CN111396255A - 风力发电机组的控制方法及其控制装置以及风力发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种风力发电机组的控制方法、风力发电机组的控制装置以及风力发电系统。该控制方法包括：获取风力发电机组的运行数据；基于运行数据来确定风力发电机组是否运行在额定风速以上；以及在确定风力发电机组运行在额定风速以上时，调整风力发电机组的功率给定，以使得风力发电机组的上网功率保持恒定。本发明实施例能够保证风力发电机组上网功率的恒定。

Description

风力发电机组的控制方法及其控制装置以及风力发电系统

技术领域

本发明实施例涉及风电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组的控制方法、风力发电机组的控制装置以及风力发电系统。

背景技术

随着风电技术的不断发展，风力发电系统在电力系统中的应用日益增加。在风力发电机组运行在额定风速以上时，风力发电机组的功率给定为额定功率值。目前，风力发电机组的转矩控制点在发电机处，发电机功率需要去除发电机损耗，线路损耗，自用电等因素方为上网功率。风力发电机组的容量以上网功率为准，控制点与容量考核点存在偏差。由于损耗及自用电的不确定性很大，虽然控制点的功率可以准确，但是上网功率会随着自用电的大小呈波动性。

为了保证上网功率的大小，电损耗一般以最大的自用电考虑。但是，当自用电降低时将会出现风力发电机组超发的情况，使得电气部件负荷增加。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种能够保证风力发电机组上网功率恒定的风力发电机组的控制方法、风力发电机组的控制装置以及风力发电系统。

本发明实施例的一个方面提供一种风力发电机组的控制方法。所述控制方法包括：获取风力发电机组的运行数据；基于所述运行数据来确定所述风力发电机组是否运行在额定风速以上；以及在确定所述风力发电机组运行在所述额定风速以上时，调整所述风力发电机组的功率给定，以使得所述风力发电机组的上网功率保持恒定。

进一步地，所述运行数据包括所述风力发电机组的上网功率，调整所述风力发电机组的功率给定包括：基于所述上网功率来调整所述风力发电机组的功率给定。

进一步地，基于所述上网功率来调整所述风力发电机组的功率给定包括：基于所述上网功率与所述风力发电机组的额定功率来调整所述风力发电机组的功率给定。

进一步地，基于所述上网功率与所述风力发电机组的额定功率来调整所述风力发电机组的功率给定包括：基于所述上网功率与所述额定功率之间的功率偏差来确定所述风力发电机组的功率补偿；及基于所述功率补偿来调整所述风力发电机组的功率给定。

进一步地，基于所述上网功率与所述额定功率之间的功率偏差来确定所述风力发电机组的功率补偿包括：对所述上网功率与所述额定功率之间的所述功率偏差进行比例积分运算来得到所述风力发电机组的所述功率补偿。

进一步地，基于所述功率补偿来调整所述风力发电机组的功率给定包括：将所述功率补偿叠加到所述风力发电机组的所述额定功率来作为所述风力发电机组的所述功率给定。

进一步地，所述运行数据还包括所述风力发电机组的桨距角，所述控制方法还包括：基于所述桨距角来确定所述风力发电机组是否运行在额定风速以上。

本发明实施例的风力发电机组的控制方法通过在风力发电机组运行在额定风速以上时引入上网功率的闭环控制，根据风力发电机组的自用电损耗的大小来实时调整风力发电机组的功率给定，实现了风力发电机组上网功率的自适应调整，从而确保上网功率与额定功率相等，保证上网功率的恒定，避免风力发电机组超发引起过大的电气负荷。

本发明实施例的另一个方面还提供一种风力发电机组的控制装置，其包括获取模块、确定模块及控制模块。所述获取模块用于获取风力发电机组的运行数据。所述确定模块用于基于所述运行数据来确定所述风力发电机组是否运行在额定风速以上。所述控制模块用于在确定所述风力发电机组运行在所述额定风速以上时，调整所述风力发电机组的功率给定，以使得所述风力发电机组的上网功率保持恒定。

进一步地，所述运行数据包括所述风力发电机组的上网功率，所述控制模块基于所述上网功率来调整所述风力发电机组的功率给定。

进一步地，所述控制模块基于所述上网功率与所述风力发电机组的额定功率来调整所述风力发电机组的功率给定。

进一步地，所述控制模块包括功率偏差计算模块及功率补偿计算模块。所述功率偏差计算模块用于计算所述上网功率与所述额定功率之间的功率偏差。所述功率补偿计算模块用于基于所述功率偏差来计算所述风力发电机组的所述功率补偿，其中，所述控制模块基于所述功率补偿来调整所述风力发电机组的所述功率给定。

进一步地，所述功率补偿计算模块用于对所述上网功率与所述额定功率之间的所述功率偏差进行比例积分运算来得到所述风力发电机组的所述功率补偿。

进一步地，所述控制模块还包括叠加模块，所述叠加模块用于将所述功率补偿叠加到所述风力发电机组的所述额定功率来作为所述风力发电机组的所述功率给定。

进一步地，所述运行数据还包括所述风力发电机组的桨距角，所述确定模块基于所述桨距角来确定所述风力发电机组是否运行在额定风速以上。

本发明实施例的另一个方面还提供一种风力发电系统，其包括风力发电机组、如上所述的风力发电机组的控制装置及主控制器，所述控制装置设置于所述主控制器中。

本发明实施例的风力发电机组的控制装置及风力发电系统在风力发电机组运行在额定风速以上时实现了上网功率的闭环控制，根据风力发电机组的自用电损耗的大小来实时调整风力发电机组的功率给定，从而确保上网功率与额定功率相等，保证上网功率的恒定，避免风力发电机组超发引起过大的电气负荷。

附图说明

图1为一种风力发电机组工作在额定风速以上时的功率控制框图；

图2为本发明一个实施例的风力发电机组的控制装置的示意性框图；

图3为本发明一个实施例的风力发电机组工作在额定风速以上时的功率控制框图；

图4为本发明一个实施例的风力发电机组的控制方法的流程图；

图5为本发明一个实施例的调整风力发电机组的功率给定的具体步骤。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施例并不代表与本发明相一致的所有实施例。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。

在本发明实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。除非另作定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“多个”或者“若干”表示两个及两个以上。除非另行指出，“前部”、“后部”、“下部”和/或“上部”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于一个位置或者一种空间定向。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

图1揭示了一种风力发电机组10工作在额定风速以上时的功率控制框图。如图1所示，风力发电机组10的额定功率直接用于风力发电机组10的功率给定，上网功率为开环控制。由于功率控制环路中存在电损耗，这种开环功率控制方式会导致额定风速以后风力发电机组10的上网功率与额定功率之间存在偏差。若以风力发电机组10的最大自用电来设计风力发电机组10的开环额定功率，当自用电降低时，将会经常出现风力发电机组10超发情况，使得电气部件负荷增加；而如果不以风力发电机组10的最大自用电来设计风力发电机组10的开环额定功率，则当自用电最大时会出现风力发电机组10欠发现象。

有鉴于此，本发明实施例提供了一种改进的技术解决方案，能够使得风力发电机组10的上网功率始终保持恒定。

图2揭示了本发明一个实施例的风力发电机组的控制装置20的示意性框图。如图2所示，本发明一个实施例的风力发电机组的控制装置20包括获取模块21、确定模块22及控制模块23。获取模块21可以获取风力发电机组10的运行数据。

确定模块22可以基于风力发电机组10的运行数据来确定风力发电机组10是否运行在额定风速以上。额定风速是指风力发电机组10的功率达到额定功率时对应的风速。

由于风力发电机组10的发电功率受到实际环境中风速的限制，小风速下，风力发电机组10的发电功率小于额定功率(风力发电机组10设计的额定容量)，且桨距角保持不变；达到额定风速后，风力发电机组10的发电功率保持额定功率不变，且通过变桨来调节实现。故，可以通过风力发电机组10有无变桨来判断风力发电机组10的工作点是否在额定以上。因此，在一个实施例中，风力发电机组10的运行数据可以包括风力发电机组10的桨距角，确定模块22可以基于桨距角的大小来确定风力发电机组10是否运行在额定风速以上。

控制模块23可以在确定风力发电机组10运行在额定风速以上时，来调整风力发电机组10的功率给定，以使得风力发电机组10的上网功率保持恒定。

在一些实施例中，风力发电机组10的运行数据可以包括风力发电机组10的上网功率，控制模块23可以基于上网功率来调整风力发电机组10的功率给定。进一步地，控制模块23可以基于上网功率与风力发电机组10的额定功率来调整风力发电机组10的功率给定。

图3揭示了本发明一个实施例的风力发电机组10工作在额定风速以上时的功率控制框图。如图3所示，本发明实施例的风力发电机组的控制装置20中引入了上网功率的闭环控制，在风力发电机组10运行在额定风速以后，通过获取风力发电机组10实时的上网功率大小，能够根据风力发电机组10的自用电大小来实时调整风力发电机组10的功率给定，从而保证了风力发电机组10上网功率的恒定。

结合参照图2和图3所示，在一些实施例中，本发明实施例的控制模块23可以包括功率偏差计算模块231和功率补偿计算模块232。功率偏差计算模块231可以计算上网功率与额定功率之间的功率偏差。功率补偿计算模块232可以基于功率偏差来计算风力发电机组10的功率补偿，在一个实施例中，功率补偿计算模块232可以为一种PI运算模块，功率补偿计算模块232可以对上网功率与额定功率之间的功率偏差进行比例积分运算来得到风力发电机组10的功率补偿。然后，控制模块23可以基于功率补偿来调整风力发电机组10的功率给定。

在一些实施例中，本发明实施例的控制模块23还可以包括叠加模块233。叠加模块233可以将功率补偿叠加到风力发电机组10的额定功率来作为风力发电机组10的功率给定。

本发明实施例的风力发电机组的控制装置20在风力发电机组10运行在额定风速以上时实现了上网功率的闭环控制，根据风力发电机组10的自用电损耗的大小来实时调整风力发电机组10的功率给定，从而确保上网功率与额定功率相等，保证上网功率的恒定，避免风力发电机组10超发引起过大的电气负荷。

图4揭示了本发明一个实施例的风力发电机组10的控制方法的流程图。如图4所示，本发明一个实施例的风力发电机组10的控制方法可以包括步骤S11至步骤S13。

在步骤S11中，获取风力发电机组10的运行数据。

在步骤S12中，基于运行数据来确定风力发电机组10是否运行在额定风速以上。在确定风力发电机组10运行在额定风速以上时，则过程前进到步骤S13。

在一个实施例中，风力发电机组10的运行数据可以包括风力发电机组10的桨距角，可以基于桨距角的大小来确定风力发电机组10是否运行在额定风速以上。

在步骤S13中，调整风力发电机组10的功率给定，以使得风力发电机组10的上网功率保持恒定。

在一些实施例中，风力发电机组10的运行数据可以包括风力发电机组10的上网功率，步骤S13的调整风力发电机组10的功率给定包括：基于上网功率来调整风力发电机组10的功率给定。在一个实施例中，基于上网功率来调整风力发电机组10的功率给定可以包括：基于上网功率与风力发电机组10的额定功率来调整风力发电机组10的功率给定。

图5揭示了本发明一个实施例的调整风力发电机组10的功率给定的具体步骤。如图5所示，调整风力发电机组10的功率给定的步骤S13，即基于上网功率与风力发电机组10的额定功率来调整风力发电机组10的功率给定可以进一步包括步骤S131至步骤S132。

在步骤S131中，计算上网功率与额定功率之间的功率偏差。

在步骤S132中，基于上网功率与额定功率之间的功率偏差来确定风力发电机组10的功率补偿。在一个实施例中，可以对上网功率与额定功率之间的功率偏差进行比例积分运算来得到风力发电机组10的功率补偿。然后，可以基于功率补偿来调整风力发电机组10的功率给定。

在一些实施例中，调整风力发电机组10的功率给定的步骤S13可以进一步包括步骤S133。在步骤S133中，将功率补偿叠加到风力发电机组10的额定功率来作为风力发电机组10的功率给定。

本发明实施例的风力发电机组10的控制方法通过在风力发电机组10运行在额定风速以上时引入上网功率的闭环控制，根据风力发电机组10的自用电损耗的大小来实时调整风力发电机组10的功率给定，实现了风力发电机组10上网功率的自适应调整，从而确保上网功率与额定功率相等，保证上网功率的恒定，避免风力发电机组10超发引起过大的电气负荷。

本发明实施例还提供了一种风力发电系统。该风力发电系统包括风力发电机组10、如上所述的风力发电机组的控制装置20及主控制器(未图示)，风力发电机组的控制装置20可以设置于主控制器中。返回参照图3所示，风力发电系统还包括变桨控制器30，主控制器可以对变桨控制器30进行控制，变桨控制器30可以根据风力发电机组10的发电机测量转速来输出风力发电机组10的变桨给定。

本发明实施例的风力发电系统具有与上述风力发电机组的控制装置20大体相同的有益技术效果，故，在此不再赘述。

以上对本发明实施例所提供的风力发电机组的控制方法、风力发电机组的控制装置及风力发电系统进行了详细的介绍。本文中应用了具体个例对本发明实施例的风力发电机组的控制方法、风力发电机组的控制装置及风力发电系统进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想，并不用以限制本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也均应落入本发明所附权利要求书的保护范围内。

Claims (15)

1.一种风力发电机组的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括：

获取风力发电机组的运行数据；

基于所述运行数据来确定所述风力发电机组是否运行在额定风速以上；以及

在确定所述风力发电机组运行在所述额定风速以上时，调整所述风力发电机组的功率给定，以使得所述风力发电机组的上网功率保持恒定。

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述运行数据包括所述风力发电机组的上网功率，调整所述风力发电机组的功率给定包括：

基于所述上网功率来调整所述风力发电机组的功率给定。

3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于：基于所述上网功率来调整所述风力发电机组的功率给定包括：

基于所述上网功率与所述风力发电机组的额定功率来调整所述风力发电机组的功率给定。

4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于：基于所述上网功率与所述风力发电机组的额定功率来调整所述风力发电机组的功率给定包括：

基于所述上网功率与所述额定功率之间的功率偏差来确定所述风力发电机组的功率补偿；及

基于所述功率补偿来调整所述风力发电机组的功率给定。

5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于：基于所述上网功率与所述额定功率之间的功率偏差来确定所述风力发电机组的功率补偿包括：

对所述上网功率与所述额定功率之间的所述功率偏差进行比例积分运算来得到所述风力发电机组的所述功率补偿。

6.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于：基于所述功率补偿来调整所述风力发电机组的功率给定包括：

将所述功率补偿叠加到所述风力发电机组的所述额定功率来作为所述风力发电机组的所述功率给定。

7.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述运行数据还包括所述风力发电机组的桨距角，所述控制方法还包括：

基于所述桨距角来确定所述风力发电机组是否运行在额定风速以上。

8.一种风力发电机组的控制装置，其特征在于：其包括：

获取模块，其用于获取风力发电机组的运行数据；

确定模块，其用于基于所述运行数据来确定所述风力发电机组是否运行在额定风速以上；以及

控制模块，其用于在确定所述风力发电机组运行在所述额定风速以上时，调整所述风力发电机组的功率给定，以使得所述风力发电机组的上网功率保持恒定。

9.如权利要求8所述的控制装置，其特征在于：所述运行数据包括所述风力发电机组的上网功率，所述控制模块基于所述上网功率来调整所述风力发电机组的功率给定。

10.如权利要求9所述的控制装置，其特征在于：所述控制模块基于所述上网功率与所述风力发电机组的额定功率来调整所述风力发电机组的功率给定。

11.如权利要求10所述的控制装置，其特征在于：所述控制模块包括：

功率偏差计算模块，其用于计算所述上网功率与所述额定功率之间的功率偏差；及

功率补偿计算模块，其用于基于所述功率偏差来计算所述风力发电机组的所述功率补偿，

其中，所述控制模块基于所述功率补偿来调整所述风力发电机组的所述功率给定。

12.如权利要求11所述的控制装置，其特征在于：所述功率补偿计算模块用于对所述上网功率与所述额定功率之间的所述功率偏差进行比例积分运算来得到所述风力发电机组的所述功率补偿。

13.如权利要求11所述的控制装置，其特征在于：所述控制模块还包括：

叠加模块，其用于将所述功率补偿叠加到所述风力发电机组的所述额定功率来作为所述风力发电机组的所述功率给定。

14.如权利要求8所述的控制装置，其特征在于：所述运行数据还包括所述风力发电机组的桨距角，所述确定模块基于所述桨距角来确定所述风力发电机组是否运行在额定风速以上。

15.一种风力发电系统，其特征在于：其包括风力发电机组、如权利要求8-14中任一项所述的风力发电机组的控制装置及主控制器，所述控制装置设置于所述主控制器中。

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