CN107800190B - 风力发电机组备电系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种风力发电机组备电系统及其控制方法，涉及风力发电领域。该风力发电机组备电系统，包括微型发电机、微型发电机传动装置、微型发电机控制器和备电装置；其中，微型发电机传动装置与风力发电机组的风能捕获结构连接，微型发电机传动装置用于将风能捕获结构基于风能转化的机械能传递给微型发电机；微型发电机与微型发电机传动装置连接，并将机械能转换为电能；备电装置用于接收并储存微型发电机产生的电能或电网侧提供的电能；微型发电机控制器用于控制微型发电机或备电装置为风力发电机组的配电设备供电。利用本发明的技术方案能够延长风力发电机组内的各个设备的使用寿命。

Description

风力发电机组备电系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及风力发电领域，尤其涉及一种风力发电机组备电系统及其控制方法。
背景技术
随着风力发电行业的迅速发展，风力发电机组装机容量逐步增加。未安装风力发电机组的风资源丰富的地区越来越少，风力发电机组的装机逐渐向风资源较差的地区发展。
比如，在低风速地区，风资源较差，微风状态、无风状态和限电状态占据的时间可超过全年总时间的30％。在这种情况下，风力发电机组产生的电能并不能满足风力发电机组的正常运转，需要电网侧提供大量电能来维持风力发电机组的基本运转。但是，电网一旦断电，风力发电机组内的环控系统、监控系统、警示系统等将无法正常运转。也就是说，无法实现风力发电机组维持基本功能的设备的长期不断电运行。
发明内容
本发明实施例提供了一种风力发电机组备电系统及其控制方法，能够实现风力发电机组维持基本功能的设备的长期不断电运行。
第一方面，本发明实施例提供了一种风力发电机组备电系统，包括微型发电机、微型发电机传动装置、微型发电机控制器和备电装置；其中，微型发电机传动装置与风力发电机组的风能捕获结构连接，微型发电机传动装置用于将风能捕获结构基于风能转化的机械能传递给微型发电机；微型发电机与微型发电机传动装置连接，并将机械能转换为电能；备电装置用于接收并储存微型发电机产生的电能或电网侧提供的电能；微型发电机控制器用于控制微型发电机或备电装置为风力发电机组的配电设备供电。
在第一方面的一些实施例中，备电装置包括电能输入单元、电能存储单元和电能输出单元；电能输入单元用于接收微型发电机产生的电能或电网侧的电能，利用微型发电机产生的电能或电网侧的电能为电能存储单元充电；电能存储单元用于储存电能；电能输出单元用于利用电能存储单元中储存的电能，为风力发电机组的配电设备供电。
在第一方面的一些实施例中，备电装置还包括能源管控器，能源管控器用于控制电能输入单元接收微型发电机产生的电能或电网侧的电能，控制电能存储单元储存电能，控制电能输出单元向外为风力发电机组的配电设备供电。
在第一方面的一些实施例中，能源管控器还用于将备电装置的状态信息和故障信息上报给风力发电机组。
在第一方面的一些实施例中，电能存储单元的数目为两个或两个以上，两个或两个以上的电能存储单元能够选择性地通过电能输出单元为风力发电机组的配电设备供电。
在第一方面的一些实施例中，微型发电机控制器包括控制器，控制器用于控制微型发电机传动装置实现微型发电机切入或切出风力发电机组；以及，控制微型发电机传动装置调节微型发电机的转速。
在第一方面的一些实施例中，上述风力发电机组备电系统还包括光伏发电装置，光伏发电装置用于产生电能，并将产生的电能提供给备电装置。
在第一方面的一些实施例中，微型发电机控制器还包括变流器，变流器用于将微型发电机或光伏发电装置产生的电能转化为符合备电装置需求的电能。
第二方面，本发明实施例提供了一种风力发电机组备电系统的控制方法，应用于微型发电机控制器，风力发电机组备电系统的控制方法包括：获取实时风速或风力发电机输出功率，并判断实时风速是否小于备电系统切入阈值或风力发电机输出功率小于负功率阈值；若确定实时风速小于备电系统切入阈值或风力发电机输出功率小于负功率阈值，则控制微型发电机投入工作；控制微型发电机利用产生的电能通过备电装置为风力发电机组的配电设备供电。
在第二方面的一些实施例中，上述风力发电机组备电系统的控制方法还包括：若确定实时风速大于或等于备电系统切入阈值或风力发电机组输出功率大于或等于负功率阈值，则控制微型发电机切出工作，并控制备电装置利用电网侧的电能充电。
在第二方面的一些实施例中，控制微型发电机利用产生的电能通过备电装置为风力发电机组的配电设备供电，包括：获取微型发电机的输出功率，并判断微型发电机的输出功率是否大于或者等于供电功率阈值；若确定微型发电机的输出功率大于或者等于供电功率阈值，则控制微型发电机利用产生的电能通过备电装置为配电设备供电。
在第二方面的一些实施例中，控制微型发电机利用产生的电能通过备电装置为风力发电机组的配电设备供电，还包括：若确定微型发电机的输出功率小于供电功率阈值，则控制微型发电机利用产生的电能为备电装置中的一部分电能存储单元充电，并控制备电装置中的另一部分电能存储单元为风力发电机组中的配电设备供电。
在第二方面的一些实施例中，上述风力发电机组备电系统的控制方法还包括：判断备电装置的当前储存电量是否低于备电装置的最大储电容量；若确定备电装置的当前储存电量低于备电装置的最大储电容量，则控制光伏发电装置利用产生的电能为备电装置充电。
在第二方面的一些实施例中，上述风力发电机组备电系统的控制方法还包括：判断微型发电机的输出功率是否大于或者等于偏航功率阈值，以及实时风速是否大于或等于偏航风速阈值；若确定微型发电机的输出功率大于或者等于偏航功率阈值且实时风速大于或等于偏航风速阈值，则控制偏航装置工作；若确定微型发电机的输出功率小于偏航功率阈值且实时风速小于偏航风速阈值，则控制偏航装置停止工作。
在第二方面的一些实施例中，上述风力发电机组备电系统的控制方法还包括：判断风力发电机组是否与电网侧断开，以及实时风速是否小于极限风速阈值；若确定风力发电机组与电网侧断开，且实时风速小于极限风速阈值，则控制风力发电机组中大功率用电设备停止工作。
在第二方面的一些实施例中，上述风力发电机组备电系统的控制方法还包括：还包括：将零至备电装置的最大储电容量划分为N个储电容量区域，N个储电容量区域互不重叠，N为大于1的正整数；获取备电装置的当前储存电量；若确定备电装置的当前储存电量处于第i个储电容量区域，则控制风力发电机组维持风力发电机组中Mi个用电装置工作，风力发电机组包括K个用电装置，1＜i≤N，Mi≤Mi-1，0≤M1≤K，i、Mi和Mi-1均为正整数，M1和K为大于等于0的整数。
本发明实施例提供了一种风力发电机组备电系统及其控制方法。风力发电机组备电系统包括微型发电机、微型发电机传动装置、微型发电机控制器和备电装置。微型发电机传动装置能够将基于风能转化的机械能传输给微型发电机，以使得微型发电机可将机械能转化为电能，通过备电装置传输给风力发电机组的配电设备。当风资源较差时，风力发电机组产生的电能不能维持风力发电机组自身的运转，可利用微型发电机配合备电装置为风力发电机组中的配电设备供电。微型发电机自身耗电量小，避免了产生的电能入不敷出的问题。且备电装置可存储微型发电机产生的电能，协助为风力发电机组中的配电设备供电。即使电网侧与风力发电机组断开，微型发电机和备电装置也可为风力发电机组提供维持基本运转的电能，实现风力发电机组维持基本功能的设备的长期不断电运行。
附图说明
从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
图1为本发明一实施例中一种风力发电机组备电系统的结构示意图；
图2为本发明另一实施例中一种风力发电机组备电系统的结构示意图；
图3为本发明又一实施例中一种风力发电机组备电系统的结构示意图；
图4为本发明一实施例中一种风力发电机组备电系统的控制方法的流程图；
图5为本发明另一实施例中一种风力发电机组备电系统的控制方法的流程图。
附图标记：
10-微型发电机；11-微型发电机传动装置；12-微型发电机控制器；
13-备电装置；14-风能捕获结构；15-机舱柜；16-主控柜；
17-配电设备；18-电网侧变压器；19-光伏发电装置；
121-控制器；122-变流器；131-电能输入单元；132-电能存储单元；
133-电能输出单元；134-能源管控器。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。
本发明实施例提供了一种风力发电机组备电系统及其控制方法，可应用于风力发电机组，为风力发电机组进行供电。风力发电机组可包括风能捕获结构、机舱柜、主控柜、配电设备以及电网侧变压器等。本发明实施例中的风力发电机组备电系统及其控制方法，能够在电网侧与风力发电机组断开的场景中，或者在风力资源较差的场景中，实现风力发电机组维持基本功能的设备的长期不断电运行，减小电量损失。还能够避免因为无法正常运转对风力发电机组内的各个设备的不良影响，从而延长风力发电机组内的各个设备的使用寿命，并扩大了风力发电机组的适用范围。而且，在风力发电机组长期与电网侧断开的条件下，也便于工作人员对风力发电机组的调试和维护。
图1为本发明一实施例中一种风力发电机组备电系统的结构示意图。如图1所示，风力发电机组备电系统可包括微型发电机10、微型发电机传动装置11、微型发电机控制器12和备电装置13。
微型发电机传动装置11与风力发电机组的风能捕获结构连接。风力发电机组的风能捕获结构可包括叶轮和主轴。微型发电机传动装置11是为微型发电机10配置的传动装置，微型发电机传动装置11与风力发电机组中的发电机的转动装置可相互独立。在一个示例中，微型发电机传动装置11可设置于风力发电机组的机舱部分。
风能捕获结构用于捕获风能，并将风能转化为机械能。微型发电机传动装置11用于将风能捕获结构基于风能转化的机械能传递给微型发电机10。
微型发电机10与微型发电机传动装置11连接，并将机械能转换为电能。也就是说，微型发电机10利用微型发电机传动装置11传输来的机械能进行发电。微型发电机10体积较小，且微型发电机10自身的自耗电较小，远远小于风力发电机组的发电机的自耗电。即使在微风条件下，微型发电机10产生的电能也要高于微型发电机10的自耗电。在一个示例中，微型发电机10可设置于风力发电机组的机舱部分。
备电装置13用于接收并储存微型发电机10产生的电能或电网侧提供的电能。备电装置13可与微型发电机10直接连接，也可通过变流器122与微型发电机10连接，还可通过微型发电机控制器12与微型发电机10连接。备电装置13可通过电网侧变压器与电网侧连接。在一个示例中，备电装置13可设置于风力发电机组的塔底部分，备电装置13可分别连接风力发电机组的配电设备以及主控柜。风力发电机组的配电设备可包括风力发电机组中的各个功能系统中的用电设备，比如，配电设备可包括偏航系统中的用电设备、冷却系统中的用电设备、航空警示系统中的用电设备、环控系统中的用电设备、监控系统中的用电设备等。
微型发电机控制器12用于控制微型发电机10或备电装置13为风力发电机组的配电设备供电。微型发电机控制器12与微型发电机10、微型发电机传动装置11以及备电装置13分别连接。微型发电机控制器12也可与风力发电机组中机舱柜连接。
在本发明实施例中，微型发电机传动装置11能够将基于风能转化的机械能传输给微型发电机10，以使得微型发电机10可将机械能转化为电能，通过备电装置13传输给风力发电机组的配电设备。当风资源较差时，风力发电机组产生的电能不能维持风力发电机组自身的运转，可利用微型发电机10配合备电装置13为风力发电机组中的配电设备供电。微型发电机10自身耗电量小，减小了风力发电机组的电能损耗，避免了产生的电能入不敷出的问题。且备电装置13可存储微型发电机10产生的电能，协助为风力发电机组中的配电设备供电。即使电网侧与风力发电机组断开，或在风资源较差的恶劣环境中，微型发电机10和备电装置13也仍可为风力发电机组提供维持基本运转的电能，避免因为无法正常运转对风力发电机组内的各个设备的不良影响，从而延长风力发电机组内的各个设备的使用寿命，并扩大了风力发电机组的适用范围。在风力发电机组长期与电网侧断开的条件下，也便于工作人员对风力发电机组的调试和维护。
而且，风力发电机组内可包括航空警示系统，本发明实施例可在微风状态、无风状态和限电状态下避免附近的航空飞行器给风力发电机组带来的威胁。风力发电机组内也可包括监控系统，微型发电机10和备电装置13也可为监控系统提供维持基本运转的电能，从而实现对风力发电机组的不间断监控。
图2为本发明另一实施例中一种风力发电机组备电系统的结构示意图。图2与图1的不同之处在于，图1中的备电装置13可包括图2中的电能输入单元131、电能存储单元132、电能输出单元133和能源管控器134；图1中的微型发电机控制器12可包括图2中的控制器121和变流器122；图2所示的风力发电机组备电系统还可包括光伏发电装置19。
电能输入单元131用于接收微型发电机10产生的电能或电网侧的电能，利用微型发电机10产生的电能或电网侧的电能为电能存储单元132充电。在微型发电机10投入风力发电机组运行时，可由电能输入单元131利用微型发电机10产生的电能为电能存储单元132充电。在微型发电机10未投入风力发电机组运行时，可由电能输入单元131利用电网侧的电能为电能存储单元132充电。比如，在电网与风力发电机组断开的场景中，可由电能输入单元131利用微型发电机10产生的电能为电能存储单元132充电。在电网与风力发电机组未断开，且风资源较好时，可由电能输入单元131利用电网侧的电能为电能存储单元132充电。
电能存储单元132用于储存电能。电能存储单元132还可将存储的电能传输给电能输出单元133，以使电能输出单元133对外供电。
在一个示例中，电能存储单元132的数目可为一个。则由这一个电能存储单元132存储电能，将存储的电能传输给电能输出单元133。
在另一个示例中，电能存储单元132的数目为两个或两个以上，两个或两个以上的电能存储单元132能够选择性地通过电能输出单元133为风力发电机组的配电设备供电。比如，如图2所示，电能存储单元132的数目为两个。两个电能存储单元132可共同充电，向外共同将存储的电能传输给电能输出单元133。两个电能存储单元132也可交替充电，交替将存储的电能传输给电能输出单元133。从而提高备电装置13的使用寿命。例如，两个电能存储单元132分别为电能存储单元A和电能存储单元B，在电能存储单元A充电时，可将电能存储单元B存储的电能传输给电能输出单元133。在电能存储单元B充电时，可将电能存储单元A存储的电能传输给电能输出单元133。
电能输出单元133与风力发电机组的配电设备之间设置有电能传送线路。电能输出单元133用于利用电能存储单元132中储存的电能，为风力发电机组的配电设备供电。
能源管控器134可控制电能输入单元131、电能存储单元132和电能输出单元133。能源管控器134还可连接风力发电机组的主控柜，从而接收主控柜发送来的控制指令。能源管控器134用于控制电能输入单元131接收微型发电机10产生的电能或电网侧的电能，控制电能存储单元132储存电能，控制电能输出单元133向外为风力发电机组的配电设备供电。
能源管控器134还用于将备电装置13的状态信息和故障信息上报给风力发电机组。比如，能源管控器134可将备电装置13的状态信息和故障信息上报给风力发电机组的主控柜，主控柜可根据备电装置13的状态信息和故障信息生成包括处理策略的控制指令，并将控制指令发送至能源管理器。能源管理器可根据接收的控制指令控制电能输入单元131、电能存储单元132和电能输出单元133。
光伏发电装置19用于产生电能，并将产生的电能提供给备电装置13。光伏发电装置19可接收光能，将光能转化为电能。比如，光伏发电装置19可以为太阳能发电装置。可利用光伏发电装置19产生的电能为备电装置13进行充电，或者，光伏发电装置19通过备电装置13直接将电能提供给风力发电机组的配电设备。
控制器121用于控制微型发电机传动装置11实现微型发电机10切入或切出风力发电机组。微型发电机传动装置11连接风力发电机组的风能捕获结构和微型发电机10，控制器121可通过控制微型发电机传动装置11与风能捕获结构断开，从而控制微型发电机10切出风力发电机组；控制器121可通过控制微型发电机传动装置11与风能捕获结构连接，从而控制微型发电机10切入风力发电机组。
控制器121还可控制微型发电机传动装置11调节微型发电机10的转速。比如，微型发电机传动装置11包括齿轮箱，控制器121可控制齿轮箱的运行，从而实现对微型发电机10的转速的调节。
变流器122用于将微型发电机10或光伏发电装置19产生的电能转化为符合备电装置13需求的电能。微型发电机10或光伏发电装置19均可与微型发电机控制器12连接，在一个示例中，微型发电机10或光伏发电装置19所产生的电能的参数可能不符合备电装置13的需求，则需要利用变流器122对微型发电机10或光伏发电装置19所产生的电能进行变流，使微型发电机10或光伏发电装置19所产生的电能符合备电装置13需求的电能。比如，微型发电机10所产生的电能的电流不符合备电装置13电能输出单元133输出的电流要求，则需经变流器122对微型发电机10所产生的电能的电流进行变流，使经过变流后的电流符合电能输出单元133输出的电流要求。
图3为本发明又一实施例中一种风力发电机组备电系统的结构示意图。图3与图2的不同之处在于，图3所示的风力发电机组备电系统还可包括风力发电机组中的一些其他设备。如图3所示，风力发电机组备电系统可包括风能捕获结构14、机舱柜15、主控柜16、配电设备17以及电网侧变压器18等。其中，风力发电机组备电系统包括机舱部分和塔底部分，机舱部分和塔底部分可通过电能传送线路即动力电缆和控制通信线路即通信电缆连接。比如，微型发电机10、微型发电机控制器12、备电装置13、配电设备17、主控柜16和机舱柜15之间可通过动力电缆连接；光伏发电装置19与微型发电机控制器12可通过动力电缆连接；电网侧变压器18与备电装置13可通过动力电缆连接。微型发电机转动装置11、微型发电机控制器12、机舱柜15、主控柜16与备电装置13可通过通信电缆连接。
风能捕获结构14可包括叶轮和主轴。叶轮和主轴可与微型发电机传动装置11可切入切出的连接。叶轮和主轴可也与风力发电机组的传动装置可切入切出的连接。风能捕获结构14可位于风力发电机组的机舱部分。
机舱柜15可包括机舱配电设备151和机舱控制器152，其中，机舱控制器152可为可编程逻辑控制器。机舱柜15可设置于风力发电机组的机舱部分。主控柜16可包括主控配电设备161和主控控制器162，其中，主控控制器162可为可编程逻辑控制器。主控柜16可设置于风力发电机组的机舱部分。在一个示例中，微型发电机控制器12可与机舱柜15中的机舱控制器152连接，即微型发电机控制器12可与机舱控制器152之间进行控制交互。机舱控制器152可与主控控制器162连接，即机舱控制器152可与主控控制器162之间进行控制交互。主控控制器162可与备电装置13连接，即主控控制器162可与备电装置13之间进行控制交互。也就是说，微型发电机控制器12可通过机舱控制器152和主控控制器162控制备电装置13。
配电设备17可包括电缆、空开、熔断器、短路保护装置、漏电保护装置等电路切换和保护装置等。
电网侧变压器18可将电网侧的电能转换为符合风力发电机组需求的电能。
在本发明实施例中，微型发电机10、微型发电机传动装置11、微型发电机控制器12和备电装置13均与风力发电机组中的其他设备紧密结合，相互协作，从而达到即使电网侧与风力发电机组断开或风资源较差的情况下，风力发电机组能够进行基本运转的目标。
图4为本发明一实施例中一种风力发电机组备电系统的控制方法的流程图。如图4所示，风力发电机组备电系统的控制方法可由微型发电机控制器执行，具体的，风力发电机组备电系统的控制方法可包括步骤201至步骤204。
在步骤201中，获取实时风速或风力发电机输出功率，并判断实时风速是否小于备电系统切入阈值或风力发电机输出功率小于负功率阈值。
在一个示例中，可在风力发电机组上安装风速测试仪，由风速测试仪测得实时风速。微型发电机控制器获取测得的实时风速，并对比实时风速与备电系统切入阈值。备电系统切入阈值为判断微型发电机是否投入工作的区分条件。备电系统切入阈值可根据工作场景、工作需求和工作经验设定，在此并不限定。比如，备电系统切入阈值可为2.5m/s(米每秒)。
在一个示例中，风力发电机组中的风力发电机可记录风力发电机输出功率。微型发电机控制器获取风力发电机输出功率，并对比风力发电机输出功率与负功率阈值。负功率阈值为判断微型发电机是否投入工作的区分条件。负功率阈值可根据工作场景、工作需求和工作经验设定，在此并不限定。比如，负功率阈值可为5kW(千瓦特)。
在步骤202中，若确定实时风速小于备电系统切入阈值或风力发电机输出功率小于负功率阈值，则控制微型发电机投入工作。
在一个示例中，若实时风速小于备电系统切入阈值或风力发电机输出功率小于负功率阈值，则表明风况为微风或无风，也就是说，风资源较差。需要将微型发电机投入工作，同时，还需要将风力发电机组的风力发电机切出工作。将风力发电机组中的风力发电机切出工作，可降低90％以上的风力发电机组自耗电，从而减小了风力发电机组的耗电损失。
在一个示例中，微型发电机可通过控制微型发电机传动装置与风力发电机组的风能捕获结构连接，来控制微型发电机投入工作。微型发电机还可向机舱控制器发送控制指令，使机舱控制器控制风力发电机的传送装置与风能捕获结构断开连接，来控制风力发电机切出工作。
在一个示例中，微型发电机可向机舱控制器发送控制指令，使得机舱控制器向主控控制器发送控制指令，以使主控控制器控制风力发电机组中的大功率设备有选择的运行。比如，在第一个小时内，一部分大功率设备运行，另一部分大功率设备停止运行；在第二个小时内，一部分大功率设备停止运行，另一部分大功率设备运行。大功率设备可包括偏航装置、冷却装置等。
在步骤203中，控制微型发电机利用产生的电能通过备电装置为风力发电机组的配电设备供电。
其中，微型发电机控制器可控制微型发电机利用产生的电能直接通过备电装置为配电设备供电。微型发电机控制器也可控制微型发电机利用产生的电能为备电装置充电，再由备电装置利用存储的电能为配电设备供电。
在步骤204中，若确定实时风速大于或等于备电系统切入阈值或风力发电机组输出功率大于或等于负功率阈值，则控制微型发电机切出工作，并控制备电装置利用电网侧的电能充电。
若实时风速大于或等于备电系统切入阈值或风力发电机组输出功率大于或等于负功率阈值，则表明风况较好，则可将微型发电机切出工作，利用电网侧的电能为备电装置充电。还可将风力发电机组中的风力发电机投入工作。
在一个示例中，微型发电机可通过控制微型发电机传动装置与风力发电机组的风能捕获结构断开连接，来控制微型发电机切出工作。微型发电机还可向机舱控制器发送控制指令，使机舱控制器控制风力发电机的传送装置与风能捕获结构连接，来控制风力发电机投出工作。
在本发明实施例中，微型发电机传动装置能够将基于风能转化的机械能传输给微型发电机，以使得微型发电机可将机械能转化为电能，通过备电装置传输给风力发电机组的配电设备。当风资源较差时，风力发电机组产生的电能不能维持风力发电机组自身的运转，可利用微型发电机配合备电装置为风力发电机组中的配电设备供电。微型发电机自身耗电量小，避免了产生的电能入不敷出的问题。且备电装置可存储微型发电机产生的电能，协助为风力发电机组中的配电设备供电。即使电网侧与风力发电机组断开，或在风资源较差的恶劣环境中，微型发电机10和备电装置13也仍可为风力发电机组提供维持基本运转的电能，避免因为无法正常运转对风力发电机组内的各个设备的不良影响，从而延长风力发电机组内的各个设备的使用寿命，并扩大了风力发电机组的适用范围。在风力发电机组长期与电网侧断开的条件下，也便于工作人员对风力发电机组的调试和维护。
而且，风力发电机组内可包括航空警示系统，本发明实施例可在微风状态、无风状态和限电状态下避免附近的航空飞行器为风力发电机组带来的威胁。风力发电机组内也可包括监控系统，微型发电机和备电装置也可为监控系统提供维持基本运转的电能，从而实现对风力发电机组的不间断监控。
图5为本发明另一实施例中一种风力发电机组备电系统的控制方法的流程图。图5与图4的不同之处在于，图4中的步骤203可具体细化为图5中的步骤2031至步骤2033。
在步骤2031中，获取微型发电机的输出功率，并判断微型发电机的输出功率是否大于或者等于供电功率阈值。
供电功率阈值为区分备电装置如何存储电能以及为配电设备供电的条件值。供电功率阈值可根据工作场景、工作需求和工作经验设定，在此并不限定。比如，供电功率阈值可为5kW(千瓦特)。
在步骤2032中，若确定微型发电机的输出功率大于或者等于供电功率阈值，则控制微型发电机利用产生的电能通过备电装置为配电设备供电。
若微型发电机的输出功率大于或者等于供电功率阈值，微型发电机产生的电能可直接通过备电装置为配电设备供电。
在步骤2033中，若确定微型发电机的输出功率小于供电功率阈值，则控制微型发电机利用产生的电能为备电装置中的一部分电能存储单元充电，并控制备电装置中的另一部分电能存储单元为风力发电机组中的配电设备供电。
在备电装置中设置两个或两个以上的电能存储单元。比如，备电装置包括两个电能存储单元，分别为电能存储单元A和电能存储单元B。若微型发电机的输出功率小于供电功率阈值，利用微型发电机产生的电能为电能存储单元A充电，并利用电能存储单元B为配电设备供电。交替循环使用备电装置中不同的电能存储单元充电和供电，能够提高供电的效率，并延长备电装置的使用寿命。
在本发明一示例中，微型发电机控制器判断备电装置的当前储存电量是否低于备电装置的最大储电容量。最大储电容量即为电量的100％，也就是说，判断当前存储电量是否低于备电装置总电量的100％。若备电装置的当前储存电量低于备电装置的最大储电容量，则微型发电机控制器控制光伏发电装置利用产生的电能为备电装置充电。需要说明的是，光伏发电装置在有光的的条件下可产生电能。
在本发明一示例中，微型发电机控制器判断微型发电机的输出功率是否大于或者等于偏航功率阈值，以及实时风速是否大于或等于偏航风速阈值。
偏航功率阈值为判断是否要求偏航装置工作的条件。偏航功率阈值可根据工作场景、工作需求和工作经验设定，在此并不限定。比如，偏航功率阈值可为1kW(千瓦特)。
偏航风速阈值为判断是否要求偏航装置工作的条件。偏航风速阈值可根据工作场景、工作需求和工作经验设定，在此并不限定。比如，偏航风速阈值可为1m/s(米每秒)。
若确定微型发电机的输出功率大于或者等于偏航功率阈值且实时风速大于或等于偏航风速阈值，则微型发电机控制器控制偏航装置工作。
若确定微型发电机的输出功率大于或者等于偏航功率阈值且实时风速大于或等于偏航风速阈值，偏航对风可提高微型发电机的产电效率。具体的，可由微型发电机控制器向机舱控制器发送控制指令，使得机舱控制器向主控控制器发送控制指令，以控制偏航装置可进行偏航对风。
若确定微型发电机的输出功率小于偏航功率阈值且实时风速小于偏航风速阈值，则微型发电机控制器控制偏航装置停止工作。
若确定微型发电机的输出功率小于偏航功率阈值且实时风速小于偏航风速阈值，偏航对风无法提高微型发电机的产电效率。具体的，可由微型发电机控制器向机舱控制器发送控制指令，使得机舱控制器向主控控制器发送控制指令，以控制偏航装置停止偏航对风。
在本发明示例中，可根据微型发电机的输出功率来确定偏航装置是否工作，从而避免在无法提高微型发电机的产电效率时对电能的浪费。
在本发明一示例中，微型发电机控制器判断风力发电机组是否与电网侧断开，以及实时风速是否小于极限风速阈值。
极限风速阈值为判断是否进入了极限工作状态的条件。极限风速阈值可根据工作场景、工作需求和工作经验设定，在此并不限定。比如，极限风速阈值可为0.8m/s(米每秒)。还可结合实时风速是否小于极限风速阈值的时长，来共同判断是否需要风力发电机组中的大功率设备停止工作。
若确定风力发电机组与电网侧断开，且实时风速小于极限风速阈值，则微型发电机控制器控制风力发电机组中大功率用电设备停止工作。
比如，若风力发电机组与电网侧断开，且实时风速小于0.8m/s超过4小时，微型发电机控制器可向机舱控制器发送控制指令，使得机舱控制器向主控控制器发送控制指令，以使主控控制器控制禁用大功率用电设备。
在本发明示例中，在风力发电机组处于极限工作状态时，微型发电机控制器可通过控制机舱控制器以及主控控制器来禁止大功率用电设备用电，从而提高风力发电机组中各设备与风力发电机组备电系统中各设备的用电效率。
在本发明一示例中，微型发电机控制器将零至备电装置的最大储电容量划分为N个储电容量区域，N个储电容量区域互不重叠，N为大于1的正整数。微型发电机控制器获取备电装置的当前储存电量。若微型发电机控制器确定备电装置的当前储存电量处于第i个储电容量区域，则微型发电机控制器控制风力发电机组维持风力发电机组中Mi个用电装置工作。用电装置可包括航空警示装置、监控装置、风力发电机组备电系统中的用电装置和环控装置等。
风力发电机组包括K个用电装置，1＜i≤N，Mi≤Mi-1，0≤M1≤K，i、Mi和Mi-1均为正整数，M1和K为大于等于0的整数。
比如，备电装置的最大储电容量为100％，则可划分为5个储电容量区域，5个储电容量区域分贝为100％～70％、70％～30％、30％～20％、20％～15％和15％～0。当备电装置的当前储存电量大于或等于70％时，可维持风力发电机组中所有用电装置运行。当备电装置的当前储存电量小于70％且大于或等于30％时，维持航空警示装置、监控装置、风力发电机组备电系统中用电装置和环控装置运行。当备电装置的当前储存电量小于30％且大于或等于20％时，维持航空警示装置、风力发电机组备电系统中用电装置和监控装置运行。当备电装置的当前储存电量小于20％且大于或等于15％时，维持航空警示装置和监控装置运行。当备电装置的当前储存电量小于15％时，维持风力发电机组备电系统中用电装置和监控装置运行。直至电网侧恢复供电，或风力发电机组中的风力发电机可产生充足电能，或风力发电机组备电系统中微型发电机可以产生足够电量。
在本发明示例中，将备电装置中当前储存电量与维持运行的用电装置建立对应关系，从而提高电能的消耗和设备的运行之间的平衡效率。
结合上述实施例中的风力发电机组备电系统及其控制方法，本发明实施例提供了一种离网型风力发电机组的配电设计方案。
为风力发电机组增加了备电装置，可实现在离网状态下风力发电机组的各个内部设备的正常运转。在紧急情况下，备电装置也可为风力发电机组中的各个设备进行供电，比如为应急照明、航空障碍警示供电。从而解决风力发电机组在长期离网状态下用电问题，提高了风力发电机组的适应性，也提高了风力发电机组运行的效率。而且便于对风力发电机组的调试、维护和运行，进而提高工作人员对风机进行维护的效率。
备电装置中设置两个或两个以上的电能存储单元，使得两个或两个以上的电能存储单元可互为备份，交替使用，从而提高了风力发电机组整体的使用寿命。
为风力发电机组增加了微型发电机，可实现风力发电机组在微风情况下的发电，为风力发电机组中的配电设备和备电装置提供电能。在微风情况下切入微型发电机，切出风力发电机组中的发电机，降低了90％以上的风力发电机组自耗电，提高了电能的利用率。
将备电装置中当前储存电量与维持运行的用电装置建立对应关系，优化对风力发电机组中的配电设备的供电和控制，从而尽可能地提升风力发电机组的运行效率。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法实施例而言，相关之处可以参见系统实施例的说明部分。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。本领域的技术人员可以在领会本发明的精神之后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上所述的结构框图中所示的功能单元、功能模块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。

Claims (12)

1.一种风力发电机组备电系统，其特征在于，包括微型发电机(10)、微型发电机传动装置(11)、微型发电机控制器(12)、备电装置(13)、风能捕获结构(14)、机舱柜(15)、主控柜(16)、配电设备(17)以及电网侧变压器(18)；
所述微型发电机(10)与所述微型发电机控制器(12)之间通过动力电缆连接；
所述微型发电机控制器(12)与所述备电装置(13)之间通过动力电缆连接；
所述备电装置(13)与所述配电设备(17)之间通过动力电缆连接；
所述配电设备(17)与所述主控柜(16)之间通过动力电缆连接；
所述主控柜(16)与所述机舱柜(15)之间通过动力电缆连接；
所述电网侧变压器(18)与所述备电装置(13)通过动力电缆连接；
所述微型发电机传动装置(11)与所述微型发电机控制器(12)之间通过通信电缆连接；
所述微型发电机控制器(12)与所述机舱柜(15)之间通过通信电缆连接；
所述机舱柜(15)与所述主控柜(16)之间还通过通信电缆连接；
所述主控柜(16)与所述备电装置(13)通过通信电缆连接；
所述机舱柜(15)包括机舱配电设备(151)和机舱控制器(152)；
所述主控柜(16)包括主控配电设备(161)和主控控制器(162)；
所述微型发电机控制器(12)与所述机舱柜(15)中的所述机舱控制器(152)连接，所述微型发电机控制器(12)能够与所述机舱控制器(152)之间进行控制交互；
所述机舱控制器(152)与所述主控控制器(162)连接，所述机舱控制器(152)能够与所述主控控制器(162)之间进行控制交互；
所述主控控制器(162)与所述备电装置(13)连接，所述主控控制器(162)能够与所述备电装置(13)之间进行控制交互；
所述微型发电机控制器(12)通过所述机舱控制器(152)和所述主控控制器(162)控制所述备电装置(13)；
所述风能捕获结构(14)包括叶轮和主轴，叶轮和主轴与所述微型发电机传动装置(11)可切入切出的连接；
其中，所述微型发电机传动装置(11)与风力发电机组的所述风能捕获结构(14)连接，所述微型发电机传动装置(11)用于将所述风能捕获结构(14)基于风能转化的机械能传递给所述微型发电机(10)；
所述微型发电机(10)与所述微型发电机传动装置(11)连接，并将机械能转换为电能；
所述备电装置(13)用于接收并储存所述微型发电机(10)产生的电能或电网侧提供的电能；
所述微型发电机控制器(12)用于控制所述微型发电机(10)或所述备电装置(13)为所述风力发电机组的配电设备(17)供电；
所述备电装置(13)包括电能输入单元(131)、电能存储单元(132)和电能输出单元(133)；
所述电能输入单元(131)用于接收所述微型发电机(10)产生的电能或电网侧的电能，利用所述微型发电机(10)产生的电能或电网侧的电能为所述电能存储单元(132)充电；
所述电能存储单元(132)用于储存电能；
所述电能输出单元(133)用于利用所述电能存储单元(132)中储存的电能，为所述风力发电机组的配电设备(17)供电；
所述备电装置(13)还包括能源管控器(134)，所述能源管控器(134)用于控制所述电能输入单元(131)接收所述微型发电机(10)产生的电能或电网侧的电能，控制所述电能存储单元(132)储存电能，控制所述电能输出单元(133)向外为所述风力发电机组的配电设备(17)供电；
所述能源管控器(134)还用于将所述备电装置(13)的状态信息和故障信息上报给所述风力发电机组；所述能源管控器(134)具体用于将所述备电装置(13)的状态信息和故障信息上报给风力发电机组的所述主控柜(16)，所述主控柜(16)根据所述备电装置(13)的状态信息和故障信息生成包括处理策略的控制指令，并将控制指令发送至所述能源管控器(134)，所述能源管控器(134)根据接收的控制指令控制所述电能输入单元(131)、所述电能存储单元(132)和所述电能输出单元(133)；
所述微型发电机控制器(12)包括控制器(121)，所述控制器(121)用于控制所述微型发电机传动装置(11)实现所述微型发电机(10)切入或切出所述风力发电机组；以及，控制所述微型发电机传动装置(11)调节所述微型发电机(10)的转速；所述微型发电机传动装置(11)包括齿轮箱，所述控制器(121)控制所述齿轮箱的运行，以实现对所述微型发电机(10)的转速的调节。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组备电系统，其特征在于，所述电能存储单元(132)的数目为两个以上，两个以上的所述电能存储单元(132)能够选择性地通过所述电能输出单元(133)为所述风力发电机组的配电设备(17)供电。
3.根据权利要求1所述的风力发电机组备电系统，其特征在于，还包括光伏发电装置(19)，所述光伏发电装置(19)用于产生电能，并将产生的电能提供给所述备电装置(13)。
4.根据权利要求1或3所述的风力发电机组备电系统，其特征在于，所述微型发电机控制器(12)还包括变流器(122)，所述变流器(122)用于将所述微型发电机(10)或光伏发电装置(19)产生的电能转化为符合所述备电装置(13)需求的电能。
5.一种针对权利要求1-4中任一项风力发电机组备电系统的控制方法，其特征在于，应用于微型发电机控制器，所述风力发电机组备电系统的控制方法包括：
获取实时风速或风力发电机输出功率，并判断所述实时风速是否小于备电系统切入阈值或风力发电机输出功率小于负功率阈值；
若确定所述实时风速小于备电系统切入阈值或风力发电机输出功率小于负功率阈值，则控制微型发电机投入工作；
控制所述微型发电机利用产生的电能通过所述备电装置为风力发电机组的配电设备供电。
6.根据权利要求5所述的风力发电机组备电系统的控制方法，其特征在于，还包括：
若确定所述实时风速大于或等于备电系统切入阈值或风力发电机组输出功率大于或等于所述负功率阈值，则控制所述微型发电机切出工作，并控制所述备电装置利用电网侧的电能充电。
7.根据权利要求5所述的风力发电机组备电系统的控制方法，其特征在于，所述控制所述微型发电机利用产生的电能通过所述备电装置为风力发电机组的配电设备供电，包括：
获取所述微型发电机的输出功率，并判断所述微型发电机的输出功率是否大于或者等于供电功率阈值；
若确定所述微型发电机的输出功率大于或者等于供电功率阈值，则控制所述微型发电机利用产生的电能通过所述备电装置为所述配电设备供电。
8.根据权利要求7所述的风力发电机组备电系统的控制方法，其特征在于，还包括：
若确定所述微型发电机的输出功率小于所述供电功率阈值，则控制所述微型发电机利用产生的电能为所述备电装置中的一部分电能存储单元充电，并控制所述备电装置中的另一部分电能存储单元为所述风力发电机组中的所述配电设备供电。
9.根据权利要求5所述的风力发电机组备电系统的控制方法，其特征在于，还包括：
判断所述备电装置的当前储存电量是否低于所述备电装置的最大储电容量；
若确定所述备电装置的当前储存电量低于所述备电装置的最大储电容量，则控制光伏发电装置利用产生的电能为所述备电装置充电。
10.根据权利要求7所述的风力发电机组备电系统的控制方法，其特征在于，还包括：
判断所述微型发电机的输出功率是否大于或者等于偏航功率阈值，以及所述实时风速是否大于或等于偏航风速阈值；
若确定所述微型发电机的输出功率大于或者等于偏航功率阈值且所述实时风速大于或等于偏航风速阈值，则控制偏航装置工作；
若确定所述微型发电机的输出功率小于所述偏航功率阈值且所述实时风速小于所述偏航风速阈值，则控制偏航装置停止工作。
11.根据权利要求5所述的风力发电机组备电系统的控制方法，其特征在于，还包括：
判断所述风力发电机组是否与电网侧断开，以及所述实时风速是否小于极限风速阈值；
若确定风力发电机组与电网侧断开，且所述实时风速小于极限风速阈值，则控制所述风力发电机组中大功率用电设备停止工作。
12.根据权利要求5所述的风力发电机组备电系统的控制方法，其特征在于，还包括：
将零至所述备电装置的最大储电容量划分为N个储电容量区域，N个储电容量区域互不重叠，N为大于1的正整数；
获取所述备电装置的当前储存电量；
若确定所述备电装置的当前储存电量处于第i个储电容量区域，则控制所述风力发电机组维持所述风力发电机组中Mi个用电装置工作，所述风力发电机组包括K个用电装置，1＜i≤N，Mi≤Mi-1，0≤M1≤K，i、Mi和Mi-1均为正整数，M1和K为大于等于0的整数。
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