CN109973302B - 风力发电机组的限功率控制方法和装置 - Google Patents

风力发电机组的限功率控制方法和装置 Download PDF

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Abstract

提供一种风力发电机组的限功率控制方法和装置，所述限功率控制方法包括：当风力发电机组的实际输出功率小于第一限功率值时，确定用于控制风力发电机组的限功率设定值变化的调节控制方式；在各个调节阶段采用相应的调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化，以使风力发电机组的限功率设定值从第一限功率值下降至第二限功率值，其中，第一限功率值大于第二限功率值。采用本发明示例性实施例的风力发电机组的限功率控制方法和装置，能够针对由于风速太低，风力发电机组的实际输出功率达不到第一限功率值的情况，分阶段对风力发电机组的限功率设定值进行调节，有效缩短了限功率设定值从第一限功率值下降到第二限功率值所需经历的时间长度。

Description

风力发电机组的限功率控制方法和装置
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，涉及一种风力发电机组的限功率控制方法和装置。
背景技术
由于风力发电具有易变性及随机性等特点，大规模风力发电机组并入电网对区域电力系统安全稳定运行的影响日益显著，对区域电网的调峰能力、电压控制以及电能质量提出了较大挑战。相关国家标准、各发电企业和区域电网对风电场的有功功率调节能力做出了严格要求，这等同于对风力发电机组的有功功率调节能力有了更高的需求。
风力发电机组接收来自风电场有功功率控制系统的有功功率设定值，风力发电机组的主控系统对有功功率设定一般采用斜率控制，即，从上一个功率设定值平滑地过渡到当前功率设定值，以防止功率设定值的跳变引起快速变桨响应和扭矩响应，造成极大的载荷。
目前，提高有功功率调节能力的方法有很多，最常用的方法是增大斜率(如图1所示)。然而随着叶片越来越长，风力发电机组容量越来越大，增大斜率意味着风力发电机组对转速与扭矩的跟踪、变桨调节能力提出了更高的要求，会导致风力发电机组载荷上升。因此，这种有功功率调节方式对于已经运行的风力发电机组优化空间有限，且严谨的作法是需要对每一种机型进行仿真验证评估，对于新设计的风力发电机组，斜率增大有可能导致风力发电机组成本的增加。
发明内容
本发明的示例性实施例的目的在于提供一种风力发电机组的限功率控制方法和装置，能够针对风力发电机组的实际输出功率小于限功率值的情况，分阶段对风力发电机组的限功率设定值进行调节，即能够有效缩短限功率设定值的调节时长，还能减小在限功率设定值调节过程中对变桨和扭矩的影响。
根据本发明示例性实施例的一方面，提供一种风力发电机组的限功率控制方法，所述限功率控制方法包括：当风力发电机组的实际输出功率小于第一限功率值时，确定用于控制风力发电机组的限功率设定值变化的调节控制方式；在各个调节阶段采用相应的调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化，以使风力发电机组的限功率设定值从第一限功率值下降至第二限功率值，其中，第一限功率值大于第二限功率值。
可选地，调节控制方式可包括第一调节控制方式和第二调节控制方式，其中，在第一调节阶段以第一调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化，并在第二调节阶段以第二调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化，其中，第一调节阶段可位于第二调节阶段之前。
可选地，在第一调节阶段以第一调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化的步骤可包括：确定与每个运算周期对应的第一功率变化量；控制风力发电机组的限功率设定值从第一限功率值开始在每个运算周期内下降与每个运算周期对应的第一功率变化量，直至第一功率变化量小于第一设定值，其中，将第一功率变化量小于第一设定值的时间点确定为第一调节阶段的结束时刻。
可选地，与任一运算周期对应的第一功率变化量可为所述任一运算周期的初始限功率设定值与所述任一运算周期的输出限功率设定值之差，其中，所述任一运算周期的输出限功率设定值可通过所述任一运算周期的初始限功率设定值、所述任一运算周期对应的实时功率给定值和功率调节系数被确定。
可选地，所述任一运算周期的输出限功率设定值可等于所述任一运算周期的初始限功率设定值与所述任一运算周期对应的实时功率给定值之差与功率调节系数的乘积，然后再与所述任一运算周期对应的实时功率给定值相加。
可选地，第一个运算周期的初始限功率设定值可为第一限功率值，第一个运算周期之后的每个运算周期的初始限功率设定值可为上一运算周期的输出限功率设定值。
可选地，在第二调节阶段以第二调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化的步骤可包括：控制风力发电机组的限功率设定值在每个运算周期内均下降第二功率变化量，直至风力发电机组的限功率设定值下降至第二限功率值。
可选地，第二调节阶段可包括第一子阶段和第二子阶段，调节控制方式可还包括第三调节控制方式，其中，在第二调节阶段以第二调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化的步骤可包括：在第一子阶段以第三调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化，并在第二子阶段以第二调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化，其中，第一子阶段可位于第二子阶段之前，且第一子阶段与第二子阶段的时间之和可为第二调节阶段。
可选地，在第二子阶段以第二调节控制方式使风力发电机组的限功率设定值变化的步骤可包括：控制风力发电机组的限功率设定值在每个运算周期内均下降第二功率变化量，直至风力发电机组的限功率设定值下降至第二限功率值。
可选地，在第一子阶段以第三调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化的步骤可包括：确定与每个运算周期对应的第三功率变化量；控制风力发电机组的限功率设定值在每个运算周期内下降与每个运算周期对应的第三功率变化量，直至第三功率变化量大于或等于第二设定值，其中，将第三功率变化量大于或等于第二设定值的时间点确定为第一子阶段的结束时刻，第二设定值大于或等于第一设定值。
可选地，与第一个运算周期对应的第三功率变化量为第一设定值，与第一个运算周期之后的任一运算周期对应的第三功率变化量可取与所述任一运算周期对应的设定值同预设的周期功率变化值之和、第二设定值中的最小值。
可选地，任一运算周期的输出限功率设定值可为所述任一运算周期的初始限功率设定值与所述任一运算周期的第三功率变化量之差，所述任一运算周期的初始限功率设定值可为上一运算周期的输出限功率设定值。
可选地，计算风力发电机组的实时功率给定值通过以下方式可被确定：计算风力发电机组的实时功率基准值；通过对实时功率基准值进行低通滤波，来获得实时功率给定值。
可选地，实时功率基准值可为发电机的实时转速值与预定扭矩给定值的乘积。
根据本发明示例性实施例的另一方面，提供一种风力发电机组的限功率控制装置，所述限功率控制装置包括：调节控制方式确定模块，当风力发电机组的实际输出功率小于第一限功率值时，确定用于控制风力发电机组的限功率设定值变化的调节控制方式；限功率设定值控制模块，在不同调节阶段采用不同的调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化，以使风力发电机组的限功率设定值从第一限功率值下降至第二限功率值，其中，第一限功率值大于第二限功率值。
可选地，调节控制方式可包括第一调节控制方式和第二调节控制方式，其中，限功率设定值控制模块可在第一调节阶段以第一调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化，并在第二调节阶段以第二调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化，其中，第一调节阶段可位于第二调节阶段之前。
可选地，限功率设定值控制模块在第一调节阶段可确定与每个运算周期对应的第一功率变化量，并控制风力发电机组的限功率设定值从第一限功率值开始在每个运算周期内下降与每个运算周期对应的第一功率变化量，直至第一功率变化量小于第一设定值，其中，将第一功率变化量小于第一设定值的时间点确定为第一调节阶段的结束时刻。
可选地，与任一运算周期对应的第一功率变化量可为所述任一运算周期的初始限功率设定值与所述任一运算周期的输出限功率设定值之差，其中，所述任一运算周期的输出限功率设定值可通过所述任一运算周期的初始限功率设定值、所述任一运算周期对应的实时功率给定值和功率调节系数被确定。
可选地，所述任一运算周期的输出限功率设定值可等于所述任一运算周期的初始限功率设定值与所述任一运算周期对应的实时功率给定值之差与功率调节系数的乘积，然后再与所述任一运算周期对应的实时功率给定值相加。
可选地，第一个运算周期的初始限功率设定值可为第一限功率值，第一个运算周期之后的每个运算周期的初始限功率设定值可为上一运算周期的输出限功率设定值。
可选地，限功率设定值控制模块可在第二调节阶段控制风力发电机组的限功率设定值在每个运算周期内均下降第二功率变化量，直至风力发电机组的限功率设定值下降至第二限功率值。
可选地，第二调节阶段可包括第一子阶段和第二子阶段，调节控制方式可还包括第三调节控制方式，其中，限功率设定值控制模块可在第一子阶段以第三调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化，并在第二子阶段以第二调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化，其中，第一子阶段位于第二子阶段之前，且第一子阶段与第二子阶段的时间之和可为第二调节阶段。
可选地，限功率设定值控制模块可在第二子阶段确定控制风力发电机组的限功率设定值在每个运算周期内均下降第二功率变化量，直至风力发电机组的限功率设定值下降至第二限功率值。
可选地，限功率设定值控制模块在第一子阶段可确定与每个运算周期对应的第三功率变化量，并控制风力发电机组的限功率设定值在每个运算周期内下降与每个运算周期对应的第三功率变化量，直至第三功率变化量大于或等于第二设定值，其中，将第三功率变化量大于或等于第二设定值的时间点确定为第一子阶段的结束时刻，第二设定值大于或等于第一设定值。
可选地，与第一个运算周期对应的第三功率变化量为第一设定值，与第一个运算周期之后的任一运算周期对应的第三功率变化量可取与所述任一运算周期对应的设定值同预设的周期功率变化值之和、第二设定值中的最小值。
可选地，任一运算周期的输出限功率设定值可为所述任一运算周期的初始限功率设定值与所述任一运算周期的第三功率变化量之差，所述任一运算周期的初始限功率设定值可为上一运算周期的输出限功率设定值。
可选地，实时功率给定值通过以下方式被确定：计算风力发电机组的实时功率基准值，通过对实时功率基准值进行低通滤波，来获得实时功率给定值。
可选地，实时功率基准值可为发电机的实时转速值与预定扭矩给定值的乘积。
根据本发明示例性实施例的再一方面，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力发电机组的限功率控制方法。
根据本发明示例性实施例的再一方面，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，实现上述的风力发电机组的限功率控制方法。
采用本发明示例性实施例的风力发电机组的限功率控制方法和装置，能够针对由于风速太低，风力发电机组的实际输出功率达不到限功率值的情况，分阶段对风力发电机组的限功率设定值进行调节，有效缩短了限功率设定值从一限功率值下降到另一限功率值所需经历的时间长度。
附图说明
通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的详细描述，本发明示例性实施例的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚。
图1示出现有的通过增大斜率的方式来调节有功功率设定值的曲线示意图；
图2示出根据本发明示例性实施例的风力发电机组的限功率控制方法的流程图；
图3示出根据本发明示例性实施例的第一调节阶段风力发电机组的限功率设定值的变化曲线示意图；
图4示出根据本发明示例性实施例的第二调节阶段风力发电机组的限功率设定值的变化曲线示意图；
图5示出根据本发明示例性实施例的第三调节阶段风力发电机组的限功率设定值的变化曲线示意图；
图6示出根据本发明示例性实施例的基于本发明的限功率控制方法与基于现有的斜率控制方式所获得的限功率设定值变化曲线的对比示意图。
图7示出根据本发明示例性实施例的风力发电机组的限功率控制装置的结构图。
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2示出根据本发明示例性实施例的风力发电机组的限功率控制方法的流程图。
这里，应理解，本发明示例性实施例的风力发电机组的限功率控制方法是针对风力发电机组的实际输出功率小于第一限功率值的情况提出的一种限功率控制方法，以使风力发电机组的限功率设定值从第一限功率值变为第二限功率值。风力发电机组的实际输出功率与第一限功率值之差越大，则采用本发明所述的限功率控制方法用于调节限功率设定值所节省的时间越多(即，采用本发明所述的限功率控制方法用于调节限功率设定值所需的时间越短)。
参照图2，在步骤S10中，确定用于控制风力发电机组的限功率设定值变化的调节控制方式。
在步骤S20中，在各个调节阶段采用相应的调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化，以使风力发电机组的限功率设定值从第一限功率值下降至第二限功率值。这里，第一限功率值大于第二限功率值。
例如，在不同调节控制方式下控制风力发电机组的限功率设定值变化的功率下降速度可不同。
作为示例，调节控制方式可包括第一调节控制方式和第二调节控制方式，此时，在第一调节阶段可以第一调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化，并在第二调节阶段可以第二调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化。第一调节阶段可位于第二调节阶段之前，优选地，第一调节控制方式的功率下降平均速度可大于第二调节控制方式的功率下降平均速度。也就是说，在第一调节阶段(限功率设定值变化的初始阶段)可控制限功率设定值快速下降，在第二调节阶段(在限功率设定值变化至实时功率给定值附近时)可减缓限功率设定值的功率下降速度。
针对第一调节阶段，以第一调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化的步骤可包括：确定与每个运算周期对应的第一功率变化量，控制风力发电机组的限功率设定值从第一限功率值开始在每个运算周期内下降与每个运算周期对应的第一功率变化量，直至第一功率变化量小于第一设定值。
这里，可将第一功率变化量小于第一设定值的时间点确定为第一调节阶段的结束时刻。也就是说，当第一功率变化量小于第一设定值时第一调节阶段结束，进入第二调节阶段。作为示例，第一设定值的取值范围可为大于0且小于或等于第二设定值。
例如，与任一运算周期对应的第一功率变化量可为所述任一运算周期的初始限功率设定值与所述任一运算周期的输出限功率设定值之差。第一个运算周期的初始限功率设定值为第一限功率值，第一个运算周期之后的每个运算周期的初始限功率设定值为上一运算周期的输出限功率设定值。
作为示例，所述任一运算周期的输出限功率设定值通过所述任一运算周期的初始限功率设定值、所述任一运算周期对应的实时功率给定值和功率调节系数被确定。
例如，风力发电机组的实时功率给定值可通过以下方式被确定：计算风力发电机组的实时功率基准值，通过对实时功率基准值进行低通滤波，来获得实时功率给定值。
作为示例，实时功率基准值可为发电机的实时转速值与预定扭矩给定值的乘积。例如，可通过如下公式来计算实时功率基准值：
Pd＝wg×Qd (1)
公式(1)中，Pd为实时功率基准值，wg为发电机的实时转速，Qd为预定扭矩给定值。作为示例，预定扭矩给定值可为风力发电机组的控制系统输出给变流器的扭矩给定值。
在通过上述方式计算出实时功率基准值Pd之后，可对实时功率基准值Pd进行低通滤波，滤除掉实时功率基准值Pd中的高频部分，得到实时功率给定值P0。
优选地，所述任一运算周期的输出限功率设定值等于所述任一运算周期的初始限功率设定值与所述任一运算周期对应的实时功率给定值之差与功率调节系数的乘积，然后再与所述任一运算周期对应的实时功率给定值相加。
例如，可利用以下公式计算第i个运算周期的输出限功率设定值：
Figure BDA0001530575940000081
公式(2)中，
Figure BDA0001530575940000082
为第i个运算周期的输出限功率设定值，
Figure BDA0001530575940000083
为第i个运算周期的初始限功率设定值，
Figure BDA0001530575940000084
为与第i个运算周期对应的实时功率给定值，α为功率调节系数。
这里，α的取值范围为大于零且小于1，α的值越大，则在第一调节阶段功率下降速度越慢。本领域技术人员可根据实际需求来确定功率调节系数α的值。
在第一调节阶段中，各运算周期的输出限功率设定值会快速地逼近于实时功率给定值，限功率设定值越接近实时功率给定值，与运算周期对应的第一功率变化量越小，直到第一功率变化量小于第一设定值为止。第一调节阶段的调节过程类似于指数函数，调节过程所需的时间受第一限功率值与实时功率给定值的差值大小的影响极小，因此，将上述限功率控制方法应用在不同容量的风力发电机组中，也能获得近似的效果。第一调节阶段风力发电机组的限功率设定值的变化曲线如图3所示。
图3示出根据本发明示例性实施例的第一调节阶段风力发电机组的限功率设定值的变化曲线示意图。
如图3所示，在第一调节阶段的结束时刻，风力发电机组的限功率设定值接近实时功率给定值，优选地，风力发电机组的限功率设定值应变化至实时功率变化的上边界值附近(即，此时风力发电机组的限功率设定值与实时功率变化的上边界值之差在预设误差范围内)。
作为示例，可将实时功率给定值与功率偏置值之和作为实时功率变化的上边界值，并且可将实时功率给定值与功率偏置值之差作为实时功率变化的下边界值。作为示例，可基于实时功率给定值在预定时间段内的波动幅度或者基于低通滤波的截止频率来确定功率偏置值。例如，以3.0MW的风力发电机组为例，低通滤波后的实时功率给定值P0在预定时间段(如1秒)内正常的功率波动幅度为100kW左右，则可将功率偏置值设定为100kW。此外，如果低通滤波的截止频率越小，则确定的功率偏置值可越大。
针对第二调节阶段，一种情况，在第一设定值和第二设定值相等时，可控制风力发电机组的限功率设定值匀速下降至第二限功率值。
在此情况下，在第二调节阶段以第二调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化的步骤可包括：控制风力发电机组的限功率设定值在每个运算周期内均下降第二功率变化量，直至风力发电机组的限功率设定值下降至第二限功率值。优选地，第二功率变化量可等于第二设定值。
另一种情况，在第一设定值小于第二设定值时，可在第二调节阶段中的不同子阶段采用不同的调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化，直至风力发电机组的限功率设定值下降至第二限功率值。
例如，第二调节阶段可包括第一子阶段和第二子阶段，调节控制方式可还包括第三调节控制方式。
在此情况下，在第一子阶段可以第三调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化，并在第二子阶段可以第二调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化。优选地，第一调节控制方式的功率下降平均速度可大于第三调节控制方式的功率下降平均速度，第一子阶段位于第二子阶段之前，且第一子阶段与第二子阶段的时间之和可为第二调节阶段。
具体说来，针对第一子阶段，以第三调节控制方式使风力发电机组的限功率设定值变化的步骤可包括：确定与每个运算周期对应的第三功率变化量，控制风力发电机组的限功率设定值在每个运算周期内下降与每个运算周期对应的第三功率变化量，直至第三功率变化量大于或等于第二设定值。这里，可将第三功率变化量大于或等于第二设定值的时间点确定为第一子阶段的结束时刻。也就是说，当第三功率变化量大于或等于第二设定值时，第一子阶段结束，进入第二子阶段。作为示例，第二设定值可为基于现有的斜率控制方式控制风力发电机组的限功率值从第一限功率值下降至第二限功率值时与一个运算周期对应的功率变化量。
优选地，与第一个运算周期对应的第三功率变化量可为第一设定值，与第一个运算周期之后的任一运算周期对应的第三功率变化量可取与所述任一运算周期对应的设定值同预设的周期功率变化值之和、第二设定值中的最小值。例如，可利用下面公式来选取第三功率变化量：
ΔPj＝MIN(βj+γ,β0) (3)
公式(3)中，ΔPj为与第j个运算周期对应的第三功率变化量，j≥2，βj为与第j个运算周期对应的设定值，γ为预设的周期功率变化值，β0为第二设定值，MIN()表示取小运算。这里，βj＝ΔPj-1，ΔP1为第一设定值β。
在第一子阶段第三功率变化量从第一设定值β开始逐步增大到第二设定值β0，此时，可考虑第三功率变化量从第一设定值β增大到第二设定值β0的时间要求，来确定与预设的周期功率变化值γ的大小。
例如，任一运算周期的输出限功率设定值可为所述任一运算周期的初始限功率设定值与所述任一运算周期的第三功率变化量之差，所述任一运算周期的初始限功率设定值可为上一运算周期的输出限功率设定值。
应理解，在第一调节阶段，限功率设定值大于风力发电机组的实际输出功率，属于未发电容量的快速过渡。第二调节阶段中的第一子阶段是实际输出功率变化的起始阶段，限功率设定值会真正影响发电机转速、变流扭矩和变桨给定。在此情况下，对于预设的周期功率变化值和第一设定值的设定应使限功率设定值在实时功率变化的上边界值与下边界值之间变化。在第一子阶段，如果存在阵风，则实际输出功率会出现快速上升，而此时限功率设定值在下降，两者的相对变化会较大，变流扭矩和变桨给定也会出现较大变化，导致载荷加剧，因此为了适当降低两者的相对变化，又能实现与第二子阶段的平稳过渡，限功率设定值与每个运算周期对应的第三功率变化量从较小的第一设定值逐步增大到第二设定值，这样可以在第一子阶段恰好出现了实际输出功率快速上升时，适当的减小限功率设定值与实际输出功率之间的相对变化量，避免出现变桨桨叶快速顺桨的情况。第一子阶段风力发电机组的限功率设定值的变化曲线如图4所示。
优选地，针对第二子阶段，以第二调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化的步骤可包括：控制风力发电机组的限功率设定值在每个运算周期内均下降第二功率变化量，直至风力发电机组的限功率设定值下降至第二限功率值。优选地，第二功率变化量可与第二设定值相同。第二子阶段风力发电机组的限功率设定值的变化曲线如图5所示。
图6示出根据本发明示例性实施例的基于本发明的限功率控制方法与基于现有的斜率控制方式所获得的限功率设定值变化曲线的对比示意图。
如图6所示，曲线1为基于现有的斜率控制方式所获得的限功率设定值变化曲线，曲线2、曲线3和曲线4形成基于本发明的限功率控制方法获得的限功率设定值变化曲线，其中，曲线2为第一调节阶段对应的限功率设定值变化曲线，曲线3为第二调节阶段中的第一子阶段对应的限功率设定值变化曲线，曲线4为第二调节阶段中的第二子阶段对应的限功率设定值变化曲线。从图中可以看出，基于本发明的限功率控制方法缩短了限功率值调节过程所经历的时间，解决了现有技术中从第一限功率值下降到第二限功率值经历时间长的问题。对于风力发电机组而言，基于本发明的限功率控制方法使得限功率设定值的调节过程柔和、快速且限功率设定值连续无跳变，第一限功率值与当前实际输出功率的差值越大，本发明所述的限功率控制方法的优异性越明显。对于风电场限功率设定值的调节过程而言，所需要的调节时间更短，如图6所示，当限功率设定值从第一限功率值(3000kW)变为第二限功率值(1200kW)时，现有的斜率50kW/s曲线控制方式共需要经历36秒的调节时间，使用本发明示例性实施例的限功率控制方法，只需要大约10秒的调节时间，能够更快地追踪实时功率给定值，满足业主和调度更严格的调节要求。以图6为例，可将斜率控制方式下曲线1的与一个运算周期对应的功率变化量确定为第二设定值，以在第二子阶段控制限功率设定值在每个运算周期内均下降第二设定值。
图7示出根据本发明示例性实施例的风力发电机组的限功率控制装置的结构图。
如图7所示，根据本发明示例性实施例的风力发电机组的限功率控制装置包括：调节控制方式确定模块10和限功率设定值控制模块20。
具体说来，当风力发电机组的实际输出功率小于第一限功率值时，调节控制方式确定模块10确定用于控制风力发电机组的限功率设定值变化的调节控制方式。
限功率设定值控制模块20在不同调节阶段采用不同的调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化，以使风力发电机组的限功率设定值从第一限功率值下降至第二限功率值。这里，第一限功率值大于第二限功率值。
例如，在不同调节控制方式下控制风力发电机组的限功率设定值变化的功率下降速度可不同。
作为示例，调节控制方式可包括第一调节控制方式和第二调节控制方式，此时，限功率设定值控制模块20在第一调节阶段可以第一调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化，并在第二调节阶段可以第二调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化。这里，第一调节阶段可位于第二调节阶段之前，优选地，第一调节控制方式的功率下降平均速度可大于第二调节控制方式的功率下降平均速度。
针对第一调节阶段，限功率设定值控制模块20确定与每个运算周期对应的第一功率变化量，控制风力发电机组的限功率设定值从第一限功率值开始在每个运算周期内下降与每个运算周期对应的第一功率变化量，直至第一功率变化量小于第二设定值。这里，可将第一功率变化量小于第一设定值的时间点确定为第一调节阶段的结束时刻。也就是说，当第一功率变化量小于第一设定值时第一调节阶段结束，进入第二调节阶段。作为示例，第一设定值的取值范围为大于0且小于或等于第二设定值，第一设定值的取值越小，第一调节阶段所经历的时长越长，相应地第一调节阶段的调节过程越平缓。
例如，与任一运算周期对应的第一功率变化量可为所述任一运算周期的初始限功率设定值与所述任一运算周期的输出限功率设定值之差。第一个运算周期的初始限功率设定值为第一限功率值，第一个运算周期之后的每个运算周期的初始限功率设定值为上一运算周期的输出限功率设定值。
作为示例，所述任一运算周期的输出限功率设定值通过所述任一运算周期的初始限功率设定值、所述任一运算周期对应的实时功率给定值和功率调节系数被确定。
例如，风力发电机组的实时功率给定值可通过以下方式被确定：计算风力发电机组的实时功率基准值，通过对实时功率基准值进行低通滤波，来获得实时功率给定值。作为示例，实时功率基准值可为发电机的实时转速值与预定扭矩给定值的乘积。
优选地，所述任一运算周期的输出限功率设定值等于所述任一运算周期的初始限功率设定值与所述任一运算周期对应的实时功率给定值之差与功率调节系数的乘积，然后再与所述任一运算周期对应的实时功率给定值相加。这里，功率调节系数的取值范围为大于零且小于1，功率调节系数的值越大，则在第一调节阶段功率下降速度越慢。本领域技术人员可根据实际需求来确定功率调节系数的值。
在第一调节阶段的结束时刻，风力发电机组的限功率设定值接近实时功率给定值，优选地，风力发电机组的限功率设定值应变化至实时功率变化的上边界值附近(即，此时风力发电机组的限功率设定值与实时功率变化的上边界值之差在预设误差范围内)。
优选地，根据本发明示例性实施例的风力发电机组的限功率控制装置可还包括：边界值确定模块(图中未示出)，可将实时功率给定值与功率偏置值之和作为实时功率变化的上边界值，并且可将实时功率给定值与功率偏置值之差作为实时功率变化的下边界值。作为示例，边界值确定模块可基于实时功率给定值在预定时间段内的波动幅度或者基于低通滤波的截止频率来确定功率偏置值。此外，如果低通滤波的截止频率越小，则确定的功率偏置值可越大。
针对第二调节阶段，一种情况，在第一设定值和第二设定值相等时，限功率设定值控制模块20可控制风力发电机组的限功率设定值匀速下降至第二限功率值。
在此情况下，限功率设定值控制模块20可控制风力发电机组的限功率设定值在每个运算周期内均下降第二功率变化量，直至风力发电机组的限功率设定值下降至第二限功率值。
另一种情况，在第一设定值小于第二设定值时，限功率设定值控制模块20可在第二调节阶段中的不同子阶段采用不同的调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化，直至风力发电机组的限功率设定值下降至第二限功率值。
例如，第二调节阶段可包括第一子阶段和第二子阶段，调节控制方式可还包括第三调节控制方式。
在此情况下，限功率设定值控制模块20可在第一子阶段可以第三调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化，并在第二子阶段可以第二调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化。优选地，第一调节控制方式的功率下降平均速度可大于第三调节控制方式的功率下降平均速度，第一子阶段位于第二子阶段之前，且第一子阶段与第二子阶段的时间之和可为第二调节阶段。
具体说来，针对第一子阶段，限功率设定值控制模块20确定与每个运算周期对应的第三功率变化量，控制风力发电机组的限功率设定值在每个运算周期内下降与每个运算周期对应的第三功率变化量，直至第三功率变化量大于或等于第二设定值。这里，可将第三功率变化量大于或等于第二设定值的时间点确定为第一子阶段的结束时刻。也就是说，当第三功率变化量大于或等于第二设定值时，第一子阶段结束，进入第二子阶段。作为示例，第二设定值可为基于现有的斜率控制方式控制风力发电机组的限功率值从第一限功率值下降至第二限功率值时与一个运算周期对应的功率变化量。
优选地，与第一个运算周期对应的第三功率变化量可为第一设定值，与第一个运算周期之后的任一运算周期对应的第三功率变化量可取与所述任一运算周期对应的设定值同预设的周期功率变化值之和、第二设定值中的最小值。
例如，任一运算周期的输出限功率设定值可为所述任一运算周期的初始限功率设定值与所述任一运算周期的第三功率变化量之差，所述任一运算周期的初始限功率设定值可为上一运算周期的输出限功率设定值。
优选地，针对第二子阶段，限功率设定值控制模块20控制风力发电机组的限功率设定值在每个运算周期内均下降第二功率变化量，直至风力发电机组的限功率设定值下降至第二限功率值。优选地，第二功率变化量可与第二设定值相同。
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如上所述的风力发电机组的限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力发电机组的限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力发电机组的限功率控制方法和装置，能够针对由于风速太低，风力发电机组的实际输出功率达不到第一限功率值的情况，分阶段对风力发电机组的限功率设定值进行调节，有效缩短了限功率设定值从第一限功率值下降到第二限功率值所需经历的时间长度。
此外，采用本发明示例性实施例的风力发电机组的限功率控制方法和装置，针对实际输出功率达不到第一限功率值的情况提出一种限功率设定值优化方法，实现从第一限功率值到第二限功率值的快速过渡，且过渡过程快速、柔和，限功率设定值的变化连续，不出现跳变情况，有效减小了对变桨和扭矩的影响。
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 (28)

1.一种风力发电机组的限功率控制方法，其特征在于，所述限功率控制方法包括：
当风力发电机组的实际输出功率小于第一限功率值时，确定用于控制风力发电机组的限功率设定值变化的调节控制方式；
在各个调节阶段采用相应的调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化，以使风力发电机组的限功率设定值从第一限功率值下降至第二限功率值，
其中，第一限功率值大于第二限功率值；
其中，所述调节控制方式包括第一调节控制方式和第二调节控制方式，
其中，在第一调节阶段以第一调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化，并在第二调节阶段以第二调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化，
其中，第一调节阶段位于第二调节阶段之前。
2.如权利要求1所述的限功率控制方法，其特征在于，在第一调节阶段以第一调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化的步骤包括：
确定与每个运算周期对应的第一功率变化量；
控制风力发电机组的限功率设定值从第一限功率值开始在每个运算周期内下降与每个运算周期对应的第一功率变化量，直至第一功率变化量小于第一设定值，
其中，将第一功率变化量小于第一设定值的时间点确定为第一调节阶段的结束时刻。
3.如权利要求2所述的限功率控制方法，其特征在于，与任一运算周期对应的第一功率变化量为所述任一运算周期的初始限功率设定值与所述任一运算周期的输出限功率设定值之差，
其中，所述任一运算周期的输出限功率设定值通过所述任一运算周期的初始限功率设定值、所述任一运算周期对应的实时功率给定值和功率调节系数被确定。
4.如权利要求3所述的限功率控制方法，其特征在于，所述任一运算周期的输出限功率设定值等于所述任一运算周期的初始限功率设定值与所述任一运算周期对应的实时功率给定值之差与功率调节系数的乘积，然后再与所述任一运算周期对应的实时功率给定值相加。
5.如权利要求3所述的限功率控制方法，其特征在于，第一个运算周期的初始限功率设定值为第一限功率值，第一个运算周期之后的每个运算周期的初始限功率设定值为上一运算周期的输出限功率设定值。
6.如权利要求1所述的限功率控制方法，其特征在于，第二调节阶段以第二调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化的步骤包括：
控制风力发电机组的限功率设定值在每个运算周期内均下降第二功率变化量，直至风力发电机组的限功率设定值下降至第二限功率值。
7.如权利要求1所述的限功率控制方法，其特征在于，第二调节阶段包括第一子阶段和第二子阶段，调节控制方式还包括第三调节控制方式，
其中，第二调节阶段以第二调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化的步骤包括：在第一子阶段以第三调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化，并在第二子阶段以第二调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化，
其中，第一子阶段位于第二子阶段之前，且第一子阶段与第二子阶段的时间之和为第二调节阶段。
8.如权利要求7所述的限功率控制方法，其特征在于，在第二子阶段以第二调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化的步骤包括：
控制风力发电机组的限功率设定值在每个运算周期内均下降第二功率变化量，直至风力发电机组的限功率设定值下降至第二限功率值。
9.如权利要求7所述的限功率控制方法，其特征在于，在第一子阶段以第三调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化的步骤包括：
确定与每个运算周期对应的第三功率变化量；
控制风力发电机组的限功率设定值在每个运算周期内下降与每个运算周期对应的第三功率变化量，直至第三功率变化量大于或等于第二设定值，
其中，将第三功率变化量大于或等于第二设定值的时间点确定为第一子阶段的结束时刻，第二设定值大于或等于第一设定值。
10.如权利要求9所述的限功率控制方法，其特征在于，与第一个运算周期对应的第三功率变化量为第一设定值，与第一个运算周期之后的任一运算周期对应的第三功率变化量取与所述任一运算周期对应的设定值同预设的周期功率变化值之和、第二设定值中的最小值。
11.如权利要求9所述的限功率控制方法，其特征在于，任一运算周期的输出限功率设定值为所述任一运算周期的初始限功率设定值与所述任一运算周期的第三功率变化量之差，所述任一运算周期的初始限功率设定值为上一运算周期的输出限功率设定值。
12.如权利要求3所述的限功率控制方法，其特征在于，风力发电机组的实时功率给定值通过以下方式被确定：
计算风力发电机组的实时功率基准值；
通过对实时功率基准值进行低通滤波，来获得实时功率给定值。
13.如权利要求12所述的限功率控制方法，其特征在于，实时功率基准值为发电机的实时转速值与预定扭矩给定值的乘积。
14.一种风力发电机组的限功率控制装置，其特征在于，所述限功率控制装置包括：
调节控制方式确定模块，当风力发电机组的实际输出功率小于第一限功率值时，确定用于控制风力发电机组的限功率设定值变化的调节控制方式；
限功率设定值控制模块，在各个调节阶段采用相应的调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化，以使风力发电机组的限功率设定值从第一限功率值下降至第二限功率值，
其中，第一限功率值大于第二限功率值；
其中，所述调节控制方式包括第一调节控制方式和第二调节控制方式，
其中，限功率设定值控制模块在第一调节阶段以第一调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化，并在第二调节阶段以第二调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化，
其中，第一调节阶段位于第二调节阶段之前。
15.如权利要求14所述的限功率控制装置，其特征在于，限功率设定值控制模块在第一调节阶段确定与每个运算周期对应的第一功率变化量，并控制风力发电机组的限功率设定值从第一限功率值开始在每个运算周期内下降与每个运算周期对应的第一功率变化量，直至第一功率变化量小于第一设定值，
其中，将第一功率变化量小于第一设定值的时间点确定为第一调节阶段的结束时刻。
16.如权利要求15所述的限功率控制装置，其特征在于，与任一运算周期对应的第一功率变化量为所述任一运算周期的初始限功率设定值与所述任一运算周期的输出限功率设定值之差，
其中，所述任一运算周期的输出限功率设定值通过所述任一运算周期的初始限功率设定值、所述任一运算周期对应的实时功率给定值和功率调节系数被确定。
17.如权利要求16所述的限功率控制装置，其特征在于，所述任一运算周期的输出限功率设定值等于所述任一运算周期的初始限功率设定值与所述任一运算周期对应的实时功率给定值之差与功率调节系数的乘积，然后再与所述任一运算周期对应的实时功率给定值相加。
18.如权利要求16所述的限功率控制装置，其特征在于，第一个运算周期的初始限功率设定值为第一限功率值，第一个运算周期之后的每个运算周期的初始限功率设定值为上一运算周期的输出限功率设定值。
19.如权利要求14所述的限功率控制装置，其特征在于，限功率设定值控制模块在第二调节阶段控制风力发电机组的限功率设定值在每个运算周期内均下降第二功率变化量，直至风力发电机组的限功率设定值下降至第二限功率值。
20.如权利要求14所述的限功率控制装置，其特征在于，第二调节阶段包括第一子阶段和第二子阶段，调节控制方式还包括第三调节控制方式，
其中，限功率设定值控制模块在第一子阶段以第三调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化，并在第二子阶段以第二调节控制方式控制风力发电机组的限功率设定值变化，
其中，第一子阶段位于第二子阶段之前，且第一子阶段与第二子阶段的时间之和为第二调节阶段。
21.如权利要求20所述的限功率控制装置，其特征在于，限功率设定值控制模块在第二子阶段确定控制风力发电机组的限功率设定值在每个运算周期内均下降第二功率变化量，直至风力发电机组的限功率设定值下降至第二限功率值。
22.如权利要求20所述的限功率控制装置，其特征在于，限功率设定值控制模块在第一子阶段确定与每个运算周期对应的第三功率变化量，并控制风力发电机组的限功率设定值在每个运算周期内下降与每个运算周期对应的第三功率变化量，直至第三功率变化量大于或等于第二设定值，
其中，将第三功率变化量大于或等于第二设定值的时间点确定为第一子阶段的结束时刻，第二设定值大于或等于第一设定值。
23.如权利要求22所述的限功率控制装置，其特征在于，与第一个运算周期对应的第三功率变化量为第一设定值，与第一个运算周期之后的任一运算周期对应的第三功率变化量取与所述任一运算周期对应的设定值同预设的周期功率变化值之和、第二设定值中的最小值。
24.如权利要求22所述的限功率控制装置，其特征在于，任一运算周期的输出限功率设定值为所述任一运算周期的初始限功率设定值与所述任一运算周期的第三功率变化量之差，所述任一运算周期的初始限功率设定值为上一运算周期的输出限功率设定值。
25.如权利要求16所述的限功率控制装置，其特征在于，实时功率给定值通过以下方式被确定：计算风力发电机组的实时功率基准值，通过对实时功率基准值进行低通滤波，来获得实时功率给定值。
26.如权利要求25所述的限功率控制装置，其特征在于，实时功率基准值为发电机的实时转速值与预定扭矩给定值的乘积。
27.一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1-13中的任意一项所述的风力发电机组的限功率控制方法。
28.一种计算装置，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1-13中的任意一项所述的风力发电机组的限功率控制方法。
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