CN108150352A - 控制风力发电机组运行的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种控制风力发电机组运行的方法和设备。所述方法包括：确定风力发电机组的设计寿命以及风力发电机组在多个功率模式下的工作寿命，其中，风力发电机组在所述多个功率模式下的工作寿命不同，风力发电机组在任意一功率模式下的工作寿命为风力发电机组仅在所述任意一功率模式下运行时能够使用的寿命；基于风力发电机组的设计寿命以及在所述多个功率模式下的工作寿命，控制风力发电机组在每个功率模式下运行，以使得风力发电机组运行预定寿命而消耗完寿命。

Description

控制风力发电机组运行的方法和设备
技术领域
本发明涉及风力发电领域。更具体地讲，涉及一种控制风力发电机组运行的方法和设备。
背景技术
风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到重视，装机量也不断增加。随着风力发电技术的不断发展，风力发电机组的各种研究也日益深入。
风力发电机组通常在预先设计的出厂功率模式(例如，额定功率)下运行。这样，风力发电机组在各个时间段均匀地进行发电，最终达到设计寿命。受限于风力发电机组的这样的运行控制方式，其实际效率在某些情况下较低。因此，需要对风力发电机组的运行进行更灵活地控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种控制风力发电机组运行的方法和设备。
根据本发明的一方面，提供一种控制风力发电机组运行的方法，所述方法包括：确定风力发电机组的设计寿命以及风力发电机组在多个功率模式下的工作寿命，其中，风力发电机组在所述多个功率模式下的工作寿命不同，风力发电机组在任一功率模式下的工作寿命为风力发电机组仅在所述任一功率模式下运行时能够使用的寿命；基于风力发电机组的设计寿命以及在所述多个功率模式下的工作寿命，控制风力发电机组在每个功率模式下运行，以使得风力发电机组运行预定寿命而消耗完寿命。
可选地，风力发电机组根据所述多个功率模式对应的工作寿命，来分别在所述多个功率模式下运行，使得在所述预定寿命中的预定时间段比在设计功率模式下运行所述预定时间段的情况下产生更多的电量。
可选地，所述多个功率模式包括一个或多个第一功率模式、一个或多个第二功率模式，所述第一功率模式对应的工作寿命小于所述出厂功率模式对应的工作寿命，所述第二功率模式对应的工作寿命大于所述出厂功率模式对应的工作寿命。
可选地，所述多个功率模式的运行时间之和等于所述预定寿命，所述多个功率模式的运行时间各自所对应的出厂功率模式下的运行时间之和等于设计寿命。
可选地，所述一个或多个第一功率模式运行对应的运行时间所导致的相对于出厂功率模式的寿命损失等于所述一个或多个第二功率模式运行对应的运行时间所导致的相对于出厂功率模式的寿命增益。
可选地，控制风力发电机组在每个功率模式下运行包括：基于所述多个功率模式的相对寿命消耗速度以及估计的寿命，确定风力发电机组将要运行的功率模式，并控制风力发电机组在确定出的功率模式下运行，其中，任一功率模式的相对寿命消耗速度为设计寿命与所述任一功率模式的工作寿命之比。
可选地，基于所述多个功率模式的相对寿命消耗速度以及估计的寿命，确定风力发电机组的功率模式包括：估计风力发电机组的寿命；基于估计的寿命和所述预定寿命，确定可用剩余寿命裕度；基于所述多个功率模式的相对寿命消耗速度、可用剩余寿命裕度，确定风力发电机组将要运行的功率模式和将要运行的功率模式的运行时间。
可选地，在所述一个或多个第一功率模式以对应的相对寿命消耗速度运行的运行时间所导致的相对于出厂功率模式的寿命损失等于在所述一个或多个第二功率模式以对应的相对寿命消耗速度运行的运行时间所导致的相对于出厂功率模式的寿命增益与可用剩余寿命裕度之和。
可选地，控制风力发电机组在每个功率模式下运行包括：周期性地或非周期性地基于所述多个功率模式的相对寿命消耗速度以及周期性地或非周期性地估计的寿命，确定风力发电机组的功率模式，并控制风力发电机组在确定出的功率模式下运行。
可选地，所述寿命损失为各个第一功率模式的运行时间与各自的相对寿命消耗速度的乘积之和，寿命增益为各个第二功率模式的运行时间与各自的寿命增益速度的乘积之和，其中，任一个第二功率模式的寿命增益速度为一减去所述任一个第二功率模式的相对寿命消耗速度。
可选地，所述多个功率模式还包括一个第三功率模式，第三功率模式为出厂功率模式。
本发明的另一方面提供一种控制风力发电机组运行的设备，所述设备包括：参数确定单元，确定风力发电机组的设计寿命以及风力发电机组在多个功率模式下的工作寿命，其中，风力发电机组在所述多个功率模式下的工作寿命不同，风力发电机组在任一功率模式下的工作寿命为风力发电机组仅在所述任一功率模式下运行时能够使用的寿命；控制单元，基于风力发电机组的设计寿命以及在所述多个功率模式下的工作寿命，控制风力发电机组在每个功率模式下运行，以使得风力发电机组运行预定寿命而消耗完寿命。
可选地，控制单元控制风力发电机组根据所述多个功率模式对应的工作寿命，来分别在所述多个功率模式下运行，使得在所述预定寿命中的预定时间段比在设计功率模式下运行所述预定时间段的情况下产生更多的电量。
可选地，所述多个功率模式包括一个或多个第一功率模式、一个或多个第二功率模式，第一功率模式对应的工作寿命小于出厂功率模式对应的工作寿命，第二功率模式对应的工作寿命大于出厂功率模式对应的工作寿命。
可选地，所述多个功率模式的运行时间之和等于所述预定寿命，所述多个功率模式的运行时间各自所对应的出厂功率模式下的运行时间之和等于设计寿命。
可选地，所述一个或多个第一功率模式运行对应的运行时间所导致的相对于出厂功率模式的寿命损失等于所述一个或多个第二功率模式运行对应的运行时间所导致的相对于出厂功率模式的寿命增益。
可选地，控制单元包括：模式确定单元，基于所述多个功率模式的相对寿命消耗速度以及估计的寿命，确定风力发电机组将要运行的功率模式；运行控制单元，控制风力发电机组在确定出的功率模式下运行，其中，任一功率模式的相对寿命消耗速度为设计寿命与所述任一功率模式的工作寿命之比。
可选地，模式确定单元通过如下处理基于所述多个功率模式的相对寿命消耗速度以及估计的寿命，确定风力发电机组的功率模式：估计风力发电机组的寿命；基于估计的寿命和所述预定寿命，确定可用剩余寿命裕度；基于所述多个功率模式的相对寿命消耗速度、可用剩余寿命裕度，确定风力发电机组将要运行的功率模式和将要运行的功率模式的运行时间。
可选地，在所述一个或多个第一功率模式以对应的相对寿命消耗速度运行的运行时间所导致的相对于出厂功率模式的寿命损失等于在所述一个或多个第二功率模式以对应的相对寿命消耗速度运行的运行时间所导致的相对于出厂功率模式的寿命增益与可用剩余寿命裕度之和。
可选地，模式确定单元周期性地或非周期性地基于所述多个功率模式的相对寿命消耗速度以及周期性地或非周期性地估计的寿命，确定风力发电机组的功率模式。
可选地，所述寿命损失为各个第一功率模式的运行时间与各自的相对寿命消耗速度的乘积之和，寿命增益为各个第二功率模式的运行时间与各自的寿命增益速度的乘积之和，其中，任一个第二功率模式的寿命增益速度为一减去所述任一个第二功率模式的相对寿命消耗速度。
可选地，所述多个功率模式还包括一个第三功率模式，第三功率模式为出厂功率模式。
本发明的另一方面提供一种控制风力发电机组运行的系统，所述系统包括：处理器；存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，执行所述控制风力发电机组运行的方法。
本发明的另一方面提供一种其中存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序被执行时所述实现控制风力发电机组运行的方法。
根据本发明的控制风力发电机组运行的方法和设备，可以不受设计寿命的约束，使风力发电机组按照希望的长度寿命周期运行至寿命结束。此外，可以根据需要来使风力发电机组在希望的长度寿命周期中的预定时段产生更多的电量。此外，进一步基于周期性预测的寿命来参与控制风力发电机组运行，从而可以提高控制的精度或准确性。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：
图1示出根据本发明的实施例的控制风力发电机组运行的方法的流程图。
图2示出根据本发明的实施例的确定风力发电机组的功率模式的方法的流程图。
图3示出根据本发明的实施例的控制风力发电机组运行的一个示例。
图4示出根据本发明的实施例的控制风力发电机组运行的设备的框图。
具体实施方式
现在，将参照附图更充分地描述不同的示例实施例。
图1示出根据本发明的实施例的控制风力发电机组运行的方法的流程图。
参照图1，在步骤S110，确定风力发电机组的设计寿命以及风力发电机组在多个功率模式下的工作寿命。
风力发电机组在所述多个功率模式下的工作寿命不同。风力发电机组在任一功率模式下的工作寿命为风力发电机组仅在所述任一功率模式下运行时能够使用的寿命。
风力发电机组的使用寿命通常与承受的疲劳载荷相关，而输出功率又与疲劳载荷相关。通常来说，风力发电机组的输出功率越大，使用寿命越短。一个功率模式对应的输出功率越大，对应的工作寿命也越短。可通过将风力发电机组的运行参数调整为与某个功率模式对应的运行参数，使得风力发电机组在某个功率模式下运行。
在一个实施例中，所述多个功率模式包括一个或多个第一功率模式、一个或多个第二功率模式。第一功率模式对应的工作寿命小于出厂功率模式对应的工作寿命，第二功率模式对应的工作寿命大于出厂功率模式对应的工作寿命。这里，出厂功率模式对应的输出功率可为额定功率，出厂功率模式对应的工作寿命为设计寿命。
在一个优选实施例中，除了第一功率模式和第二功率模式，所述多个功率模式还包括一个第三功率模式。第三功率模式为出厂功率模式。
在步骤S120，基于风力发电机组的设计寿命以及在所述多个功率模式下的工作寿命，控制风力发电机组在每个功率模式下运行，以使得风力发电机组运行预定寿命而消耗完寿命。换言之，通过设置多个功率模式，控制风力发电机组在每个功率模式下运行，使得风力发电机组达到寿命结束时的使用寿命为希望的时间长度(即，预定寿命)。应该理解，预定寿命可以等于设计寿命，大于设计寿命或者小于设计寿命。
为此，所述多个功率模式的运行时间之和等于所述预定寿命。
为此，需要使得具有比出厂功率模式小的工作寿命的功率模式(例如，第一功率模式)在对应的运行时间下运行所导致的相对于出厂功率模式的寿命损失通过具有比出厂功率模式长的工作寿命的功率模式(例如，第二功率模式)在对应的运行时间所导致的相对于出厂功率模式的寿命增益来补偿。
具体地说，具有比出厂功率模式小的工作寿命的功率模式的寿命消耗速度大于出厂功率模式的寿命消耗速度，出厂功率模式的寿命消耗速度大于具有比出厂功率模式长的工作寿命的功率模式。例如，运行同样的时间，在第一功率模式下消耗的寿命大于在出厂功率模式下消耗的寿命，在出厂功率模式下消耗的寿命大于在第二功率模式下消耗的寿命。以在出厂功率模式下消耗的寿命为参考，在第一功率模式下多消耗的寿命可通过在第二功率模式下少消耗的寿命补偿。
在此情况下，所述一个或多个第一功率模式运行对应的运行时间所导致的相对于出厂功率模式的寿命损失等于所述一个或多个第二功率模式运行对应的运行时间所导致的相对于出厂功率模式的寿命增益。这样，可根据上述寿命补偿约束确定出各个功率模式的运行时间，从而控制风力发电机组在各个功率模式运行对应的运行时间。
此外，根据需要，预定的一个或多个第一功率模式可被限制为运行的时间大于或等于对应的第一阈值(预定的多个第一功率模式的第一阈值可以相同或不同)。这样，可在考虑第一阈值的情况下，基于寿命补偿约束来确定出各个功率模式的运行时间。
在一个实施例中，可通过各个功率模式的相对寿命消耗速度确定各个功率模式的运行时间。在一个实施例中，任一功率模式的相对寿命消耗速度为设计寿命与所述任一功率模式的工作寿命之比。应该理解，使用设计寿命作为相对寿命消耗速度的参考是为了计算的简便，作为参考的寿命不限于设计寿命。例如，功率模式的相对寿命消耗速度可被表示为下面的等式(1)：
这里，αi表示第i功率模式的相对寿命消耗速度，Tr表示设计寿命，Ti表示第i功率模式的工作寿命。
所述寿命损失为各个第一功率模式的运行时间与各自的相对寿命消耗速度的乘积之和，寿命增益为各个第二功率模式的运行时间与各自的寿命增益速度的乘积之和，其中，任一个第二功率模式的寿命增益速度为一减去所述任一个第二功率模式的相对寿命消耗速度。
例如，寿命损失可表示为下面的等式(2)：
其中，m为第一功率模式的数量，α1,i为第i第一功率模式的相对寿命消耗速度，t1,i为第i第一功率模式的运行时间，m为大于或等于1的自然数。
寿命增益可表示为下面的等式(3)：
其中，n为第二功率模式的数量，α2,i为第i第二功率模式的相对寿命消耗速度，t2,i为第i第二功率模式的运行时间，n为大于或等于1的自然数。
此外，风力发电机组在第三功率模式下运行不会产生寿命的增益或损失，因此不需要考虑寿命补偿。在一个优选实施例中，考虑到风力发电机组被设计为在出厂功率模式(第三模式)下运行以及功率模式切换的平滑性，因此需要风力发电机组在出厂功率模式下运行一定时间。在此情况下，第二功率模式被限制为运行的时间大于第二阈值。在此情况下，在进行寿命补偿时，需要进一步考虑在整个寿命过程(即，预定寿命)中第二功率模式占用的时间，从而来确定各个功率模式的运行时间。
由于风力发电机组运行预定寿命而消耗完寿命，因此所述多个功率模式的运行时间各自所对应的出厂功率模式下的运行时间之和等于设计寿命。
可通过各个功率模式的相对寿命消耗速度确定所述多个功率模式的运行时间各自所对应的出厂功率模式下的运行时间。任一功率模式的运行时间所对应的出厂功率模式下的运行时间为该任一功率模式的相对寿命消耗速度与该任一功率模式的运行时间的乘积。
在一个实施例中，风力发电机组根据所述多个功率模式对应的工作寿命，来分别在所述多个功率模式下运行，使得在所述预定寿命中的预定时间段比在设计功率模式下运行所述预定时间段的情况下产生更多的电量。
可能需要在风力发电机组运行预定寿命(例如，预定时间长度)的情况下在某个预定时间段产生相对多的电量。
例如，受到各种因素的影响，风力发电机组很难运行到设计寿命结束就结束使用(例如，被放弃或拆除)，例如，技术的进步导致当前的风力发电机组生产力落后、场地拆迁等(时间越久受到意外因素影响的概率增加)。这样，导致风力发电机组的实际效率的降低。为此，控制风力发电机组在每个功率模式下运行，以使得风力发电机组在预定寿命过程中比在出厂功率模式下运行的情况下更早地产生相同的电量。换言之，通过设置多个功率模式，控制风力发电机组在每个功率模式下运行，使得风力发电机组产生预定电量的时间比单纯在出厂功率模式下运行产生预定电量的时间更早。这样，在整个寿命过程的前期产生的电量比风力发电机组单纯在出厂功率模式下运行的情况下在整个寿命过程的前期产生的电量多。
为此，在一个实施例中，风力发电机组按照所述多个功率模式对应的工作寿命的降序的顺序，来分别在所述多个功率模式下运行。由于工作寿命越短的功率模式(即，输出功率越高的功率模式)更早的运行，因此可更早地产生越多的电量。
再例如，由于电价的变化预期，可能需要在高电价阶段产生相对多的电量，在电价的低电价阶段产生相对少的电量，从而提高机器利用效率，因为电量产生越多会损耗越多的风力发电机组的寿命。为此，在一个实施例中，在预期的高电价阶段设置输出功率高的功率模式进行运行。
在一个实施例中，可根据需要在预定时间段输出的电量，针对预定的一个或多个功率模式设置各自运行时间的值或最小值。这样，可在考虑预定的功率模式的各自运行时间的值或最小值的情况下，基于寿命补偿约束来确定出各个功率模式的运行时间。
上述方案可适于在部署风力发电机组时预先确定出各个功率模式的运行时间。然而，风力发电机组的寿命在整个寿命过程中会受到各种因素的影响，可能不会满足预先确定的寿命曲线。在步骤S120的一个实施例中，考虑预测风力发电机组的寿命，以基于预测的寿命更准确地实现风力发电机组的负载控制。例如，可周期性地或非周期性地(例如，根据需要)估计风力发电机组的寿命，并每次估计寿命后基于所述多个功率模式的相对寿命消耗速度以及估计的寿命，确定风力发电机组将要在所述多个功率模式下的哪些个功率模式下运行，并控制风力发电机组在确定出的功率模式下运行。换言之，可通过估计风力发电机组的寿命，并根据估计的寿命来进一步调整各个功率模式的运行时间。应该理解，由于各种因素的影响，风力发电机组的实际寿命可能会发生改变，从而在不同时间进行寿命估计的结果可能是不同的。这样，可以将运行期间受到的各种因素的影响反映到运行控制中，从而提高寿命使用控制的准确性。下面结合图2描述根据本发明的步骤S120中确定风力发电机组将要运行的功率模式的一个实施例的流程图。
图2示出根据本发明的实施例的确定风力发电机组的功率模式的方法的流程图。
在步骤S210，估计风力发电机组的寿命。可通过各种寿命估计方法来估计风力发电机组的寿命，本发明不进行限定。例如，可先估计风力发电机组的当前的剩余寿命，并将估计的剩余寿命与已经消耗的寿命之和作为估计的寿命。此外，也可直接估计风力发电机组的寿命。
在步骤S220，基于估计的寿命和所述预定寿命，确定可用剩余寿命裕度。这里，可用剩余寿命裕度是指估计的寿命与所述预定寿命的差异。例如，可用剩余寿命裕度也可被计算为估计的剩余寿命所对应的寿命结束时间点与所述预定寿命所对应的寿命结束时间点之差。此外，在步骤S210也可估计风力发电机组的寿命结束时间点，而非寿命的长度。
在步骤S230，基于所述多个功率模式的相对寿命消耗速度、可用剩余寿命裕度，确定风力发电机组将要运行的功率模式及其运行时间。
可通过上面描述的寿命补偿方法来确定风力发电机组将要运行的功率模式及其运行时间。这里，为了满足设计寿命，需要进一步考虑剩余寿命裕度。
在此情况下，在所述一个或多个第一功率模式以对应的相对寿命消耗速度运行的运行时间所导致的相对于出厂功率模式的寿命损失等于在所述一个或多个第二功率模式以对应的相对寿命消耗速度运行的运行时间所导致的相对于出厂功率模式的寿命增益与可用剩余寿命裕度之和。
例如，可基于上面的等式(1)来确定寿命损失，基于上面的等式(2)来确定寿命增益。
此外，预定的一个或多个第一功率模式可根据需要被限制为运行的时间大于或等于对应的第一阈值(预定的多个第一功率模式的第一阈值可以相同或不同)。这样，可在考虑第一阈值的情况下，基于寿命补偿约束来确定出各个功率模式的运行时间。
此外，风力发电机组在第三功率模式下运行不会产生寿命的增益或损失，因此不需要考虑寿命补偿。在一个优选实施例中，考虑到风力发电机组被设计为在出厂功率模式(第三模式)下运行以及功率模式切换的平滑性，因此需要风力发电机组在出厂功率模式下运行一定时间。在此情况下，第二功率模式被限制为运行的时间大于第二阈值。在此情况下，在进行寿命补偿时，需要进一步考虑在整个寿命过程(即，设计寿命)中第二功率模式占用的时间，从而来确定各个功率模式的运行时间。
图3示出根据本发明的实施例的控制风力发电机组运行的一个示例。
如图3所示，风力发电机组具有三个功率模式，即，第一功率模式PM1、第二功率模式PM2和第三功率模式PM3。横轴为运行时间，纵轴为剩余寿命，t1、t2和tend分别是三个功率模式的结束时间，最上侧与PM2的寿命曲线平行的虚线表示仅以PM3运行时的寿命曲线。在该示例中，预定寿命等于设计寿命。从图3可见，在PM1阶段，寿命下降较快，而在PM2阶段，寿命下降变得平缓，从而可以补偿在PM1阶段的快速寿命下降。
下面参照图4描述根据本发明的实施例的控制风力发电机组运行的设备。
图4示出根据本发明的实施例的控制风力发电机组运行的设备的框图。
参照图4，根据本发明的实施例的控制风力发电机组运行的设备400包括参数确定单元410和控制单元420。
参数确定单元410确定风力发电机组的设计寿命以及风力发电机组在多个功率模式下的工作寿命。风力发电机组在所述多个功率模式下的工作寿命不同，风力发电机组在任一功率模式下的工作寿命为风力发电机组仅在所述任一功率模式下运行时能够使用的寿命。
在一个实施例中，所述多个功率模式包括一个或多个第一功率模式、一个或多个第二功率模式。第一功率模式对应的工作寿命小于出厂功率模式对应的工作寿命，第二功率模式对应的工作寿命大于出厂功率模式对应的工作寿命。这里，出厂功率模式对应的输出功率可为额定功率，出厂功率模式对应的工作寿命为设计寿命。
在一个优选实施例中，除了第一功率模式和第二功率模式，所述多个功率模式还包括一个第三功率模式。第三功率模式为出厂功率模式。
控制单元420基于风力发电机组的设计寿命以及在所述多个功率模式下的工作寿命，控制风力发电机组在每个功率模式下运行，以使得风力发电机组运行预定寿命而消耗完寿命。换言之，通过设置多个功率模式，控制风力发电机组在每个功率模式下运行，使得风力发电机组的使用寿命为希望的时间长度(即，预定寿命)。
为此，所述多个功率模式的运行时间之和等于所述预定寿命。为此，需要使得具有比出厂功率模式小的工作寿命的功率模式(例如，第一功率模式)在对应的运行时间下运行所导致的相对于出厂功率模式的寿命损失通过具有比出厂功率模式长的工作寿命的功率模式(例如，第二功率模式)在对应的运行时间所导致的相对于出厂功率模式的寿命增益来补偿。
具体地说，具有比出厂功率模式小的工作寿命的功率模式的寿命消耗速度大于出厂功率模式的寿命消耗速度，出厂功率模式的寿命消耗速度大于具有比出厂功率模式长的工作寿命的功率模式。例如，运行同样的时间，在第一功率模式下消耗的寿命大于在出厂功率模式下消耗的寿命，在出厂功率模式下消耗的寿命大于在第二功率模式下消耗的寿命。以在出厂功率模式下消耗的寿命为参考，在第一功率模式下多消耗的寿命可通过在第二功率模式下少消耗的寿命补偿。
在此情况下，所述一个或多个第一功率模式运行对应的运行时间所导致的相对于出厂功率模式的寿命损失等于所述一个或多个第二功率模式运行对应的运行时间所导致的相对于出厂功率模式的寿命增益。这样，可据此确定出各个功率模式的运行时间，从而控制风力发电机组在各个功率模式运行对应的运行时间。
此外，根据需要，预定的一个或多个第一功率模式可被限制为运行的时间大于或等于对应的第一阈值(预定的多个第一功率模式的第一阈值可以相同或不同)。这样，可在考虑第一阈值的情况下，基于寿命补偿约束来确定出各个功率模式的运行时间。
在一个实施例中，可通过各个功率模式的相对寿命消耗速度确定各个功率模式的运行时间。在一个实施例中，任一功率模式的相对寿命消耗速度为设计寿命与所述任一功率模式的工作寿命之比。例如，功率模式的相对寿命消耗速度可被表示为上面的等式(1)。
所述寿命损失为各个第一功率模式的运行时间与各自的相对寿命消耗速度的乘积之和，寿命增益为各个第二功率模式的运行时间与各自的寿命增益速度的乘积之和，其中，任一个第二功率模式的寿命增益速度为一减去所述任一个第二功率模式的相对寿命消耗速度。
例如，寿命损失可表示为上面的等式(2)，寿命增益可表示为上面的等式(3)。
此外，风力发电机组在第三功率模式下运行不会产生寿命的增益或损失，因此不需要考虑寿命补偿。在一个优选实施例中，考虑到风力发电机组被设计为在出厂功率模式(第三模式)下运行以及功率模式切换的平滑性，因此需要风力发电机组在出厂功率模式下运行一定时间。在此情况下，第二功率模式被限制为运行的时间大于第二阈值。在此情况下，在进行寿命补偿时，需要进一步考虑在整个寿命过程(即，预定寿命)中第二功率模式占用的时间，从而来确定各个功率模式的运行时间。
由于风力发电机组运行预定寿命而消耗完寿命，因此所述多个功率模式的运行时间各自所对应的出厂功率模式下的运行时间之和等于设计寿命。
可通过各个功率模式的相对寿命消耗速度确定所述多个功率模式的运行时间各自所对应的出厂功率模式下的运行时间。任一功率模式的运行时间所对应的出厂功率模式下的运行时间为该任一功率模式的相对寿命消耗速度与该任一功率模式的运行时间的乘积。
在一个实施例中，控制单元420根据所述多个功率模式对应的工作寿命，来分别控制风力发电机组在所述多个功率模式下运行，使得在所述预定寿命中的预定时间段比在设计功率模式下运行所述预定时间段的情况下产生更多的电量。
可能需要在风力发电机组运行预定寿命(例如，预定时间长度)的情况下在某个预定时间段产生相对多的电量。
例如，受到各种因素的影响，风力发电机组很难运行到设计寿命结束就结束使用(例如，被放弃或拆除)，例如，技术的进步导致当前的风力发电机组生产力落后、场地拆迁等(时间越久受到意外因素影响的概率增加)。这样，导致风力发电机组的实际效率的降低。为此，控制风力发电机组在每个功率模式下运行，以使得风力发电机组在预定寿命过程中比在出厂功率模式下运行的情况下更早地产生相同的电量。换言之，通过设置多个功率模式，控制风力发电机组在每个功率模式下运行，使得风力发电机组产生预定电量的时间比单纯在出厂功率模式下运行产生预定电量的时间更早。这样，在整个寿命过程的前期产生的电量比风力发电机组单纯在出厂功率模式下运行的情况下在整个寿命过程的前期产生的电量多。
为此，在一个实施例中，控制单元420控制风力发电机组按照所述多个功率模式对应的工作寿命的降序的顺序，来分别在所述多个功率模式下运行。由于工作寿命越短的功率模式(即，输出功率越高的功率模式)更早的运行，因此可更早地产生越多的电量。
再例如，由于电价的变化预期，可能需要在高电价阶段产生相对多的电量，在电价的低电价阶段产生相对少的电量，从而提高机器利用效率，因为电量产生越多会损耗越多的风力发电机组的寿命。为此，在一个实施例中，控制单元420在预期的高电价阶段设置输出功率高的功率模式进行运行。
在一个实施例中，可根据需要在预定时间段输出的电量，针对预定的一个或多个功率模式设置各自运行时间的值或最小值。这样，可在考虑预定的功率模式的各自运行时间的值或最小值的情况下，基于寿命补偿约束来确定出各个功率模式的运行时间。
风力发电机组的寿命在整个寿命过程中会受到各种因素的影响，可能不会满足预先确定的寿命曲线。在控制单元420的一个实施例中，考虑预测风力发电机组的寿命，以基于预测的寿命更准确地实现风力发电机组的负载控制。例如，控制单元420可周期性地或非周期性地(例如，根据需要)估计风力发电机组的寿命，并每次估计寿命后基于所述多个功率模式的相对寿命消耗速度以及估计的寿命，确定风力发电机组将要在所述多个功率模式下的哪些个功率模式下运行，并控制风力发电机组在确定出的功率模式下运行。在此情况下，控制单元420包括模式确定单元和运行控制单元。模式确定单元可周期性地或非周期性地基于所述多个功率模式的相对寿命消耗速度以及周期性地或非周期性地估计的寿命，确定风力发电机组将要在所述多个功率模式下的哪些个功率模式下运行，运行控制单元控制风力发电机组在确定出的功率模式下运行。在一个实施例中，模式确定单元基于图2所示的方法来确定风力发电机组的功率模式。
根据本发明的控制风力发电机组运行的方法和设备，可以不受设计寿命的约束，使风力发电机组按照希望的长度寿命周期运行至寿命结束。此外，可以根据需要来使风力发电机组在希望的长度寿命周期中的预定时段产生更多的电量。此外，进一步基于周期性预测的寿命来参与控制风力发电机组运行，从而可以提高控制的精度或准确性。
根据本发明的一个实施例，本发明还提供一种控制风力发电机组运行的系统。所述系统包括：处理器和存储器。存储器存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，执行上面所示的控制风力发电机组运行的方法。
此外，应该理解，根据本发明示例性实施例的设备中的各个单元可被实现硬件组件和/或软件组件。本领域技术人员根据限定的各个单元所执行的处理，可以例如使用现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)来实现各个单元。
此外，根据本发明示例性实施例的方法可以被实现为计算机可读记录介质中的计算机程序。本领域技术人员可以根据对上述方法的描述来实现所述计算机程序。当所述计算机程序在计算机中被执行时实现本发明的上述方法。
尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (24)

1.一种控制风力发电机组运行的方法，其特征在于，所述方法包括：
确定风力发电机组的设计寿命以及风力发电机组在多个功率模式下的工作寿命，其中，风力发电机组在所述多个功率模式下的工作寿命不同，风力发电机组在任一功率模式下的工作寿命为风力发电机组仅在所述任一功率模式下运行时能够使用的寿命；
基于风力发电机组的设计寿命以及在所述多个功率模式下的工作寿命，控制风力发电机组在每个功率模式下运行，以使得风力发电机组运行预定寿命而消耗完寿命。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，风力发电机组根据所述多个功率模式对应的工作寿命，来分别在所述多个功率模式下运行，使得在所述预定寿命中的预定时间段比在设计功率模式下运行所述预定时间段的情况下产生更多的电量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述多个功率模式包括一个或多个第一功率模式、一个或多个第二功率模式，所述第一功率模式对应的工作寿命小于出厂功率模式对应的工作寿命，所述第二功率模式对应的工作寿命大于所述出厂功率模式对应的工作寿命。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个功率模式的运行时间之和等于所述预定寿命；其中，任一功率模式的运行时间所对应的出厂功率模式下的运行时间为该任一功率模式的相对寿命消耗速度与该任一功率模式的运行时间的乘积。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述一个或多个第一功率模式运行对应的运行时间所导致的相对于出厂功率模式的寿命损失等于所述一个或多个第二功率模式运行对应的运行时间所导致的相对于出厂功率模式的寿命增益。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，控制风力发电机组在每个功率模式下运行包括：
基于所述多个功率模式的相对寿命消耗速度以及估计的寿命，确定风力发电机组将要运行的功率模式，并控制风力发电机组在确定出的功率模式下运行，其中，任意一功率模式的相对寿命消耗速度为设计寿命与所述任一功率模式的工作寿命之比。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，基于所述多个功率模式的相对寿命消耗速度以及估计的寿命，确定风力发电机组的功率模式包括：
估计风力发电机组的寿命；
基于估计的寿命和所述预定寿命，确定可用剩余寿命裕度；
基于所述多个功率模式的相对寿命消耗速度、可用剩余寿命裕度，确定风力发电机组将要运行的功率模式和将要运行的功率模式的运行时间。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述一个或多个第一功率模式以对应的相对寿命消耗速度运行的运行时间所导致的相对于出厂功率模式的寿命损失等于在所述一个或多个第二功率模式以对应的相对寿命消耗速度运行的运行时间所导致的相对于出厂功率模式的寿命增益与可用剩余寿命裕度之和。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，控制风力发电机组在每个功率模式下运行包括：周期性地或非周期性地基于所述多个功率模式的相对寿命消耗速度以及周期性地或非周期性地估计的寿命，确定风力发电机组的功率模式，并控制风力发电机组在确定出的功率模式下运行。
10.根据权利要求5或8所述的方法，其特征在于，所述寿命损失为各个第一功率模式的运行时间与各自的相对寿命消耗速度的乘积之和，寿命增益为各个第二功率模式的运行时间与各自的寿命增益速度的乘积之和，其中，任一个第二功率模式的寿命增益速度为一减去所述任一个第二功率模式的相对寿命消耗速度。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述多个功率模式还包括一个第三功率模式，第三功率模式为出厂功率模式。
12.一种控制风力发电机组运行的设备，其特征在于，所述设备包括：
参数确定单元，确定风力发电机组的设计寿命以及风力发电机组在多个功率模式下的工作寿命，其中，风力发电机组在所述多个功率模式下的工作寿命不同，风力发电机组在任一功率模式下的工作寿命为风力发电机组仅在所述任一功率模式下运行时能够使用的寿命；
控制单元，基于风力发电机组的设计寿命以及在所述多个功率模式下的工作寿命，控制风力发电机组在每个功率模式下运行，以使得风力发电机组运行预定寿命而消耗完寿命。
13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，控制单元控制风力发电机组根据所述多个功率模式对应的工作寿命，来分别在所述多个功率模式下运行，使得在所述预定寿命中的预定时间段比在设计功率模式下运行所述预定时间段的情况下产生更多的电量。
14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述多个功率模式包括一个或多个第一功率模式、一个或多个第二功率模式，第一功率模式对应的工作寿命小于出厂功率模式对应的工作寿命，第二功率模式对应的工作寿命大于出厂功率模式对应的工作寿命。
15.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述多个功率模式的运行时间之和等于所述预定寿命，所述多个功率模式的运行时间各自所对应的出厂功率模式下的运行时间之和等于设计寿命；其中，任一功率模式的运行时间所对应的出厂功率模式下的运行时间为该任一功率模式的相对寿命消耗速度与该任一功率模式的运行时间的乘积。
16.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述一个或多个第一功率模式运行对应的运行时间所导致的相对于出厂功率模式的寿命损失等于所述一个或多个第二功率模式运行对应的运行时间所导致的相对于出厂功率模式的寿命增益。
17.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，控制单元包括：
模式确定单元，基于所述多个功率模式的相对寿命消耗速度以及估计的寿命，确定风力发电机组将要运行的功率模式；
运行控制单元，控制风力发电机组在确定出的功率模式下运行，其中，任一功率模式的相对寿命消耗速度为设计寿命与所述任一功率模式的工作寿命之比。
18.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，模式确定单元通过如下处理基于所述多个功率模式的相对寿命消耗速度以及估计的寿命，确定风力发电机组的功率模式：
估计风力发电机组的寿命；
基于估计的寿命和所述预定寿命，确定可用剩余寿命裕度；
基于所述多个功率模式的相对寿命消耗速度、可用剩余寿命裕度，确定风力发电机组将要运行的功率模式和将要运行的功率模式的运行时间。
19.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，在所述一个或多个第一功率模式以对应的相对寿命消耗速度运行的运行时间所导致的相对于出厂功率模式的寿命损失等于在所述一个或多个第二功率模式以对应的相对寿命消耗速度运行的运行时间所导致的相对于出厂功率模式的寿命增益与可用剩余寿命裕度之和。
20.根据权利要求19所述的设备，其特征在于，模式确定单元周期性地或非周期性地基于所述多个功率模式的相对寿命消耗速度以及周期性地或非周期性地估计的寿命，确定风力发电机组的功率模式。
21.根据权利要求16或19所述的设备，其特征在于，所述寿命损失为各个第一功率模式的运行时间与各自的相对寿命消耗速度的乘积之和，寿命增益为各个第二功率模式的运行时间与各自的寿命增益速度的乘积之和，其中，任一个第二功率模式的寿命增益速度为一减去所述任一个第二功率模式的相对寿命消耗速度。
22.根据权利要求20所述的设备，其特征在于，所述多个功率模式还包括一个第三功率模式，第三功率模式为出厂功率模式。
23.一种控制风力发电机组运行的系统，其特征在于，所述系统包括：
处理器；
存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，执行权利要求1至11中的任一项所述的方法。
24.一种其中存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序被执行时实现权利要求1至11中的任一项所述的方法。
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