CN113007019A - 控制器、控制系统以及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种控制器、控制系统以及风力发电机组。所述控制系统包括：执行机构和控制器，所述控制器包括逻辑控制单元和算法单元。逻辑控制单元基于针对风力发电机组运行的限制要求，确定所述风力发电机组运行时的控制参数设定值；算法单元基于所述控制参数设定值执行相应的算法，并生成控制指令，将所述控制指令发送给执行机构；执行机构基于所述控制指令执行相应的操作，使得所述风力发电机组按照所述控制参数设定值运行。所述控制系统能够在保护风力发电机组安全的同时提升电网友好性，并且具备良好的可扩展性。

Description

控制器、控制系统以及风力发电机组

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种控制器、控制系统以及风力发电机组。

背景技术

随着风电在电网占比的日益增加，电网对风力发电机组的考核和要求日趋严格，同时风力发电机组可能随时面临着电网能量调度、能量管理调度、本机部件保护限功率、本地限功率等多方面的输入需求。为了能够满足风力发电机组以及电网的安全需求，需要风力发电机组本身能够对所有的限功率指令和限转速指令进行决策管理。

风力发电机组的决策管理一般是对所有限制要求取最小的功率限制或最小的转速限制进行处理，但是这样降低了电网友好性，可能会对用户造成经济损失。

发明内容

本发明的示例性实施例的目的在于提供一种控制器、控制系统以及风力发电机组，以克服上述的至少一个缺陷。

在一个总体方面，提供一种风力发电机组的控制系统，所述控制系统包括：执行机构和控制器，所述控制器包括逻辑控制单元和算法单元。逻辑控制单元基于针对风力发电机组运行的限制要求，确定所述风力发电机组运行时的控制参数设定值；算法单元基于所述控制参数设定值执行相应的算法，并生成控制指令，将所述控制指令发送给执行机构；执行机构基于所述控制指令执行相应的操作，使得所述风力发电机组按照所述控制参数设定值运行。所述限制要求对应针对风力发电机组产生的不同事件，包括功率限制要求和/或转速限制要求，功率限制要求具有相应的功率限制值以及功率工作模式，转速限制要求具有相应的转速限制值以及转速工作模式。

所述逻辑控制单元包括能量决策单元和控制参数设定单元。能量决策单元接收所述限制要求，并基于所述限制要求确定调度决策，所述调度决策包括限制值以及工作模式。控制参数设定单元根据所述调度决策确定所述控制参数设定值。

所述能量决策单元包括分级调度单元以及调度模式确定单元。分级调度单元对所述限制要求进行分类，使不同的限制要求类别对应不同的优先级，确定具有最高优先级的限制要求类别，并基于具有最高优先级的限制要求类别确定调度决策中的限制值。调度模式确定单元基于具有最高优先级的限制要求类别对应的事件确定调度决策中的工作模式。

所述分级调度单元包括分类子单元以及计算子单元。分类子单元根据所述限制要求对应的事件对所述限制要求进行分类，使不同的限制要求类别对应不同的优先级，并确定具有最高优先级的限制要求类别；计算子单元计算具有最高优先级的限制要求类别中的所有限制要求对应的限制值，并选择该限制值中的最小值作为调度决策中的限制值。

所述能量决策单元还包括保护单元。保护单元接收所述限制要求，并对限制要求对应的限制值进行修正，以确保限制要求对应的限制值在合理边界内，输出修正后的限制值作为分级调度单元的输入。

所述保护单元包括：上限保护子单元以及下限保护子单元。所述上限保护子单元设定所述限制要求对应的限制值的上限值。所述下限保护子单元设定所述限制要求对应的限制值的下限值。当所述限制值高于上限值时，所述限制值将被修正为所述上限值。当所述限制值低于下限值时，所述限制值将被修正为所述下限值。当所述限制值在所述上限值与下限值之间时，所述限制值将不被修正。

所述控制参数设定单元包括控制参数解析子单元。所述控制参数解析子单元根据风力发电机组的单绕组使能情况确定风力发电机组运行时的最优增益值，并且基于确定的最优增益值以及所述调度决策确定风力发电机组各运行阶段的扭矩设定值以及转速设定值。

所述控制参数设定单元还包括工作模式合并子单元。当所述调度决策中的工作模式包括功率工作模式和转速工作模式时，工作模式合并子单元根据功率工作模式以及转速工作模式确定合并工作模式，所述控制参数设定单元将所述合并工作模式以及限制值作为新的调度决策输入到所述控制参数解析子单元；所述控制参数解析子单元基于确定的最优增益值以及新的调度决策确定风力发电机组各运行阶段的扭矩设定值以及转速设定值。

所述控制参数设定单元还包括限制值合并子单元，当所述调度决策中的限制值包括功率限制值和转速限制值时，限制值合并子单元根据功率限制值和转速限制值、确定的最优增益值以及合并工作模式计算转速限制值对应的功率设定值以及功率限制值对应的功率设定值，输出转速限制值对应的功率设定值以及功率限制值对应的功率设定值中的最小值，所述控制参数设定单元将该最小值以及所述合并工作模式作为新的调度决策输入到所述控制参数解析子单元。

所述调度决策还包括功率变化率限制值和/或转速变化率限制值，所述控制参数设定单元还包括变化率限制子单元。变化率限制子单元根据功率变化率限制值和/或转速变化率限制值确定风力发电机组的每个控制周期的功率变化率限制值和/或转速变化率限制值，所述控制参数设定单元将所述每个控制周期的功率变化率限制值和/或转速变化率限制值以及调度决策中的功率限制值和/或转速限制值作为新的调度决策输入到所述控制参数解析子单元；所述控制参数解析子单元基于确定的最优增益值以及新的调度决策确定风力发电机组各运行阶段的扭矩设定值以及转速设定值。

功率限制要求还具有相应的功率变化率限制值，转速限制要求还具有相应的转速变化率限制值，分类子单元根据所述限制要求的限制值的属性以及所述限制要求对应的事件对所述限制要求进行分类，针对每种属性确定具有最高优先级的限制要求类别；计算子单元针对每种属性计算具有最高优先级的限制要求类别中的所有限制要求对应的限制值，并选择该限制值中的最小值作为调度决策中的限制值。功率限制值和转速限制值的属性为第一属性，功率变化率限制值和转速变化率限制值的属性为第二属性。

在另一个总体方面，提供一种风力发电机组的控制器，所述控制器包括逻辑控制单元和算法单元。逻辑控制单元基于针对风力发电机组运行的限制要求，确定所述风力发电机组运行时的控制参数设定值；算法单元基于所述控制参数设定值执行相应算法，并生成控制指令，将所述控制指令发送给所述风力发电机组的执行机构。所述限制要求对应针对风力发电机组产生的不同事件，包括功率限制要求和/或转速限制要求，功率限制要求具有相应的功率限制值以及功率工作模式，转速限制要求具有相应的转速限制值以及转速工作模式。

在另一个总体方面，提供一种风力发电机组，所述风力发电机组包括如上所述的控制器。

采用根据本发明示例性实施例的控制器、控制系统以及风力发电机组，能够同时对限功率事件、限转速事件、限功率变化率事件和/或转速变化率事件进行决策管理；由于采用设置混合优先级的方式，并且可自定义调度分类，因而能够在保护风力发电机组安全的同时提升电网友好性，并且具备良好的可扩展性。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1是根据本发明的示例性实施例的风力发电机组的控制系统的框图。

图2是根据本发明的示例性实施例的控制器中的逻辑控制单元的框图。

图3是根据本发明的示例性实施例的保护单元的框图。

图4是根据本发明的示例性实施例的分级调度单元的框图。

图5是根据本发明的示例性实施例的控制参数设定单元的框图。

图6是根据本发明的示例性实施例的控制方法的流程图。

具体实施方式

现在，将参照附图更充分地描述不同的示例性实施例，在附图中示出了一些示例性实施例，但是本发明不仅限于此。

图1是根据本发明的示例性实施例的风力发电机组的控制系统1的框图。

参照图1，控制系统1包括控制器11和执行机构12。控制器11包括逻辑控制单元101和算法单元102。逻辑控制单元101基于针对风力发电机组运行的限制要求，确定风力发电机组运行时的控制参数设定值。算法单元102基于控制参数设定值执行相应的算法，并生成控制指令，将控制指令发送给执行机构12。执行机构12基于控制指令执行相应的操作，使得风力发电机组按照控制参数设定值运行。例如，执行机构12可包括但不限于风力发电机组的变流器和变桨电机。

限制要求对应针对风力发电机组产生的不同事件。例如但不限于，限制要求可以包括功率限制要求和/或转速限制要求。功率限制要求具有相应的功率限制值以及功率工作模式，转速限制要求具有相应的转速限制值以及转速工作模式。可选地，限制要求还可以包括功率变化率限制要求和/或转速变化率限制要求。功率变化率限制要求具有相应的功率变化率限制值，转速变化率限制要求具有相应的转速变化率限制值。

具体地，限制要求可以包括：远程限制要求和本地限制要求。远程限制要求的远程来源可包括：场群控制器(WFC)、风电场电压/无功功率自动控制系统(VMP)、能量管理平台、远程电网限功率事件、未来可能添加的第三方远程控制系统。本地限制要求的本地来源可包括：边界保护功能类事件(例如但不限于，风力发电机组的变流器过温)、失效保护功能类事件(例如但不限于，激光雷达失效)、辅助功能类事件(例如但不限于，强阵风避让)、测试功能类事件、以及未来可能添加的功能类事件。为了保证风力发电机组以及风电场功率的可控性，各种限制要求可以输入到逻辑控制单元101，逻辑控制单元101可以对输入的全部限制要求进行梳理，并将最终的控制参数设定值传输给算法单元102。

下面参照图2至图5详细描述逻辑控制单元101的架构和操作。图2是根据本发明的示例性实施例的控制器11中的逻辑控制单元101的框图。图3是根据本发明的示例性实施例的保护单元301的框图。图4是根据本发明的示例性实施例的分级调度单元302的框图。图5是根据本发明的示例性实施例的控制参数设定单元202的框图。

如图2所示，逻辑控制单元101可包括能量决策单元201和控制参数设定单元202。能量决策单元201可以接收限制要求，并基于限制要求确定调度决策，调度决策可包括限制值以及工作模式。工作模式可包括但不限于传统最优扭矩(Qopt)模式、扭矩斜率控制模式、降转速恒功率模式以及降转速恒扭矩控制模式。能量决策单元201可以从远程来源接收远程限制要求，能量决策单元201还可以从本地来源接收本地限制要求。

如图2所示，能量决策单元201可包括保护单元301、分级调度单元302和调度模式确定单元303。

保护单元301可以限制要求对应的限制值进行修正，以确保限制要求对应的限制值在合理边界(例如，安全与功能边界)内，输出修正后的限制值作为分级调度单元302的输入。

参照图3，保护单元301可包括上限保护子单元401以及下限保护子单元402。上限保护子单元401可以设定限制要求对应的限制值的上限值。下限保护子单元402可以设定所述限制要求对应的限制值的下限值。当限制值高于上限值时，限制值将被修正为所述上限值；当限制值低于下限值时，限制值将被修正为下限值；当限制值在上限值与下限值之间时，限制值将不被修正。例如，对于远程限制要求，均需通过保护单元301的下限值为0且上限值为额定功率或额定转速的限值保护逻辑。若远程限制要求的输入为bool量或是其他非数字型变量，需要先用计算机程序将该输入解析成数字量，然后通过保护单元301限值保护逻辑，得到修正的限制值。保护单元301对每个限制要求进行限值保护逻辑，然后输出限制要求对应的校正的限制值，包括修正的限制值的限制要求将作为分级调度单元302的输入。

分级调度单元302可以对限制要求进行分类，使不同的限制要求类别对应不同的优先级，确定具有最高优先级的限制要求类别，并基于具有最高优先级的限制要求类别确定调度决策中的限制值。根据本发明分级调度单元302可以根据实际应用需求对限制要求进行自定义分类并赋予相应的优先级，而不限于在此示出的调度分类方式。

参照图4，分级调度单元302可以包括分类子单元501以及计算子单元502。分类子单元501可以根据限制要求对应的事件对限制要求进行分类，使不同的限制要求类别对应不同的优先级，并确定具有最高优先级的限制要求类别。调度模式确定单元303可以基于具有最高优先级的限制要求类别对应的事件确定调度决策中的工作模式。计算子单元502可以计算具有最高优先级的限制要求类别中的所有限制要求对应的限制值，并选择限制值中的最小值作为调度决策中的限制值。可选地，调度模式确定单元303还可以仅基于具有最高优先级的限制要求类别中的所有限制要求对应的限制值中的最小值所对应的事件确定调度决策中的工作模式。调度模式确定单元303可以基于风力发电机组的所有可行的工作模式来确定调度决策中的工作模式。

在这个示例中，将多个限制要求输入到能量决策单元201。例如但不限于，多个限制要求对应的事件可包括：按步长变化的电能质量测试事件、按斜率变化的电能质量测试事件、面板设置事件、低电压穿越事件、柔塔停机事件。

分类子单元501还可以根据限制要求的限制值的属性以及所述限制要求对应的事件对限制要求进行分类，针对每种属性确定具有最高优先级的限制要求类别。计算子单元502可以针对每种属性计算具有最高优先级的限制要求类别中的所有限制要求对应的限制值，并选择该限制值中的最小值作为调度决策中的限制值。功率限制值和转速限制值的属性可以为第一属性，功率变化率限制值和转速变化率限制值的属性可以为第二属性。

例如但不限于，分类子单元501可以根据限制要求的限制值的属性将限制要求分类为第一属性类别和第二属性类别，第一属性类别可包括功率限制类和转速限制类，第二属性类别可包括功率变化率限制类和转速变化率限制类。具体地，例如，分类子单元501可以将包括功率限制值的限制要求分类为功率限制类，分类子单元501可以将包括功率变化率限制值的限制要求分类为功率变化率限制类，分类子单元501可以将包括转速限制值的限制要求分类为转速限制类，分类子单元501可以将包括转速变化率限制值的限制要求分类为转速变化率限制类。然后，分类子单元501可以根据限制要求对应的事件对每个类别的限制要求进行分类。

在此以包括功率限制值和功率变化率限制值的限制要求为例进行说明，但是本发明不限于此。

针对功率限制类的限制要求，分类子单元501可以将按步长变化的电能质量测试事件、按斜率变化的电能质量测试事件和面板设置事件对应的限制要求分类为一般功能类的功率限制要求，将低电压穿越事件对应的限制要求分类为特殊功能类的功率限制要求，将柔塔停机事件对应的限制要求分类为常驻功能类的功率限制要求。分类子单元501可以将特殊功能类和常驻功能类的功率限制要求设置为具有高优先级，将一般功能类的功率限制要求设置为具有低优先级。然后，分类子单元501可以将具有高优先级的功率限制要求输入到计算子单元502，计算子单元502可以计算具有高优先级的功率限制要求的功率限制值，并选择功率限制值中的最小值作为调度决策中的功率限制值。在此仅以两个优先级作为示例进行说明，但是本发明不限于此，分类子单元501可以根据功率限制要求对应的事件对功率限制要求赋予更多个优先级，并且将具有最高优先级的功率限制要求输入到计算子单元502。

计算子单元502可以计算具有最高优先级的功率限制要求对应的功率限制值，并选择功率限制值中的最小值作为调度决策中的功率限制值并将其输出。调度模式确定单元303可以基于计算子单元502输出的功率限制值对应的事件确定调度决策中的工作模式。

针对功率变化率类的限制要求，分类子单元501可以将按步长变化的电能质量测试事件和按斜率变化的电能质量测试事件对应的限制要求分类为特殊功能类的功率变化率限制要求，将面板设置事件和低电压穿越事件对应的限制要求分类为一般功能类的功率变化率限制要求，将柔塔停机事件对应的限制要求分类为特殊保护类的功率变化率限制要求。分类子单元501可以将特殊保护类的功率变化率限制要求设置为具有高优先级，将特殊功能类的功率变化率限制要求设置为具有中优先级，将一般功能类的功率变化率限制要求设置为具有低优先级。然后，分类子单元501可以将具有高优先级的功率变化率限制要求输入到计算子单元502，计算子单元502可以计算具有高优先级的功率变化率限制要求的功率变化率限制值，并选择功率变化率限制值中的最小值作为调度决策中的功率变化率限制值。在此仅以三个优先级作为示例进行说明，但是本发明不限于此，分类子单元501可以根据功率变化率限制要求对应的事件对功率变化率限制要求赋予更少或更多个优先级，并且将具有最高优先级的功率变化率限制要求输入到计算子单元502。

计算子单元502可以计算具有最高优先级的功率变化率限制要求对应的功率变化率限制值，选择功率变化率限制值中的最小值作为调度决策中的功率变化率限制值并将其输出。调度模式确定单元303可以基于计算子单元502输出的功率变化率限制值对应的事件确定调度决策中的工作模式。

如图5所示，控制参数设定单元202可以包括限制值合并子单元601、工作模式合并子单元602、变化率限制子单元603以及控制参数解析子单元604。

根据本发明，变化率限制子单元603可以快速度过虚功率阶段，还可以将功率和/或转速平稳过渡到相应的设定值。限制值合并子单元601可以根据当前工作模式对应的限功率曲线获得相应的功率设定值。控制参数解析子单元604可以将从限制要求得到的功率设定值解析为扭矩设定值与转速设定值。

例如但不限于，变化率限制子单元603可以将按原固定斜率下降的有功功率给定过程分成三个阶段，在实时功率之上的阶段为第一阶段，有功功率给定值按类指数运算规则快速下降至上边界(实际功率+偏置值)；第二阶段为过渡阶段，有功功率给定值从第一阶段结束的值继续下降，下降斜率从第一阶段最后的速度逐步增加到原固定斜率；第三阶段的下降斜率恢复为原固定斜率，直到下降到目标的功率设定值停止。

此外，当功率设定值和/或转速设定值发生变化时，变化率限制子单元603可以保证功率设定值和/或转速设定值以恒定的变化率进行切换。例如但不限于，当前功率变化率设定值为50kw/s，即每个运算周期(例如为2s)最大变化1kw。当功率设定值发生变化时，若当前功率设定值与目标功率设定值差距大于1kw，则下一周期向目标功率设定值变化1kw；若当前功率设定值与目标功率设定值差距不足1kw，则下一周期的功率设定值为目标功率设定值。

控制参数设定单元202可以从逻辑控制单元201接收调度决策并根据接收的调度决策确定控制参数设定值。控制参数解析子单元604可以根据风力发电机组的单绕组使能情况确定风力发电机组运行时的最优增益值(即，kopt)，并且基于确定的最优增益值以及从逻辑控制单元201接收的调度决策确定风力发电机组各运行阶段的扭矩设定值以及转速设定值。例如但不限于，如果风力发电机组的单绕组功能处于使能状态，则确定风力发电机组运行时的最优增益值(即，kopt)为单绕组的最优增益值；如果风力发电机组的单绕组功能处于禁用状态，则确定风力发电机组运行时的最优增益值为多绕组的最优增益值。

例如但不限于，当调度决策中的工作模式包括功率工作模式和转速工作模式时，工作模式合并子单元602可以根据功率工作模式以及转速工作模式确定合并工作模式。例如但不限于，合并工作模式可以是传统最优扭矩(Qopt)模式、扭矩斜率模式、限转速恒功率模式、限转速恒扭矩模式以及其它工作模式中的一个或多个的组合。

在控制参数设定单元202中，合并工作模式以及调度决策中的限制值作为新的调度决策输入到控制参数解析子单元604。控制参数解析子单元604基于确定的最优增益值以及新的调度决策确定风力发电机组各运行阶段的扭矩设定值以及转速设定值。

当所述调度决策中的限制值还包括功率限制值和转速限制值时，限制值合并子单元601可以根据功率限制值和转速限制值、确定的最优增益值以及确定的合并工作模式计算转速限制值对应的功率设定值以及功率限制值对应的功率设定值，输出转速限制值对应的功率设定值以及功率限制值对应的功率设定值中的最小值。然后，在控制参数设定单元202中，将该最小值以及确定的合并工作模式作为新的调度决策输入到控制参数解析子单元604。

合并工作模式可以是一种工作或多种工作模式的组合，针对合并工作模式中的每种工作模式，可以计算相应工作模式下的转速限制值和/或功率限制值对应的功率设定值。下面描述了针对合并工作模式中的不同工作模式计算功率设定值的示例，但是本发明不仅限于以下工作模式的示例，可涵盖针对风力发电机组的所有可能的工作模式。

传统最优扭矩(Qopt)模式：最大转速MaxSpeed为额定转速，并网转速为MinSpeed，则在最小转速下最优扭矩(Qopt)段的最大功率为PowerMaxAtMinSpeed＝kopt×SpeedMin×SpeedMin×SpeedMin，其中，kopt为最优增益值。根据转速限制值可以计算传统最优扭矩(Qopt)模式下的转速设定值。如果转速设定值speed为MaxSpeed，则功率设定值power为额定功率；如果转速设定值speed为MinSpeed，则功率设定值power为PowerMaxAtMinSpeed；转速设定在两者之间时，功率设定值为power＝kopt×speed×speed×speed。

扭矩斜率模式：最大转速MaxSpeed为额定转速，高速段斜线起点转速为SndSpeed，并网转速为MinSpeed，低速段斜线终点为FstSpeed，低速段转速扭矩斜率为K1(对应的扭矩＝转速×K1+b，其中b为常数)，高速段扭矩斜率为K2(对应的扭矩＝转速×K2+c，其中c为常数)，则在最小转速下最优扭矩(Qopt)段的最大功率为PowerMaxAtMinSpeed＝kopt×FstSpeed×FstSpeed×FstSpeed。根据转速限制值可以计算扭矩斜率模式下的转速设定值。如果转速设定值speed为MaxSpeed，则功率设定值power为额定功率；如果转速设定值speed在MaxSpeed和SndSpeed之间，则功率设定值power＝(speed×K2+c)×speed；如果转速设定值speed在FstSpeed与MinSpeed之间，则功率设定值power＝(speed×K1+b)×speed；如果转速设定值speed为并网转速，则功率设定值power为PowerMaxAtMinSpeed；如果转速设定值speed在上述情形之外，则功率设定值为power＝kopt×speed×speed。

限转速恒功率模式：功率设定值为额定功率。

限转速恒扭矩模式：转速限制值为最大转速MaxSpeed，额定扭矩为T，则功率设定值为power＝MaxSpeed×T。

当调度决策还包括功率变化率限制值和/或转速变化率限制值时，变化率限制子单元603可以根据功率变化率限制值和/或转速变化率限制值确定风力发电机组的每个控制周期的功率变化率限制值和/或转速变化率限制值。相应地，在控制参数设定单元202中，将所述每个控制周期的功率变化率限制值和/或转速变化率限制值以及调度决策中的功率限制值和/或转速限制值作为新的调度决策输入到控制参数解析子单元604。控制参数解析子单元604基于确定的最优增益值以及新的调度决策确定风力发电机组各运行阶段的扭矩设定值以及转速设定值。

下面描述了确定风力发电机组合并工作模式下的各运行阶段(对应合并工作模式中的工作模式)的扭矩设定值以及转速设定值的示例，但是本发明不限于此，而可涵盖风力发电机组的所有可能的工作模式下的各个运行阶段。

传统Qopt模式：最大转速MaxSpeed为额定转速，并网转速为MinSpeed，则在最小转速下Qopt段的最大功率为PowerMaxAtMinSpeed＝kopt×SpeedMin×SpeedMin×SpeedMin，同理可以获得最大转速下Qopt段的最小功率为PowerMinAtMaxSpeed＝kopt×SpeedMax×SpeedMax×SpeedMax。如果当前阶段的功率设定值power小于PowerMaxAtMinSpeed，则当前阶段的扭矩设定值为power/MinSpeed，转速设定值为MinSpeed；如果当前阶段的功率设定值power大于PowerMinAtMaxSpeed，则当前阶段的扭矩设定值为power/MaxSpeed，转速设定值为MaxSpeed；如果当前阶段的功率设定值power在两者之间，则当前阶段的扭矩设定值为

转速设定值为

其中，kopt为最优增益值。

扭矩斜率模式：最大转速MaxSpeed为额定转速，高速段斜线起点转速为SndSpeed，并网转速为MinSpeed，低速段斜线终点为FstSpeed，低速段转速扭矩斜率为K1，对应的扭矩＝转速×K1+b，其中b为常数，高速段扭矩斜率为K2，对应的扭矩＝转速×K2+c，其中c为常数，则在最小转速下Qopt段的最大功率为PowerMaxAtMinSpeed＝kopt×FstSpeed×FstSpeed×FstSpeed，同理可以获得最大转速下Qopt段的最小功率为PowerMinAtMaxSpeed＝kopt×SndSpeed×SndSpeed×SndSpeed。如果当前阶段的功率设定值power小于PowerMaxAtMinSpeed，则当前阶段的扭矩设定值为

转速设定值为

如果当前阶段的功率设定值power大于PowerMinAtMaxSpeed，则当前阶段的扭矩设定值为

转速设定为

如果当前阶段的功率设定值power在两者之间，则当前阶段的扭矩设定值为

转速设定值为

限转速恒功率模式：转速设定值为额定转速的97％，扭矩设定值为当前阶段的功率设定值除以转速设定值。

限转速恒扭矩模式：转速设定值为最大转速MaxSpeed，当前最小转速(例如，并网转速)为MinSpeed，则在最小转速下Qopt段的最大功率为PowerMaxAtMinSpeed＝kopt×SpeedMin×SpeedMin×SpeedMin，同理可以获得最大转速下Qopt段的最小功率为PowerMinAtMaxSpeed＝kopt×SpeedMax×SpeedMax×SpeedMax。如果当前阶段的功率设定值power小于PowerMaxAtMinSpeed，则当前阶段的扭矩设定值为power/MinSpeed，转速设定值为MinSpeed；如果当前阶段的功率设定值power大于PowerMinAtMaxSpeed，则当前阶段的扭矩设定值为power/MaxSpeed，转速设定值为MaxSpeed；如果当前阶段的功率设定值power在两者之间，则扭矩设定值为

转速设定值为

此外，还可将指示发电状态下变流器入口功率与变流器出口功率的比值的功率损耗表输入控制参数解析子单元604，控制参数解析子单元604还可以根据发电状态下变流器入口功率与变流器出口功率的比值来解析风力发电机组的扭矩设定值和转速设定值。可选地，可以将通过电能表测量的网侧功率输入控制参数解析子单元604，使得当风力发电机组处于当前设定满发状态时，保证网侧功率与功率设定值一致。

控制参数解析子单元604将计算出的转速设定值和扭矩设定值输出给算法单元102。算法单元102可以根据转速设定值和扭矩设定值执行相应的算法，生成转速控制指令和扭矩控制指令，将转速控制指令和扭矩控制指令发送给执行机构12。例如，算法单元102可以将转速控制指令和扭矩控制指令发送给风力发电机组的变流器和变桨电机，使得风力发电机组的运行在保证安全的同时提升电网友好性，并且具备良好的可扩展性。

图6示出了根据本发明的示例性实施例的由控制系统1实现的控制方法的流程图。

执行步骤S101以接收针对风力发电机组运行的限制要求；执行步骤S102以对限制要求对应的限制值进行修正；执行步骤S103以对限制要求进行分类并确定相应的优先级；执行步骤S104以确定调度决策；执行步骤S105以计算并输出控制参数设定值；执行步骤S106以生成并输出控制指令。

上面已经参照图1至图5描述了控制系统1中的各个组件的具体操作，对于控制方法中的各个步骤可参照图1至图5中的相应描述，在此不再赘述。

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)。

采用根据本发明示例性实施例的控制器、控制系统以及风力发电机组，能够同时对限功率事件、限转速事件、限功率变化率事件和/或转速变化率事件进行决策管理；由于采用设置混合优先级的方式，并且可自定义调度分类，因而能够在保证风力发电机组安全的同时提升电网友好性，并且具备良好的可扩展性。

尽管已参照优选实施例表示和描述了本发明，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和变换。

Claims (13)

1.一种风力发电机组的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：执行机构和控制器，所述控制器包括逻辑控制单元和算法单元，其中：

逻辑控制单元基于针对风力发电机组运行的限制要求，确定所述风力发电机组运行时的控制参数设定值；

算法单元基于所述控制参数设定值执行相应的算法，并生成控制指令，将所述控制指令发送给执行机构；

执行机构基于所述控制指令执行相应的操作，使得所述风力发电机组按照所述控制参数设定值运行；

其中：

所述限制要求对应针对风力发电机组产生的不同事件，包括功率限制要求和/或转速限制要求，功率限制要求具有相应的功率限制值以及功率工作模式，转速限制要求具有相应的转速限制值以及转速工作模式。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述逻辑控制单元包括能量决策单元和控制参数设定单元，其中：

能量决策单元接收所述限制要求，并基于所述限制要求确定调度决策，所述调度决策包括限制值以及工作模式；

控制参数设定单元根据所述调度决策确定所述控制参数设定值。

3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述能量决策单元包括分级调度单元以及调度模式确定单元，其中：

分级调度单元对所述限制要求进行分类，使不同的限制要求类别对应不同的优先级，确定具有最高优先级的限制要求类别，并基于具有最高优先级的限制要求类别确定调度决策中的限制值；

调度模式确定单元基于具有最高优先级的限制要求类别对应的事件确定调度决策中的工作模式。

4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述分级调度单元包括分类子单元以及计算子单元，其中：

分类子单元根据所述限制要求对应的事件对所述限制要求进行分类，使不同的限制要求类别对应不同的优先级，并确定具有最高优先级的限制要求类别；

计算子单元计算具有最高优先级的限制要求类别中的所有限制要求对应的限制值，并选择限制值中的最小值作为调度决策中的限制值。

5.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述能量决策单元还包括保护单元，其中：

保护单元接收所述限制要求，并对限制要求对应的限制值进行修正，以确保限制要求对应的限制值在合理边界内，输出修正后的限制值作为分级调度单元的输入。

6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述保护单元包括：

上限保护子单元以及下限保护子单元，其中：

所述上限保护子单元设定所述限制要求对应的限制值的上限值；

所述下限保护子单元设定所述限制要求对应的限制值的下限值；

当所述限制值高于上限值时，所述限制值将被修正为所述上限值；

当所述限制值低于下限值时，所述限制值将被修正为所述下限值；

当所述限制值在所述上限值与下限值之间时，所述限制值将不被修正。

7.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述控制参数设定单元包括控制参数解析子单元，其中：

所述控制参数解析子单元根据风力发电机组的单绕组使能情况确定风力发电机组运行时的最优增益值，并且基于确定的最优增益值以及所述调度决策确定风力发电机组各运行阶段的扭矩设定值以及转速设定值。

8.根据权利要求7所述的控制系统，其特征在于，所述控制参数设定单元还包括工作模式合并子单元，其中：

当所述调度决策中的工作模式包括功率工作模式和转速工作模式时，工作模式合并子单元根据功率工作模式以及转速工作模式确定合并工作模式，所述控制参数设定单元将所述合并工作模式以及限制值作为新的调度决策输入到所述控制参数解析子单元；

所述控制参数解析子单元基于确定的最优增益值以及新的调度决策确定风力发电机组各运行阶段的扭矩设定值以及转速设定值。

9.根据权利要求8所述的控制系统，其特征在于，所述控制参数设定单元还包括限制值合并子单元，

当所述调度决策中的限制值包括功率限制值和转速限制值时，限制值合并子单元根据功率限制值和转速限制值、确定的最优增益值以及合并工作模式计算转速限制值对应的功率设定值以及功率限制值对应的功率设定值，输出转速限制值对应的功率设定值以及功率限制值对应的功率设定值中的最小值，

所述控制参数设定单元将该最小值以及所述合并工作模式作为新的调度决策输入到所述控制参数解析子单元。

10.根据权利要求7所述的控制系统，其特征在于，所述调度决策还包括功率变化率限制值和/或转速变化率限制值，所述控制参数设定单元还包括变化率限制子单元，其中：

变化率限制子单元根据功率变化率限制值和/或转速变化率限制值确定风力发电机组的每个控制周期的功率变化率限制值和/或转速变化率限制值，所述控制参数设定单元将所述每个控制周期的功率变化率限制值和/或转速变化率限制值以及调度决策中的功率限制值和/或转速限制值作为新的调度决策输入到所述控制参数解析子单元；

所述控制参数解析子单元基于确定的最优增益值以及新的调度决策确定风力发电机组各运行阶段的扭矩设定值以及转速设定值。

11.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，功率限制要求还具有相应的功率变化率限制值，转速限制要求还具有相应的转速变化率限制值，

分类子单元根据所述限制要求的限制值的属性以及所述限制要求对应的事件对所述限制要求进行分类，针对每种属性确定具有最高优先级的限制要求类别；

计算子单元针对每种属性计算具有最高优先级的限制要求类别中的所有限制要求对应的限制值，并选择该限制值中的最小值作为调度决策中的限制值，

其中：功率限制值和转速限制值的属性为第一属性，功率变化率限制值和转速变化率限制值的属性为第二属性。

12.一种风力发电机组的控制器，其特征在于，所述控制器包括逻辑控制单元和算法单元，其中：

逻辑控制单元基于针对风力发电机组运行的限制要求，确定所述风力发电机组运行时的控制参数设定值；

算法单元基于所述控制参数设定值执行相应算法，并生成控制指令，将所述控制指令发送给所述风力发电机组的执行机构，

其中，

所述限制要求对应针对风力发电机组产生的不同事件，包括功率限制要求和/或转速限制要求，功率限制要求具有相应的功率限制值以及功率工作模式，转速限制要求具有相应的转速限制值以及转速工作模式。

13.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括根据权利要求12所述的控制器。

Images