CN112761875B - 一种风电机组柔性功率自调节智能控制系统 - Google Patents

一种风电机组柔性功率自调节智能控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种风电机组柔性功率自调节智能控制系统，通过暴风软切出柔性功率自调节控制模块和大部件状态功率自调节控制模块，在风速超速和部件超温时，降低有功功率值，实现机组部件高温异常下不停机运行和出力功率柔性调节，克服了大风下机组切出停机运行和高温下停机运行损失发电时间和发电量的问题。

Description

一种风电机组柔性功率自调节智能控制系统
技术领域
本发明涉及风力发电领域，具体涉及一种风电机组柔性功率自调节智能控制系统。
背景技术
随着大兆瓦风电机组和低风速风电机组开发与应用，叶片长度是越来越长，陆上风电机组叶轮最大直径160m,塔筒也越来越高，塔筒高度甚至达到160m。无轮是长叶片还是高塔筒将会对风电机组带来更大的载荷，尤其是在低风速地区湍流大、极湍风况严劣影响更大，为降低风电机组载荷常规控制方法限定风电机组在大风下的切出风速，平均切出风速一般为18－25m/s，在大于切出风速下的大风下机组将切出运行停机不能发电，不能有效利用风资源进行发电。另外，风电机组在工作时发电机、变流器、齿轮箱、主轴轴承等大部件由于异常会导致机部件高温超过正常运行值，为保护风电机组及大部件继续运行损坏，常规控制方法是超过设定温度会停机，待检查或部件温度恢复正常后再启机运行，这样直接停机会降低风电机组风电机组运行时间和发电量，尤其是在大风下。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种风电机组柔性功率自调节智能控制系统，能够根据风电机组部件状态和环境条件自适应调节功率出力，有效提高了风电机组运行发电时间和发电量，拓宽了机组运行发电风速范围，并实现机组部件高温异常下不停机运行，克服了大风下机组切出停机运行和高温下停机运行损失发电时间和发电量的问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供一种风电机组柔性功率自调节智能控制系统，包括，暴风软切出柔性功率自调节控制模块，当实际测量风速超出原切出风速后，所述暴风软切出柔性功率自调节控制模块根据实际风速和机组运行转速，降低风电机组出力最大有功功率值，风速越大时最大有功功率设定值越小。
进一步，还包括，大部件状态功率自调节控制模块，所述大部件状态功率自调节控制模块根据所述大部件的工作时温度状态设定风电机组出力有功功率最大值。
进一步，所述大部件状态功率自调节控制模块根据部件工作温度判定，如果所述部件工作温度超出第一温度设定值，将降低有功功率设定值，所述部件工作温度越高，有功功率设定值越低。
进一步，当所述部件工作温度超出温度保护设定值时，控制机组停机，所述温度保护设定值大于所述第一温度设定值。
进一步，所述大部件状态功率自调节控制模块还根据环境温度设定风电机组出力有功功率最大值。
进一步，当环境温度较低，低于第二温度设定值时，基于所述环境温度和所述部件工作温度提高所述风电机组出力最大有功功率值，其中，所述第二温度设定值小于第一温度设定值。
进一步，所述部件工作温度越低，控制所述最大有功功率值越大。
进一步，当所述部件工作温度低于设定的最低温度时，机组停机，所述最低温度小于所述第二温度设定值。
进一步，所述大部件包括发电机、变流器、齿轮箱、主轴轴承。
进一步，当所述大部件因温度超限而处于功率调节状态时，所述控制系统将以最小的有功功率限定值进行运行
从而，本发明提出的一种风电机组柔性功率自调节智能控制系统，有效提高了风电机组运行发电时间和发电量，拓宽了机组运行发电风速范围，并实现机组部件高温异常下不停机运行和出力功率柔性调节，克服了大风下机组切出停机运行和高温下停机运行损失发电时间和发电量的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
图1为本发明一种风电机组柔性功率自调节智能控制系统工作示意图；
图2为应用本发明的暴风软切出柔性功率控制的风速功率曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
根据本发明实施例的一个方面，提供一种基于柔性功率自调节的风电机组发电量提升智能控制系统，控制系统实现风电机组的启动、并网、发电运行、停机、维护及报警等控制。
控制系统包括暴风软切出柔性功率自调节控制模块和大部件状态柔性功率自调节控制模块。
其中，暴风软切出柔性功率自调节控制模块，是基于当前风况传感设备测量的风速、风向信息，当实际测量风速超出原切出风速Vout后，可以根据实际风速和机组运行转速，降低风电机组出力最大有功功率值，风速越大时最大有功功率设定值越小，采用这种降功率软切出控制方式可以在满足机组载荷设计要求下，将风电机组运行切出风速Vout拓宽至更大风速Vout*,一般可拓宽切出风速5－10m/s，其具体的软切出的风速范围及最大有功功率设定值，可以根据机组设计载荷要求进行调整。其中，有功功率是指单位时间内实际发出的交流电能量，是周期内的平均功率。
其中，大部件状态功率自调节控制模块，是根据大部件的工作时温度状态、环境温度等条件设定风电机组出力有功功率最大值，根据部件工作温度判定，如果部件工作温度超出设定值，将降低有功功率设定值，温度越高有功功率设定值越低，当温度超出温度保护设定值时，机组停机。
在一些实施例中，当环境温度较低，低于控制判断设定值时，可以根据环境温度和部件工作温度综合判断，自适应提高风电机组出力最大有功功率值，温度越低，最大有功功率值越大，当温度低于设定的最低温度时，机组停机。
其中，大部件包括但不限于发电机、变流器、齿轮箱、主轴轴承。
其中，暴风软切出柔性功率自调节控制模块，在实际运行中是根据实际风速、风向以及发电机转速测量值，可以自适应调节有功功率出力值。
在一些实施例中，发电机可以根据发电机绕组温度、发电机轴承测量温度综合设定有功功率限定值，如果超出工作温度设定值，将降低风电机组出力有功功率设定值，温度越高有功功率设定值越小。
在一些实施例中，变流器可以根据IGBT测量温度进行有功功率限定，如果超出工作温度设定值，将降低风电机组出力有功功率设定值，温度越高有功功率设定值越小。
在一些实施例中，齿轮箱可以根据齿轮箱油池、轴承测量温度值进行有功功率限定，如果超出工作温度限限定值，将降低风电机组出力有功功率设定值，温度越高有功功率设定值越小。
如果发电机、变流器、齿轮箱、主轴轴承等因温度超限而处于功率调节状态，控制系统将最小的有功功率限定值进行运行。
发电机、变流器、齿轮箱、主轴轴承等因温度超限处于功率调节状态，如果温度超出最大限定保护值，风电机组将停机不再运行。
大部件状态功率自调节控制模块，在实际运行根据发电机、变流器、齿轮箱、主轴轴承等温度测量值，可以自适应调节有功功率出力值。
由此，可以得出如图2所示的功率控制曲线。可以看到，当风速大于切入风速Vin时，机组开始发电运行，并随着风速增加而提高功率，当风速达到额定风速VN时，机组达到额定功率PN。并在风速达到原切出风速Vout前保持额定功率PN。此时，应用上述柔性功率自调节的控制方法，当实际测量风速超出原切出风速Vout后，可以根据实际风速和机组运行转速，降低风电机组出力最大有功功率值，风速越大时最大有功功率设定值越小，减小速率k1正比于风速超出值，即ΔP1＝k1×(V-Vout)，其中，k1为正值。此时最终的功率为P1＝PN-ΔP1。从而逐渐降低风电机组出力最大有功功率值，以在不立即停机的条件下，尽可能的保护风电机组。
在一些实施例中，当实际测量风速超出原切出风速Vout后，且当部件工作温度超出设定值T0时，将降低有功功率设定值，温度越高有功功率设定值越低，当温度超出温度保护设定值Tout时，机组停机。即，当部件工作温度T超出设定值T0时，功率减小速率k2正比于温度超出值，即ΔP2＝k2×(T-T0)，其中，k2为正值，T<Tout。此时最终的功率为P2＝PN-(ΔP1+ΔP2)。
在一些实施例中，大部件状态功率自调节控制模块可以单独运行，即不考虑风速影响，当部件工作温度超出设定值T0时，将降低有功功率设定值，温度越高有功功率设定值越低，当温度超出温度保护设定值Tout时，机组停机。即P3＝P-ΔP2,其中，P为当前所处有功功率值，P可以不等于PN。
在一些实施例中，当环境温度Ta较低，低于控制判断设定值T0’时，可以根据环境温度Ta和部件工作温度T综合判断，自适应提高风电机组出力最大有功功率值，部件工作温度T越低，最大有功功率值越大，当部件工作温度T低于设定的最低温度时，机组停机。
虽然在一些实施例中，也可以直接通过部件工作温度T是否过低进行最大有功功率的调节。然而，环境温度Ta的判定有助于节省控制成本，并可以避免部件工作温度T监测故障异常带来的误操作。
从而，基于上述的控制方法，可以在风速达到设计切出风速时不会立即切出，而是在保证机组运行安全的前提下，基于风速和部件温度逐渐降低有功功率，直至高温保护停机，可以拓宽实际切出风速，保证了风电机组风电机组运行时间和发电量。并可根据环境温度适当提高有功功率设定值，以在低温环境中自发热提升温度，省去了额外的暖机设备作业。
本发明实施例提供的一种基于柔性功率自调节的风电机组发电量提升智能控制方法可以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种风电机组柔性功率自调节智能控制系统，其特征在于，包括，暴风软切出柔性功率自调节控制模块，
当实际测量风速超出原切出风速后，所述暴风软切出柔性功率自调节控制模块根据实际风速和机组运行转速，降低风电机组出力最大有功功率值，风速越大时最大有功功率设定值越小；
当所述实际测量风速大于所述原切出风速Vout小于Vout1时，控制所述风电机组出力最大有功功率的减小速率为k1，ΔP1＝k1×(V-Vout)，P1＝PN-ΔP1，其中，V为所述实际测量风速，PN为所述风电机组的额定功率，P1为风速为Vout1时的有功功率；
还包括：大部件状态功率自调节控制模块，所述大部件状态功率自调节控制模块根据所述大部件的工作时温度状态设定风电机组出力有功功率最大值；
当所述实际测量风速大于所述原切出风速Vout，且当部件工作温度超出设定值T0时，控制所述风电机组的有功功率的减小速率为k2正比于温度超出值，ΔP2＝k2×(T-T0)，所述风电机组的最终有功功率P2＝PN-(ΔP1+ΔP2)；其中，T为所述部件工作温度。
2.如权利要求1所述的风电机组柔性功率自调节智能控制系统，其特征在于，
所述大部件状态功率自调节控制模块根据部件工作温度判定，如果所述部件工作温度超出第一温度设定值，将降低有功功率设定值，所述部件工作温度越高，有功功率设定值越低。
3.如权利要求2所述的风电机组柔性功率自调节智能控制系统，其特征在于，
当所述部件工作温度超出温度保护设定值时，控制机组停机，所述温度保护设定值大于所述第一温度设定值。
4.如权利要求1所述的风电机组柔性功率自调节智能控制系统，其特征在于，
所述大部件状态功率自调节控制模块还根据环境温度设定风电机组出力有功功率最大值。
5.如权利要求4所述的风电机组柔性功率自调节智能控制系统，其特征在于，
当环境温度较低，低于第二温度设定值时，基于所述环境温度和所述部件工作温度提高所述风电机组出力最大有功功率值，其中，所述第二温度设定值小于第一温度设定值。
6.如权利要求5所述的风电机组柔性功率自调节智能控制系统，其特征在于，
所述部件工作温度越低，控制所述最大有功功率值越大。
7.如权利要求6所述的风电机组柔性功率自调节智能控制系统，其特征在于，
当所述部件工作温度低于设定的最低温度时，机组停机，所述最低温度小于所述第二温度设定值。
8.如权利要求1-7任一项所述的风电机组柔性功率自调节智能控制系统，其特征在于，
所述大部件包括发电机、变流器、齿轮箱、主轴轴承。
9.如权利要求8所述的风电机组柔性功率自调节智能控制系统，其特征在于，
当所述大部件因温度超限而处于功率调节状态时，所述控制系统将以最小的有功功率限定值进行运行。
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