与环境温度形成双曲线关系。在0海拔条件下，15℃时空气密度为1.225kg/m3，随着环境温度升高，40℃条件下空气密度为1.128kg/m3，42℃条件下空气密度为1.121kg/m3。而空气密度的变化又对同样风速下携带的能量以及风力发电机组各个部件的散热效果产生很大的影响。例如，环境温度还会对对流换热量造成影响，对流换热量可以用牛顿冷却公式来计算：
Q＝AhΔt
其中，Q为热流量，h为表面换热系数，A为换热面积，Δt为壁面温度与流体温度的温差。
可以得到，当环境温度升高后，对于采用环境空气作为冷却介质的散热方式必定会使得介质温度升高，这样就会导致需要散热的发热源壁面温度与流体温度的温差减小，这样散热系统的散热性能就会降低，从而导致此环境下的风力发电机组及各部件的温度较高，那么在这种情况下，风力发电机组就会很快达到其主要部件的最高运行温度，也就限制了风力发电机组的最高运行温度，最终限制了风力发电机组的运行范围及其发电量。
基于上述由于环境温度对风力发电机组发电的不利影响，本发明实施例提供了一种风力发电机组、风力发电机组功率控制方法及装置，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1是本发明的一种实施例的风力发电机组功率控制方法的示意性流程图。如图1所示，该风力发电机组的功率控制方法，包括：S110，比较当前运行环境温度与预设环境温度范围；S120，判断风力发电机组是否处于正常工作状态；S130，当当前运行环境温度大于预设环境温度范围中的额定最大值，小于预设环境温度范围中的实际需求最大值且风力发电机组处于正常工作状态时，则根据预设的高温降容控制表中当前运行环境温度对应的输出功率对风力发电机组进行降容控制；S140，当当前运行环境温度小于预设环境温度范围中的具有升容需求的额定最大值且风力发电机组处于正常工作状态时，则根据预设的低温升容控制表中当前运行环境温度对应的输出功率对风力发电机组进行升容控制；S150，当风力发电机组处于非正常工作状态时，控制风力发电机组进行停机。
上述实施例的风力发电机组功率控制方法通过判断风力发电机组当前运行环境温度，当当前运行环境温度实际需求且风力发电机组可容忍的温度范围内时，以预设的与当前温度相对应的输出功率对风力发电机组进行高温降容或低温升容，提高风力发电机组在高温环境下的运行时间，提高风力发电机组在低温环境下的能量可利用率，从而提高机组的年发电量，增加了风电场的收益和经济效益，同时避免了风力发电机组的高温停机对电网的冲击和对风力发电机组的冲击。
在一些实施例中，预设环境温度范围包括额定最大值、具有升容需求的额定最大值和实际需求最大值。这里的实际需求最大值和具有升容需求的额定最大值例如可以按照风力发电机市场的实际需求进行确定，超出该范围即脱离了市场的需求，可以不予考虑。例如，可以将风力发电机组的当前运行环境温度与上述三个预设值进行比较。这里的风力发电机组当前运行环境温度可以通过设置在风力发电机组上或风力发电机组附近的温度传感器采集得到，也可以通过人工输入或接收以其他方式得到的风力发电机组附近环境温度。例如，环境温度的额定最大值可以设置为40℃，而实际需求最大值为可以为45℃，那么当环境温度高于40℃且小于45℃时，则可以根据预设的高温降容控制表中当前运行环境温度对应的输出功率对风力发电机组进行降容控制。例如具有升容需求的额定最大值可以为30℃，那么当环境温度低于30℃可以根据预设的低温升容控制表中当前运行环境温度对应的输出功率对风力发电机组进行升容控制。
在一些实施例中，S120中风力发电机组的运行状态可以通过以下方式获得：基于当前运行环境温度和当前输出功率计算风力发电机组的运行状态参数；将计算得到的风力发电机组的运行状态参数与风力发电机组的预设运行状态参数阈值进行比较，以判断风力发电机组是否处于正常工作状态。例如，运行状态参数包括如下项中的至少一种：发电机绕阻的状态参数、变流器的状态参数、动力电缆的状态参数。这里的运行状态参数还可以包括其他各种电气系统的状态参数，例如变桨系统。风力发电机组的主要散热部件可以是发电机、变流器、主动力电缆以及各种电气系统。
在一些示例中，该风力发电机组功率控制方法还可以包括：当当前运行环境温度处在大于预设环境温度的实际需求最大值控制风力发电机组进行停机。
在一些实例中，S130中的在确定高温降容控制策略和低温升容控制策略时，可以通过迭代计算的方式对主要散热部件进行评估获得，以判断降低或升高多少功率时，输出功率能够满足在该温度条件下的部件设计边界。在一些实例中，上述高温降容控制策略和低温升容控制策略可以体现为当前运行环境温度与输出功率对应的控制表。而具体的功率控制手段可以采用多种方式例如由于发电机内部温升具有以下规律：
θ＝KI2R
其中θ为温升，I为电流，R为电阻。发电机绕组温度将直接影响发电机绝缘，I2R为输出功率，K为温升系数。随着环境温度的升高，电阻R增大，温升增大，发电机绕组温度升高，同样的散热能力不能满足发电机需求。通过降低输出功率，即减小电流I，将更快的降低温升。相反，随着环境温度的降低，电阻R减小，温升减小，发电机绕组温度降低明显，同样的散热能力能够满足发电机更多出力的要求。通过增大电流I，从而提高输出功率。
对风力发电机组的变流器来说，环境温度影响变流器散热器的进水温度，同样的输出功率和散热能力条件下，变流器内的功率模块的功率损耗将使最高结温升高。通过降低整个风力发电机组的输出功率，变流器的损耗也将降低，变流器内的功率模块最高结温也可降低到可接受的水平。在低温环境下，升高整机的输出功率，散热器的进水温度降低，变流器的损耗提升并不会使功率模块达到最高结温。
针对机组中的其他散热部件，也可以同样通过降低机组额定输出功率的方式或提高机组输出功率的方式，满足在高温情况下继续运行的能力和低温情况下的超额发电能力。
上述高温降容控制策略可以体现为当前运行环境温度与输出功率对应的高温降容控制表，而该高温降容控制表可以通过迭代计算的方式对主要散热部件进行评估获得，这种高温降容控制表可以通过在虚拟风力发电机组环境中进行模拟，也可以利用真实风力发电机组在实验环境中进行实验获得。
图2是本发明另一种实施例的风力发电机组功率控制方法中的高温降容控制表的获得方法的示意性流程图。如图2所示，该风力发电机组的功率控制方法中的高温降容控制表的获得方法可以包括：S210，将风力发电机组的预设环境温度的额定最大值T提升预定温度间隔t0，得到运行环境温度T+t0；S220，基于运行环境温度T+t0以及风力发电机组的额定输出功率P，判断风力发电机组是否处于正常工作状态；S230，当判定风力发电机组处于正常工作状态时，将运行环境温度T+t0以及风力发电机组的额定输出功率P对应地记录在高温降容控制表中，否则，以预定功率间隔p0逐步降低风力发电机组额定输出功率P，直到基于运行环境温度T+t0以及风力发电机组的输出功率P-n×p0判定风力发电机组处于正常工作状态，将运行环境温度T+t0与风力发电机组的输出功率P-n×p0对应地记录在高温降容控制表中，其中，n为正整数。
在一些实施例中，该风力发电机组的功率控制方法中的高温降容控制表的获得方法还可以包括：当基于运行环境温度T+t0以及风力发电机组的额定输出功率P，判定风力发电机组处于正常工作状态时，继续以预定温度间隔t0逐步提升运行环境温度T+t0，直到基于运行环境温度T+m×t0以及风力发电机组的额定输出功率P判定风力发电机组处于非正常工作状态；将额定输出功率P与运行环境温度T+(m-1)×t0对应地记录在高温降容控制表中；以预定功率间隔p0逐步降低风力发电机组额定输出功率P，其中，m为正整数。
在一些实施例中，该风力发电机组的功率控制方法中的高温降容控制表的获得方法还可以包括：当基于运行环境温度T+t0以及风力发电机组的输出功率P-n×p0判定风力发电机组处于正常工作状态时，继续以预定温度间隔t0逐步提升运行环境温度T+t0，直到基于运行环境温度T+m×t0以及风力发电机组的输出功率P-n×p0判定风力发电机组处于非正常工作状态；将额定输出功率P-n×p0与运行环境温度T+(m-1)×t0对应地记录在高温降容控制表中；以预定功率间隔p0逐步降低风力发电机组额定输出功率P。
相似的，上述低温升容控制策略同样可以体现为当前运行环境温度与输出功率对应的低温升容控制表，而该低温升容控制表可以通过迭代计算的方式对主要散热部件进行评估获得，这种低温升容控制表可以通过在虚拟风力发电机组环境中进行模拟，也可以利用真实风力发电机组在实验环境中进行实验获得。
图3是本发明再一种实施例的风力发电机组功率控制方法中的低温升容控制表的获得方法的示意性流程图。如图3所示，该风力发电机组的功率控制方法中的低温升容控制表的获得方法可以包括：S310，将风力发电机组的预设环境温度的具有升容需求的额定最大值T’降低预定温度间隔t0，得到运行环境温度T’-t0；S320，基于运行环境温度T’-t0以及风力发电机组的额定输出功率P，判断风力发电机组是否处于正常工作状态；S330，当判定风力发电机组处于正常工作状态时，以预定功率间隔p0逐步提升风力发电机组额定输出功率P，直到基于运行环境温度T’-t0以及风力发电机组的输出功率P+a×p0判定风力发电机组是处于非正常工作状态，将运行环境温度T’-t0与风力发电机组的输出功率P+(a-1)×p0对应地记录在低温升容控制表中，其中a为大于1的整数。
在一些实施例中，该风力发电机组的功率控制方法中的低温升容控制表的获得方法还可以包括：当基于运行环境温度T’-t0以及风力发电机组的输出功率P+a×p0，判定风力发电机组处于非正常工作状态时，继续以预定温度间隔t0逐步降低运行环境温度T’-t0，直到基于运行环境温度T’-m×t0以及风力发电机组的输出功率P+a×p0判定风力发电机组处于正常工作状态；将输出功率P+(a-1)×p0与多个运行环境温度T’-s×t0对应地记录在低温升容控制表中，其中，s为2至m-1之中的整数；将输出功率P+a×p0与运行环境温度T’-m×t0对应地记录在低温升容控制表中；例如，假设t0＝1℃，T’-t0＝10℃时使得输出功率为P+(a-1)×p0的风力发电机组处于正常工作状态，通过低温升容控制表的获得方法获得在温度T’-m×t0＝5℃时使得输出功率为P+a×p0的风力发电机组处于正常工作状态，那么在10℃到5℃之间的温度同样需要有对应的输出功率，那么就可以取输出功率P+(a-1)×p0作为10℃到5℃之间的温度范围对应的风力发电机的输出功率。继续以预定功率间隔p0逐步提升风力发电机组额定输出功率P+a×p0直到基于运行环境温度T’-m×t0以及风力发电机组的输出功率P+k×p0判定风力发电机组处于非正常工作状态；将输出功率P+(k-1)×p0与运行环境温度T’-m×t0对应地记录在低温升容控制表中，其中k为大于a的整数。
在一些实施例中，该风力发电机组的功率控制方法中的低温升容控制表的获得方法还可以包括：当P+k×p0达到风力发电机组的极限功率时，将与其对应记录的运行环境温度记为预设需求升容的环境温度的最小值Tlimit。这里的预设需求升容的环境温度的最小值Tlimit可以作为采用低温升容控制策略时对当前环境温度的下限值加以限制。在一些示例中，该风力发电机组的功率控制方法中的S130可以包括：当当前运行环境温度小于预设环境温度的具有升容需求的额定最大值，大于预设需求升容的环境温度的最小值Tlimit，且风力发电机组处于正常工作状态时，根据预设的低温升容控制表中当前运行环境温度对应的输出功率对风力发电机组进行升容控制。
在一些示例中，上述风力发电机组的功率控制方法中的控制表的获得方法中，不论是通过在虚拟风力发电机组环境中进行模拟，也可以利用真实风力发电机组在实验环境中进行实验都可以通过在上述风力发电机组的功率控制方法实际运用中采用的对风力发电机组工作状态进行判断的方法对虚拟/试验用风力发电机组的工作运行状态进行判断。例如，基于当前运行环境温度和当前输出功率计算风力发电机组的运行状态参数；将计算得到的风力发电机组的运行状态参数与风力发电机组的预设运行状态参数阈值进行比较，以判断风力发电机组是否处于正常工作状态。在一些示例中，上述风力发电机组的运行状态参数可以包括如下项中的至少一种：发电机绕阻的状态参数、变流器的状态参数、动力电缆的状态参数。
需要明确，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。
由上文介绍的，温度对散热的影响可知，在换热面积A一定而温差Δt降低且还需提高热流量Q的情况下，需要提高表面换热系数h，流体在壁面上的流动的原因有两种，一种是自然对流，另一种是强制对流。强制对流的流速比自然对流高，因而对流换热系数也高。例如，空气自然对流换热系数约为5～25W/(m2.℃)，强制对流换热系数可达10～100W/(m2.℃)。所以可以采用强制通风结构往机组内打入外界空气来达到加速冷却机组内有温度要求的部件。在一些示例中，上述的风力发电机组的功率控制方法还可以根据风力发电机组内主要发热部件降温的需要来自动控制轻质通风结构以调节其强制通风量，从而以最小能量消耗的方式来达到使风力发电机组在高温下运行的目的。在一些示例中，上述的风力发电机组的功率控制方法还可以在风力发电机组设置有空调系统的情况下，通过变频的方式依据风力发电机组内温度情况来调节向风力发电机组内输入冷气的量，从而达到冷却机组内发热部件温度的目的，使得风力发电机组在环境温度较高的情况下，能够安全、稳定的运行，发出有经济效益的电。
图4是本发明的一种实施例的风力发电机组的功率控制效果对比图。如图4所示，横坐标代表环境温度，单位为摄氏度，纵坐标代表风力发电机组的输出功率，单位为千瓦每小时，方块线表示采用该风力发电机组功率控制方法中的高温降容策略时，输出功率与环境温度的关系；圆形线表示没有采用该风力发电机组功率控制方法时，输出功率与环境温度的关系；菱形线表示采用该风力发电机组功率控制方法中的低温升容策略时，输出功率与环境温度的关系。没有采用该风力发电机组功率控制方法时，设定T1为预设环境温度范围额定最大值，输出功率为P1，在环境温度继续升高后，输出功率快速下降直至风力发电机组停机。采用该风力发电机组功率控制方法中的高温降容策略时，风力发电机组能够运行到预设环境温度范围实际需求最大值Tn，输出功率为Pn。采用该风力发电机组功率控制方法中的低温升容策略时，预设环境温度的具有升容需求的额定最大值T2，输出功率P2，在环境温度继续下降直至预设需求升容的环境温度的最小值Tlimit时，输出功率为Pm，相对输出功率P2，发电量显著提升。例如，P1等于P2，即机组在在T1到T2温度范围内，维持机组设计的额定输出功率运行。Pn小于P1，即在高温环境下通过控制降低机组的输入功率，以便保持同样的硬件设计条件下继续发电。Pm大于P2，即在低温环境下通过控制提高机组的输出功率，以便保持同样的样机设计条件下继续发电。
上文中结合图1，详细描述了根据本发明实施例的风力发电机组的功率控制方法，下面将结合图5、图6和图7，详细描述根据本发明实施例的风力发电机组的功率控制方法装置和风力发电机组。
图5是本发明的一种实施例的风力发电机组功率控制装置的示意性框图。如图5所示，该风力发电机组功率控制装置可以包括比较单元510、状态判断单元520、高温处理单元530、低温处理单元540和停机处理单元550。该比较单元510被配置为比较当前运行环境温度与预设环境温度范围。该状态判断单元520被配置为判断风力发电机组是否处于正常工作状态。该高温处理单元530被配置为被配置为当当前运行环境温度大于预设环境温度范围中的额定最大值，小于预设环境温度范围中的实际需求最大值且风力发电机组处于正常工作状态时，则根据预设的高温降容控制表中当前运行环境温度对应的输出功率对风力发电机组进行降容控制。该低温处理单元540被配置为当当前运行环境温度小于预设环境温度范围中的具有升容需求的额定最大值且风力发电机组处于正常工作状态时，则根据预设的低温升容控制表中当前运行环境温度对应的输出功率对风力发电机组进行升容控制。该停机处理单元550被配置为当风力发电机组处于非正常工作状态时，控制风力发电机组以进行停机。上述实施例的风力发电机组功率控制装置通过判断风力发电机组当前运行环境温度，当当前运行环境温度实际需求且风力发电机组可容忍的温度范围内时，以预设的与当前温度相对应的输出功率对风力发电机组进行高温降容或低温升容，提高风力发电机组在高温环境下的运行时间，提高风力发电机组在低温环境下的能量可利用率，从而提高机组的年发电量，增加了风电场的收益和经济效益，同时避免了风力发电机组的高温停机对电网的冲击和对风力发电机组的冲击。
图6是本发明的一种实施例的风力发电机组功率控制装置的示意性框图。在高温情况下，该风力发电机组功率控制装置500还可以包括控制表获取单元660，可以被配置为：将风力发电机组的预设环境温度的额定最大值T提升预定温度间隔t0，得到运行环境温度T+t0；基于运行环境温度T+t0以及风力发电机组的额定输出功率P，判断风力发电机组是否处于正常工作状态；当判定风力发电机组处于正常工作状态时，将运行环境温度T+t0以及风力发电机组的额定输出功率P对应地记录在高温降容控制表中，否则，以预定功率间隔p0逐步降低风力发电机组额定输出功率P，直到基于运行环境温度T+t0以及风力发电机组的输出功率P-n×p0判定风力发电机组处于正常工作状态，将运行环境温度T+t0与风力发电机组的输出功率P-n×p0对应地记录在高温降容控制表中，其中，n为大于0的整数。在一些示例中，该控制表获取单元还可以被配置为：当基于运行环境温度T+t0以及风力发电机组的额定输出功率P，判定风力发电机组处于正常工作状态时，继续以预定温度间隔t0逐步提升运行环境温度T+t0，直到基于运行环境温度T+m×t0以及风力发电机组的额定输出功率P判定风力发电机组处于非正常工作状态；将额定输出功率P与运行环境温度T+(m-1)×t0对应地记录在高温降容控制表中；以预定功率间隔p0逐步降低风力发电机组额定输出功率P，其中，m为大于0的整数。
在一些示例实施例中，控制表获取单元660还可以被配置为：当基于运行环境温度T+t0以及风力发电机组的输出功率P-n×p0判定风力发电机组处于正常工作状态时，继续以预定温度间隔t0逐步提升运行环境温度T+t0，直到基于运行环境温度T+m×t0以及风力发电机组的输出功率P-n×p0判定风力发电机组处于非正常工作状态；将额定输出功率P-n×p0与运行环境温度T+(m-1)×t0对应地记录在高温降容控制表中；以预定功率间隔p0逐步降低风力发电机组额定输出功率P。
在一些示例中，上述高温处理单元530还可以被配置为开启风力发电机组增设的强制通风结构或空调系统以降低风力发电机组的内部温度。
在一些示例中，上述停机处理单元550还可以被配置为当当前运行环境温度处在大于预设环境温度的实际需求最大值，控制风力发电机组进行停机。
在低温情况下，该风力发电机组功率控制装置可以包括控制表获取单元660，可以被配置为：将风力发电机组的预设环境温度的具有升容需求的额定最大值T’降低预定温度间隔t0，得到运行环境温度T’-t0；基于运行环境温度T’-t0以及风力发电机组的额定输出功率P，判断风力发电机组是否处于正常工作状态；当判定风力发电机组处于正常工作状态时，以预定功率间隔p0逐步提升风力发电机组额定输出功率P，直到基于运行环境温度T’-t0以及风力发电机组的输出功率P+a×p0判定风力发电机组是处于非正常工作状态，将运行环境温度T’-t0与风力发电机组的输出功率P+(a-1)×p0对应地记录在高温降容控制表中，其中a为大于1的整数。
在一些示例中，该控制表获取单元660还可以被配置为：当基于运行环境温度T’-t0以及风力发电机组的输出功率P+a×p0，判定风力发电机组处于非正常工作状态时，继续以预定温度间隔t0逐步降低运行环境温度T’-t0，直到基于运行环境温度T’-m×t0以及风力发电机组的输出功率P+a×p0判定风力发电机组处于正常工作状态；将输出功率P+(a-1)×p0与多个运行环境温度T’-s×t0对应地记录在低温升容控制表中，其中，s为2至m-1之中的整数；将输出功率P+a×p0与运行环境温度T’-m×t0对应地记录在低温升容控制表中；例如，假设t0＝1℃，T’-t0＝10℃时使得输出功率为P+(a-1)×p0的风力发电机组处于正常工作状态，通过控制表的获得方法获得在温度T’-m×t0＝5℃时使得输出功率为P+a×p0的风力发电机组处于正常工作状态，那么在10℃到5℃之间的温度同样需要有对应的输出功率，那么就可以取输出功率P+(a-1)×p0作为10℃到5℃之间的温度范围对应的风力发电机的输出功率。继续以预定功率间隔p0逐步提升风力发电机组额定输出功率P+a×p0直到基于运行环境温度T’-m×t0以及风力发电机组的输出功率P+k×p0判定风力发电机组处于非正常工作状态；将输出功率P+(k-1)×p0与运行环境温度T’-m×t0对应地记录在低温升容控制表中，其中k为大于a的整数。
在一些实施例中，控制表获取单元660还可以被配置为：当P+k×p0达到风力发电机组的极限功率时，将与其对应记录的运行环境温度记为预设需求升容的环境温度的最小值Tlimit。在一些示例中，该低温处理单元还被配置为：当当前运行环境温度小于预设环境温度的具有升容需求的额定最大值，大于预设需求升容的环境温度的最小值Tlimit，且风力发电机组处于正常工作状态时，根据预设的低温升容控制表中当前运行环境温度对应的输出功率对风力发电机组进行升容控制。
在一些示例中，该风力发电机组功率控制装置的状态判断单元520还可以被配置为：基于当前运行环境温度和当前输出功率计算风力发电机组的运行状态参数；将计算得到的风力发电机组的运行状态参数与风力发电机组的预设运行状态参数阈值进行比较，以判断风力发电机组是否处于正常工作状态。在一些示例中，上述风力发电机组的运行状态参数包括如下项中的至少一种：发电机绕阻的状态参数、变流器的状态参数、动力电缆的状态参数。
在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
根据本发明实施例的风力发电机组功率控制装置500和风力发电机组功率控制装置600可对应于根据本发明实施例的风力发电机组功率控制方法100中的执行主体，并且风力发电机组功率控制装置500和风力发电机组功率控制装置600中的各个单元的上述和其它操作和/或功能分别为了实现图1至图3中的各个方法的相应流程，为了简洁，在此不再赘述。
图7是本发明一种实施例的风力发电机组的示意性框图。如图7所示，该风力发电机组700，包括上述风力发电机组的功率控制装置500，用于对风力发电机组进行控制。通过控制风力发电机组在可容忍的温度范围内以预设的与当前温度相对应的输出功率对风力发电机组进行高温降容或低温升容，提高风力发电机组在高温环境下的运行时间，提高风力发电机组在低温环境下的能量可利用率，从而提高机组的年发电量，增加了风电场的收益和经济效益，同时避免了风力发电机组的高温停机对电网的冲击和对风力发电机组的冲击。
在一些示例中，该风力发电机组还可以包括强制通风结构或空调系统，上述强制通风结构或空调系统可以设置在风力发电机组的待降温部位。例如，该风力发电机组中的风力发电机组的功率控制装置还可以用于对风力发电机组的通风结构或空调系统进行控制。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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改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权利要求的保护范围为准。
Claims (19)
1.一种风力发电机组的功率控制方法，其特征在于，包括：
比较当前运行环境温度与预设环境温度范围；
基于当前运行环境温度和当前输出功率计算所述风力发电机组的运行状态参数；将计算得到的风力发电机组的运行状态参数与风力发电机组的预设运行状态参数阈值进行比较，以判断风力发电机组是否处于正常工作状态；
获得高温降容控制表以及获得低温升容控制表；
当当前运行环境温度大于预设环境温度范围中的额定最大值，小于预设环境温度范围中的实际需求最大值且所述风力发电机组处于正常工作状态时，则根据获得的高温降容控制表中所述当前运行环境温度对应的输出功率对所述风力发电机组进行降容控制；
当当前运行环境温度小于预设环境温度范围中的具有升容需求的额定最大值且所述风力发电机组处于正常工作状态时，则根据获得的低温升容控制表中所述当前运行环境温度对应的输出功率对所述风力发电机组进行升容控制；
当所述风力发电机组处于非正常工作状态时，控制所述风力发电机组进行停机；
其中，获得高温降容控制表包括：
将所述风力发电机组的预设环境温度的额定最大值T提升预定温度间隔t0，得到运行环境温度T+t0；
基于所述运行环境温度T+t0以及所述风力发电机组的额定输出功率P，判断所述风力发电机组是否处于正常工作状态；
当判定所述风力发电机组处于正常工作状态时，将所述运行环境温度T+t0以及所述风力发电机组的额定输出功率P对应地记录在所述高温降容控制表中，否则，以预定功率间隔p0逐步降低所述风力发电机组额定输出功率P，直到基于运行环境温度T+t0以及所述风力发电机组的输出功率P-n×p0判定所述风力发电机组处于正常工作状态，将所述运行环境温度T+t0与所述风力发电机组的输出功率P-n×p0对应地记录在所述高温降容控制表中，其中，n为正整数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得高温降容控制表还包括：
当基于运行环境温度T+t0以及所述风力发电机组的额定输出功率P，判定所述风力发电机组处于正常工作状态时，继续以预定温度间隔t0逐步提升所述运行环境温度T+t0，直到基于运行环境温度T+m×t0以及所述风力发电机组的额定输出功率P判定所述风力发电机组处于非正常工作状态；
将额定输出功率P与运行环境温度T+(m-1)×t0对应地记录在所述高温降容控制表中；
以预定功率间隔p0逐步降低所述风力发电机组额定输出功率P，其中，m为正整数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得高温降容控制表还包括：
当基于运行环境温度T+t0以及所述风力发电机组的输出功率P-n×p0判定所述风力发电机组处于正常工作状态时，继续以预定温度间隔t0逐步提升所述运行环境温度T+t0，直到基于运行环境温度T+m×t0以及所述风力发电机组的输出功率P-n×p0判定所述风力发电机组处于非正常工作状态；
将额定输出功率P-n×p0与运行环境温度T+(m-1)×t0对应地记录在所述高温降容控制表中；
以预定功率间隔p0逐步降低所述风力发电机组额定输出功率P。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得低温升容控制表包括：
将所述风力发电机组的预设环境温度的具有升容需求的额定最大值T’降低预定温度间隔t0，得到运行环境温度T’-t0；
基于所述运行环境温度T’-t0以及所述风力发电机组的额定输出功率P，判断所述风力发电机组是否处于正常工作状态；
当判定所述风力发电机组处于正常工作状态时，以预定功率间隔p0逐步提升所述风力发电机组额定输出功率P，直到基于运行环境温度T’-t0以及所述风力发电机组的输出功率P+a×p0判定所述风力发电机组是处于非正常工作状态，将所述运行环境温度T’-t0与所述风力发电机组的输出功率P+(a-1)×p0对应地记录在所述低温升容控制表中，其中a为大于1的整数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述获得低温升容控制表还包括：
当基于运行环境温度T’-t0以及所述风力发电机组的输出功率P+a×p0，判定所述风力发电机组处于非正常工作状态时，继续以预定温度间隔t0逐步降低所述运行环境温度T’-t0，直到基于运行环境温度T’-m×t0以及所述风力发电机组的输出功率P+a×p0判定所述风力发电机组处于正常工作状态；
将输出功率P+(a-1)×p0与多个运行环境温度T’-s×t0对应地进行记录在所述低温升容控制表中，其中，s为2至m-1之中的整数；
将输出功率P+a×p0与运行环境温度T’-m×t0对应地记录在所述低温升容控制表中；
继续以预定功率间隔p0逐步提升所述风力发电机组额定输出功率P+a×p0直到基于运行环境温度T’-m×t0以及所述风力发电机组的输出功率P+k×p0判定所述风力发电机组处于非正常工作状态；
将输出功率P+(k-1)×p0与运行环境温度T’-m×t0对应地记录在所述低温升容控制表中，其中k为大于a的整数。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述获得低温升容控制表还包括：
当P+k×p0达到风力发电机组的极限功率时，将与其对应记录的运行环境温度记为预设需求升容的环境温度的最小值Tlimit。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述当当前运行环境温度小于预设环境温度的具有升容需求的额定最大值且所述风力发电机组处于正常工作状态时，根据获得的低温升容控制表中所述当前运行环境温度对应的输出功率对所述风力发电机组进行升容控制的步骤还包括：
当当前运行环境温度小于预设环境温度的具有升容需求的额定最大值，大于所述预设需求升容的环境温度的最小值Tlimit，且所述风力发电机组处于正常工作状态时，根据获得的低温升容控制表中所述当前运行环境温度对应的输出功率对所述风力发电机组进行升容控制。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当当前运行环境温度Ta大于预设环境温度的额定最大值且小于预设环境温度的实际需求最大值时，则根据获得的高温降容控制表中所述当前运行环境温度Ta对应的输出功率P对所述风力发电机组进行降容控制的步骤还包括：
采取强制通风结构或空调系统以降低所述风力发电机组的内部温度。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当当前运行环境温度处在大于预设环境温度的实际需求最大值时，控制所述风力发电机组进行停机。
10.一种风力发电机组的功率控制装置，其特征在于，包括：
比较单元，被配置为比较当前运行环境温度与预设环境温度范围；
状态判断单元，被配置为基于当前运行环境温度和当前输出功率计算所述风力发电机组的运行状态参数；将计算得到的风力发电机组的运行状态参数与风力发电机组的预设运行状态参数阈值进行比较，以判断风力发电机组是否处于正常工作状态；
高温降容控制表获取单元，被配置为获取高温降容控制表；
低温升容控制表获取单元，被配置为获取低温升容控制表；
高温处理单元，被配置为当当前运行环境温度大于预设环境温度范围中的额定最大值，小于预设环境温度范围中的实际需求最大值且所述风力发电机组处于正常工作状态时，则根据获得的高温降容控制表中所述当前运行环境温度对应的输出功率对所述风力发电机组进行降容控制；
低温处理单元，被配置为当当前运行环境温度小于预设环境温度范围中的具有升容需求的额定最大值且所述风力发电机组处于正常工作状态时，则根据获得的低温升容控制表中所述当前运行环境温度对应的输出功率对所述风力发电机组进行升容控制；
停机处理单元，被配置为当所述风力发电机组处于非正常工作状态时，控制所述风力发电机组进行停机；
其中，所述高温降容控制表获取单元，被配置为：
将所述风力发电机组的预设环境温度的额定最大值T提升预定温度间隔t0，得到运行环境温度T+t0；
基于所述运行环境温度T+t0以及所述风力发电机组的额定输出功率P，判断所述风力发电机组是否处于正常工作状态；
当判定所述风力发电机组处于正常工作状态时，将所述运行环境温度T+t0以及所述风力发电机组的额定输出功率P对应地记录在所述高温降容控制表中，否则，以预定功率间隔p0逐步降低所述风力发电机组额定输出功率P，直到基于运行环境温度T+t0以及所述风力发电机组的输出功率P-n×p0判定所述风力发电机组处于正常工作状态，将所述运行环境温度T+t0与所述风力发电机组的输出功率P-n×p0对应地记录在所述高温降容控制表中，其中，n为大于0的整数。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述高温降容控制表获取单元还被配置为：
当基于运行环境温度T+t0以及所述风力发电机组的额定输出功率P，判定所述风力发电机组处于正常工作状态时，继续以预定温度间隔t0逐步提升所述运行环境温度T+t0，直到基于运行环境温度T+m×t0以及所述风力发电机组的额定输出功率P判定所述风力发电机组处于非正常工作状态；
将额定输出功率P与运行环境温度T+(m-1)×t0对应地记录在所述高温降容控制表中；
以预定功率间隔p0逐步降低所述风力发电机组额定输出功率P，其中，m为正整数。
12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述高温降容控制表获取单元还被配置为：
当基于运行环境温度T+t0以及所述风力发电机组的输出功率P-n×p0判定所述风力发电机组处于正常工作状态时，继续以预定温度间隔t0逐步提升所述运行环境温度T+t0，直到基于运行环境温度T+m×t0以及所述风力发电机组的输出功率P-n×p0判定所述风力发电机组处于非正常工作状态；
将额定输出功率P-n×p0与运行环境温度T+(m-1)×t0对应地记录在所述高温降容控制表中；
以预定功率间隔p0逐步降低所述风力发电机组额定输出功率P。
13.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述低温升容控制表获取单元，被配置为：
将所述风力发电机组的预设环境温度的具有升容需求的额定最大值T’降低预定温度间隔t0，得到运行环境温度T’-t0；
基于所述运行环境温度T’-t0以及所述风力发电机组的额定输出功率P，判断所述风力发电机组是否处于正常工作状态；
当判定所述风力发电机组处于正常工作状态时，以预定功率间隔p0逐步提升所述风力发电机组额定输出功率P，直到基于运行环境温度T’-t0以及所述风力发电机组的输出功率P+a×p0判定所述风力发电机组是处于非正常工作状态，将所述运行环境温度T’-t0与所述风力发电机组的输出功率P+(a-1)×p0对应地记录在所述低温升容控制表中，其中a为大于1的整数。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述低温升容控制表获取单元还被配置为：
当基于运行环境温度T’-t0以及所述风力发电机组的输出功率P+a×p0，判定所述风力发电机组处于非正常工作状态时，继续以预定温度间隔t0逐步降低所述运行环境温度T’-t0，直到基于运行环境温度T’-m×t0以及所述风力发电机组的输出功率P+a×p0判定所述风力发电机组处于正常工作状态；
将输出功率P+(a-1)×p0与多个运行环境温度T’-s×t0对应记录在所述低温升容控制表中，其中，s为2至m-1之中的整数；
将输出功率P+a×p0与运行环境温度T’-m×t0对应地记录在所述低温升容控制表中；
继续以预定功率间隔p0逐步提升所述风力发电机组额定输出功率P+a×p0直到基于运行环境温度T’-m×t0以及所述风力发电机组的输出功率P+k×p0判定所述风力发电机组处于非正常工作状态；
将输出功率P+(k-1)×p0与运行环境温度T’-m×t0对应地记录在所述低温升容控制表中，其中k为大于a的整数。
15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述低温升容控制表获取单元还被配置为：
当P+k×p0达到风力发电机组的极限功率时，将与其对应记录的运行环境温度记为预设需求升容的环境温度的最小值Tlimit。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述低温处理单元还被配置为：当当前运行环境温度小于预设环境温度的具有升容需求的额定最大值，大于所述预设需求升容的环境温度的最小值Tlimit，且所述风力发电机组处于正常工作状态时，根据获得的低温升容控制表中所述当前运行环境温度对应的输出功率对所述风力发电机组进行升容控制。
17.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述高温处理单元还被配置为：开启所述风力发电机组增设的强制通风结构或空调系统以降低所述风力发电机组的内部温度。
18.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述停机处理单元还被配置为：当当前运行环境温度处在大于预设环境温度的实际需求最大值时，控制所述风力发电机组进行停机。
19.一种风力发电机组，其特征在于，包括权利要求10-18中任一项所述的风力发电机组的功率控制装置，用于对所述风力发电机组进行控制。
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