CN111396250A - 风力发电机组的功率控制系统、方法及装置 - Google Patents

风力发电机组的功率控制系统、方法及装置 Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种风力发电机组的功率控制系统、方法及其装置。所述功率控制系统可以包括：至少一个风力发电机组；以及场级控制器，用于向所述至少一个风力发电机组分别发送针对各个风力发电机组的机组目标功率值，其中，所述各个风力发电机组的主控控制器被配置为：根据机组目标功率值和变流器中的制动电阻的温度来计算目标叶片桨距角和目标电磁扭矩；并且控制变桨机构和变流器分别按照目标叶片桨距角和目标电磁扭矩执行动作，以控制变流器机侧功率和变流器网侧功率，使得变流器网侧功率根据目标功率值向电网输出相应功率。

Description

风力发电机组的功率控制系统、方法及装置
技术领域
本公开涉及风力发电技术领域，更具体地，本公开涉及一种风力发电机组的功率控制系统、方法及其装置。
背景技术
由于电网对风电场的并网要求，风电场基于电网指令对输出的有功功率进行控制，所以需要风电场中的风力发电机组能够根据需求实时调整自身的有功功率。
目前，在正常发电工况下，风力发电机组的有功功率控制主要通过叶片变桨和变流器变扭矩的方式实现，并认为变流器网侧有功功率与变流器机侧有功功率以同步的方式变化，通过变桨动作控制发电机转速和扭矩，实现对变流器机侧有功功率的控制，从而实现对变流器网侧有功功率的控制。
发明内容
本公开的示例性实施例提供了一种风力发电机组的功率控制系统、方法及装置，至少解决上述技术问题和上文未提及的其它技术问题，并且提供下述的有益效果。
本公开的一方面在于提供一种风力发电机组的功率控制系统，所述功率控制系统可以包括：至少一个风力发电机组；以及场级控制器，用于向所述至少一个风力发电机组分别发送针对各个风力发电机组的机组目标功率值。所述各个风力发电机组的主控控制器可以被配置为根据机组目标功率值和变流器中的制动电阻的温度来计算目标叶片桨距角和目标电磁扭矩；并且控制变桨机构和变流器分别按照目标叶片桨距角和目标电磁扭矩执行动作，以控制变流器机侧功率和变流器网侧功率，使得变流器网侧功率根据机组目标功率值向电网输出相应功率。
在所述功率控制系统中，场级控制器可以包括指令触发单元、功率分配单元和指令下发单元。
指令触发单元可以被配置为确定所述功率控制系统的启动时间以及风电场的整体目标功率值。
功率分配单元可以被配置为分别接收所述各个风力发电机组的可调功率范围，并且根据所述可调功率范围和所述整体目标功率值确定所述各个风力发电机组的机组目标功率值。
指令下发单元可以被配置为将所述各个风力发电机组的机组目标功率值分别发送到相应的风力发电机组。
在所述功率控制系统中，所述各个风力发电机组的主控控制器均可以包括可用网侧功率计算单元、指令接收单元、逻辑计算单元和控制命令下发单元。
可用网侧功率计算单元可以被配置为根据风力发电机组的叶片桨距角、风速以及制动电阻的温度计算所述可调功率范围和调节时间并且将所述可调功率范围和所述调节时间发送到场级控制器的功率分配单元。
指令接收单元可以被配置为从场级控制器的指令下发单元接收机组目标功率值。
逻辑计算单元可以被配置为根据机组目标功率值和制动电阻的温度来计算目标叶片桨距角和目标电磁扭矩。
控制命令下发单元可以被配置为向变桨机构发送目标桨距角，向变流器发送目标电磁扭矩，并且向变流器发送机组目标功率值，使得变流器网侧功率根据机组目标功率值向电网输出相应功率。
在所述功率控制系统中，所述各个风力发电机组的主控控制器还可以被配置为监测制动电阻的温度。
当制动电阻的温度达到最大温度时，主控控制器可以将变流器网侧功率提升至最大可用功率，同时通过调节叶片桨距角来降低变流器机侧功率，其中，所述最大可用功率为在不使用制动电阻时的变流器网侧功率。
在所述功率控制系统中，主控控制器的可用网侧功率计算单元可以被配置为进一步根据变流器机侧功率的下降速率变化策略、变流器网侧功率的下降速率变化策略以及制动电阻的消纳能力来确定所述可调功率范围和所述调节时间，使得变流器网侧功率根据所述可调功率范围和所述调节时间以不同的变化速率下降到机组目标功率值。
本公开的另一方面在于提供一种风力发电机组的功率控制方法，所述方法可以包括：根据风力发电机组的机组目标功率值和变流器中的制动电阻的温度来计算目标叶片桨距角和目标电磁扭矩；并且控制风力发电机组的变桨机构和变流器分别按照目标叶片桨距角和目标电磁扭矩执行动作，以控制变流器机侧功率和变流器网侧功率，使得变流器网侧功率根据所述机组目标功率值向电网输出相应功率。
在所述方法中，所述机组目标功率值是根据风电场的整体目标功率值以及风力发电机组的可调功率范围确定的，其中，所述可调功率范围是根据叶片桨距角和风速计算出的。
在所述方法中，所述方法还可以包括监测制动电阻的温度；当制动电阻的温度达到最大温度时，将变流器网侧功率提升至最大可用功率，同时通过调节叶片桨距角来降低变流器机侧功率，其中，所述最大可用功率为在不使用制动电阻时的变流器网侧功率。
在所述方法中，所述方法还可以包括：还根据变流器机侧功率的下降速率变化策略、变流器网侧功率的下降速率变化策略以及制动电阻的温度和消纳能力来确定所述可调功率范围和调节时间，使得变流器网侧功率根据所述可调功率范围和所述调节时间以不同的变化速率下降到机组目标功率值。
本公开的另一方面在于提供一种风力发电机组的功率控制装置，所述装置可以包括：计算模块，用于根据风力发电机组的机组目标功率值和变流器中的制动电阻的温度来计算目标叶片桨距角和目标电磁扭矩；以及控制模块，用于控制风力发电机组的变桨机构和变流器分别按照目标叶片桨距角和目标电磁扭矩执行动作，以控制变流器机侧功率和变流器网侧功率，使得变流器网侧功率根据所述机组目标功率值向电网输出相应功率。
根据本公开的示例性实施例，提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当计算机程序被处理器执行时实现如上所述的功率控制方法。
根据本公开的另一示例性实施例，提供一种计算机，包括存储有计算机程序的可读介质和处理器，其特征在于，当处理器运行计算机程序时执行如上所述的功率控制方法。
以上描述的方法、系统和装置能够利用变流器制动电阻的能力，在风力发电机组的功率控制过程中，使变流器网侧功率与机侧功率非同步变化，从而实现叶片桨距角、电磁扭矩可在安全范围内以较慢的速率变化，而变流器网侧功率可以快速调整到位，满足电网要求。本公开一方面实现了快速的降功率控制，另一方面降低了对风力发电机组载荷的不利影响。
此外，将在接下来的描述中部分阐述本发明总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本发明总体构思的实施而得知。
附图说明
通过结合附图，从实施例的下面描述中，本公开这些和/或其它方面及优点将会变得清楚，并且更易于理解，其中：
图1是示出根据本公开的示例性实施例的风力发电机组的功率控制系统的示图；
图2是示出根据本公开的示例性实施例的风力发电机组的功率控制方法的流程图；
图3是示出根据本公开的示例性实施例的风力发电机组的功率控制装置的框图；
图4示出了根据本公开的示例性实施例的以梯形变化的形式的功率下降策略；
图5示出了根据本公开的示例性实施例的以三角形变化的形式的功率下降策略；
图6示出了根据本公开的示例性实施例的以曲线变化的形式的功率下降策略。
具体实施方式
提供参照附图的以下描述以帮助对由权利要求及其等同物限定的本公开的实施例的全面理解。包括各种特定细节以帮助理解，但这些细节仅被视为是示例性的。因此，本领域的普通技术人员将认识到在不脱离本公开的范围和精神的情况下，可对描述于此的实施例进行各种改变和修改。此外，为了清楚和简洁，省略对公知的功能和结构的描述。
由于在现有技术中变流器的制动电阻不参与变流器机侧功率与网侧功率的转换，网侧功率的下降速度只受叶片变桨速度、电磁扭矩变化速度等制约，所以不能实现超过变桨能力的速率响应。因此，现有的风力发电机组的有功功率控制存在以下问题：风力发电机组叶片桨距角的快速变化对变桨机构的寿命造成折损；变流器电磁扭矩的快速变化对风力发电机组塔架、叶片等部件造成不利的载荷冲击，进而对风力发电机组的寿命造成折损；当电网给出短时间内的快速功率变化时，变桨控制和变流器扭矩控制有可能仍无法达到电网的功率变化速率指标。
本公开利用变流器的制动电阻的能力，使变流器网侧功率与机侧功率非同步变化，从而实现叶片桨距角、变流器电磁扭矩能够在安全范围内以较慢的速率变化，而变流器网侧功率可以快速调整到目标功率以满足电网要求。
在下文中，根据本公开的各种实施例，将参照附图对本公开的设备以及方法进行描述。
图1是示出根据本公开的示例性实施例的风力发电机组的功率控制系统的示图。
参照图1，风力发电机组的功率控制系统100可以包括至少一个风力发电机组101以及场级控制器102。为了清楚描述，在图1中仅示出了一个风力发电机组101，但是本公开可以实现场级控制器102对风电场中的全部风力发电机组101的功率控制。场级控制器102可以由可编程逻辑控制器实现，通过执行编程逻辑控制器中的控制程序来实现对风力发电机组的控制。
场级控制器102可以向至少一个风力发电机组101分别发送针对各个风力发电机组101的机组目标功率值。场级控制器102可以是位于风电场内部的控制系统，与风电场内的多台风力发电机组配合使用以共同实现功率调节的功能。例如，场级控制器102可以检测电网调频需求的信号，经过功率分配后向风电场内的各个风力发电机组下发合理的功率调控指令。
作为示例，场级控制器102可以包括指令触发单元1021、功率分配单元1022和指令下发单元1023。
指令触发单元1021可以确定功率控制系统100的启动时间以及风电场的整体目标功率值。指令触发单元1021可以判断何时触发功率控制系统100开始工作，例如，可以将电网系统106下发的指令信号或由电网频率监测/控制单元107监测的电网频率变化信号作为自动触发条件来触发功率控制系统100的启动，并且根据电网要求确定整个风电场的整体目标功率。
功率分配单元1022可以分别接收风电场中的各个风力发电机组101的可调功率范围，并且根据可调功率范围和整体目标功率值计算各个风力发电机组101的机组目标功率值。功率分配单元1022可以根据各个风力发电机组101的可调功率范围(即风力发电机组自身潜在的功率调节能力)，结合各个风力发电机组101的当前状态(诸如当前机组的风速等环境条件)将电网对风电场所需求的整体目标功率分配给各个风力发电机组101，使得每个风力发电机组101分配到适合于自身的合理的机组目标功率。这些风力发电机组的状态信息由各个风力发电机组101上传给功率分配单元1022。例如，在分配功率时，在满足各个风力发电机组101调整后的功率等于整体目标功率并且各个风力发电机组调整的目标功率在合理的可调功率范围之内的情况下，可以将风电场的整体目标功率平均分配给各个风力发电机组，也可以根据风电场中的各个风力发电机组的优先级顺序，对部分风力发电机组的功率进行调整。
指令下发单元1023可以将各个风力发电机组101的机组目标功率值分别发送到相应的风力发电机组101。指令下发单元1023与风力发电机组101之间的通讯可以采用profinet、OPC-UA等通讯方式，但通讯周期不应大于10秒，以避免系统通信延迟造成的不利影响。
至少一个风力发电机组101中的每个风力发电机组都可以包括主控控制器103、变桨机构104和变流器105。通过主控控制器103对变桨机构104和变流器105的控制来完成每个风力发电机组104的机组目标功率。主控控制器103可以由可编程逻辑控制器实现。
主控控制器103接收场级控制器102的命令，执行风力发电机组内部的各个相关单元的协调控制。变桨机构104与变流器105共同执行从主控控制器103接收的动作指令，最终以变流器网侧有功功率的输出作为输出信号。主控控制器103可以根据机组目标功率值和变流器105中的制动电阻1051的温度来计算目标叶片桨距角和目标电磁扭矩，然后控制变桨机构104和变流器105分别按照目标叶片桨距角和目标电磁扭矩执行动作，以控制变流器机侧功率和变流器网侧功率，使得变流器网侧功率根据机组目标功率值向电网输出相应功率。
主控控制器103可以包括可用网侧功率计算单元1031、控制命令下发单元1032、逻辑计算单1033和指令接收单元1034。
可用网侧功率计算单元1031可以根据风力发电机组的叶片桨距角、风速以及制动电阻1051的温度计算可调功率范围以及调节时间并且将可调功率范围和调节时间发送到场级控制器的功率分配单元1022。可用网侧功率计算单元1031可以根据叶片桨距角和风速计算出风力发电机组101当前可发的最大功率，最小功率可以为风力发电机组设定的最小限功率值，从而确定出风力发电机组的可调功率范围。如果制动电阻的温度未超过限值，则可以实现快速的功率下降，调节时间少于常规动作所需的时间，如果制动电阻温度超过限值，则按常规动作降低功率。
指令接收单元1034可以从场级控制器102的指令下发单元1023接收机组目标功率值，并且从变流器105获取制动电阻1051的温度。例如，指令接收单元1034可以从指令下发单元1023接收风力发电机组的功率目标值或差额，同时从变流器105获取制动电阻1051的温度值，作为逻辑计算单元1033的计算依据。
逻辑计算单元1033可以根据机组目标功率值和制动电阻1051的温度来计算目标叶片桨距角和目标电磁扭矩。具体地，可以根据制动电阻的温度使用下面的等式(1)来获得制动电阻的电阻最大可用功率Pchopper_max：
Pchopper_max＝(Tmax–T)*C*M/t (1)
其中，Tmax为制动电阻1051的最大可用温度，T为制动电阻1051的当前温度，C为制动电阻1051的比热容(为常数)，M为制动电阻1051的质量(为常数)，t为仍需保持当前制动电阻1051的消耗功率Pchopper的时间。
接下来，基于机组目标功率值和电阻最大可用功率Pchopper_max来获得机侧目标功率变化曲线，在获得机侧目标功率变化曲线之后，即可以知道当前控制周期的目标功率，根据“变流器机侧功率等于发电机转速与电磁扭矩的乘积”可以获得相应的目标桨距角以及目标电磁扭矩。其中，发电机转速主要是通过叶片桨距角来控制。
此外，还可以考虑制动电阻的消纳能力作为计算目标桨距角与目标电磁扭矩的限制条件。这是因为电阻最大可用功率是基于当前温度计算得到，但是由于温度测量存在不确定性以及滞后性，容易导致制动电阻的温度超限，所以为了确保制动电阻的安全，可以在按照上述方法获得机侧目标功率变化曲线后，进一步通过判断“机侧目标功率变化曲线与变流器网侧功率的预期变化曲线的差值的积分是否小于制动电阻的当前剩余消纳能力”，在满足所述差值小于制动电阻的当前剩余消纳能力情况下，才按照获得变流器机侧功率的目标功率变化曲线进行控制。
这里，制动电阻的消纳能力表示制动电阻在温度限制内可以消耗的能量。变流器在每一个控制周期结算一次制动电阻的剩余消纳能力作为当前剩余消纳能力，并提供给逻辑计算单元。例如，变流器计算当前时刻制动电阻的温度与温度限值之间的温度差，根据温度差与制动电阻的消纳能力的线性比例关系计算制动电阻当前的剩余消纳能力。
控制命令下发单元1032可以向变桨机构104的变桨控制器1041发送目标桨距角，向变流器105的电磁扭矩单元1055发送目标电磁扭矩，并且向变流器105的网侧功率单元1053发送机组目标功率值，使得变流器网侧功率可以根据机组目标功率值向电网输出相应功率。
作为示例，控制命令下发单元1032可以通过总线与变桨机构104和变流器105进行通信，将逻辑计算单元1033的计算结果实时地发送给变桨机构104和变流器105以控制它们动作。其中，总线通讯协议可以包括但不限于EtherCAT、CAN、profibus-DP、Modbus等。变流器105的机侧功率单元1052可以根据由转速测量单元1056测量的发电机转速和来自电磁扭矩单元1055的电磁扭矩来计算变流器机侧功率。因此，主控控制器103可以通过控制变桨机构104和变流器105执行相应的动作来实现对变流器机侧功率的控制。
同时，主控控制器103的控制命令下发单元1032将机组目标功率值发送给变流器105的网侧功率单元1053，使得变流器105在使用制动电阻1051时可以根据机组目标功率值向电网输出相应的功率。
当不使用制动电阻1051时，变流器网侧功率等于变流器机侧功率减去由电能转换单元1054所消耗的功率。当使用制动电阻1051时，变流器网侧功率等于变流器机侧功率减去由电能转换单元1054所消耗的功率和制动电阻的消耗功率。制动电阻1051的消耗功率Pchopper应该小于制动电阻1051的电阻最大可用功率Pchopper_max，从而保护制动电阻。
此外，主控控制器103可以监测制动电阻1051的温度。当制动电阻1051的温度达到最大可用温度Tmax时，主控控制器103将变流器网侧功率提升至最大可用功率，同时通过调节叶片桨距角来降低变流器机侧功率，这里，提升的最大可用功率为在不使用制动电阻时的变流器网侧功率，即提升的最大可用功率可以为变流器机侧功率减去由电能变换单元所消耗的功率。
例如，当制动电阻1051的温度达到最大可用温度Tmax时，停止使用制动电阻，制动电阻不再参与功率消耗，温度不再增加。同时，为了使变流器网侧功率趋于平稳，需要减少变流器机侧功率。可以通过桨距角调节来加速减少变流器机侧功率，或者也可通过提升变流器网侧功率来实现变流器机侧功率与网侧功率的平衡。
主控控制器103的可用网侧功率计算单元1031还可以根据变流器机侧功率的下降速率变化策略、变流器网侧功率的下降速率变化策略以及制动电阻的消纳能力(即可用能量)来确定可调功率范围和调节时间，然后将确定的可调功率范围和可调时间发送给场级控制器102。例如，根据不同的业务需求，可以设计不同的功率下降侧率。下面将参照图4至图6来描述不同的功率下降策略，即确定合理的可调功率范围以及调节时间。
图4示出了以梯形变化的形式的功率下降策略。如图4所示，变流器机侧功率保持不变或小幅变化，变流器网侧功率快速下降至机组目标功率值，持续一定时间后，变流器网侧功率恢复至不使用制动电阻时的工况。以梯形变化的形式功率下降策略可以适用于高电压/低电压穿越的情况。
图5示出了以三角形变化的形式的功率下降策略。如图5所示，变流器网侧功率与变流器机侧功率以不同的速率变化至机组目标功率值，之后恢复到不使用制动电阻的工况。以三角形变化的形式的功率下降策略可以适用于目前澳洲电网提出的极速限功率要求，即要求风力发电机组在3s内完成50％额定功率Pn的限功率动作。
图6示出了以曲线形变化的形式的功率下降策略。如图6所示，变流器网侧功率和变流器机侧功率分别以不同的变化速率下降到机组目标功率值，其中，变化的曲线可是二次、三次或多项式拟合的曲线。以曲线形变化的形式的功率下降策略可以适用于一次调频、二次调频时的情况。
在图4至图6所示的功率下降策略中，阴影部分表示由制动电阻所消耗的能量Q，Q可以如下等式(2)来计算：
Q＝∑(P机侧–P损耗)–P网侧 (2)
其中，P机侧表示变流器机侧功率，P损耗表示由电能变换单元所消耗的功率，P网侧表示变流器网侧功率。
Q应该小于Qmax，Qmax＝(Tmax–T)*C*M。
其中，Tmax为制动电阻1051的最大可用温度，T为制动电阻1051的当前温度，C为制动电阻1051的比热容(为常数)，M为制动电阻1051的质量(为常数)。
通过满足Q小于Qmax限制了机侧功率下降策略和网侧功率下降策略的关系，只要满足这个条件，变流器机侧功率和网侧功率可以有多种形式的变化，而不限于上述梯形、三角形、曲线变化等。
本公开通过考虑变流器机侧功率的下降速率变化策略、变流器网侧功率的下降速率变化策略以及制动电阻的消纳能力来设计不同的功率下降策略，使得风力发电机组在不同工况的情况下合理地使用设计的功率下降策略以完成电网需求。
图2是示出根据本公开的示例性实施例的风力发电机组的功率控制方法的流程图。该功率控制方法可以由风力发电机组的主控控制器执行。
参照图2，在步骤S201，根据风力发电机组的机组目标功率值和变流器中的制动电阻的温度来计算目标叶片桨距角和目标电磁扭矩。可以根据风电场的整体目标功率值以及风力发电机组的可调功率范围来计算机组目标功率值，并且可以根据叶片桨距角、风速以及制动电阻的温度来计算可调功率范围和调节时间。
作为示例，响应于电网指令，可以由场级控制器的指令触发单元确定电网系统对风电场的整体目标功率值，然后由主控控制器的可用网侧功率计算单元根据当前叶片桨距角、风速以及变流器的制动电阻的温度等变量来确定风力发电机组的可调功率范围和调节时间。接下来，可以由场级控制器的功率分配单元按照风电场中的每个风力发电机组的可调功率范围对风电场的整体目标功率值进行分配以将针对每个风力发电机组的机组目标功率值下发给相应的风力发电机组。主控控制器的逻辑计算单元可以根据风力发电机组的机组目标功率值和变流器中的制动电阻的温度来计算目标叶片桨距角和目标电磁扭矩。
在步骤S202，控制风力发电机组的变桨机构和变流器分别按照目标叶片桨距角和目标电磁扭矩执行动作，以控制变流器机侧功率和变流器网侧功率，使得变流器网侧功率根据机组目标功率值向电网输出相应功率。
在计算出目标叶片桨矩角和目标电磁扭矩后，可以由主控控制器的控制命令下发单元将目标叶片桨矩角和目标电磁扭矩分别发送给变桨控制器和电磁扭矩单元，从而实现对发电机转速的控制。由于变流器机侧功率等于发电机转速与电磁扭矩的乘积，所以通过控制变桨机构与变流器的动作，即可实现对变流器机侧功率的控制。同时，主控控制器的控制命令下发单元也将机组目标功率值发送给变流器的网侧功率单元，使得在使用制动电阻时，变流器网侧功率根据机组目标功率值向电网输出相应功率。
此外，在使用变流器的制动电阻时，可以实时地对制动电阻进行温度监测，以实现对制动电阻的保护。当制动电阻的温度达到最大温度时，将变流器网侧功率提升至最大可用功率，同时通过调节叶片桨距角来降低变流器机侧功率。其中，所述最大可用功率为在不使用制动电阻时的变流器网侧功率。即最大可用功率可以为变流器机侧功率减去由电能变换单元所消耗的功率。
此外，还可以考虑变流器机侧功率的下降速率变化策略、变流器网侧功率的下降速率变化策略以及制动电阻的消纳能力来确定可调功率范围和调节时间，使得变流器网侧功率根据该可调功率范围和该调节时间以不同的变化速率下降到机组目标功率值。根据不同的业务需求，设计不同的功率下降侧率，使得更加合理地进行功率控制。
图3是示出根据本公开的示例性实施例的风力发电机组的功率控制装置300的框图。功率控制装置300可以由风力发电机组的主控控制器实现，或者与主控控制器单独地形成单个实体并被安装在风力发电机组中。
参照图3，功率控制装置300可以包括计算模块301和控制模块302。功率控制装置300中的每个模块可以由一个或多个模块来实现，并且对应模块的名称可根据模块的类型而变化。在各种实施例中，可以省略功率控制装置300中的一些模块，或者还可包括另外的模块。此外，根据本公开的各种实施例的模块/元件可以被组合以形成单个实体，并且因此可等效地执行相应模块/元件在组合之前的功能。
计算模块301可以根据风力发电机组的机组目标功率值和变流器中的制动电阻的温度来计算目标叶片桨距角和目标电磁扭矩。例如，响应于从电网系统接收的电网指令，场级控制器确定电网系统对风电场的整体目标功率值，然后计算模块301可以根据风速、风力发电机组的当前叶片桨距角以及变流器的制动电阻的温度等变量来确定风力发电机组的可调功率范围和调节时间。然后计算模块301将可调功率范围和调节时间发送给场级控制器，场级控制器可按照风电场中的每个风力发电机组的可调功率范围对风电场的整体目标功率值进行分配以将针对每个风力发电机组的机组目标功率值下发给相应的风力发电机组。接下来，计算模块301根据风力发电机组的机组目标功率值和变流器中的制动电阻的温度来计算目标叶片桨距角和目标电磁扭矩。
控制模块302可以控制风力发电机组的变桨机构和变流器分别按照目标叶片桨距角和目标电磁扭矩执行动作，以控制变流器机侧功率和变流器网侧功率，使得变流器网侧功率根据机组目标功率值向电网输出相应功率。
作为示例，控制模块302可以将目标叶片桨矩角和目标电磁扭矩分别发送给变桨控制器和电磁扭矩单元，从而实现对发电机转速的控制。由于变流器机侧功率等于发电机转速与电磁扭矩的乘积，所以通过控制变桨机构与变流器的动作，即可实现对变流器机侧功率的控制。同时，控制模块302也将机组目标功率值发送给变流器的网侧功率单元，使得在使用制动电阻时，变流器网侧功率根据机组目标功率值向电网输出相应功率。
计算模块301可以还根据变流器机侧功率的下降速率变化策略、变流器网侧功率的下降速率变化策略以及制动电阻的消纳能力来确定可调功率范围和调节时间，使得变流器网侧功率根据该可调功率范围和该调节时间以不同的变化速率下降到机组目标功率值。
此外，在使用变流器的制动电阻时，控制模块302可以实时地对制动电阻进行温度监测，以实现对制动电阻的保护。当制动电阻的温度达到最大温度时，控制模块302将变流器网侧功率提升至最大可用功率，同时通过调节叶片桨距角来降低变流器机侧功率。其中，所述最大可用功率为在不使用制动电阻时的变流器网侧功率。即最大可用功率可以为变流器机侧功率减去由电能变换单元所消耗的功率。
本公开可以实现变流器网侧功率的快速下降，满足电网的调频需要，并且可以降低变流器网侧有功功率快速波动对风力发电机组造成的影响，尤其是降低对风力发电机组的载荷冲击。同时也不需要对风力发电机组进行硬件改造，节省成本，具有广阔的应用前景。
本技术领域技术人员可以理解，本公开包括涉及用于执行本公开中所述操作/步骤中的一项或多项的设备。这些设备可以为所需的目的而专门设计和制造，或者也可以包括通用计算机中的已知设备。这些设备具有存储在其内的计算机程序，这些计算机程序选择性地激活或重构。这样的计算机程序可以被存储在设备(例如，计算机)可读介质中或者存储在适于存储电子指令并分别耦联到总线的任何类型的介质中，所述计算机可读介质包括但不限于任何类型的盘(包括软盘、硬盘、光盘、CD-ROM、和磁光盘)、ROM(Read-OnlyMemory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随即存储器)、EPROM(ErasableProgrammable Read-Only Memory，可擦写可编程只读存储器)、EEPROM(ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory，电可擦可编程只读存储器)、闪存、磁性卡片或光线卡片。也就是，可读介质包括由设备(例如，计算机)以能够读的形式存储或传输信息的任何介质。
虽然本公开是参照其示例性的实施例被显示和描述的，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对其形式和细节进行各种改变。

Claims (12)

1.一种风力发电机组的功率控制系统，所述功率控制系统包括：
至少一个风力发电机组；以及
场级控制器，用于向所述至少一个风力发电机组分别发送针对各个风力发电机组的机组目标功率值，
其特征在于，所述各个风力发电机组的主控控制器被配置为：
根据机组目标功率值和变流器中的制动电阻的温度来计算目标叶片桨距角和目标电磁扭矩；
控制变桨机构和变流器分别按照目标叶片桨距角和目标电磁扭矩执行动作，以控制变流器机侧功率和变流器网侧功率，使得变流器网侧功率根据机组目标功率值向电网输出相应功率。
2.如权利要求1所述的功率控制系统，其特征在于，场级控制器包括指令触发单元、功率分配单元和指令下发单元，
其中，指令触发单元被配置为确定所述功率控制系统的启动时间以及风电场的整体目标功率值，
功率分配单元被配置为分别接收所述各个风力发电机组的可调功率范围，并且根据所述可调功率范围和所述整体目标功率值确定所述各个风力发电机组的机组目标功率值，
指令下发单元被配置为将所述各个风力发电机组的机组目标功率值分别发送到相应的风力发电机组。
3.如权利要求1所述的功率控制系统，其特征在于，所述各个风力发电机组的主控控制器均包括可用网侧功率计算单元、指令接收单元、逻辑计算单元和控制命令下发单元，
其中，可用网侧功率计算单元被配置为根据风力发电机组的叶片桨距角、风速以及制动电阻的温度计算所述可调功率范围和调节时间并且将所述可调功率范围和所述调节时间发送到场级控制器的功率分配单元，
指令接收单元被配置为从场级控制器的指令下发单元接收机组目标功率值，
逻辑计算单元被配置为根据机组目标功率值和制动电阻的温度计算目标叶片桨距角和目标电磁扭矩，
控制命令下发单元被配置为向变桨机构发送目标桨距角，向变流器发送目标电磁扭矩，并且向变流器发送机组目标功率值，使得变流器网侧功率根据机组目标功率值向电网输出相应功率。
4.如权利要求1所述的功率控制系统，其特征在于，所述各个风力发电机组的主控控制器还被配置为监测制动电阻的温度，
其中，当制动电阻的温度达到最大温度时，主控控制器将变流器网侧功率提升至最大可用功率，同时通过调节叶片桨距角来降低变流器机侧功率，
其中，所述最大可用功率为在不使用制动电阻时的变流器网侧功率。
5.如权利要求3所述的功率控制系统，其特征在于，主控控制器的可用网侧功率计算单元被配置为还根据变流器机侧功率的下降速率变化策略、变流器网侧功率的下降速率变化策略以及制动电阻的消纳能力来确定所述可调功率范围和所述调节时间，使得变流器网侧功率根据所述可调功率范围和所述调节时间以不同的变化速率下降到机组目标功率值。
6.一种风力发电机组的功率控制方法，所述方法包括：
根据风力发电机组的机组目标功率值和变流器中的制动电阻的温度来计算目标叶片桨距角和目标电磁扭矩；
控制风力发电机组的变桨机构和变流器分别按照目标叶片桨距角和目标电磁扭矩执行动作，以控制变流器机侧功率和变流器网侧功率，使得变流器网侧功率根据所述机组目标功率值向电网输出相应功率。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述机组目标功率值是根据风电场的整体目标功率值以及风力发电机组的可调功率范围确定的，
其中，所述可调功率范围是根据叶片桨距角和风速计算出的。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
监测制动电阻的温度；
当制动电阻的温度达到最大温度时，将变流器网侧功率提升至最大可用功率，同时通过调节叶片桨距角来降低变流器机侧功率，
其中，所述最大可用功率为在不使用制动电阻时的变流器网侧功率。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
还根据变流器机侧功率的下降速率变化策略、变流器网侧功率的下降速率变化策略以及制动电阻的温度和消纳能力来确定所述可调功率范围和调节时间，使得变流器网侧功率根据所述可调功率范围和所述调节时间以不同的变化速率下降到机组目标功率值。
10.一种风力发电机组的功率控制装置，所述装置包括：
计算模块，用于根据风力发电机组的机组目标功率值和变流器中的制动电阻的温度来计算目标叶片桨距角和目标电磁扭矩；
控制模块，用于控制风力发电机组的变桨机构和变流器分别按照目标叶片桨距角和目标电磁扭矩执行动作，以控制变流器机侧功率和变流器网侧功率，使得变流器网侧功率根据所述机组目标功率值向电网输出相应功率。
11.一种电子设备，包括：
存储器，用于存储程序；以及
一个或更多个处理器，
其中，当所述程序被运行时，所述一个或更多个处理器执行如权利要求6至9中的任意一项所述的方法。
12.一种计算机可读记录介质，其中，存储有程序，其特征在于，所述程序包括用于执行如权利要求6至9中的任意一项所述方法的指令。
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