CN109672218A - 风电机组的功率控制方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种风电机组的功率控制方法和装置，所述功率控制方法包括：实时采集风电机组的上网功率；确定所述上网功率与功率给定值的差值；基于所述差值产生功率控制参数；将产生的功率控制参数施加到风电机组，以使风电机组基于所述功率控制参数输出上网功率。采用本发明示例性实施例的风电机组的功率控制方法和装置，能够挖掘出风电机组的发电潜力，使得风电机组的上网功率能够实时跟踪功率给定值，确保风电机组功率输出稳定，实现风电机组的最优控制，同时有助于提高风电场整体的发电能力。
Description
技术领域
本发明总体说来涉及风力发电技术领域，更具体地讲，涉及一种风电机组的功率控制方法和装置。
背景技术
目前在风电场中，一般整个风电场所有的风电机组使用同一套控制参数，为了考虑安全性，通常这些控制参数是按照风电场中载荷水平最高(即，风电机组的上网功率最小)的机位点设计的。
在此基础上，目前的功率控制策略包括开环和闭环两种控制方式。其中，由于开环控制方式过程简单、直接，因此现有的功率控制策略多采用开环控制方式，现有闭环控制方式大都也仅考虑了外部环境对上网功率的影响，而忽略了其他影响上网功率的重要因素。然而，风电机组输出的上网功率除受外部环境影响之外，受自身损耗影响也较大，这也会导致不同风电机组的上网功率存在差异性。
发明内容
本发明的示例性实施例的目的在于提供一种风电机组的功率控制方法和装置，以克服上述至少一种缺陷。
在一个总体方面，提供一种风电机组的功率控制方法，包括：实时采集风电机组的上网功率；确定所述上网功率与功率给定值的差值，其中，所述功率给定值可为在满足影响风电机组的功率输出的内部因素和外部因素的约束条件下的所述风电机组在额定风速以上时的最大功率值；基于所述差值产生功率控制参数；将产生的功率控制参数施加到风电机组，以使风电机组基于所述功率控制参数输出上网功率。
可选地，所述功率给定值可通过以下方式来确定：确定在满足所述外部因素的约束条件下的所述风电机组的第一功率值；基于所述第一功率值，确定在满足所述内部因素的约束条件下的所述风电机组的第二功率值；将所述第二功率值确定为所述风电机组在额定风速以上时的最大功率值。
可选地，所述外部因素可包括所述风电机组所在机位点处的风资源数据，所述第一功率值可通过以下方式来确定：获取所述风电机组所在机位点处的风资源数据；基于获取的风资源数据来获得所述风电机组的第一功率值。
可选地，所述内部因素可包括风电机组主回路上的电气部件的电压过载能力、电流过载能力和散热能力，其中，基于所述第一功率值，确定在满足所述内部因素的约束条件下的所述风电机组的第二功率值的步骤可包括：基于所述第一功率值，确定满足电气部件的电压过载能力要求的第一子功率值，基于所述第一功率值，确定满足电气部件的电流过载能力要求的第二子功率值，基于所述第一功率值，确定满足电气部件的散热能力要求的第三子功率值，将第一子功率值、第二子功率值和第三子功率值中的最小功率值确定为第二功率值。
可选地，确定第一子功率值的步骤可包括：确定在所述风电机组的输出功率为预设功率值时，所述电气部件的电压值；如果确定的电气部件的电压值小于所述电气部件的额定电压值，则将所述预设功率值确定为满足电气部件的电压过载能力要求的第一子功率值。
可选地，确定第一子功率值的步骤可还包括：如果确定的电气部件的电压值不小于所述电气部件的额定电压值，则将所述预设功率值与第一功率变化量作差，以更新所述预设功率值，并返回确定所述电气部件的电压值的步骤，其中，所述预设功率值的初始值可为第一功率值。
可选地，确定第二子功率值的步骤可包括：确定在所述风电机组的输出功率为预设功率值时，所述电气部件的电流值；如果确定的电气部件的电流值小于所述电气部件的安全电流值，则将所述预设功率值确定为满足电气部件的电流过载能力要求的第二子功率值。
可选地，确定第二子功率值的步骤可还包括：如果确定的电气部件的电流值不小于所述电气部件的安全电流值，则将所述预设功率值与第二功率变化量作差，以更新所述预设功率值，并返回确定所述电气部件的电流值的步骤，其中，所述预设功率值的初始值可为第一功率值，所述安全电流值可为所述电气部件的额定电流值与电流安全裕度的差值。
可选地，确定第三子功率值的步骤可包括：确定在所述风电机组的输出功率为预设功率值时，所述电气部件在预定时间段内的温升值；如果确定的电气部件的温升值小于所述电气部件允许的最大温升值，则将所述预设功率值确定为满足电气部件的散热能力要求的第三子功率值。
可选地，确定第三子功率值的步骤可还包括：如果确定的电气部件的温升值不小于所述电气部件允许的最大温升值，则将所述预设功率值与第三功率变化量作差，以更新所述预设功率值，并返回确定所述电气部件的温升值的步骤，其中，所述预设功率值的初始值可为第一功率值。
可选地，可通过以下任意一种方式基于所述上网功率与功率给定值的差值产生功率控制参数：针对所述差值进行PID控制，以获得功率控制参数；基于所述上网功率与功率给定值的差值，通过预先确定的功率差值与功率控制参数之间的对应关系确定功率控制参数。
可选地，所述功率控制参数可为风电机组的扭矩变化量，其中，将产生的功率控制参数施加到风电机组，以使风电机组基于所述功率控制参数输出上网功率的步骤可包括：将风电机组的扭矩变化量施加到风电机组的额定扭矩，以使风电机组基于所述额定扭矩与所述扭矩变化量叠加之后的扭矩来输出上网功率。
在另一总体方面，提供一种风电机组的功率控制装置，包括：功率采集模块，实时采集风电机组的上网功率；差值计算模块，确定所述上网功率与功率给定值的差值，其中，所述功率给定值可为在满足影响风电机组的功率输出的内部因素和外部因素的约束条件下的所述风电机组在额定风速以上时的最大功率值；参数生成模块，基于所述差值产生功率控制参数；功率控制模块，将产生的功率控制参数施加到风电机组，以使风电机组基于所述功率控制参数输出上网功率。
可选地，所述功率控制装置可还包括：给定值确定模块，可通过以下方式确定所述功率给定值：确定在满足所述外部因素的约束条件下的所述风电机组的第一功率值；基于所述第一功率值，确定在满足所述内部因素的约束条件下的所述风电机组的第二功率值；将所述第二功率值确定为所述风电机组在额定风速以上时的最大功率值。
可选地，所述外部因素可包括所述风电机组所在机位点处的风资源数据，给定值确定模块可包括风资源评估子模块，通过以下方式确定所述第一功率值：获取所述风电机组所在机位点处的风资源数据；基于获取的风资源数据来获得所述风电机组的第一功率值。
可选地，所述内部因素可包括风电机组主回路上的电气部件的电压过载能力、电流过载能力和散热能力，其中，给定值确定模块可包括电气部件评估子模块，通过以下方式确定第二功率值：基于所述第一功率值，确定满足电气部件的电压过载能力要求的第一子功率值，基于所述第一功率值，确定满足电气部件的电流过载能力要求的第二子功率值，基于所述第一功率值，确定满足电气部件的散热能力要求的第三子功率值，将第一子功率值、第二子功率值和第三子功率值中的最小功率值确定为第二功率值。
可选地，电气部件评估子模块可通过以下方式确定第一子功率值：确定在所述风电机组的输出功率为预设功率值时，所述电气部件的电压值；如果确定的电气部件的电压值小于所述电气部件的额定电压值，则将所述预设功率值确定为满足电气部件的电压过载能力要求的第一子功率值。
可选地，如果确定的电气部件的电压值不小于所述电气部件的额定电压值，则电气部件评估子模块可将所述预设功率值与第一功率变化量作差，以更新所述预设功率值，并继续确定在所述风电机组的输出功率为预设功率值时所述电气部件的电压值，其中，所述预设功率值的初始值可为第一功率值。
可选地，电气部件评估子模块可通过以下方式确定第二子功率值：确定在所述风电机组的输出功率为预设功率值时，所述电气部件的电流值；如果确定的电气部件的电流值小于所述电气部件的安全电流值，则将所述预设功率值确定为满足电气部件的电流过载能力要求的第二子功率值。
可选地，如果确定的电气部件的电流值不小于所述电气部件的安全电流值，则电气部件评估子模块可将所述预设功率值与第二功率变化量作差，以更新所述预设功率值，并继续确定在所述风电机组的输出功率为预设功率值时所述电气部件的电流值，其中，所述预设功率值的初始值可为第一功率值，所述安全电流值可为所述电气部件的额定电流值与电流安全裕度的差值。
可选地，电气部件评估子模块可通过以下方式确定第三子功率值：确定在所述风电机组的输出功率为预设功率值时，所述电气部件在预定时间段内的温升值；如果确定的电气部件的温升值小于所述电气部件允许的最大温升值，则将所述预设功率值确定为满足电气部件的散热能力要求的第三子功率值。
可选地，如果确定的电气部件的温升值不小于所述电气部件允许的最大温升值，则电气部件评估子模块可将所述预设功率值与第三功率变化量作差，以更新所述预设功率值，并继续确定在所述风电机组的输出功率为预设功率值时所述电气部件的温升值，其中，所述预设功率值的初始值可为第一功率值。
可选地，参数生成模块可通过以下任意一种方式来基于所述上网功率与功率给定值的差值产生功率控制参数：针对所述差值进行PID控制，以获得功率控制参数；基于所述上网功率与功率给定值的差值，通过预先确定的功率差值与功率控制参数之间的对应关系确定功率控制参数。
可选地，所述功率控制参数可为风电机组的扭矩变化量，其中，功率控制模块可将风电机组的扭矩变化量施加到风电机组的额定扭矩，以使风电机组基于所述额定扭矩与所述扭矩变化量叠加之后的扭矩来输出上网功率。
在另一总体方面，提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序在被处理器执行时实现上述的风电机组的功率控制方法。
在另一总体方面，提供一种计算装置，所述计算装置包括：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，实现上述的风电机组的功率控制方法。
采用本发明示例性实施例的风电机组的功率控制方法和装置，能够挖掘出风电机组的发电潜力，使得风电机组的上网功率能够实时跟踪功率给定值，确保风电机组功率输出稳定，实现风电机组的最优控制，同时有助于提高风电场整体的发电能力。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1示出根据本发明示例性实施例的风电机组的功率控制方法的流程图；
图2示出根据本发明示例性实施例的确定风电机组在额定风速以上时的最大功率值的步骤的流程图；
图3示出根据本发明示例性实施例的确定第二功率值的步骤的流程图；
图4示出根据本发明示例性实施例的确定第一子功率值的步骤的流程图；
图5示出根据本发明示例性实施例的确定第二子功率值的步骤的流程图；
图6示出根据本发明示例性实施例的确定第三子功率值的步骤的流程图；
图7示出根据本发明示例性实施例的风电机组的功率控制装置的框图；
图8示出根据本发明示例性实施例的给定值确定模块的框图。
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，一些示例性实施例在附图中示出。
图1示出根据本发明示例性实施例的风电机组的功率控制方法的流程图。
参照图1，在步骤S10中，实时采集风电机组的上网功率。作为示例，该上网功率可为风电机组的瞬态上网功率。
在步骤S20中，确定风电机组的上网功率与功率给定值的差值。
优选地，该功率给定值为在满足影响风电机组的功率输出的内部因素和外部因素的约束条件下的风电机组在额定风速以上时的最大功率值。
在步骤S30中，基于上网功率与功率给定值的差值产生功率控制参数。
在一个示例中，针对上网功率与功率给定值的差值进行PID控制，以获得功率控制参数。
例如，可将上网功率与功率给定值的差值输入到PID控制，PID控制输出功率控制参数。作为示例，上述PID控制可指P控制、PI控制、PD控制或者PID控制。
优选地，可还对PID控制的输出进行饱和控制，这里，饱和控制可指对PID控制的输出限幅值，在此情况下，PID控制输出的是经保护限值处理后的功率控制参数。
此外，为提高闭环控制的响应速度、降低控制的调节时间，需要选择合适的控制参数(例如，比例控制参数Kp、积分控制参数Ki、微分控制参数Kd)的数值，确保风电机组在一定的触发周期内，以实现风电机组的上网功率值跟踪功率给定值。
这里，应理解，具体选择哪种PID控制方式以及如何确定各控制参数的具体数值的大小，本领域技术人员可以结合风电场的实际情况自由选择，本发明对此不做限定。
在另一示例中，可基于上网功率与功率给定值的差值，通过预先确定的功率差值与功率控制参数之间的对应关系确定功率控制参数。
例如，可预先确定功率差值与功率控制参数之间的对应关系，在计算得到风电机组的上网功率与功率给定值的差值之后，基于预先确定的对应关系，找到与所计算得到的差值对应的功率差值，将找到的功率差值对应的功率控制参数，确定为与所计算得到的差值对应的功率控制参数。
在步骤S40中，将产生的功率控制参数施加到风电机组，以使风电机组基于产生的功率控制参数输出上网功率。
作为示例，功率控制参数可包括但不限于风电机组的扭矩变化量。针对功率控制参数为风电机组的扭矩变化量的情况，步骤S40中可将风电机组的扭矩变化量施加到风电机组的额定扭矩，以使风电机组基于额定扭矩与扭矩变化量叠加之后的扭矩来输出上网功率。这里，叠加之后的扭矩可为额定扭矩与扭矩变化量之和。
上述图1所示的风电机组的功率控制方法为针对风电机组的上网功率的一闭环控制过程(例如，可称为柔性功率闭环控制，Flexible Power Closed-loop Control)，使得风电机组的上网功率能够随着风电机组的扭矩的变化而变化。
通过上述的闭环控制过程，能够使得风电机组在一定时间内、在不同的工况条件下实时跟踪功率给定值，确保风电机组在额定风速以上时的功率的稳定性。
在本发明示例性实施例中，为发掘出风电场中每个风电机组的发电潜力，提高整个风电场的发电出力，可针对每个风电机组确定符合其自身特点的功率给定值，也就是说，针对每个风电机组确定其各自对应的最大功率值，即，不同的风电机组对应在额定风速以上时的最大功率值不同。
这里，由于每个机位点的外部风资源环境不同，这会对各风电机组的上网功率造成直接的影响。此外，每个机位点的风电机组的硬件所受环境的影响也不同，例如温度、湿度等，即，各风电机组的硬件在运行时的自身损耗也不同，这也会对风电机组的上网功率造成较大影响(上网功率(也可称为并网功率)为风电机组的输出功率(即，风电机组的变流器的输出功率)与自身损耗的差值)，进而导致风电机组在额定风速以上时输出的最大功率值也不同。因此，在本发明示例性实施例中，通过对不同机位点的外部因素(外部环境参数)和内部因素(硬件参数)的分析，可以最大化每个机位点的输出功率，通过闭环控制使整个风电场的输出功率时刻保持最优。
优选地，可通过对风电场中任一风电机组进行载荷适应性分析，获得该任一风电机组在设计寿命内的最大功率值，该最大功率值同时需要满足该任一风电机组主回路上的电气部件的过载能力、散热能力的要求，将满足上述条件的在额定风速以上时的最大功率值作为闭环控制中的功率给定值，以保证该任一风电机组的上网功率始终跟踪功率给定值，最大程度地提高风电机组的出力。
下面参照图2来介绍确定闭环控制的功率给定值的过程。应理解，图2所示的步骤是确定任一风电机组在额定风速以上时的最大功率值的步骤，风电场中的每个风电机组均可通过图2所示的步骤来分别确定出每个风电机组各自在额定风速以上时的最大功率值。
图2示出根据本发明示例性实施例的确定风电机组在额定风速以上时的最大功率值的步骤的流程图。
参照图2，在步骤S201中，确定在满足外部因素的约束条件下的风电机组的第一功率值。
例如，外部因素可包括风电机组所在机位点处的风资源数据。作为示例，风资源数据可包括但不限于空气密度、环境温度、风速、海拨高度、风向、湍流强度和/或入流角。
在此情况下，风电机组的第一功率值可通过以下方式来确定：获取风电机组所在机位点处的风资源数据；基于获取的风资源数据来获得风电机组的第一功率值。作为示例，该第一功率值为通过载荷适应分析，确定出的风电机组在设计寿命内(一般为20年)的最大输出功率值。
这里，可利用各种方法来基于风资源数据来获得风电机组在额定风速以上时的功率值，例如，可利用Bladed仿真软件来基于风电机组的风资源数据来获得该风电机组在额定风速以上时的功率值，但本发明不限与此，还可以通过其他软件(如Hawc2、Simpack、Fast等)来仿真获得风电机组在额定风速以上时的功率值。
例如，风电机组所在机位点处的风资源数据可基于布置在风电场中的至少一个测风塔所搜集的风资源数据来确定。
具体说来，在建设风电场的前期阶段，一般需要在风电场布置至少一个测风塔，用以搜集风电场至少1年的风资源数据，根据获得的风资源数据利用专业的风资源评估和设计软件(包括但不限于Bladed)，推测出各个候选机位点处的风资源数据，通过这些风资源数据可以选出最终机位点，上述过程即为微观选址的过程。
微观选址的主要目的在于选出风资源条件好的机位点，在满足载荷条件下，实现发电量最大。对于同一个风电场来说，特别是地形条件比较复杂的风电场，各个机位点的风资源参数可能相差较大，在不考虑风电机组混排情况下，同一款机型在不同的机位点处载荷存在差异，这种差异可能会导致风电机组在各机位点在额定风速以上时的最大功率值也存在差异。
本发明示例性实施例中的风电机组即为设置在通过微观选址确定的多个机位点中的任一机位点处的风电机组。
在步骤S202中，基于风电机组的第一功率值，确定在满足内部因素的约束条件下的风电机组的第二功率值。
在步骤S203中，将第二功率值确定为风电机组在额定风速以上时的最大功率值。
作为示例，内部因素可包括风电机组主回路上的电气部件的过载能力(即，电压过载能力、电流过载能力)和散热能力。例如，上述电气部件可指风电机组主回路上的主要电气部件，包括但不限于发电机主断路器、网侧断路器、熔断器、发电机侧电抗器、网侧电抗器、动力电缆等。
例如，满足电气部件的过载能力要求可指整流后的电压和电流大小不能高于直流母线的电压和电流。以永磁直驱风力发电机(也可以是其他类型的发电机，例如，双馈机组)为例，风电机组的变流器能量转换模式为交流-直流-交流，发电机输出为交流电，通过整流器转为直流，然后通过逆变器转为同电网相同相位和幅值的交流电并入电网。由于直流母线的支撑电容耐压有限，在发电机侧，整流后的电压必须低于直流母线电压，否则会导致发电机侧失控，风电机组不能稳定运行。
下面参照图3来介绍在满足风电机组主回路上的电气部件的电压过载能力、电流过载能力和散热能力要求时的第二功率值。
图3示出根据本发明示例性实施例的确定第二功率值的步骤的流程图。
参照图3，在步骤S301中，基于风电机组的第一功率值，确定满足电气部件的电压过载能力要求的第一子功率值。
这里，随着风电机组的输出功率的增加，必然会导致风电机组整流后的电压或者电流的增大，风电机组中存在的大量功率器件均有特定的额定运行值，如果实际电压或者电流高于对应的额定运行值，则会导致这些功率器件跳闸，使风电机组故障停机，甚至导致功率器件烧毁，影响风电机组的安全运行。因此，所确定的风电机组在额定风速以上时的最大功率值应是能够满足风电机组主回路上的电气部件的电压和电流过载能力要求的功率值。
图4示出根据本发明示例性实施例的确定第一子功率值的步骤的流程图。
参照图4，在步骤S401中，确定在风电机组的输出功率为预设功率值时，电气部件的电压值。作为示例，预设功率值的初始值可为第一功率值。优选地，为确保风电机组运行的安全性，预设功率值的初始值可为第一功率值与安全阈值的差值。
这里，可利用各种仿真评估方式来确定在风电机组的输出功率为预设功率值时电气部件的电压值，本发明对此不做限定。
在步骤S402中，确定电气部件的电压值是否小于电气部件的额定电压值。
如果电气部件的电压值不小于(即，大于或等于)电气部件的额定电压值，则执行步骤S403：将预设功率值与第一功率变化量作差，以更新预设功率值，并返回执行步骤S401。
如果电气部件的电压值小于电气部件的额定电压值，则执行步骤S404：将预设功率值确定为满足电气部件的电压过载能力要求的第一子功率值。
也就是说，上述确定第一子功率值的过程为：以第一功率值为起点在每次循环过程中逐步下调第一功率值的大小，从而找到满足电气部件的电压过载能力要求的功率值作为第一子功率值。
应理解，对于风电机组主回路上包括多个电气部件的情况，可利用图4所示的步骤确定出每个电子部件在满足该电气部件的电压过载能力要求时的第一子功率值，将所有电子部件的第一子功率值中的最小值确定为最终的第一子功率值。
返回图3，在步骤S302中，基于风电机组的第一功率值，确定满足电气部件的电流过载能力要求的第二子功率值。
由于电气部件的电压值基本不变，则随着风电机组的输出功率的增大或者减小，电气部件的电流也随之增大或者减小。因此，输出功率的提升将直接导致风电机组主回路上的电气部件的电流的增大，因此，必须确保风电机组在输出最大功率值时，能够满足所有电气部件的电流过载能力要求。
图5示出根据本发明示例性实施例的确定第二子功率值的步骤的流程图。
参照图5，在步骤S501中，确定在风电机组的输出功率为预设功率值时，电气部件的电流值。作为示例，预设功率值的初始值可为第一功率值。
这里，可利用各种仿真评估方式来确定在风电机组的输出功率为预设功率值时电气部件的电流值，本发明对此不做限定。
在步骤S502中，确定电气部件的电流值是否小于电气部件的安全电流值。
作为示例，安全电流值可为电气部件的额定电流值与电流安全裕度的差值。例如，安全电流值可表示为Ie-δ，其中，Ie为额定电流值，δ为电流安全裕度，一般可取1％Ie～10％Ie。
如果电气部件的电流值不小于(即，大于或等于)电气部件的安全电流值，则执行步骤S503：将预设功率值与第二功率变化量作差，以更新预设功率值，并返回执行步骤S501。
如果电气部件的电流值小于电气部件的安全电流值，则执行步骤S504：将预设功率值确定为满足电气部件的电流过载能力要求的第二子功率值。
也就是说，上述确定第二子功率值的过程为：以第一功率值为起点在每次循环过程中逐步下调第一功率值的大小，从而找到满足电气部件的电流过载能力要求的功率值作为第二子功率值。
应理解，对于风电机组主回路上包括多个电气部件的情况，可利用图5所示的步骤确定出每个电子部件在满足该电气部件的电流过载能力要求时的第二子功率值，将所有电子部件的第二子功率值中的最小值确定为最终的第二子功率值。
返回图3，在步骤S303中，基于风电机组的第一功率值，确定满足电气部件的散热能力要求的第三子功率值。
随着风电机组功率值的增加，风电机组内的一些大型功率部件(如IGBT模块)的温升也会随之增大，IGBT模块的冷却系统(如风冷系统或者水冷系统)的散热能力是有限的，特别是在一些特殊工况条件下，例如夏季高温条件下，电气部件的散热能力大小直接决定风电机组是否可以在这种工况条件下稳定并安全运行。因此，必须确保风电机组在输出最大功率值时，能够满足所有电气部件的散热能力要求。
图6示出根据本发明示例性实施例的确定第三子功率值的步骤的流程图。
参照图6，在步骤S601中，确定在风电机组的输出功率为预设功率值时，电气部件在预定时间段内的温升值。作为示例，预设功率值的初始值可为第一功率值。
这里，可利用各种仿真评估方式来确定在风电机组的输出功率为预设功率值时电气部件在预定时间段内的温升值，本发明对此不做限定。此外，本领域技术人员也可以根据继续需求来设定预定时间段的时长，本发明对此不做限定。
在步骤S602中，确定电气部件的温升值是否小于电气部件允许的最大温升值。
作为示例，风电机组主回路上的电气部件(如IGBT模块)允许的最大温升值与环境温度、散热方式(水冷或者风冷)及其散热期间功率有关。
如果电气部件的温升值不小于(即，大于或等于)电气部件允许的最大温升值，则执行步骤S603：将预设功率值与第三功率变化量作差，以更新预设功率值，并返回执行步骤S601。
这里，第一功率变化量、第二功率变化量、第三功率变化量的取值可以全部相同，也可以全部不同，也可以部分相同，本领域技术人员可以根据实际需求来确定第一功率变化量、第二功率变化量、第三功率变化量的具体数值，本发明对此不做限定。
如果电气部件的温升值小于电气部件允许的最大温升值，则执行步骤S604：将预设功率值确定为满足电气部件的散热能力要求的第三子功率值。
也就是说，上述确定第二子功率值的过程为：以第一功率值为起点在每次循环过程中逐步下调第一功率值的大小，从而找到满足电气部件的散热能力要求的功率值作为第三子功率值。
应理解，对于风电机组主回路上包括多个电气部件的情况，可利用图6所示的步骤确定出每个电子部件在满足该电气部件的散热能力要求时的第三子功率值，将所有电子部件的第三子功率值中的最小值确定为最终的第三子功率值。
返回图3，在步骤S304中，将第一子功率值、第二子功率值和第三子功率值中的最小功率值确定为第二功率值。
例如，经过上述对主回路上的电气部件的过载能力和散热能力评估之后，可通过如下公式获得第二功率值：
P2(i)＝min(Pm1(i),Pm2(i),Pm3(i)) (1)
公式(1)中，P2(i)为第i个风电机组的第二功率值，min()表示取最小值，Pm1(i)为第i个风电机组的第一子功率值，Pm2(i)为第i个风电机组的第二子功率值，Pm3(i)为第i个风电机组的第三子功率值。i大于等于1小于等于n，n为风电场中的风电机组的数量。
优选地，根据本发明示例性实施例的风电机组的功率控制方法可还包括：在确定出风电场中的每个风电机组的功率给定值之后，可将风电场中所有风电机组的功率给定值存储在各风电机组的配置文件中，即，将每个风电机组在额定风速以上时的最大功率值写入各风电机组的配置文件中。每个风电机组的配置文件可被保存在各风电机组的控制器中，也可以被保存在风电场级的控制器中。这里，将所有风电机组的功率给定值进行统一存储，可便于对各风电机组的功率给定值的管理和升级。
应理解，上述风电机组的闭环功率控制方法可以在风电机组的控制器中执行，也可以在风电场级的控制器中执行。
图7示出根据本发明示例性实施例的风电机组的功率控制装置的框图。
如图7所示，根据本发明示例性实施例的风电机组的功率控制装置包括：功率采集模块10、差值计算模块20、参数生成模块30和功率控制模块40。
具体说来，功率采集模块10实时采集风电机组的上网功率。作为示例，该上网功率可为风电机组的瞬态上网功率。
优选地，根据本发明示例性实施例的风电机组的功率控制装置可还包括：过滤器(图中未示出)，用于对功率采集模块10实时采集的风电机组的上网功率进行过滤，过滤器将过滤后的上网功率传送至差值计算模块20。
差值计算模块20确定风电机组的上网功率与功率给定值的差值。
优选地，该功率给定值可为在满足影响风电机组的功率输出的内部因素和外部因素的约束条件下的风电机组在额定风速以上时的最大功率值。
参数生成模块30基于上网功率与功率给定值的差值产生功率控制参数。
在一个示例中，参数生成模块30可针对上网功率与功率给定值的差值进行PID控制，来获得功率控制参数。
在另一示例中，参数生成模块30可基于上网功率与功率给定值的差值，通过预先确定的功率差值与功率控制参数之间的对应关系确定功率控制参数。
功率控制模块40将产生的功率控制参数施加到风电机组上，以使风电机组基于产生的功率控制参数输出上网功率。
作为示例，功率控制参数可包括但不限于风电机组的扭矩变化量。针对功率控制参数为风电机组的扭矩变化量的情况，功率控制模块40可将风电机组的扭矩变化量施加到风电机组的额定扭矩上，以使风电机组基于所述额定扭矩与扭矩变化量叠加之后的扭矩来输出上网功率。这里，叠加之后的扭矩可为额定扭矩与扭矩变化量之和。
优选地，根据本发明示例性实施例的风电机组的功率控制装置可还包括：给定值确定模块50，用于确定功率给定值。
具体说来，给定值确定模块50可通过以下方式来确定功率给定值：确定在满足外部因素的约束条件下的风电机组的第一功率值；基于第一功率值，确定在满足内部因素的约束条件下的风电机组的第二功率值；将第二功率值确定为风电机组在额定风速以上时的最大功率值。
下面参照图8来介绍给定值确定模块50确定功率给定值的过程。
图8示出根据本发明示例性实施例的给定值确定模块50的框图。
如图8所示，根据本发明示例性实施例的给定值确定模块50可包括风资源评估子模块51和电气部件评估子模块52。
作为示例，外部因素可包括风电机组所在机位点处的风资源数据。作为示例，风资源数据可包括但不限于空气密度、环境温度、风速、海拨高度、风向、湍流强度和/或入流角。
风资源评估子模块51根据风电机组所在机位点处的风资源数据来确定风电机组在满足外部因素的约束条件下的第一功率值。风资源评估子模块51可针对每个风电机组，基于该风电机组所在机位点处的风资源数据来确定该风电机组的第一功率值。
在一优选实施例中，风资源评估子模块51可通过以下方式确定第一功率值：获取风电机组所在机位点处的风资源数据；基于获取的风资源数据来获得风电机组的第一功率值。
作为示例，内部因素可包括风电机组主回路上的电气部件的电压过载能力、电流过载能力和散热能力。
电气部件评估子模块52可基于风电机组的第一功率值，确定在满足内部因素的约束条件下的风电机组的第二功率值。电气部件评估子模块52可针对每个风电机组，基于该风电机组的第一功率值来对该风电机组分别电压过载能力评估、电力过载能力评估和散热能力评估，以获得该风电机组的第二功率值。
在一优选实施例中，电气部件评估子模块52可通过以下方式确定第二功率值：基于风电机组的第一功率值，确定满足电气部件的电压过载能力要求的第一子功率值，基于风电机组的第一功率值，确定满足电气部件的电流过载能力要求的第二子功率值，基于风电机组的第一功率值，确定满足电气部件的散热能力要求的第三子功率值，将第一子功率值、第二子功率值和第三子功率值中的最小功率值确定为第二功率值。
电气部件评估子模块52可通过以下方式确定第一子功率值：确定在风电机组的输出功率为预设功率值时，电气部件的电压值，如果确定的电气部件的电压值小于电气部件的额定电压值，则将预设功率值确定为满足电气部件的电压过载能力要求的第一子功率值。如果确定的电气部件的电压值不小于电气部件的额定电压值，则电气部件评估子模块52将预设功率值与第一功率变化量作差，以更新预设功率值，并继续确定在风电机组的输出功率为预设功率值时电气部件的电压值。
电气部件评估子模块52可通过以下方式确定第二子功率值：确定在风电机组的输出功率为预设功率值时，电气部件的电流值；如果确定的电气部件的电流值小于电气部件的安全电流值，则将预设功率值确定为满足电气部件的电流过载能力要求的第二子功率值。如果确定的电气部件的电流值不小于电气部件的安全电流值，则电气部件评估子模块52将预设功率值与第二功率变化量作差，以更新预设功率值，并继续确定在风电机组的输出功率为预设功率值时电气部件的电流值。这里，安全电流值可为电气部件的额定电流值与电流安全裕度的差值。
电气部件评估子模块52可通过以下方式确定第三子功率值：确定在风电机组的输出功率为预设功率值时，电气部件在预定时间段内的温升值；如果确定的电气部件的温升值小于电气部件允许的最大温升值，则将预设功率值确定为满足电气部件的散热能力要求的第三子功率值。如果确定的电气部件的温升值不小于电气部件允许的最大温升值，则电气部件评估子模块52将预设功率值与第三功率变化量作差，以更新预设功率值，并继续确定在风电机组的输出功率为预设功率值时电气部件的温升值。
作为示例，预设功率值的初始值可为第一功率值。优选地，为确保风电机组运行的安全性，预设功率值的初始值可为第一功率值与安全阈值的差值。这里，可依据经验来确定安全阈值的大小。
应理解，第一功率变化量、第二功率变化量、第三功率变化量的取值可以全部相同，也可以全部不同，也可以部分相同，本领域技术人员可以根据实际需求来确定第一功率变化量、第二功率变化量、第三功率变化量的具体数值，本发明对此不做限定。
优选地，根据本发明示例性实施例的风电机组的功率控制装置可还包括：存储模块，在确定出风电场中的每个风电机组的功率给定值之后，将风电场中所有风电机组的功率给定值存储在各风电机组的配置文件中。即，存储模块将每个风电机组在额定风速以上时的最大功率值写入各风电机组的配置文件中。
每个风电机组的配置文件可被保存在各风电机组的控制器中，也可以被保存在风电场级的控制器中。
应理解，上述风电机组的闭环功率控制装置可被实现为集成在风电机组的控制器中的各模块，也可以被集成为在风电场级的控制器中的各模块。
根据本发明的示例性实施例还提供一种计算装置。该计算装置包括处理器和存储器。存储器用于存储计算机程序。所述计算机程序被处理器执行使得处理器执行上述的风电机组的功率控制方法的计算机程序。
根据本发明的示例性实施例还提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质存储有当被处理器执行时使得处理器执行上述风电机组的功率控制方法的计算机程序。该计算机可读记录介质是可存储由计算机系统读出的数据的任意数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括：只读存储器、随机存取存储器、只读光盘、磁带、软盘、光数据存储装置和载波(诸如经有线或无线传输路径通过互联网的数据传输)。
采用本发明示例性实施例的风电机组的功率控制方法和装置，针对影响风电机组的功率输出的内部因素和外部因素，提出一套最优功率输出的控制策略，确保各风电机组的出力最优。
此外，采用本发明示例性实施例的风电机组的功率控制方法和装置，实现了风电机组在多种约束条件下功率输出的最优和最大化，充分挖掘了风电机组自身的发电潜力。
此外，采用本发明示例性实施例的风电机组的功率控制方法和装置，可以针对不同的风电机组制定不同的功率给定值，即，考虑了不同风电机组的风资源数据和自身因素对风电机组出力的影响，为每个风电机组设定符合自身特点的最大功率值，使得每个风电机组均能够发挥发电潜力，实现了风电机组的最优控制，同时提高了整个风电场的发电能力。
此外，采用本发明示例性实施例的风电机组的功率控制方法和装置，风电机组的输出功率稳定，消除了由于空气密度不同及风电机组自身损耗不同导致的风电机组额定风速以上输出功率的季节差异性。
此外，采用本发明示例性实施例的风电机组的功率控制方法和装置，从风电场机位点微观选址开始，到风电机组的载荷评估、电气部件过载能力评估以及散热能力评估，提出一套风电机组额定风速以上最大功率值的评估方案，可以最大程度地挖掘风电机组的发电潜力，提高风电场整体出力。
此外，采用本发明示例性实施例的风电机组的功率控制方法和装置，将确定的额定风速以上最大功率值作为功率给定值，通过一套完整的闭环控制系统，使得风电机组的上网功率跟踪功率给定值，确保风电机组在额定风速以上功率输出稳定。
尽管已参照优选实施例表示和描述了本发明，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和变换。
Claims (26)
1.一种风电机组的功率控制方法，其特征在于，包括：
实时采集风电机组的上网功率；
确定所述上网功率与功率给定值的差值，其中，所述功率给定值为在满足影响风电机组的功率输出的内部因素和外部因素的约束条件下的所述风电机组在额定风速以上时的最大功率值；
基于所述差值产生功率控制参数；
将产生的功率控制参数施加到风电机组，以使风电机组基于所述功率控制参数输出上网功率。
2.如权利要求1所述的功率控制方法，其特征在于，所述功率给定值通过以下方式来确定：
确定在满足所述外部因素的约束条件下的所述风电机组的第一功率值；
基于所述第一功率值，确定在满足所述内部因素的约束条件下的所述风电机组的第二功率值；
将所述第二功率值确定为所述风电机组的最大功率值。
3.如权利要求2所述的功率控制方法，其特征在于，所述外部因素包括所述风电机组所在机位点处的风资源数据，所述第一功率值通过以下方式来确定：
获取所述风电机组所在机位点处的风资源数据；
基于获取的风资源数据来获得所述风电机组的第一功率值。
4.如权利要求2所述的功率控制方法，其特征在于，所述内部因素包括风电机组主回路上的电气部件的电压过载能力、电流过载能力和散热能力，
其中，基于所述第一功率值，确定在满足所述内部因素的约束条件下的所述风电机组的第二功率值的步骤包括：
基于所述第一功率值，确定满足电气部件的电压过载能力要求的第一子功率值，
基于所述第一功率值，确定满足电气部件的电流过载能力要求的第二子功率值，
基于所述第一功率值，确定满足电气部件的散热能力要求的第三子功率值，
将第一子功率值、第二子功率值和第三子功率值中的最小功率值确定为第二功率值。
5.如权利要求4所述的功率控制方法，其特征在于，确定第一子功率值的步骤包括：
确定在所述风电机组的输出功率为预设功率值时，所述电气部件的电压值；
如果确定的电气部件的电压值小于所述电气部件的额定电压值，则将所述预设功率值确定为满足电气部件的电压过载能力要求的第一子功率值。
6.如权利要求5所述的功率控制方法，其特征在于，确定第一子功率值的步骤还包括：如果确定的电气部件的电压值不小于所述电气部件的额定电压值，则将所述预设功率值与第一功率变化量作差，以更新所述预设功率值，并返回确定所述电气部件的电压值的步骤，
其中，所述预设功率值的初始值为第一功率值。
7.如权利要求4所述的功率控制方法，其特征在于，确定第二子功率值的步骤包括：
确定在所述风电机组的输出功率为预设功率值时，所述电气部件的电流值；
如果确定的电气部件的电流值小于所述电气部件的安全电流值，则将所述预设功率值确定为满足电气部件的电流过载能力要求的第二子功率值。
8.如权利要求7所述的功率控制方法，其特征在于，确定第二子功率值的步骤还包括：如果确定的电气部件的电流值不小于所述电气部件的安全电流值，则将所述预设功率值与第二功率变化量作差，以更新所述预设功率值，并返回确定所述电气部件的电流值的步骤，
其中，所述预设功率值的初始值为第一功率值，所述安全电流值为所述电气部件的额定电流值与电流安全裕度的差值。
9.如权利要求4所述的功率控制方法，其特征在于，确定第三子功率值的步骤包括：
确定在所述风电机组的输出功率为预设功率值时，所述电气部件在预定时间段内的温升值；
如果确定的电气部件的温升值小于所述电气部件允许的最大温升值，则将所述预设功率值确定为满足电气部件的散热能力要求的第三子功率值。
10.如权利要求9所述的功率控制方法，其特征在于，确定第三子功率值的步骤还包括：如果确定的电气部件的温升值不小于所述电气部件允许的最大温升值，则将所述预设功率值与第三功率变化量作差，以更新所述预设功率值，并返回确定所述电气部件的温升值的步骤，
其中，所述预设功率值的初始值为第一功率值。
11.如权利要求1所述的功率控制方法，其特征在于，通过以下任意一种方式基于所述差值产生功率控制参数：
针对所述差值进行PID控制，以获得功率控制参数；
基于所述差值，通过预先确定的功率差值与功率控制参数之间的对应关系确定功率控制参数。
12.如权利要求1-11中任意一项所述的功率控制方法，其特征在于，所述功率控制参数为风电机组的扭矩变化量，
其中，将产生的功率控制参数施加到风电机组，以使风电机组基于所述功率控制参数输出上网功率的步骤包括：
将风电机组的扭矩变化量施加到风电机组的额定扭矩，以使风电机组基于所述额定扭矩与所述扭矩变化量叠加之后的扭矩来输出上网功率。
13.一种风电机组的功率控制装置，其特征在于，包括：
功率采集模块，实时采集风电机组的上网功率；
差值计算模块，确定所述上网功率与功率给定值的差值，其中，所述功率给定值为在满足影响风电机组的功率输出的内部因素和外部因素的约束条件下的所述风电机组在额定风速以上时的最大功率值；
参数生成模块，基于所述差值产生功率控制参数；
功率控制模块，将产生的功率控制参数施加到风电机组，以使风电机组基于所述功率控制参数输出上网功率。
14.如权利要求13所述的功率控制装置，其特征在于，所述功率控制装置还包括：给定值确定模块，通过以下方式确定所述功率给定值：
确定在满足所述外部因素的约束条件下的所述风电机组的第一功率值；
基于所述第一功率值，确定在满足所述内部因素的约束条件下的所述风电机组的第二功率值；
将所述第二功率值确定为所述风电机组的最大功率值。
15.如权利要求14所述的功率控制装置，其特征在于，所述外部因素包括所述风电机组所在机位点处的风资源数据，给定值确定模块包括风资源评估子模块，通过以下方式确定所述第一功率值：
获取所述风电机组所在机位点处的风资源数据；
基于获取的风资源数据来获得所述风电机组的第一功率值。
16.如权利要求14所述的功率控制装置，其特征在于，所述内部因素包括风电机组主回路上的电气部件的电压过载能力、电流过载能力和散热能力，
其中，给定值确定模块包括电气部件评估子模块，通过以下方式确定第二功率值：
基于所述第一功率值，确定满足电气部件的电压过载能力要求的第一子功率值，
基于所述第一功率值，确定满足电气部件的电流过载能力要求的第二子功率值，
基于所述第一功率值，确定满足电气部件的散热能力要求的第三子功率值，
将第一子功率值、第二子功率值和第三子功率值中的最小功率值确定为第二功率值。
17.如权利要求16所述的功率控制装置，其特征在于，电气部件评估子模块通过以下方式确定第一子功率值：
确定在所述风电机组的输出功率为预设功率值时，所述电气部件的电压值；
如果确定的电气部件的电压值小于所述电气部件的额定电压值，则将所述预设功率值确定为满足电气部件的电压过载能力要求的第一子功率值。
18.如权利要求17所述的功率控制装置，其特征在于，如果确定的电气部件的电压值不小于所述电气部件的额定电压值，则电气部件评估子模块将所述预设功率值与第一功率变化量作差，以更新所述预设功率值，并继续确定在所述风电机组的输出功率为所述预设功率值时所述电气部件的电压值，
其中，所述预设功率值的初始值为第一功率值。
19.如权利要求16所述的功率控制装置，其特征在于，电气部件评估子模块通过以下方式确定第二子功率值：
确定在所述风电机组的输出功率为预设功率值时，所述电气部件的电流值；
如果确定的电气部件的电流值小于所述电气部件的安全电流值，则将所述预设功率值确定为满足电气部件的电流过载能力要求的第二子功率值。
20.如权利要求19所述的功率控制装置，其特征在于，如果确定的电气部件的电流值不小于所述电气部件的安全电流值，则电气部件评估子模块将所述预设功率值与第二功率变化量作差，以更新所述预设功率值，并继续确定在所述风电机组的输出功率为所述预设功率值时所述电气部件的电流值，
其中，所述预设功率值的初始值为第一功率值，所述安全电流值为所述电气部件的额定电流值与电流安全裕度的差值。
21.如权利要求16所述的功率控制装置，其特征在于，电气部件评估子模块通过以下方式确定第三子功率值：
确定在所述风电机组的输出功率为预设功率值时，所述电气部件在预定时间段内的温升值；
如果确定的电气部件的温升值小于所述电气部件允许的最大温升值，则将所述预设功率值确定为满足电气部件的散热能力要求的第三子功率值。
22.如权利要求21所述的功率控制装置，其特征在于，如果确定的电气部件的温升值不小于所述电气部件允许的最大温升值，则电气部件评估子模块将所述预设功率值与第三功率变化量作差，以更新所述预设功率值，并继续确定在所述风电机组的输出功率为所述预设功率值时所述电气部件的温升值，
其中，所述预设功率值的初始值为第一功率值。
23.如权利要求13所述的功率控制装置，其特征在于，参数生成模块通过以下任意一种方式来基于所述上网功率与功率给定值的差值产生功率控制参数：
针对所述差值进行PID控制，以获得功率控制参数；
基于所述差值，通过预先确定的功率差值与功率控制参数之间的对应关系确定功率控制参数。
24.如权利要求13-23中任意一项所述的功率控制装置，其特征在于，所述功率控制参数为风电机组的扭矩变化量，
其中，功率控制模块将风电机组的扭矩变化量施加到风电机组的额定扭矩，以使风电机组基于所述额定扭矩与所述扭矩变化量叠加之后的扭矩来输出上网功率。
25.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机程序在被处理器执行时实现如权利要求1至12中任意一项所述的风电机组的功率控制方法。
26.一种计算装置，其特征在于，所述计算装置包括：
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，实现如权利要求1至12中任意一项所述的风电机组的功率控制方法。
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