CN113381438B - 风电机组的降功率控制方法和装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种风电机组的降功率控制方法和装置，所述降功率控制方法包括：接收限有功功率指令；响应于接收到的限有功功率指令，确定风电机组的制动回路在不同限功率控制方式下所需消耗的能量值；确定制动回路当前的剩余能量值；基于所确定的制动回路当前的剩余能量值和制动回路在不同限功率控制方式下所需消耗的能量值，评估风电机组在不同限功率控制方式下的制动能力；基于针对制动能力的评估结果，对风电机组进行降有功功率控制。采用上述风电机组的降功率控制方法和装置，针对风力发电机组的制动能力在限功率运行前进行在线评估，以有效降低风力发电机组的有功功率，保证并网端的有功输出满足电网要求，实现快速降功率的目的。

Description

风电机组的降功率控制方法和装置
技术领域
本发明总体说来涉及风力发电技术领域，更具体地讲，涉及一种风电机组的降功率控制方法和装置。
背景技术
随着风电等新能源并网占比越来越大，电网对于风电场快速调节功率的要求越来越高，通常会要求风电场在数秒内将有功功率降至50％或者更低，以适应频率的变化。
目前，风电场降有功功率的技术方案为：风电场将“降低有功功率的需求”分配给各个风电机组，风电机组可以通过调节桨叶来降低风能捕捉，同时给变流器下发降低扭矩指令，从而实现降有功功率的目的。在采用上述方式中，快速降低风电机组扭矩，会对风电机组的载荷产生影响，此外，降有功功率的速率由变桨速度决定，一般会在十几秒到几十秒之间，无法满足快速(如在3到5秒内)降有功功率的时间需求。
发明内容
本发明的示例性实施例的目的在于提供一种风电机组的降功率控制方法和装置，以克服上述至少一种缺陷。
在一个总体方面，提供一种风电机组的降功率控制方法，所述降功率控制方法包括：接收限有功功率指令；响应于接收到的限有功功率指令，确定风电机组的制动回路在不同限功率控制方式下所需消耗的能量值，限功率控制方式包括独立限功率控制方式和组合限功率控制方式，其中，独立限功率控制方式指通过单独控制制动回路来消耗有功功率的限功率控制方式，组合限功率控制方式指通过变桨控制方式和控制制动回路的方式来同时消耗有功功率的限功率控制方式；确定制动回路当前的剩余能量值；基于所确定的制动回路当前的剩余能量值和制动回路在不同限功率控制方式下所需消耗的能量值，评估风电机组在不同限功率控制方式下的制动能力；基于针对制动能力的评估结果，对风电机组进行限有功功率控制。
可选地，确定风电机组的制动回路在独立限功率控制方式下所需消耗的能量值的步骤可包括：确定控制风电机组的变流器的网侧输出功率值达到限功率目标值所需的第一时间；确定限有功功率控制指令的恢复时间；根据所确定的第一时间、恢复时间以及限功率目标值，确定制动回路在独立限功率控制方式下所需消耗的能量值。
可选地，根据所确定的第一时间、恢复时间以及限功率目标值，确定制动回路在独立限功率控制方式下所需消耗的能量值的步骤可包括：计算恢复时间与第一时间的差值；将计算得到的差值与限功率目标值的乘积，确定为制动回路在独立限功率控制方式下所需消耗的能量值。
可选地，确定风电机组的制动回路在组合限功率控制方式下所需消耗的能量值的步骤可包括：确定控制风电机组的变流器的网侧输出功率值达到限功率目标值所需的第二时间，其中，第二时间不大于执行限有功功率控制指令的延时要求；确定在变桨控制方式下，使得网侧输出功率值达到限功率目标值所需的第三时间；根据所确定的第二时间、第三时间以及限功率目标值，确定制动回路在组合限功率控制方式下所需消耗的能量值。
可选地，根据所确定的第二时间、第三时间以及限功率目标值，确定制动回路在组合限功率控制方式下所需消耗的能量值的步骤可包括：计算第三时间与第二时间的差值；将计算得到的差值与限功率目标值的乘积的一半，确定为制动回路在组合限功率控制方式下所需消耗的能量值。
可选地，评估风电机组在任一限功率控制方式下的制动能力的步骤可包括：将制动回路当前的剩余能量值与制动回路在所述任一限功率控制方式下所需消耗的能量值进行比较；如果制动回路当前的剩余能量值小于制动回路在所述任一限功率控制方式下所需消耗的能量值，则确定风电机组的制动能力无法满足在所述任一限功率控制方式下的限功率需求；如果制动回路当前的剩余能量值不小于制动回路在所述任一限功率控制方式下所需消耗的能量值，则确定风电机组的制动能力能够满足在所述任一限功率控制方式下的限功率需求。
可选地，基于针对制动能力的评估结果，对风电机组进行限有功功率控制的步骤可包括：将针对制动能力的评估结果发送至风电场控制器；响应于从风电场控制器接收到的限有功功率控制指令，确定风电机组的限功率目标值；根据所确定的限功率目标值和变流器的网侧输出功率值，确定有功电流控制值；基于所确定的有功电流控制值，控制风电机组的变流器运行，以使变流器的网侧输出功率值达到限功率目标值。
可选地，所述限有功功率控制指令中指示了风电场控制器基于评估结果所选择的风电机组的限功率控制方式，其中，所选择的限功率控制方式可包括独立限功率控制方式，可通过以下方式对风电机组进行独立限功率控制方式：检测直流母线电压值，如果所检测的直流母线电压值不小于开启阈值，则启动制动回路，以通过制动回路来消耗风电机组输出的有功功率，或者，所选择的限功率控制方式可包括组合限功率控制方式，可通过以下方式对风电机组进行组合限功率控制方式：控制风电机组执行变桨动作，以降低风电机组输出的有功功率，同时检测直流母线电压值，在所检测的直流母线电压值不小于开启阈值时，启动制动回路，以通过制动回路来消耗风电机组输出的有功功率。
在另一总体方面，提供一种风电机组的降功率控制装置，所述降功率控制装置包括：接收模块，接收限有功功率指令；能量预估模块，响应于接收到的限有功功率指令，确定风电机组的制动回路在不同限功率控制方式下所需消耗的能量值，限功率控制方式包括独立限功率控制方式和组合限功率控制方式，其中，独立限功率控制方式指通过单独控制制动回路来消耗有功功率的限功率控制方式，组合限功率控制方式指通过变桨控制方式和控制制动回路的方式来同时消耗有功功率的限功率控制方式；能量检测模块，确定制动回路当前的剩余能量值；制动能力评估模块，基于所确定的制动回路当前的剩余能量值和制动回路在不同限功率控制方式下所需消耗的能量值，评估风电机组在不同限功率控制方式下的制动能力；限功率控制模块，基于针对制动能力的评估结果，对风电机组进行限有功功率控制。
可选地，能量预估模块可通过以下方式确定风电机组的制动回路在独立限功率控制方式下所需消耗的能量值：确定控制风电机组的变流器的网侧输出功率值达到限功率目标值所需的第一时间；确定限有功功率控制指令的恢复时间；根据所确定的第一时间、恢复时间以及限功率目标值，确定制动回路在独立限功率控制方式下所需消耗的能量值。
可选地，能量预估模块可通过以下方式确定风电机组的制动回路在组合限功率控制方式下所需消耗的能量值：确定控制风电机组的变流器的网侧输出功率值达到限功率目标值所需的第二时间，第二时间不大于执行限有功功率控制指令的延时要求；确定在变桨控制方式下，使得网侧输出功率值达到限功率目标值所需的第三时间；根据所确定的第二时间、第三时间以及限功率目标值，确定制动回路在组合限功率控制方式下所需消耗的能量值。
可选地，制动能力评估模块可通过以下方式评估风电机组在任一限功率控制方式下的制动能力：将制动回路当前的剩余能量值与制动回路在所述任一限功率控制方式下所需消耗的能量值进行比较；如果制动回路当前的剩余能量值小于制动回路在所述任一限功率控制方式下所需消耗的能量值，则确定风电机组的制动能力无法满足在所述任一限功率控制方式下的限功率需求；如果制动回路当前的剩余能量值不小于制动回路在所述任一限功率控制方式下所需消耗的能量值，则确定风电机组的制动能力能够满足在所述任一限功率控制方式下的限功率需求。
可选地，限功率控制模块可包括：发送子模块，将针对制动能力的评估结果发送至风电场控制器；指令接收子模块，响应于从风电场控制器接收到的限有功功率控制指令，确定风电机组的限功率目标值；电流确定子模块，根据所确定的限功率目标值和变流器的网侧输出功率值，确定有功电流控制值；网侧控制子模块，基于所确定的有功电流控制值，控制风电机组的变流器运行，以使变流器的网侧输出功率值达到限功率目标值。
可选地，所述降功率控制装置可设置在风力发电机组的主控制器中或者网侧变流器控制器中。
在另一总体方面，提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序在被处理器执行时实现上述的风电机组的降功率控制方法。
采用上述风电机组的降功率控制方法和装置，针对风电机组的制动能力在限功率运行前进行在线评估，以有效降低风电机组的有功功率，并能够保证并网端的有功功率输出满足电网要求，实现快速降功率的目的。
附图说明
通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的详细描述，本发明示例性实施例的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚。
图1示出根据本发明示例性实施例的风电机组的降功率控制方法的流程图；
图2示出根据本发明示例性实施例的确定制动回路在独立限功率控制方式下所需消耗的能量值的步骤的流程图；
图3示出根据本发明示例性实施例的在独立限功率控制方式下的有功功率变化示意图；
图4示出根据本发明示例性实施例的确定制动回路在组合限功率控制方式下所需消耗的能量值的步骤的流程图；
图5示出根据本发明示例性实施例的在组合限功率控制方式下的有功功率变化示意图；
图6示出根据本发明示例性实施例的对风电机组进行限有功功率控制的步骤的流程图；
图7示出根据本发明示例性实施例的有功功率闭环控制框图；
图8示出根据本发明示例性实施例的制动回路控制框图；
图9示出根据本发明示例性实施例的风电机组的降功率控制装置的框图；
图10示出根据本发明示例性实施例的限功率控制模块的框图；
图11示出根据本发明示例性实施例的降功率控制装置在风力发电机组中的示意图，该实施例中，降功率控制装置以集成设置在网侧变流器控制器中为例进行解释说明；
图12示出根据本发明示例性实施例的控制器的框图。
具体实施方式
现在，将参照附图更充分地描述不同的示例实施例，一些示例性实施例在附图中示出。
图1示出根据本发明示例性实施例的风电机组的降功率控制方法的流程图。
参照图1，在步骤S10中，接收限有功功率指令。
这里，可从风电场控制器来接收限有功功率指令。应理解，在本发明示例性实施例中是在限功率运行前对风电机组的制动能力进行在线评估，也就是说，在步骤S10中接收的限有功功率指令是用于对风电机组的制动能力进行评估的指令，并非是控制风电机组执行限功率操作的控制指令。
在步骤S20中，响应于接收到的限有功功率指令，确定风电机组的制动回路在不同限功率控制方式下所需消耗的能量值。
这里，以永磁直驱风电机组为例，存在如下的能量关系：
Pgrid＝Prec-Pchopper (2)
公式(1)和公式(2)中，Prec表示风电机组的机侧有功功率值，Tn表示风电机组的扭矩值，n表示风电机组的转速值，Pgrid表示风电机组的上网有功功率值，Pchopper表示风电机组的制动回路消耗的有功功率值。这里，有功功率单位为kw，转速的单位为r/min。
在接收到“场级控制”下发的限有功功率指令之后，永磁直驱风电机组在时间t内限有功功率至P％×Pgrid(P％×Pgrid可指限功率目标值，Pgrid指当前的有功功率值，P％为百分数)。
基于上述公式(1)和公式(2)，在本发明示例性实施例中，提出基于制动回路的两种限功率控制方式：一种是，可保持风电机组的转速值和扭矩值不变，启动变流器的制动回路来消耗有功功率，一段时间后，网侧有功功率值恢复正常值，另一种是，通过紧急收桨来降低风电机组机侧的有功功率输入，同时启动制动回路来消耗有功功率，直至机侧的有功功率值降至与网侧有功同等水平。
下面分别介绍这两种限功率控制方式以及确定风电机组的制动回路在不同限功率控制方式下所需消耗的能量值的步骤。
在第一实施例中，限功率控制方式包括独立限功率控制方式。这里，独立限功率控制方式可指通过单独控制制动回路来消耗有功功率的限功率控制方式。
下面参照图2和图3来介绍确定风电机组的制动回路在独立限功率控制方式下所需消耗的能量值的过程。应理解，在下述示例中所列举的确定制动回路在独立限功率控制方式下所需消耗的能量值的方式仅为一示例，本发明不限于此，还可以通过其他方式来确定制动回路在独立限功率控制方式下所需消耗的能量值。
图2示出根据本发明示例性实施例的确定制动回路在独立限功率控制方式下所需消耗的能量值的步骤的流程图。
参照图2，在步骤S201中，确定单独控制风电机组的变流器的网侧输出功率值达到限功率目标值所需的第一时间。
这里，在独立限功率控制方式下，可控制变流器的网侧输出功率值瞬时达到限功率目标值，此时，第一时间近似于零值。
在步骤S202中，确定限有功功率控制指令的恢复时间。
例如，在接收的限有功功率指令中可携带限有功功率控制指令的恢复时间和限功率目标值，此时可通过对接收的限有功功率指令进行解析来获得限有功功率控制指令的恢复时间和限功率目标值。
在步骤S203中，根据所确定的第一时间、恢复时间以及限功率目标值，确定制动回路在独立限功率控制方式下所需消耗的能量值。
例如，可计算恢复时间与第一时间的差值，将计算得到的差值与限功率目标值的乘积，确定为制动回路在独立限功率控制方式下所需消耗的能量值。
图3示出根据本发明示例性实施例的在独立限功率控制方式下的有功功率变化示意图。
如图3所示，P1(t)为在变桨控制方式下网侧输出功率的曲线，P2(t)为网侧单独限功率的输出功率曲线，t1为网侧单独限功率值限功率目标值所需的时间，即，第一时间，t2为限有功功率控制指令的恢复时间，Pgrid为风电机组当前的有功功率值，P％×Pgrid表示限功率目标值。
这里，图3中所示的阴影部分面积为制动回路在独立限功率控制方式下所需消耗的能量值，可利用如下公式计算：
S1＝(t2-t1)×P％×Pgrid (3)
公式(3)中，S1表示阴影部分面积，即，制动回路在独立限功率控制方式下所需消耗的能量值。
在第二实施例中，限功率控制方式包括组合限功率控制方式。这里，组合限功率控制方式可指通过变桨控制方式和控制制动回路的方式来同时消耗有功功率的限功率控制方式。
下面参照图4和图5来介绍确定风电机组的制动回路在组合限功率控制方式下所需消耗的能量值的步骤。应理解，在下述示例中所列举的确定制动回路在组合限功率控制方式下所需消耗的能量值的方式仅为一示例，本发明不限于此，还可以通过其他方式来确定制动回路在组合限功率控制方式下所需消耗的能量值。
图4示出根据本发明示例性实施例的确定制动回路在组合限功率控制方式下所需消耗的能量值的步骤的流程图。
参照图4，在步骤S210中，确定单独控制风电机组的变流器的网侧输出功率值达到限功率目标值所需的第二时间。
这里，在组合限功率控制方式下，可控制变流器的网侧输出功率值按预定变化率逐步下降至限功率目标值。这里，第二时间不大于执行限有功功率控制指令的延时要求，该延时要求可参照风电场的并网设计规范来确定。
在步骤S220中，确定在变桨控制方式下，使得网侧输出功率值达到限功率目标值所需的第三时间。
这里，该第三时间指的是单独通过变桨控制方式(改变桨距角)来控制网侧输出功率值达到限功率目标值所需的时间。
在步骤S230中，根据所确定的第二时间、第三时间以及限功率目标值，确定制动回路在组合限功率控制方式下所需消耗的能量值。
例如，可计算第三时间与第二时间的差值，将计算得到的差值与限功率目标值的乘积的一半，确定为制动回路在组合限功率控制方式下所需消耗的能量值。
图5示出根据本发明示例性实施例的在组合限功率控制方式下的有功功率变化示意图。
如图5所示，P1(t)为在变桨控制方式下网侧输出功率的曲线，P2(t)为网侧单独限功率的输出功率曲线，t3为网侧单独限功率值限功率目标值所需的时间，即，第二时间，t4为变桨控制方式单独限有功至限功率目标值所需的时间，即，第三时间，Pgrid为风电机组当前的有功功率值，P％×Pgrid表示限功率目标值。
这里，图5中所示的阴影部分面积为制动回路在组合限功率控制方式下所需消耗的能量值，可利用如下公式计算：
公式(4)中，S2表示阴影部分面积，制动回路在组合限功率控制方式下所需消耗的能量值。
返回图1，在步骤S30中，确定制动回路当前的剩余能量值。
这里，可确定制动回路自身可消耗的能量设计值，并可通过各种手段来检测和记录制动回路已使用的能量值，本发明对此部分内容不再赘述。可将能量设计值与制动回路已使用的能量值的差值，确定为制动回路当前的剩余能量值。
在步骤S40中，基于所确定的制动回路当前的剩余能量值和制动回路在不同限功率控制方式下所需消耗的能量值，评估风电机组在不同限功率控制方式下的制动能力。
在本发明示例性实施例中，在线评估制动回路的剩余能力是否能够满足降功率需求，并将评估结果上传至风电场控制器。
在一优选示例中，可通过以下方式来评估风电机组在每种限功率控制方式中的任一限功率控制方式下的制动能力。
将制动回路当前的剩余能量值与制动回路在该任一限功率控制方式下所需消耗的能量值进行比较；如果制动回路当前的剩余能量值小于制动回路在该任一限功率控制方式下所需消耗的能量值，则确定风电机组的制动能力无法满足在所述任一限功率控制方式下的限功率需求；如果制动回路当前的剩余能量值不小于(大于或者等于)制动回路在该任一限功率控制方式下所需消耗的能量值，则确定风电机组的制动能力能够满足在该任一限功率控制方式下的限功率需求。
在步骤S50中，基于针对制动能力的评估结果，对风电机组进行限有功功率控制。
下面结合图6和图7来介绍控制网侧输出功率值达到限功率目标值的过程。
图6示出根据本发明示例性实施例的对风电机组进行限有功功率控制的步骤的流程图。图7示出根据本发明示例性实施例的有功功率闭环控制框图。
参照图6，在步骤S501中，将针对制动能力的评估结果发送至风电场控制器。
此时，风电场控制器可基于各种控制策略，来基于所接收到的评估结果选择该风电机组的限功率控制方式，本发明对此部分内容不做限定。
在步骤S502中，响应于从风电场控制器接收到的限有功功率控制指令，确定风电机组的限功率目标值。
例如，在接收的限有功功率控制指令中可携带限功率目标值，此时可通过对接收的限有功功率控制指令进行解析来获得限功率目标值。
在步骤S503中，根据所确定的限功率目标值和变流器的网侧输出功率值，确定有功电流控制值。
例如，可根据所确定的限功率目标值，确定风电机组的变流器的有功电流限幅值；根据限功率目标值和变流器的网侧输出功率值，确定变流器的有功电流补偿值；根据有功电流限幅值和有功电流补偿值，确定有功电流控制值。
作为示例，参照图7所示，可通过下式来表示限功率目标值与变流器的有功电流限幅值之间的关系：
公式(5)中，P*表示限功率目标值，Ed表示相电压峰值，Id_limit表示变流器的有功电流限幅值。
这里，可基于上述公式(5)来基于限功率目标值和相电压峰值来确定风电机组的变流器的有功电流限幅值。
如图7所示，e-τs表示变流器，Id表示变流器的网侧的有功电流实测值，基于上述公式(5)可利用Id和Ed来获得变流器的网侧的有功功率实测值P。
1/Ts表示积分环节，可计算限功率目标值P*和变流器的网侧输出功率值(即，实测值P)的差值，并通过对计算得到的差值进行积分来获得有功电流补偿值。将有功电流限幅值与有功电流补偿值之和，确定为有功电流控制值，并输送至变流器，从而实现有功功率闭环控制。
在步骤S504中，基于所确定的有功电流控制值，控制风电机组的变流器运行，以使变流器的网侧输出功率值达到限功率目标值，从而快速、精确地完成降有功功率要求。
这里，上述图7所示的有功功率闭环控制过程即为图3和图5中输出功率曲线P2(t)的控制过程。在此基础是哪个，为了消耗掉风电机组的剩余有功功率，还需要开启制动回路，通过制动回路来消耗剩余的有功功率。
在一优选示例中，限有功功率控制指令中还指示了风电场控制器基于评估结果所选择的风电机组的限功率控制方式。
一种情况，所选择的限功率控制方式包括独立限功率控制方式。
在此情况下，可通过以下方式对风电机组进行独立限功率控制方式。
检测直流母线电压值，如果所检测的直流母线电压值小于开启阈值，则不启动制动回路，如果所检测的直流母线电压值不小于(大于或者等于)开启阈值，则启动制动回路，以通过制动回路来消耗风电机组输出的有功功率。
图8示出根据本发明示例性实施例的制动回路控制框图。
当接收到限有功功率控制指令后，网侧可按照图7所示的控制方式进行限功率操作，风电机组多余的有功功率会导致直流母线电压升高。此时，当检测到直流母线电压升高，且到达开启阈值之后，控制制动回路启动，直流母线上的剩余有功功率被制动回路消耗，直至快速降有功功率完成，母线电压恢复正常值。
如图8所示，为制动回路开启目标电压值，Udc为实测直流母线电压值，RE为比例系数，基于反馈的/>与设定的Udc之间的差值来确定PWM的占空比值，两者之间的差值越大则占空比值越大。
另一种情况，所选择的限功率控制方式包括组合限功率控制方式。
在此情况下，可通过以下方式对风电机组进行组合限功率控制方式。
控制风电机组执行变桨动作，以降低风电机组输出的有功功率，与此同时，检测直流母线电压值，在所检测的直流母线电压值不小于开启阈值时，启动制动回路，以通过制动回路来消耗风电机组输出的有功功率。如果所检测的直流母线电压值小于开启阈值时，不启动制动回路。
图9示出根据本发明示例性实施例的风电机组的降功率控制装置105的框图。
如图9所示，根据本发明示例性实施例的风电机组的降功率控制装置100包括：接收模块101、能量预估模块102、能量检测模块103、制动能力评估模块104和限功率控制模块105。
具体说来，接收模块101接收限有功功率指令。
能量预估模块102响应于接收到的限有功功率指令，确定风电机组的制动回路在不同限功率控制方式下所需消耗的能量值。
在第一实施例中，限功率控制方式包括独立限功率控制方式。这里，独立限功率控制方式可指通过单独控制制动回路来消耗有功功率的限功率控制方式。
在此情况下，能量预估模块102可通过以下方式确定风电机组的制动回路在独立限功率控制方式下所需消耗的能量值。
确定单独控制风电机组的变流器的网侧输出功率值达到限功率目标值所需的第一时间；确定限有功功率控制指令的恢复时间；根据所确定的第一时间、恢复时间以及限功率目标值，确定制动回路在独立限功率控制方式下所需消耗的能量值。
这里，在独立限功率控制方式下，可控制网侧输出功率值瞬时达到限功率目标值，此时，第一时间近似于零值，能量预估模块102通过对接收的限有功功率指令进行解析来获得限有功功率控制指令的恢复时间。
此外，能量预估模块102可计算恢复时间与第一时间的差值，将计算得到的差值与限功率目标值的乘积，确定为制动回路在独立限功率控制方式下所需消耗的能量值。
在第二实施例中，限功率控制方式包括组合限功率控制方式。这里，组合限功率控制方式可指通过变桨控制方式和控制制动回路的方式来同时消耗有功功率的限功率控制方式。
在此情况下，能量预估模块102可通过以下方式确定风电机组的制动回路在组合限功率控制方式下所需消耗的能量值。
确定单独控制风电机组的变流器的网侧输出功率值达到限功率目标值所需的第二时间；确定在变桨控制方式下，使得网侧输出功率值达到限功率目标值所需的第三时间；根据所确定的第二时间、第三时间以及限功率目标值，确定制动回路在组合限功率控制方式下所需消耗的能量值。
这里，在组合限功率控制方式下，可控制网侧输出功率值按预定变化率逐步下降至限功率目标值。这里，第二时间不大于执行限有功功率控制指令的延时要求，该延时要求可参照风电场的并网设计规范来确定。
此外，能量预估模块102可计算第三时间与第二时间的差值，将计算得到的差值与限功率目标值的乘积的一半，确定为制动回路在组合限功率控制方式下所需消耗的能量值。
能量检测模块103确定制动回路当前的剩余能量值。
这里，能量检测模块103可基于制动回路自身可消耗的能量设计值与制动回路已使用的能量值，来确定制动回路当前的剩余能量值。
制动能力评估模块104基于所确定的制动回路当前的剩余能量值和制动回路在不同限功率控制方式下所需消耗的能量值，评估风电机组在不同限功率控制方式下的制动能力。
在一优选示例中，制动能力评估模块104可通过以下方式评估风电机组在每种限功率控制方式中的任一限功率控制方式下的制动能力。
例如，将制动回路当前的剩余能量值与制动回路在该任一限功率控制方式下所需消耗的能量值进行比较；如果制动回路当前的剩余能量值小于制动回路在该任一限功率控制方式下所需消耗的能量值，则确定风电机组的制动能力无法满足在该任一限功率控制方式下的限功率需求；如果制动回路当前的剩余能量值不小于制动回路在该任一限功率控制方式下所需消耗的能量值，则确定风电机组的制动能力能够满足在该任一限功率控制方式下的限功率需求。
限功率控制模块105基于针对制动能力的评估结果，对风电机组进行限有功功率控制。
图10示出根据本发明示例性实施例的限功率控制模块105的框图。
如图10所示，根据本发明示例性实施例的限功率控制模块105包括：发送子模块51、指令接收子模块52、电流确定子模块53和网侧控制子模块54。
具体说来，发送子模块51将针对制动能力的评估结果发送至风电场控制器。
此时，风电场控制器可基于各种控制策略，来基于所接收到的评估结果选择该风电机组的限功率控制方式，本发明对此部分内容不做限定。
指令接收子模块52响应于从风电场控制器接收到的限有功功率控制指令，确定风电机组的限功率目标值。
例如，在接收的限有功功率控制指令中可携带限功率目标值，此时指令接收子模块52可通过对接收的限有功功率控制指令进行解析来获得限功率目标值。
电流确定子模块53根据所确定的限功率目标值和变流器的网侧输出功率值，确定有功电流控制值。
例如，电流确定子模块53可根据所确定的限功率目标值，确定风电机组的变流器的有功电流限幅值，根据限功率目标值和变流器的网侧输出功率值，确定变流器的有功电流补偿值，根据有功电流限幅值和有功电流补偿值，确定有功电流控制值。
例如，电流确定子模块53可计算限功率目标值和变流器的网侧输出功率值的差值，将计算得到的差值通过积分来获得有功电流补偿值，将有功电流限幅值与有功电流补偿值之和，确定为有功电流控制值。
网侧控制子模块54基于所确定的有功电流控制值，控制风电机组的变流器运行，以使变流器的网侧输出功率值达到限功率目标值。
在一优选示例中，限有功功率控制指令中还指示了风电场控制器基于评估结果所选择的风电机组的限功率控制方式。
一种情况，所选择的限功率控制方式包括独立限功率控制方式。
在此情况下，根据本发明示例性实施例的限功率控制模块105可还包括：制动控制子模块(图中未示出)，制动控制子模块可通过以下方式对风电机组进行独立限功率控制方式。
制动控制子模块检测直流母线电压值，如果所检测的直流母线电压值小于开启阈值，则不启动制动回路，如果所检测的直流母线电压值不小于开启阈值，则启动制动回路，以通过制动回路来消耗风电机组输出的有功功率。
另一种情况，所选择的限功率控制方式包括组合限功率控制方式。
在此情况下，根据本发明示例性实施例的限功率控制模块105可还包括：组合控制子模块(图中未示出)，组合控制子模块可通过以下方式对风电机组进行组合限功率控制方式。
组合控制子模块控制风电机组执行变桨动作，以降低风电机组输出的有功功率，同时检测直流母线电压值，在所检测的直流母线电压值不小于开启阈值时，启动制动回路，以通过制动回路来消耗风电机组输出的有功功率。如果所检测的直流母线电压值小于开启阈值时，不启动制动回路。
图11示出根据本发明示例性实施例的降功率控制装置在风力发电机组中的示意图。
如图11所示，以风电机组为永磁直驱发动机为例，永磁直驱发动机输出的有功功率经由风电变流器输送至电网。在本示例中，风电变流器包括但不限于机侧功率单元、直流电容、制动回路、网侧功率单元、网侧变流器控制器。作为示例，上述图1所示的风电机组的降功率控制方法可在风电变流器的网侧变流器控制器中执行。
网侧变流器控制器可检测风电变流器的网侧的有功电流实测值及各种电压值，并对风电变流器的网侧输出功率值进行限功率控制。
制动回路可包括但不限于控制开关和制动电阻R，网侧及制动控制器可检测直流母线电压，并在所检测的母线直流电压达到开启阈值之后，基于图8所示的控制方式确定的占空比来控制控制开关动作，将直流母线上多余的能量通过制动回路中的制动电阻转化为热能，散到空气中。
图12示出根据本发明示例性实施例的控制器的框图。
如图12所示，根据本发明示例性实施例的控制器200包括：处理器21和存储器22。
具体说来，存储器22用于存储计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器21执行时实现上述的风电机组的降功率控制方法。
这里，图1所示的风电机组的降功率控制方法可在图12所示的处理器21中执行。也就是说，图9和图10所示的各模块可由数字信号处理器、现场可编程门阵列等通用硬件处理器来实现，也可通过专用芯片等专用硬件处理器来实现，还可完全通过计算机程序来以软件方式实现，例如，可被实现为图12中所示的处理器21中的各个模块。
作为示例，该控制器200可以是上述图11中所示的网侧变流器控制器，也可以是风电机组的主控制器，也可以是风电场控制器，还可以是风电机组中新增设的控制器，本发明对此不做限定。
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风电机组的降功率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)。
根据本发明示例性实施例的风电机组的降功率控制方法和装置，能够确保快速(几秒钟内)降有功功率平稳实现。
此外，根据本发明示例性实施例的风电机组的降功率控制方法和装置，能够在线计算制动回路硬件消耗能量的能力，与制动回路的剩余能量消耗能力比较，判断是否可以满足快速降有功功率要求。
这里，通过“快速降低风电机组扭矩”和“快速降低风电机组转速”的方式也可以达到快速降有功功率的目的，但是“快速降低风电机组扭矩”需要在线评估风电机组载荷，其可实施性和工程应用性较差，“快速降低风电机组转速”需要快速变桨，目前变桨系统为电驱动或者液压驱动，执行机构复杂不能满足几秒钟内快速降低有功功率的目的。基于此，在本发明示例性实施例中提出直接使用变流器现有硬件(制动电阻)的剩余能量消耗能力，不会额外增加硬件成本，并通过结合网侧有功功率闭环控制和制动回路控制，来精确实现风电机组并网口有功功率控制。
在上述降功率控制方法和装置中，变流器网侧快速限功率能够满足电网需求，整机按照可承受的限功率速度进行限功率，可以满足风电机组载荷需求，并延长风电机组寿命。
尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (13)

1.一种风电机组的降功率控制方法，其特征在于，所述降功率控制方法包括：
接收限有功功率指令；
响应于接收到的限有功功率指令，确定风电机组的制动回路在不同限功率控制方式下所需消耗的能量值，限功率控制方式包括独立限功率控制方式和组合限功率控制方式，其中，独立限功率控制方式指通过单独控制制动回路来消耗有功功率的限功率控制方式，组合限功率控制方式指通过变桨控制方式和控制制动回路的方式来同时消耗有功功率的限功率控制方式；
确定制动回路当前的剩余能量值；
基于所确定的制动回路当前的剩余能量值和制动回路在不同限功率控制方式下所需消耗的能量值，评估风电机组在不同限功率控制方式下的制动能力；
基于针对制动能力的评估结果，对风电机组进行限有功功率控制；
其中，基于针对制动能力的评估结果，对风电机组进行限有功功率控制的步骤包括：
将针对制动能力的评估结果发送至风电场控制器；
响应于从风电场控制器接收到的限有功功率控制指令，确定风电机组的限功率目标值；
根据所确定的限功率目标值和变流器的网侧输出功率值，确定有功电流控制值；
基于所确定的有功电流控制值，控制风电机组的变流器运行，以使变流器的网侧输出功率值达到限功率目标值。
2.根据权利要求1所述的降功率控制方法，其特征在于，确定风电机组的制动回路在独立限功率控制方式下所需消耗的能量值的步骤包括：
确定控制风电机组的变流器的网侧输出功率值达到限功率目标值所需的第一时间；
确定限有功功率控制指令的恢复时间；
根据所确定的第一时间、恢复时间以及限功率目标值，确定制动回路在独立限功率控制方式下所需消耗的能量值。
3.根据权利要求2所述的降功率控制方法，其特征在于，根据所确定的第一时间、恢复时间以及限功率目标值，确定制动回路在独立限功率控制方式下所需消耗的能量值的步骤包括：
计算恢复时间与第一时间的差值；
将计算得到的差值与限功率目标值的乘积，确定为制动回路在独立限功率控制方式下所需消耗的能量值。
4.根据权利要求1所述的降功率控制方法，其特征在于，确定风电机组的制动回路在组合限功率控制方式下所需消耗的能量值的步骤包括：
确定控制风电机组的变流器的网侧输出功率值达到限功率目标值所需的第二时间，其中，第二时间不大于执行限有功功率控制指令的延时要求；
确定在变桨控制方式下，使得网侧输出功率值达到限功率目标值所需的第三时间；
根据所确定的第二时间、第三时间以及限功率目标值，确定制动回路在组合限功率控制方式下所需消耗的能量值。
5.根据权利要求4所述的降功率控制方法，其特征在于，根据所确定的第二时间、第三时间以及限功率目标值，确定制动回路在组合限功率控制方式下所需消耗的能量值的步骤包括：
计算第三时间与第二时间的差值；
将计算得到的差值与限功率目标值的乘积的一半，确定为制动回路在组合限功率控制方式下所需消耗的能量值。
6.根据权利要求1所述的降功率控制方法，其特征在于，评估风电机组在任一限功率控制方式下的制动能力的步骤包括：
将制动回路当前的剩余能量值与制动回路在所述任一限功率控制方式下所需消耗的能量值进行比较；
如果制动回路当前的剩余能量值小于制动回路在所述任一限功率控制方式下所需消耗的能量值，则确定风电机组的制动能力无法满足在所述任一限功率控制方式下的限功率需求；
如果制动回路当前的剩余能量值不小于制动回路在所述任一限功率控制方式下所需消耗的能量值，则确定风电机组的制动能力能够满足在所述任一限功率控制方式下的限功率需求。
7.根据权利要求1所述的降功率控制方法，其特征在于，所述限有功功率控制指令中指示了风电场控制器基于评估结果所选择的风电机组的限功率控制方式，
其中，所选择的限功率控制方式包括独立限功率控制方式，通过以下方式对风电机组进行独立限功率控制方式：
检测直流母线电压值，
如果所检测的直流母线电压值不小于开启阈值，则启动制动回路，以通过制动回路来消耗风电机组输出的有功功率，
或者，所选择的限功率控制方式包括组合限功率控制方式，通过以下方式对风电机组进行组合限功率控制方式：
控制风电机组执行变桨动作，以降低风电机组输出的有功功率，
同时检测直流母线电压值，在所检测的直流母线电压值不小于开启阈值时，启动制动回路，以通过制动回路来消耗风电机组输出的有功功率。
8.一种风电机组的降功率控制装置，其特征在于，所述降功率控制装置包括：
接收模块，接收限有功功率指令；
能量预估模块，响应于接收到的限有功功率指令，确定风电机组的制动回路在不同限功率控制方式下所需消耗的能量值，限功率控制方式包括独立限功率控制方式和组合限功率控制方式，其中，独立限功率控制方式指通过单独控制制动回路来消耗有功功率的限功率控制方式，组合限功率控制方式指通过变桨控制方式和控制制动回路的方式来同时消耗有功功率的限功率控制方式；
能量检测模块，确定制动回路当前的剩余能量值；
制动能力评估模块，基于所确定的制动回路当前的剩余能量值和制动回路在不同限功率控制方式下所需消耗的能量值，评估风电机组在不同限功率控制方式下的制动能力；
限功率控制模块，基于针对制动能力的评估结果，对风电机组进行限有功功率控制；
其中，限功率控制模块包括：
发送子模块，将针对制动能力的评估结果发送至风电场控制器；
指令接收子模块，响应于从风电场控制器接收到的限有功功率控制指令，确定风电机组的限功率目标值；
电流确定子模块，根据所确定的限功率目标值和变流器的网侧输出功率值，确定有功电流控制值；
网侧控制子模块，基于所确定的有功电流控制值，控制风电机组的变流器运行，以使变流器的网侧输出功率值达到限功率目标值。
9.根据权利要求8所述的降功率控制装置，其特征在于，能量预估模块通过以下方式确定风电机组的制动回路在独立限功率控制方式下所需消耗的能量值：
确定控制风电机组的变流器的网侧输出功率值达到限功率目标值所需的第一时间；
确定限有功功率控制指令的恢复时间；
根据所确定的第一时间、恢复时间以及限功率目标值，确定制动回路在独立限功率控制方式下所需消耗的能量值。
10.根据权利要求8所述的降功率控制装置，其特征在于，能量预估模块通过以下方式确定风电机组的制动回路在组合限功率控制方式下所需消耗的能量值：
确定单独控制风电机组的变流器的网侧输出功率值达到限功率目标值所需的第二时间，第二时间不大于执行限有功功率控制指令的延时要求；
确定在变桨控制方式下，使得网侧输出功率值达到限功率目标值所需的第三时间；
根据所确定的第二时间、第三时间以及限功率目标值，确定制动回路在组合限功率控制方式下所需消耗的能量值。
11.根据权利要求8所述的降功率控制装置，其特征在于，制动能力评估模块通过以下方式评估风电机组在任一限功率控制方式下的制动能力：
将制动回路当前的剩余能量值与制动回路在所述任一限功率控制方式下所需消耗的能量值进行比较；
如果制动回路当前的剩余能量值小于制动回路在所述任一限功率控制方式下所需消耗的能量值，则确定风电机组的制动能力无法满足在所述任一限功率控制方式下的限功率需求；
如果制动回路当前的剩余能量值不小于制动回路在所述任一限功率控制方式下所需消耗的能量值，则确定风电机组的制动能力能够满足在所述任一限功率控制方式下的限功率需求。
12.根据权利要求8所述的降功率控制装置，其特征在于，所述降功率控制装置设置在风力发电机组的主控制器中或者网侧变流器控制器中。
13.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机程序在被处理器执行时实现如权利要求1至7中任意一项所述的风电机组的降功率控制方法。
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