CN109667713B - 一种风力发电机组增功控制方法及装置 - Google Patents

一种风力发电机组增功控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种风力发电机组增功控制方法及装置，步骤包括：S1.目标风电机组运行过程中，实时采集目标风电机组所处环境中的风资源数据；S2.判断步骤S1采集到的风资源数据是否满足预设增功控制条件，如果判断到是且当前目标风电机组的运行状态符合预设状态条件，转入执行步骤S3；S3.控制增加调整当前目标风电机组的功率输出；该装置包括数据采集模块、判别模块以及增功执行模块。本发明能够在复杂风电场环境中充分发挥大型风电机组性能，且具有实现方法简单、控制效率及精度高、安全可靠等优点。

Description

一种风力发电机组增功控制方法及装置
技术领域
本发明涉及大型风力发电机技术领域，尤其涉及一种风力发电机组增功控制方法及装置。
背景技术
风风力发电机的开发设计中，通常都是从硬件角度来结合风电场各机位风资源特性对机组进行定制，以实现最优的等裕量设计，但是风力发电机结构及风电场开发环境复杂且多样化，实际是难以通过硬件实现理论最优的等裕量设计，而当风力发电机在满足场址和机组安全性要求，如图1所示，仍然存在富余的、非必要的设计裕量时，则不能充分发挥风力发电机的发电性能，即存在机组设备的隐性浪费，尤其是针对大型风力发电机，会造成非常大的设备资源浪费。
目前为满足大的发电量需求，风电机组装机量在极速增长，但是同时也会增加度电成本，因而提升风电装备技术水平以增加机组（特别是在役机组）发电量，可以有效降低度电成本。目前针对于风力发电机组发电量的提升，通常都是采用闭环发电控制、监督控制等的通用性方法，但是该类方法对于发电量的提升效果有效，特别是应用于复杂地形风电场中时，如当风电场中地形复杂，且为风电场空气密度、湍流强度多变、年平均风速较小的风况条件时，通过上述闭环发电控制、监督控制的方法，难以有效实现风力发电机组发电量的提升。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能够在复杂风电场环境中充分发挥大型风电机组性能，且实现方法简单、控制效率及精度高、安全可靠的风力发电机组增功控制方法及装置。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种风力发电机组增功控制方法，步骤包括：
S1. 目标风电机组运行过程中，实时采集目标风电机组所处环境中的风资源数据；
S2. 判断所述步骤S1采集到的所述风资源数据是否满足预设增功控制条件，如果判断到是且当前目标风电机组的运行状态符合预设状态条件，转入执行步骤S3；
S3. 控制增加调整当前目标风电机组的功率输出。
作为本发明方法的进一步改进：所述步骤S1中采集的风资源数据包括空气密度、湍流强度、年平均风速中一种或多种的组合。
作为本发明方法的进一步改进：所述步骤S2中，具体获取风电机组的电气性能参数、散热性能参数、环境参数中一种或多种的组合，以判断风电机组的运行状态。
作为本发明方法的进一步改进：所述电气性能参数包括电网电压、功率因素、电网频率、变流器状态参数中一种或多组的组合；所述散热性能参数包括发电机绕组温度和/或齿轮箱油温；所述环境参数包括环境温度。
作为本发明方法的进一步改进：所述步骤S3中具体按照指定大小进行阶跃型增加调整，或按照指定斜率进行线性增加调整，或按非线性比例进行增加调整，或预先建立时间与增加功率对应关系的插值表，通过查询所述插值表获取所需增加的功率以进行增加调整。
作为本发明方法的进一步改进，所述步骤S3后还包括增功控制退出步骤S4，具体步骤为：当前目标风电机组的功率输出达到指定条件后，控制减少调整当前目标风电机组的功率输出至正常发电状态以退出增功调整。
作为本发明方法的进一步改进：所述步骤S4中具体当调整当前目标风电机组的功率输出的连续时间大于预设阈值，或调整当前目标风电机组的功率输出的超发电量大于预设阈值，控制退出增功调整。
作为本发明方法的进一步改进：所述步骤S4中具体按照指定大小进行阶跃型减小调整，或按照指定斜率进行线性减小调整，或按非线性比例进行增加调整，或预先建立时间与增加功率对应关系的插值表，通过查询所述插值表获取所需减小的功率以进行减小调整。
一种风力发电机组增功控制装置，包括：
数据采集模块，用于目标风电机组运行过程中，实时采集目标风电机组所处环境中的风资源数据；
判别模块，用于判断所述数据采集模块采集到的所述风资源数据是否满足预设增功控制条件，如果判断到是且当前目标风电机组的运行状态符合预设状态条件，转入执行步骤S3；
增功执行模块，用于增加调整当前目标风电机组的功率输出。
作为本发明装置的进一步改进：所述增功执行模块具体按照指定大小进行阶跃型增加调整，或按照指定斜率进行线性增加调整，或按非线性比例进行增加调整，或预先建立时间与增加功率对应关系的插值表，通过查询所述插值表获取所需增加的功率以进行增加调整。
作为本发明装置的进一步改进：还包括与所述增功执行模块连接的增功控制退出模块，用于当前目标风电机组的功率输出达到指定条件后，控制减少调整当前目标风电机组的功率输出至正常发电状态以退出增功调整。
作为本发明装置的进一步改进：所述增功控制退出模块具体当调整当前目标风电机组的功率输出的连续时间大于预设阈值，或调整当前目标风电机组的功率输出的超发电量大于预设阈值，控制退出增功调整。
作为本发明装置的进一步改进：所述增功控制退出模块具体按照指定大小进行阶跃型减小调整，或按照指定斜率进行线性减小调整，或按非线性比例进行增加调整，或预先建立时间与增加功率对应关系的插值表，通过查询所述插值表获取所需减小的功率以进行减小调整。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1）本发明通过监测风电机组风资源数据、风电机组的运行状态来控制进行增功，在满足条件时，进行增加功率调整，可以在保证风电机组安全运行、安全裕度前提下，充分发挥风电机组的发电性能，极大的提升机组发电量，从而将非必要的设计裕量充分转化为电量收益，消除设备的隐性浪费，同时通过结合风电机组风资源数据、风电机组的运行状态来进行增功控制，控制在风资源、风电机组的运行状态同时满足条件时进行功率调整，能够适应于地形环境、风资源环境复杂的各功率等级大型风电场中，同时能够保证风电机组运行的稳定可靠性；
2）本发明进一步基于电气性能参数、散热性能参数以及环境参数设定状态约束条件，当机组满足超发风资源条件的情况下，进一步判断风电机组是否满足该状态约束条件，使得安全增功控制状态下机组的电气能力和散热能力能够满足安全增功控制的运行要求，从而进一步提高风电机组运行的可靠性；
3）本发明进一步进行增功控制对额定功率进行调整时，可以采用非线性比例关系进行增加调整，或者采用按照指定斜率进行线性增加调整，或者采用按照指定大小进行阶跃型增加调整，还可以预先建立时间与增加功率对应关系的插值表，通过查询插值表获取所需增加的功率以进行增加调整，可以实现多种功率调整方式的功率控制，从而满足机组不同工况的需求，且能够有效的抑制调整过程中的控制量波动；
4）本发明进一步在增功控制后还包括增功控制退出，使得当前目标风电机组的功率输出达到指定条件后，控制减少调整当前目标风电机组的功率输出以退出增功调整，能够恢复到正常的机组工作状态，不影响机组的正常运行。
附图说明
图1是风电机组不同机位的安全裕量示意图。
图2是本实施例风力发电机组增功控制方法的实现流程示意图。
图3是本实施例实现风力发电机组增功控制的实现原理示意图。
图4是本实施例增功控制各种功率调整方式的原理示意图。
图5是本实施退出增功控制各种功率调整方式的原理示意图。
图6是本实施例风力发电机组增功控制装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图2、3所示，本实施例风力发电机组增功控制方法，步骤包括：
S1. 目标风电机组运行过程中，实时采集目标风电机组所处环境中的风资源数据；
S2. 判断步骤S1采集到的风资源数据是否满足预设增功控制条件，如果判断到是且当前目标风电机组的运行状态符合预设状态条件，转入执行步骤S3；
S3. 控制增加调整当前目标风电机组的功率输出。
本实施例通过监测风电机组风资源数据、风电机组的运行状态来控制进行增功，在满足条件时，进行增加功率调整，可以在保证风电机组安全运行、安全裕度前提下，充分发挥风电机组的发电性能，极大的提升机组发电量，从而将非必要的设计裕量充分转化为电量收益，消除设备的隐性浪费，同时通过结合风电机组风资源数据、风电机组的运行状态来进行增功控制，控制在风资源、风电机组的运行状态同时满足条件时进行功率调整，能够适应于地形环境、风资源环境复杂的各功率等级大型风电场中，同时能够保证风电机组运行的稳定可靠性。
本实施例中，步骤S1中采集的风资源数据具体包括空气密度、湍流强度以及年平均风速，即风资源数据包括空气密度、湍流强度、年平均风速三个维度，由该三个维度作为风电机组的超发风资源判定条件。步骤S2中风资源数据是否满足预设增功控制条件的具体判断步骤为：根据采集到的风资源数据计算目标风电机组在空气密度、湍流强度、年平均风速三个维度下的载荷裕度，判断计算得到的载荷裕度是否均大于指定阈值，即该三个维度下的载荷裕量均足够，如果是判断为满足预设增功控制条件，进一步判断风电机组的运行状态。
可以理解的是，上述风资源数据也可以为空气密度、湍流强度以及年平均风速中一种或两种的组合，还可以根据实际需求选择其他风资源数据。
本实施例中，步骤S2中，具体获取风电机组的电气性能参数、散热性能参数以及环境参数中以判断风电机组的运行状态。具体预先基于电气性能参数、散热性能参数以及环境参数设定状态约束条件，当机组满足超发风资源条件的情况下，进一步判断风电机组是否满足该状态约束条件，使得安全增功控制状态下机组的电气能力和散热能力能够满足安全增功控制的运行要求，进一步提高风电机组运行的可靠性。
本实施例中，电气性能参数具体包括电网电压、功率因素、电网频率以及变流器状态参数等，可以根据实际需求使用其中一种或多组的组合；散热性能参数包括发电机绕组温度、齿轮箱油温，也可以使用根据实际需求使用发电机绕组温度、齿轮箱油温中一种；环境参数包括环境温度，也可以采用或增加其他环境参数。通过对上述参数设定约束条件，当约束条件都满足设计阈值范围内时，转入执行步骤S3以进入安全增功控制。
可以理解的是，电气性能参数、散热性能参数以及环境参数也可以仅使用其中一种或两种的组合，还可以根据实际需求采用或增加其他的参数，如超发时间参数，通过设定超发时间判断当前是否处于允许的超发时间内。
如图4所示，本实施例步骤S3中进行增功控制对额定功率进行调整时，具体可以采用多种调整方法，如采用如图4（a）、4（b）所示的非线性比例关系进行增加调整，或者采用如图4（c）所示的按照指定斜率进行线性增加调整，或者采用如图4（d）所示的按照指定大小进行阶跃型增加调整，还可以预先建立时间与增加功率对应关系的插值表，通过查询插值表获取所需增加的功率以进行增加调整。上述功率调整方法，能够有效的抑制调整过程中的控制量波动，满足不同风电机组的工况需求。
本实施例中，步骤S3后还包括增功控制退出步骤S4，具体步骤为：当前目标风电机组的功率输出达到指定条件后，控制减少调整当前目标风电机组的功率输出以退出增功调整，恢复进行增功控制前风电机组的功率输出状态。
本实施例中，步骤S4中具体当调整当前目标风电机组的功率输出的连续时间大于预设阈值，即增功控制运行指定长时间后，退出增功控制进入正常发电控制逻辑，也可以当调整当前目标风电机组的功率输出的超发电量大于预设阈值，控制退出增功调整，进入正常发电控制逻辑。通过使用连续超发时间或连续超发电量作为退出增功控制的判断量，能够实现是全生命周期内健康的增功控制模式。
如图5所示，本实施例步骤S4退出增功控制时的功率调整也可以采用多种方式，如采用如图5（a）、5（b）所示的非线性比例关系进行减少调整，直至恢复正常发电控制；或者采用如图5（c）所示的按照指定斜率进行线性减小调整，直至恢复正常发电控制；或者采用如图5（d）所示的按照指定大小进行阶跃型减小调整，直至恢复正常发电控制；还可以预先建立时间与增加功率对应关系的插值表，通过查询插值表获取所需增加的功率以进行减小调整，直至恢复正常发电控制。上述退出增功控制时功率调整方式，可以为与步骤S3中进行增功控制时功率调整一致的方式，也可以采用不一致的两种调整方式。
如图6所示，本实施例风力发电机组增功控制装置包括：
数据采集模块，用于目标风电机组运行过程中，实时采集目标风电机组所处环境中的风资源数据；
判别模块，用于判断数据采集模块采集到的风资源数据是否满足预设增功控制条件，如果判断到是且当前目标风电机组的运行状态符合预设状态条件，转入执行步骤S3；
增功执行模块，用于增加调整当前目标风电机组的功率输出。
本实施例数据采集模块风资源数据具体包括空气密度、湍流强度以及年平均风速三个维度，判别模块通过获取风电机组的电气性能参数、散热性能参数以及环境参数中以判断风电机组的运行状态，电气性能参数、散热性能参数以及环境参数具体如上所述。
在风机正常运行过程中，首先由数据采集模块实时采集目标风电机组所处环境中的风资源数据后，判别模块判断风资源数据是否满足预设增功控制条件，以及目标风电机组的运行状态符合预设状态条件，以判断机组是否可以进行增功控制，若判断结果为是，启动增功执行模块进行增功控制；若判断结果为否，风机正常运行。
本实施例中判别模块包括风资源辨识单元以及机组运行状态判别单元，风资源辨识单元用于判断数据采集模块采集到的风资源数据（空气密度、湍流强度、年平均风速）是否满足预设增功控制条件，如果是，启动机组运行状态判别单元获取电气性能参数、散热性能参数以及环境参数进行判别，以保证安全增功控制状态下机组的电气能力和散热能力能够满足安全增功控制的运行要求。
本实施例中，增功执行模块具体可按非线性比例进行增加调整，如图4（a）、（b）所示，或按照指定斜率进行线性增加调整，如图4（c）所示，或采用指定大小进行阶跃型增加调整，如图4（d）所示，或预先建立时间与增加功率对应关系的插值表，通过查询插值表获取所需增加的功率以进行增加调整。
本实施例中，还包括与增功执行模块连接的增功控制退出模块，用于当前目标风电机组的功率输出达到指定条件后，控制减少调整当前目标风电机组的功率输出至正常发电状态以退出增功调整。即增功控制退出模块，控制当满足退出安全增功控制的条件后，退出增功控制，即将机组的额定功率调整至原有水平。
本实施例中，增功控制退出模块具体当调整当前目标风电机组的功率输出的连续时间大于预设阈值，或调整当前目标风电机组的功率输出的超发电量大于预设阈值，控制退出增功调整。
本实施例中，增功控制退出模块具体可按照按非线性比例进行增加调整，如图5（a）、（b）所示，或按照指定斜率进行线性减小调整，如图5（c）所示，或按照指定大小进行阶跃型减小调整，如图5（d）所示，或预先建立时间与增加功率对应关系的插值表，通过查询插值表获取所需减小的功率以进行减小调整。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (12)

1.一种风力发电机组增功控制方法，其特征在于，步骤包括：
S1.目标风电机组运行过程中，实时采集目标风电机组所处环境中的风资源数据；
S2.判断所述步骤S1采集到的所述风资源数据是否满足预设增功控制条件，如果判断到是且当前目标风电机组的运行状态符合预设状态条件，转入执行步骤S3；
S3.控制增加调整当前目标风电机组的功率输出；
所述步骤S1中采集的风资源数据包括空气密度、湍流强度、年平均风速；
步骤S2中风资源数据是否满足预设增功控制条件包括：根据采集到的风资源数据计算目标风电机组在空气密度、湍流强度、年平均风速三个维度下的载荷裕度，判断计算得到的载荷裕度是否均大于指定阈值，如果是判断为满足预设增功控制条件。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组增功控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，具体获取风电机组的电气性能参数、散热性能参数、环境参数中一种或多种的组合，以判断风电机组的运行状态。
3.根据权利要求2所述的风力发电机组增功控制方法，其特征在于：所述电气性能参数包括电网电压、功率因素、电网频率、变流器状态参数中一种或多组的组合；所述散热性能参数包括发电机绕组温度和/或齿轮箱油温；所述环境参数包括环境温度。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的风力发电机组增功控制方法，其特征在于，所述步骤S3中具体按照指定大小进行阶跃型增加调整，或按照指定斜率进行线性增加调整，或按非线性比例进行增加调整，或预先建立时间与增加功率对应关系的插值表，通过查询所述插值表获取所需增加的功率以进行增加调整。
5.根据权利要求1～3中任意一项所述的风力发电机组增功控制方法，其特征在于，所述步骤S3后还包括增功控制退出步骤S4，具体步骤为：当前目标风电机组的功率输出达到指定条件后，控制减少调整当前目标风电机组的功率输出至正常发电状态以退出增功调整。
6.根据权利要求5所述的风力发电机组增功控制方法，其特征在于，所述步骤S4中具体当调整当前目标风电机组的功率输出的连续时间大于预设阈值，或调整当前目标风电机组的功率输出的超发电量大于预设阈值，控制退出增功调整。
7.根据权利要求6所述的风力发电机组增功控制方法，其特征在于，所述步骤S4中具体按照指定大小进行阶跃型减小调整，或按照指定斜率进行线性减小调整，或按非线性比例进行增加调整，或预先建立时间与增加功率对应关系的插值表，通过查询所述插值表获取所需减小的功率以进行减小调整。
8.一种风力发电机组增功控制装置，其特征在于，包括：
数据采集模块，用于目标风电机组运行过程中，实时采集目标风电机组所处环境中的风资源数据；
判别模块，用于判断所述数据采集模块采集到的所述风资源数据是否满足预设增功控制条件，如果判断到是且当前目标风电机组的运行状态符合预设状态条件，转入执行步骤S3；
增功执行模块，用于增加调整当前目标风电机组的功率输出；
所述风资源数据包括空气密度、湍流强度、年平均风速；
所述风资源数据是否满足预设增功控制条件包括：根据采集到的风资源数据计算目标风电机组在空气密度、湍流强度、年平均风速三个维度下的载荷裕度，判断计算得到的载荷裕度是否均大于指定阈值，如果是判断为满足预设增功控制条件。
9.根据权利要求8所述的风力发电机组增功控制装置，其特征在于：所述增功执行模块具体按照指定大小进行阶跃型增加调整，或按照指定斜率进行线性增加调整，或按非线性比例进行增加调整，或预先建立时间与增加功率对应关系的插值表，通过查询所述插值表获取所需增加的功率以进行增加调整。
10.根据权利要求8或9所述的风力发电机组增功控制装置，其特征在于：还包括与所述增功执行模块连接的增功控制退出模块，用于当前目标风电机组的功率输出达到指定条件后，控制减少调整当前目标风电机组的功率输出至正常发电状态以退出增功调整。
11.根据权利要求10所述的风力发电机组增功控制装置，其特征在于：所述增功控制退出模块具体当调整当前目标风电机组的功率输出的连续时间大于预设阈值，或调整当前目标风电机组的功率输出的超发电量大于预设阈值，控制退出增功调整。
12.根据权利要求11所述的风力发电机组增功控制装置，其特征在于：所述增功控制退出模块具体按照指定大小进行阶跃型减小调整，或按照指定斜率进行线性减小调整，或按非线性比例进行增加调整，或预先建立时间与增加功率对应关系的插值表，通过查询所述插值表获取所需减小的功率以进行减小调整。
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