CN108131245B - 风力发电机的恒功率运行控制方法和装置 - Google Patents

风力发电机的恒功率运行控制方法和装置 Download PDF

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Abstract

公开风力发电机的恒功率运行控制方法和装置。所述恒功率运行控制方法包括：获取与风力发电机的运行相关的多个参数；基于所述多个参数确定风力发电机是否运行在额定风速以上；如果确定风力发电机运行在额定风速以上，则调整风力发电机的功率损耗系数，以使得所述风力发电机恒功率运行。通过利用所述运行控制方法和装置，能够实现将额定风速以上风力发电机输送到电网的实际功率保持在额定功率，既可避免风力发电机从发电机输入侧到电网侧实际功率损耗变化引起功率欠发导致的发电量损失，又可避免功率超发导致的风力发电机部件载荷增加。

Description

风力发电机的恒功率运行控制方法和装置
技术领域
本发明涉及风力发电机的控制领域，更具体地讲，涉及能够将额定风速以上风力发电机输送到电网的实际功率保持恒定的风力发电机的恒功率运行控制方法和装置。
背景技术
风力发电机的主要功率损耗设备包括交流发电机、发电机冷却系统、全功率变流器、变流器冷却电气系统、变桨电气系统、偏航电气系统、低压电气系统等。当风力发电机运行在额定风速至切出风速的区间之内时，功率损耗是随着环境温度不同而变化的。目前风力发电机的功率损耗系数在切入风速到切出风速的整个风机运行区间之内都设定为恒定数值，即在额定风速以上风力发电机中发电机输入侧功率是固定不变的。当所有电气部件功率损耗较大时，风力发电机输送到电网的实际功率低于额定功率，称之为欠发；而当所有电气部件功率损耗较小时，风力发电机输送到电网的实际功率高于额定功率，称之为超发。
当风力发电机运行在额定风速以上时，如果发生欠发情况，则不仅影响到额定风速以上风力发电机出力，还会对额定转速与额定风速之间的功率曲线产生较大影响。如果发生超发情况，则会对风力发电机部件运行寿命产生比较大的影响。
通常，在风力发电机不限负荷的情况下，当风力发电机运行在额定风速以上时，风力发电机的控制器可通过增大叶片桨距角给定值，并由变桨执行机构来实现叶片桨距角的增加，从而减小风力发电机所吸收的风能来保证额定功率运行。因此，在现有技术中，在额定风速以上的情况下，无论叶片桨距角给定值，还是叶片桨距角的实际值，都会高于额定风速以下运行时的桨距角设定值。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供能够通过调整风力发电机的功率损耗系数来将额定风速以上风力发电机输送到电网的实际功率保持恒定的风力发电机的恒功率运行控制方法和装置。
根据本发明的一方面，提供一种风力发电机的恒功率运行控制方法，包括：获取与风力发电机的运行相关的多个参数；基于所述多个参数确定风力发电机是否运行在额定风速以上；当确定风力发电机运行在额定风速以上时，调整风力发电机的功率损耗系数，以使得所述风力发电机恒功率运行。
优选地，所述多个参数包括：预定时间段内风力发电机输送到电网的实际功率的平均值、所述预定时间段内最小叶片桨距角、所述预定时间段内叶片桨距角的给定值等于额定风速以下叶片桨距角的时间。
优选地，基于所述多个参数确定风力发电机是否运行在额定风速以上的步骤包括：如果所述预定时间段内风力发电机输送到电网的实际功率的平均值大于第一预定阈值，并且所述预定时间段内叶片桨距角的给定值等于额定风速以下叶片桨距角的时间小于第二预定阈值或者所述预定时间段内最小叶片桨距角大于额定风速以下叶片桨距角，则确定风力发电机运行在额定风速以上。
优选地，调整风力发电机的功率损耗系数的步骤包括：将所述预定时间段内风力发电机输送到电网的实际功率的平均值与风力发电机的额定功率进行比较；如果所述预定时间段内风力发电机输送到电网的实际功率的平均值小于风力发电机的额定功率，则增大风力发电机的功率损耗系数；如果所述预定时间段内风力发电机输送到电网的实际功率的平均值大于风力发电机的额定功率，则减小风力发电机的功率损耗系数。
优选地，在调整风力发电机的功率损耗系数的步骤中，将风力发电机的额定功率和所述预定时间段内风力发电机输送到电网的实际功率的平均值之差与风力发电机的额定功率的比值确定为功率损耗系数调整值，并通过将功率损耗系数调整值与风力发电机的功率损耗系数相加来增大或减小风力发电机的功率损耗系数。
根据本发明的另一方面，提供一种风力发电机的恒功率运行控制装置，包括：获取模块，获取与风力发电机的运行相关的多个参数；确定模块，基于所述多个参数确定风力发电机是否运行在额定风速以上；调整模块，当确定风力发电机运行在额定风速以上时调整风力发电机的功率损耗系数，以使得所述风力发电机恒功率运行。
优选地，所述多个参数包括：预定时间段内风力发电机输送到电网的实际功率的平均值、所述预定时间段内最小叶片桨距角、所述预定时间段内叶片桨距角的给定值等于额定风速以下叶片桨距角的时间。
优选地，如果所述预定时间段内风力发电机输送到电网的实际功率的平均值大于第一预定阈值，并且所述预定时间段内叶片桨距角的给定值等于额定风速以下叶片桨距角的时间小于第二预定阈值或者所述预定时间段内最小叶片桨距角大于额定风速以下叶片桨距角，则确定模块确定风力发电机运行在额定风速以上。
优选地，调整模块将所述预定时间段内风力发电机输送到电网的实际功率的平均值与风力发电机的额定功率进行比较，如果所述预定时间段内风力发电机输送到电网的实际功率的平均值小于风力发电机的额定功率，则调整模块增大风力发电机的功率损耗系数，如果所述预定时间段内风力发电机输送到电网的实际功率的平均值大于风力发电机的额定功率，则调整模块减小风力发电机的功率损耗系数。
优选地，调整模块将风力发电机的额定功率和所述预定时间段内风力发电机输送到电网的实际功率的平均值之差与风力发电机的额定功率的比值确定为功率损耗系数调整值，并通过将功率损耗系数调整值与风力发电机的功率损耗系数相加来增大或减小风力发电机的功率损耗系数。
通过利用根据本发明的实施例的风力发电机的恒功率运行控制方法和装置，能够实现将额定风速以上风力发电机输送到电网的实际功率恒定(例如，保持在额定功率)，这样既可避免风力发电机从发电机输入侧到电网侧实际功率损耗变化引起功率欠发导致的发电量损失，又可避免功率超发导致的风力发电机部件载荷增加。
附图说明
通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的这些和/或其他方面和优点将会变得清楚和更易于理解，在附图中：
图1示出额定风速以上风力发电机在预定时间段内输送到电网的实际功率随时间的变化关系；
图2示出额定风速附近风力发电机在预定时间段内输送到电网的实际功率随时间的变化关系；
图3示出额定风速附近风力发电机在预定时间段内叶片桨距角随时间的变化关系；
图4示出额定风速以上风力发电机功率欠发时在预定时间段内输送到电网的实际功率随时间的变化关系；
图5示出额定风速以上风力发电机功率欠发时在预定时间段内叶片桨距角随时间的变化关系；
图6是示出根据本发明的实施例的风力发电机的恒功率运行控制方法的流程图；
图7是示出根据本发明的实施例的风力发电机的恒功率运行控制装置的框图。
具体实施方式
在下文中参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，且不应该解释为局限于在这里所提出的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完全的，并将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。在附图中，相同的标号始终表示相同的元件。
应该理解的是，尽管在这里可使用术语第一、第二、第三等来描述不同的元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应该受这些术语的限制。这些术语仅是用来将一个元件、组件、区域、层或部分与另一个元件、组件、区域、层或部分区分开来。因此，在不脱离本发明的教导的情况下，下面讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可被称作第二元件、组件、区域、层或部分。如在这里使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任意组合和所有组合。
这里使用的术语仅为了描述特定实施例的目的，而不意图限制本发明。如这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。还应理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，说明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
除非另有定义，否则这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员所通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里明确定义，否则术语(诸如在通用字典中定义的术语)应该被解释为具有与相关领域的环境中它们的意思一致的意思，而将不以理想的或者过于正式的含义来解释它们。
在下文中，将参照附图详细地解释本发明。
图1示出额定风速以上风力发电机在预定时间段(例如，但不限于此，10分钟)内输送到电网的实际功率随时间的变化关系。风力发电机输送到电网的实际功率呈现出围绕风力发电机的额定功率低频波动的情况，而10分钟内风力发电机输送到电网的实际功率的平均值为风力发电机的额定功率1500kW。另外，作为风力发电机出力评估的功率曲线数据来源，同样是风力发电机输送到电网的实际功率在10分钟内的平均值的一种统计结果。鉴于以上两点原因，在判断风力发电机在额定风速以上运行时输送到电网的实际功率是超发还是欠发，将以10分钟内的平均值作为衡量的基准。
图2示出额定风速附近风力发电机在预定时间段(例如，但不限于此，10分钟)内输送到电网的实际功率随时间的变化关系，图3示出额定风速附近风力发电机在预定时间段(例如，但不限于此，10分钟)内叶片桨距角随时间的变化关系。如图2所示，风力发电机输送到电网的实际功率在10分钟内的平均值低于额定功率(例如，但不限于，1500kW)，而如图3所示，在10分钟内的一段时间段中叶片桨距角小于额定风速以下最优桨距角0deg。如图2和图3所示的风力发电机在额定风速附近运行的情况不属于由于风力发电机中功率损耗变化引起的输送到电网实际功率欠发的情况，其原因在于在10分钟内的一段时间段中风力发电机运行在额定功率1500kW以下。因此，不需要通过改变风力发电机的功率损耗系数来调整发电机输入侧功率。
图4示出额定风速以上风力发电机功率欠发时在预定时间段(例如，但不限于此，10分钟)内输送到电网的实际功率随时间的变化关系，图5示出额定风速以上风力发电机功率欠发时在预定时间段(例如，但不限于此，10分钟)内叶片桨距角随时间的变化关系。如图4所示，风力发电机输送到电网的实际功率在10分钟内的平均值低于额定功率(例如，但不限于，1500kW)，而如图5所示，在整个10分钟内，叶片桨距角始终高于额定风速以下最优桨距角0deg。因此，如图4和图5所示的风力发电机在额定风速以上运行的情况属于由于风力发电机中功率损耗变化引起的输送到电网实际功率欠发的情况。在这种情况下，根据本发明的实施例，可以通过改变风力发电机的功率损耗系数来调整发电机输入侧功率，从而将风力发电机输送到电网的实际功率提升到额定功率。
图6是示出根据本发明的实施例的风力发电机的恒功率运行控制方法的流程图。如图6所示的风力发电机的恒功率运行控制方法可以由设置在风力发电机中的单独的电子装置来执行，或者由包括在风力发电机的控制器中的模块来执行，或者由风力发电机的控制器本身来执行。
参照图6，在步骤S601中，获取与风力发电机的运行相关的多个参数。例如，可以由风力发电机的控制器来获取所述多个参数。这里，所述多个参数包括：预定时间段(例如，但不限于，10分钟)内风力发电机输送到电网的实际功率的平均值、所述预定时间段内最小叶片桨距角、所述预定时间段内叶片桨距角的给定值等于额定风速以下叶片桨距角的时间。这里，可以通过从发电机输入侧功率Pe减去功率损耗Ploss来得到风力发电机输送到电网的实际功率Pgrid。在每个预定时间段结束的时刻，通过对所述预定时间段内输送到电网的实际功率进行计算获得其平均值Paverage-grid。另外，可以通过变桨执行机构中的绝对值编码器实时获取叶片桨距角。根据本发明的实施例，可以通过现有技术中的各种方式来获取发电机输入侧功率Pe、功率损耗Ploss以及叶片桨距角，因此这里不再赘述。
接下来，在步骤S602中，基于获取的多个参数确定风力发电机是否运行在额定风速以上。具体地讲，如果所述预定时间段内风力发电机输送到电网的实际功率的平均值Paverage-grid大于第一预定阈值，并且所述预定时间段内叶片桨距角的给定值等于额定风速以下叶片桨距角的时间小于第二预定阈值或者所述预定时间段内最小叶片桨距角大于额定风速以下叶片桨距角，则确定风力发电机运行在额定风速以上。这里，作为功率设定值的第一预定阈值以及作为时间设定值的第二预定阈值可以由本领域技术人员根据经验设置，或者通过实验确定，这里不再赘述。
其后，当确定风力发电机运行在额定风速以上时，在步骤S603中，调整风力发电机的功率损耗系数，以使得所述风力发电机恒功率运行。具体地讲，在步骤S603中，首先将所述预定时间段内风力发电机输送到电网的实际功率的平均值Paverage-grid与风力发电机的额定功率Prated进行比较。如果Paverage-grid小于Prated，则增大风力发电机的功率损耗系数ζ。然而，如果Paverage-grid大于Prated，则减小风力发电机的功率损耗系数ζ。更具体地讲，可以将风力发电机的额定功率Prated和所述预定时间段内风力发电机输送到电网的实际功率的平均值Paverage-grid之差与风力发电机的额定功率Prated的比值确定为功率损耗系数调整值Δζ，然后通过将功率损耗系数调整值Δζ与风力发电机的功率损耗系数ζ相加来增大或减小风力发电机的功率损耗系数，从而得到调整后的功率损耗系数ζtotal。
图7是示出根据本发明的实施例的风力发电机的恒功率运行控制装置的框图。
参照图7。根据本发明的实施例的风力发电机的恒功率运行控制装置700可以是设置在风力发电机中的单独的电子装置，或者可以是包括在风力发电机的控制器中的模块，或者可以是风力发电机的控制器本身。风力发电机的恒功率运行控制装置700包括获取模块701、确定模块702和调整模块703。获取模块701获取与风力发电机的运行相关的多个参数。确定模块702基于所述多个参数确定风力发电机是否运行在额定风速以上。当确定模块702确定风力发电机运行在额定风速以上时，调整模块703调整风力发电机的功率损耗系数，以使得所述风力发电机恒功率运行。
如上所述，所述多个参数包括：预定时间段(例如，但不限于，10分钟)内风力发电机输送到电网的实际功率的平均值Paverage-grid、所述预定时间段内最小叶片桨距角、所述预定时间段内叶片桨距角的给定值等于额定风速以下叶片桨距角的时间。如果所述预定时间段内风力发电机输送到电网的实际功率的平均值Paverage-grid大于第一预定阈值，并且所述预定时间段内叶片桨距角的给定值等于额定风速以下叶片桨距角的时间小于第二预定阈值或者所述预定时间段内最小叶片桨距角大于额定风速以下叶片桨距角，则确定模块702确定风力发电机运行在额定风速以上。
调整模块703将所述预定时间段内风力发电机输送到电网的实际功率的平均值Paverage grid与风力发电机的额定功率Prated进行比较，如果Paverage grid小于Prated，则调整模块703增大风力发电机的功率损耗系数ζ，如果Paverage-grid大于Prated，则调整模块703减小风力发电机的功率损耗系数ζ。如上所述，调整模块703可将Prated和Paverage-grid之差与Prated的比值确定为功率损耗系数调整值Δζ，并通过将功率损耗系数调整值Δζ与风力发电机的功率损耗系数ζ相加来增大或减小风力发电机的功率损耗系数。
如上所述，通过利用根据本发明的实施例的风力发电机的恒功率运行控制方法和装置，能够实现将额定风速以上风力发电机输送到电网的实际功率保持恒定(例如，保持在额定功率)，这样既可避免风力发电机从发电机输入侧到电网侧实际功率损耗变化引起功率欠发导致的发电量损失，又可避免功率超发导致的风力发电机部件载荷增加。
根据本发明的实施例的风力发电机的运行控制方法还可被实施为计算机可读记录介质上的计算机可读代码。计算机可读记录介质是能够将数据存储为之后可由计算机系统读取的程序的任何数据存储装置。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)、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储装置。计算机可读记录介质还可被分布在联网的计算机系统上，从而以分布的方式存储和执行所述计算机可读代码。此外，用于实现根据本发明的实施例的用于双卡终端的寻呼冲突解决方法的功能程序、代码和代码段可被程序员容易地解释。
虽然已经显示和描述了一些实施例，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种风力发电机的运行控制方法，其特征在于，所述运行控制方法包括：
获取与风力发电机的运行相关的多个参数；
基于所述多个参数确定风力发电机是否运行在额定风速以上；
当确定风力发电机运行在额定风速以上时，调整风力发电机的功率损耗系数，以将所述风力发电机输送到电网的实际功率保持在额定功率。
2.根据权利要求1所述的运行控制方法，其特征在于，所述多个参数包括：预定时间段内风力发电机输送到电网的实际功率的平均值、所述预定时间段内最小叶片桨距角、所述预定时间段内叶片桨距角的给定值等于额定风速以下叶片桨距角的时间。
3.根据权利要求2所述的运行控制方法，其特征在于，基于所述多个参数确定风力发电机是否运行在额定风速以上的步骤包括：
如果所述预定时间段内风力发电机输送到电网的实际功率的平均值大于第一预定阈值，并且所述预定时间段内叶片桨距角的给定值等于额定风速以下叶片桨距角的时间小于第二预定阈值或者所述预定时间段内最小叶片桨距角大于额定风速以下叶片桨距角，则确定风力发电机运行在额定风速以上。
4.根据权利要求2至3中任意一项所述的运行控制方法，其特征在于，调整风力发电机的功率损耗系数的步骤包括：
将所述预定时间段内风力发电机输送到电网的实际功率的平均值与风力发电机的额定功率进行比较；
如果所述预定时间段内风力发电机输送到电网的实际功率的平均值小于风力发电机的额定功率，则增大风力发电机的功率损耗系数；
如果所述预定时间段内风力发电机输送到电网的实际功率的平均值大于风力发电机的额定功率，则减小风力发电机的功率损耗系数。
5.根据权利要求4所述的运行控制方法，其特征在于，在调整风力发电机的功率损耗系数的步骤中，将风力发电机的额定功率和所述预定时间段内风力发电机输送到电网的实际功率的平均值之差与风力发电机的额定功率的比值确定为功率损耗系数调整值，并通过将功率损耗系数调整值与风力发电机的功率损耗系数相加来增大或减小风力发电机的功率损耗系数。
6.一种风力发电机的运行控制装置，其特征在于，所述运行控制装置包括：
获取模块，获取与风力发电机的运行相关的多个参数；
确定模块，基于所述多个参数确定风力发电机是否运行在额定风速以上；
调整模块，当确定风力发电机运行在额定风速以上时调整风力发电机的功率损耗系数，以将所述风力发电机输送到电网的实际功率保持在额定功率。
7.根据权利要求6所述的运行控制装置，其特征在于，所述多个参数包括：预定时间段内风力发电机输送到电网的实际功率的平均值、所述预定时间段内最小叶片桨距角、所述预定时间段内叶片桨距角的给定值等于额定风速以下叶片桨距角的时间。
8.根据权利要求7所述的运行控制装置，其特征在于，如果所述预定时间段内风力发电机输送到电网的实际功率的平均值大于第一预定阈值，并且所述预定时间段内叶片桨距角的给定值等于额定风速以下叶片桨距角的时间小于第二预定阈值或者所述预定时间段内最小叶片桨距角大于额定风速以下叶片桨距角，则确定模块确定风力发电机运行在额定风速以上。
9.根据权利要求7至8中任意一项所述的运行控制装置，其特征在于，调整模块将所述预定时间段内风力发电机输送到电网的实际功率的平均值与风力发电机的额定功率进行比较，如果所述预定时间段内风力发电机输送到电网的实际功率的平均值小于风力发电机的额定功率，则调整模块增大风力发电机的功率损耗系数，如果所述预定时间段内风力发电机输送到电网的实际功率的平均值大于风力发电机的额定功率，则调整模块减小风力发电机的功率损耗系数。
10.根据权利要求9所述的运行控制装置，其特征在于，调整模块将风力发电机的额定功率和所述预定时间段内风力发电机输送到电网的实际功率的平均值之差与风力发电机的额定功率的比值确定为功率损耗系数调整值，并通过将功率损耗系数调整值与风力发电机的功率损耗系数相加来增大或减小风力发电机的功率损耗系数。
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