CN110778454A - 一种风电机组协调控制方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种风电机组协调控制方法和系统，包括：实时采集不同风电机组的运行数据，并判断所述运行数据是否异常；当某一风电机组的运行数据异常时，则根据异常的运行数据确定对应的控制指令，并将确定的控制指令下发给该风电机组；该风电机组根据收到的控制指令确定对应的控制参数进行控制，若该风电机组的运行数据恢复正常，则将确定的控制参数下发给后端风电机组以实现对后端风电机组的控制。本发明避免了当后端风电机组后续发生相同故障时再各自进行调节控制速度慢的问题，实现了对后端风电机组的前馈控制，提高了整场的风电机组安全性能。

Description

一种风电机组协调控制方法和系统
技术领域
本发明涉及一种风电机组协调控制方法和系统，属于风机控制技术领域。
背景技术
风电是一种具有集群设备特征的发电形式，我国一般规模的风电场通常都是由至少几十台风电机组设备组成。风电机组之间均间隔一定的距离分布于风电场内。各个风电机组所处的风况、地形环境等具体一定的相似性和差异性；同时，各个机组的运行状态、故障类型等也具有共同点。
目前，对于风电机组的保护和运行控制主要包括分布式控制和集中式控制两种控制方式。其中，在分布式控制方式中，每台机组都有一个独立的保护和运行控制系统，可以实现各台机组的单独控制，各个风机的运行数据和运行情况只能通过风场的以太网环网上送给监控后台，用于存储或者显示。在集中式控制方式中，是由控制总站根据各台机组的运行情况对各机组进行集中控制。对于现有的集中式控制方式，当机组出现相同的故障类型时，由于各台机组需要各自进行调节控制，会出现控制调整速度慢，不能够满足机组实时性控制的要求，导致整场的风电机组安全性能较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种风电机组协调控制方法和系统，用于解决现有的风机控制方式调整速度慢导致整场的风电机组安全性能较低的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种风电机组协调控制方法，步骤如下：
实时采集不同风电机组的运行数据，并判断所述运行数据是否异常；
当某一风电机组的运行数据异常时，则根据异常的运行数据确定对应的控制指令，并将确定的控制指令下发给该风电机组；
该风电机组根据收到的控制指令确定对应的控制参数进行控制，若该风电机组的运行数据恢复正常，则将确定的控制参数下发给后端风电机组以实现对后端风电机组的控制。
本发明的有益效果是：当某台风电机组运行数据发生异常时，则将该风电机组对应的控制参数发送给后端风电机组，以使后端风电机组根据接收到的控制参数进行控制，这样就避免了当后端风电机组后续发生相同故障时再各自进行调节控制速度慢的问题，实现了对后端风电机组的前馈控制，提高了整场的风电机组安全性能。
进一步的，为了获取准确的控制参数，以提高控制可靠性，还包括：若该风电机组的运行数据没有恢复正常，则对确定的控制参数进行调整直至该风电机组的运行数据恢复正常，并将风电机组的运行数据恢复正常时对应的控制参数下发给后端风电机组以实现对后端风电机组的控制。
进一步的，为了提高数据传输的快速性，控制指令和控制参数是通过Powerlink光纤环网下发给风电机组的。
进一步的，所述控制指令包括偏航指令、变桨指令和发动机转矩指令。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种风电机组协调控制系统，包括总站和风机控制器，所述总站通信连接各个风机控制器；
所述总站用于：实时采集不同风电机组的运行数据，并判断所述运行数据是否异常；当某一风电机组的运行数据异常时，则根据异常的运行数据确定对应的控制指令，并将确定的控制指令下发给该风电机组的风机控制器；
风电机组控制器用于：根据收到的控制指令确定对应的控制参数以对风电机组进行控制，若风电机组的运行数据恢复正常，则将确定的控制参数下发给后端风电机组的风机控制器以实现对后端风电机组的控制。
本发明的有益效果是：当某台风电机组运行数据发生异常时，则将该风电机组对应的控制参数发送给后端风电机组，以使后端风电机组根据接收到的控制参数进行控制，这样就避免了当后端风电机组后续发生相同故障时再各自进行调节控制速度慢的问题，实现了对后端风电机组的前馈控制，提高了整场的风电机组安全性能。
进一步的，为了获取准确的控制参数，所述风电机组控制器还用于：若该风电机组的运行数据没有恢复正常，则对确定的控制参数进行调整直至该风电机组的运行数据恢复正常，并将风电机组的运行数据恢复正常时对应的控制参数下发给该风电机组的风机控制器。
进一步的，为了提高数据传输的快速性，总站和各风机控制器通过Powerlink光纤环网通信连接。
进一步的，所述控制指令包括偏航指令、变桨指令和发动机转矩指令。
附图说明
图1是本发明风电机组协调控制系统的结构框图；
图2是本发明风电机组协调控制方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
风电机组协调控制系统实施例：
本实施例中提供了一种风电机组协调控制系统，包括总站(工作站)和风机控制器，各个风机控制器用于控制连接各自对应的风电机组。为便于描述，以下简称各个风机控制器为子站。
为了实现子站和主站之间的数据交互以及数据交互的快速性，在每个风电场建立若干个PowerLink光纤环网，每个PowerLink光纤环网通过PowerLink总线连接各个子站，并通过PowerLink模块连接主站。在各PowerLink总线和PowerLink光纤环网之间均设置有光电转换设备，使得PowerLink总线中的数据经过光电转换设备传送到PowerLink光纤环网中，或者是PowerLink光纤环网中的数据经过光电转换设备传送到PowerLink总线中。如图1所示，在本实施例中共建立了两个PowerLink光纤环网，其中PowerLink光纤环网1通过PowerLink总线连接N个子站(机位CPU)，PowerLink光纤环网2通过PowerLink总线连接另外M个子站。
需要说明的是，基于PowerLink光纤环网，主站能够及时获取整个风电场所有机组的数据，同时主站能够实时给风电场的机组下发控制命令，保证了数据传输的快速性。当然，作为其他的实施方式，在保证数据传输速度以及数据传输量满足要求的情况下，PowerLink光纤环网也可以替换为现有技术中其他类型的光纤环网。
主站包括依次通信连接的数据采集系统、故障分析系统以及协调控制和保护控制系统，数据采集系统通过Modbus协议或者IEC104协议收集每台机组运行状态数据和机组各个部件运行状态数据，并将采集到的数据发送给故障分析系统，故障分析系统根据接收到的数据进行故障分析，并将故障判断结果发送给协调控制和保护控制系统，协调控制和保护控制系统根据故障判断结果确定相应的控制策略，并将控制策略对应的控制指令发送给各个子站。其中，数据采集系统、故障分析系统以及协调控制和保护控制系统可以由一个或者多个控制器来实现。
基于上述的风电机组协调控制系统，本实施例还提供了一种风电机组协调控制方法，该方法以整个风电场为被控对象，当某一机组的运行数据出现异常时，则向该机组下发控制指令并确定对应的控制参数，并将控制参数发送给后端机组以及时对后端机组进行调控，达到了对后端机组前馈控制的目的，控制超前，调节速度快，解决了单台机组控制滞后性的问题，有效减小了由于相同的因素所导致的机组故障问题，提高了风电场的发电量。结合图1，该风电机组协调控制方法对应的流程图如图2所示，具体包括以下步骤：
(1)实时采集不同风电机组的运行数据，并判断所述运行数据是否异常。
其中，风电机组的运行数据包括机组的功率、爬坡率、发电机转速、变桨速度、变桨角度、振动峰峰值、偏航角度和扭矩等。
(2)当某一风电机组的运行数据异常时，则根据异常的运行数据确定对应的控制指令，并将确定的控制指令下发给该风电机组。
其中，运行数据异常是指运行数据超过其对应的设定限值。根据风电机组的运行数据的异常情况，总站可以确定其对应控制指令，并将确定的控制指令发送给该风电机组对应的风机控制器。风电机组对应的控制指令包括偏航、变桨、发电机转矩等指令。例如，当出现湍流或阵风时，风电机组的功率和转速会发生变化，总站发送变桨或偏航指令，对风电机组的功率和转速进行调整，以应对湍流或阵风对机组的载荷的影响。另外，总站下发的控制指令中包含风电机组的部分控制参数，比如限功率值、强制启动偏航偏差等控制参数。
(3)该风电机组根据收到的控制指令确定对应的控制参数进行控制，若该风电机组的运行数据恢复正常，则将确定的控制参数下发给后端风电机组以实现对后端风电机组的控制。
其中，运行数据异常的风电机组的风机控制器接收到总站下发的控制指令后，确定对应的控制参数，并根据确定的控制参数对其风电机组进行控制。运行数据异常的风电机组的风机控制器根据控制指令确定的对应的控制参数包括变桨最小位置限值、调桨速度、偏航位置目标值等。由于风电机组的风机控制器根据控制指令确定对应的控制参数的具体过程属于现有技术，此处不再赘述。
当采用确定的控制参数对运行数据异常的风电机组进行控制时，若该风电机组的运行数据恢复正常，该风电机组作为前端机组，其对应的风机控制器就会通过PowerLink光纤环网将对应的控制参数发送该主站，再由主站发送给后端风机控制器。若该风电机组的运行数据没有恢复正常，则对确定的控制参数进行调整，直至该风电机组的运行数据恢复正常，并将该风电机组的运行数据恢复正常时对应的控制参数发送给后端风电机组以对后端机组进行控制。
需要说明的是，这里的前端机组和后端机组并不是方位上的前后，而是以来风方向为参考，风向上游为前端机组，风向下游为后端机组。
以2MW机组为例，风电场的容量为200MW，当湍流强度大于设定值15时，就会对机组的载荷带来冲击，振动值(这里的振动值是指由安装在机舱内部的加速度传感器实时测量的机舱的前后振动值和左右振动值)就会超过限定值，会造成故障停机。当湍流值大于设定值时，故障分析系统会输出标志位，协调控制和保护控制系统会接收到该标志位，并判定机位号，发出控制指令，并根据前端机组的运行结果，对后端机组下发调桨指令。
变桨系统可近似用传递函数：
Figure BDA0002230101760000061
表示，滞后时间常数为τ，根据前端风机的数据，对后端机组进行调桨，相当于给机组增加了前馈控制。根据塔高，可以得出相邻风机的距离至少S＝400m，当前端风机采集到湍流值异常，后端风机具有的调整时间为T1＝s/v，v为当前风速值，机组运行的最大风速为20m/s，T1的最小值为20s，τ＜T1。机组发电运行时，调桨速度范围为1°/s到5°/s，20s时间机组变桨角度达到20°，足以应对湍流对机组的冲击，达到提高机组安全性的目的。
通过采用上述的风电机组协调控制方法，不仅可以提高机组的安全性，还可以应用于提高机组的发电量，增加机组的电网适应性等。
风电机组协调控制方法实施例：
本实施例提供了一种风电机组协调控制方法，由于该风电机组协调控制方法已经在上述的风电机组协调控制系统实施例中进行了详细介绍，此处不再赘述。
最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种风电机组协调控制方法，其特征在于，步骤如下：
实时采集不同风电机组的运行数据，并判断所述运行数据是否异常；
当某一风电机组的运行数据异常时，则根据异常的运行数据确定对应的控制指令，并将确定的控制指令下发给该风电机组；
该风电机组根据收到的控制指令确定对应的控制参数进行控制，若该风电机组的运行数据恢复正常，则将确定的控制参数下发给后端风电机组以实现对后端风电机组的控制。
2.根据权利要求1所述的风电机组协调控制方法，其特征在于，还包括：若该风电机组的运行数据没有恢复正常，则对确定的控制参数进行调整直至该风电机组的运行数据恢复正常，并将风电机组的运行数据恢复正常时对应的控制参数下发给后端风电机组以实现对后端风电机组的控制。
3.根据权利要求1或2所述的风电机组协调控制方法，其特征在于，控制指令和控制参数是通过Powerlink光纤环网下发给风电机组的。
4.根据权利要求1或2所述的风电机组协调控制方法，其特征在于，所述控制指令包括偏航指令、变桨指令和发动机转矩指令。
5.一种风电机组协调控制系统，其特征在于，包括总站和风机控制器，所述总站通信连接各个风机控制器；
所述总站用于：实时采集不同风电机组的运行数据，并判断所述运行数据是否异常；当某一风电机组的运行数据异常时，则根据异常的运行数据确定对应的控制指令，并将确定的控制指令下发给该风电机组的风机控制器；
风电机组控制器用于：根据收到的控制指令确定对应的控制参数以对风电机组进行控制，若风电机组的运行数据恢复正常，则将确定的控制参数下发给后端风电机组的风机控制器以实现对后端风电机组的控制。
6.根据权利要求5所述的风电机组协调控制系统，其特征在于，所述风电机组控制器还用于：若该风电机组的运行数据没有恢复正常，则对确定的控制参数进行调整直至该风电机组的运行数据恢复正常，并将风电机组的运行数据恢复正常时对应的控制参数下发给该风电机组的风机控制器。
7.根据权利要求5或6所述的风电机组协调控制系统，其特征在于，总站和各风机控制器通过Powerlink光纤环网通信连接。
8.根据权利要求5或6所述的风电机组协调控制系统，其特征在于，所述控制指令包括偏航指令、变桨指令和发动机转矩指令。
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