CN113669199A - 海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制方法、系统及装置 - Google Patents

海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制方法、系统及装置 Download PDF

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李铮
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Abstract

本公开提出一种海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制方法、系统及装置，涉及海上风力发电技术领域。该方法包括：获取所述风力发电机组中风机的输出功率以及所述风机的额定功率；将所述输出功率与所述风机的额定功率进行比较,以确定所述输出功率与所述风机的额定功率间的关系；根据所述关系，对所述风力发电机组中的飞轮储能装置的工作状态进行控制。由此，通过获取的风力发电机组中风机的输出功率以及额定功率之间的关系，可以确定出风力发电机组中飞轮储能装置的工作状态，并对其进行控制，以平滑风机的输出功率，从而提高了风力发电机组的稳定性和可靠性。

Description

海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制方法、系统及装置
技术领域
本公开涉及海上风力发电技术领域，具体涉及一种海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制方法、系统及装置。
背景技术
近年来，由于传统化石能源大量消耗造成区域性雾霾以及全球变暖等重大环境问题，大力发展清洁的可再生能源，比如风能、光能等可再生能源，已成为全球的共识。风能作为可再生新能源，由于其具备来源广、储量大以及无污染等优点正日益受到人们的关注。电能作为能源的特殊载体具有清洁、高效环境友好等特点，因此大力发展新能源发电意义重大。
随着人类对海上风资源认识的加深和风能开发技术的进步，风资源的开发出现了从近浅海向深远海发展的趋势，其中，海上浮式风机是深海风能开发的重要方向。
通常，海上浮式风机会受到来流风速、海水波浪等影响，从而可能会影响到海上浮式风机的性能。由此，如何对海上漂浮式单风轮风力发电机组进行控制，以提高期性能，成为当前亟待解决的问题。
发明内容
本公开旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
本公开第一方面实施例提出了一种海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制方法，包括：
获取所述风力发电机组中风机的输出功率以及所述风机的额定功率；
将所述输出功率与所述风机的额定功率进行比较,以确定所述输出功率与所述风机的额定功率间的关系；
根据所述关系，对所述风力发电机组中的飞轮储能装置的工作状态进行控制。
可选的，所述根据所述关系，对所述风力发电机组中的飞轮储能装置的工作状态进行控制，包括：
在所述输出功率大于所述风机的额定功率的情况下，提高所述风力发电机组中的飞轮储能装置的转速；
或者，
在所述输出功率小于或等于所述风机的额定功率的情况下，降低所述风力发电机组中的飞轮储能装置的转速。
可选的，还包括：
获取当前的来流风速；
确定所述飞轮储能装置额定转速下对应的第一风速；
在所述来流风速大于所述第一风速的情况下，提高所述风力发电机组中的飞轮储能装置的转速；
在所述来流风速小于或等于所述第一风速的情况下，降低所述风力发电机组中的飞轮储能装置的转速。
可选的，所述飞轮储能装置的动量矩HM＝JM*(ω+θ)；所述浮式风机的动量矩HG＝(JG-JM)*θ；
来流风速对机组的倾覆力矩M风，满足以下条件：
Figure BDA0003249002220000021
水面波浪对机组的倾覆力矩M浪，满足以下条件：
Figure BDA0003249002220000022
其中：HM——飞轮储能装置的动量矩；
HG——风机的动量矩；
JM——飞轮储能装置转动惯量；
JG——风机的转动惯量；
ω——飞轮储能装置转子角速度；
θ——塔筒轴线与水面法线的夹角；
l——风机顶部与水面之间的距离；
r——风机浸水底面外缘到风机重心与水面垂线之间的距离；
A——风机迎风面的面积；
S——风机湿表面；
C——风阻系数；
ρ——空气密度；
v——来流风速；
ΔP——波浪压力；
n——S的单位外法线矢量；
r——波浪压力作用点相对于风机坐标系的位置向量。
可选的，所述飞轮储能装置的目标转速，满足以下关系：
Figure BDA0003249002220000023
可选的，在所述将所述输出功率与所述风机的额定功率进行比较,以确定所述输出功率与所述风机的额定功率间的关系之后，还包括：
在所述输出功率大于或等于所述风机的额定功率的情况下，获取所述风机当前的转速、桨距角以及额定转速；
在所述风机当前的转速大于额定转速、且当前的转速与额定转速的差值大于或等于阈值的情况下，确定当前的停止变桨转速；
根据预设的风机转速与桨距角的对应关系，确定与所述当前的停止变桨转速对应的桨距角；
根据所述当前的停止变桨转速及所述对应的桨距角，对风机的转速和桨距角进行控制。
本公开第二方面实施例提出了一种海上漂浮式单风轮风力发电机组系统，包括：
浮式风机、浮式风机变流器、升压变压器、飞轮储能装置、飞轮储能变流器以及控制器；
其中，所述浮式风机的发电机定子绕组与所述浮式风机变流器相连，所述浮式风机变流器与所述升压变压器的一端连接，所述升压变压器的另一端与电网相连；
所述飞轮储能装置与所述浮式风机变流器连接，所述飞轮储能变流器与所述浮式风机变流器的连接；
所述控制器，用于对所述飞轮储能装置的工作状态进行控制。
可选的，还包括风速风向仪；
其中，所述风速风向仪安装于所述浮式风机的机舱顶部，用于实时检测浮式风机环境风速和方向，所述风速风向仪的电源由控制器提供，所述风速风向仪的输出信号通过电缆发送给控制器。
本公开第三方面实施例提出了一种海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制装置，包括：
获取模块，用于获取所述风力发电机组中风机输出的功率以及所述风机的额定功率；
确定模块，用于将所述输出功率与所述风机的额定功率进行比较,以确定所述输出功率与所述风机的额定功率的关系；
控制模块，用于根据所述关系，对所述风力发电机组中的飞轮储能装置的工作状态进行控制。
可选的，所述控制模块，具体用于：
在所述输出功率大于所述风机的额定功率的情况下，提高所述风力发电机组中的飞轮储能装置的转速；
或者，
在所述输出功率小于或等于所述风机的额定功率的情况下，降低所述风力发电机组中的飞轮储能装置的转速。
可选的，所述获取模块，还用于获取当前的来流风速；
所述确定模块，还用于确定所述飞轮储能装置额定转速下对应的第一风速；
所述控制模块，还用于在所述来流风速大于所述第一风速的情况下，提高所述风力发电机组中的飞轮储能装置的转速；
所述控制模块，还用于在所述来流风速小于或等于所述第一风速的情况下，降低所述风力发电机组中的飞轮储能装置的转速。
可选的，所述获取模块，还用于在所述输出功率大于或等于所述风机的额定功率的情况下，获取所述风机当前的转速、桨距角以及额定转速；
所述确定模块，还用于在所述风机当前的转速大于额定转速、且当前的转速与额定转速的差值大于或等于阈值的情况下，确定当前的停止变桨转速；
所述控制模块，还用于根据预设的风机转速与桨距角的对应关系，确定与所述当前的停止变桨转速对应的桨距角；
所述控制模块，还用于根据所述当前的停止变桨转速及所述对应的桨距角，对风机的转速和桨距角进行控制。
本公开第四方面实施例提出了一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现如本公开第一方面实施例提出的海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制方法。
本公开第五方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如本公开第一方面实施例提出的海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制方法。
本公开第六方面实施例提出了一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品中的指令处理器执行时，执行本公开第一方面实施例提出的海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制方法。
本公开提供的海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制方法及海上漂浮式单风轮风力发电机组系统，可以先获取风力发电机组中风机的输出功率以及风机的额定功率，之后将输出功率与风机的额定功率进行比较,以确定输出功率与风机的额定功率间的关系，根据输出功率与风机的额定功率间的关系，对风力发电机组中的飞轮储能装置的工作状态进行控制。由此，通过获取的风力发电机组中风机的输出功率以及额定功率之间的关系，可以确定出风力发电机组中飞轮储能装置的工作状态，并对其进行控制，以平滑风机的输出功率，从而提高了风力发电机组的稳定性和可靠性。
本公开附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。
附图说明
本公开上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本公开一实施例所提供的海上漂浮式单风轮风力发电机组系统的结构示意图；
图2为本公开另一实施例所提供的海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制方法的流程示意图；
图3为本公开另一实施例所提供的海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制方法的流程示意图；
图4为本公开另一实施例所提供的海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制方法的流程示意图；
图5为本公开另一实施例所提供的海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制装置的结构示意图；
图6示出了适于用来实现本公开实施方式的示例性电子设备的框图。
具体实施方式
下面详细描述本公开的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本公开，而不能理解为对本公开的限制。
下面参考附图描述本公开实施例的海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制方法、海上漂浮式单风轮风力发电机组系统。
本公开实施例以该海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制方法被配置于海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制装置中来举例说明，该海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制装置可以应用于任一电子设备中，以使该电子设备可以执行海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制功能。
图1为本公开提供的一种海上漂浮式单风轮风力发电机组系统。
如图1所示，该海上漂浮式单风轮风力发电机组系统可以包括：浮式风机、浮式风机变流器、升压变压器、飞轮储能装置、飞轮储能变流器以及控制器。
其中，浮式风机的发电机定子绕组与浮式风机变流器相连，浮式风机变流器与升压变压器的一端连接，升压变压器的另一端与电网相连，飞轮储能装置与飞轮储能变流器连接，飞轮储能变流器与浮式风机变流器的连接，控制器与浮式风机变流器、飞轮储能变流器连接。
其中，浮式风机，可以为浮式单风轮风机，或者也可以为浮式双风轮风机，或者还可以为浮式多风轮风机等等，本公开对此不做限定。
另外，飞轮储能装置，可以为一个，或者也可以为多个；相应的，飞轮储能变流器，可以为一个，或者也可以为多个；可以根据实际需要对飞轮储能装置以及飞轮储能变流器进行调整等等，本公开对此不做限定。
比如，在如图1所示的示意图中，风机为浮式单风轮风机，飞轮储能装置为三个，飞轮储能变流器也为三个等等，本公开对此不做限定。
需要说明的是，在实际实现过程中，可以根据需要对海上漂浮式单风轮风力发电机组系统的结构、数量等进行调整，上述图1中的各结构的数量、形态等只是示意性说明，不能作为对本公开的限定。
可选的，飞轮储能装置可以为盘型飞轮储能装置，相应的，飞轮储能装置的悬浮方式可以为全磁悬浮，或者也可以为磁悬浮与机械顶针轴承组合式磁悬浮等等，本公开对此不做限定。
可以理解的是，在本公开实施例中，在浮式风机的输出功率大于额定功率的情况下，可以提高飞轮储能装置的转速，以吸收能量，提高储能能量；在浮式风机输出的发电功率小于或等于额定功率时，降低飞轮储能装置的转速，以释放能量，稳定浮式风机的状态。从而，本公开实施例，通过对飞轮储能装置进行控制，可以平衡浮式风机的功率波动，稳定机组的运行状态，为机组运行的可靠性和稳定性提供了保障。
本公开实施例提供的海上漂浮式单风轮风力发电机组系统，控制器可以根据浮式风机的输出功率与额定功率的关系，对飞轮储能装置的工作状态进行控制，以稳定机组的运行状态，从而提高了浮式风力发电机组的可靠性和稳定性。
在一种可能的实现方式中，比如，在如图1所示的示意图中，浮式风机变流器可以包括机侧变流器、网侧变流器和直流母线，其中，浮式风机变流器中的机侧变流器和网侧变流器可以通过直流母线相连。
另外，飞轮储能变流器的直流侧可以连接于浮式风机变流器的直流母线，飞轮储能变流器的交流侧可以与飞轮储能装置的电动机定子绕组相连，飞轮储能装置的电动机可以与飞轮本体可以安装在同一个旋转轴上。
其中，飞轮储能装置的电动机，可以为永磁同步电机(permanent magnetsynchronous motor，PMSM)，或者也可以为其他类型的电机等等，本公开对此不做限定。
可选的，若有多台飞轮储能变流器，其可以并联于浮式风机变流器的直流母线，如图1所示。
可选的，飞轮储能装置的安装位置，可以根据浮式风机基础平台的结构形式和重心位置等进行确定，本公开对此不做限定。
比如，对于半潜式风机基础平台，可以将飞轮储能装置设置在三角形平台的三个浮筒内部，并通过机械刚性连接将其固定在基础平台上。或者，对于单柱式漂浮机组，可以将飞轮储能装置设置在单柱基础平台内部，通过刚性机械连接固定于单柱式风机基础平台等等，本公开对此不做限定。
可选的，若有多个飞轮储能装置，其可以满足以下公式：
P飞轮＝P风机/N飞轮 (1)
其中，P飞轮为单个飞轮储能装置的功率，P风机为浮式风机的额定功率，N飞轮为飞轮储能装置的台数N飞轮。
另外，升压变压器低压侧可以与浮式风机变流器网侧变流器相连，升压变压器低压侧可以与电网相连。
从而，本公开实施例中，在浮式风机的输出功率较低时，可以通过控制飞轮储能装置的转速，使得飞轮储能装置释放的能量，通过浮式风机变流器的直流母线传输到浮式风机，从而维持浮式风机的稳定状态；或者，在浮式风机的输出功率较高时，可以通过控制飞轮储能装置的转速，使得飞轮储能装置吸收能量等等，本公开对此不做限定。
或者，也可以通过控制飞轮储能装置的转速，使得飞轮储能装置释放的能量，通过浮式风机变流器的直流母线传输到电网。从而在电网电压、电网功率等发生变化时，比如电网的电压低于额定电压，或者电网的功率低于额定功率的情况下，可以控制飞轮储能装置工作在放电模式下，通过将其释放的能量传输到电网，以平衡电网的电压、功率等，使电网系统保持稳定，从而提高了电网系统的稳定性和可靠性。
可选的，本公开实施例提供的海上漂浮式单风轮风力发电机组系统，还可以包括风速风向仪。
其中，风速风向仪可以安装于浮式风机的机舱顶部，用于实时检测浮式风机环境风速和方向，风速风向仪的电源可以由控制器提供，风速风向仪的输出信号可以通过电缆发送给控制器。
相应的，本公开实施例中，可以通过风速风向仪确定出来流风速的大小，从而，可以根据来流风速的大小，对飞轮储能装置的工作状态进行控制。
比如，可以将飞轮储能装置在额定转速下，对应抑制来流风速对浮式风机产生影响的风速确定为第一风速。在来流风速小于或等于第一风速的情况下，则可以确定飞轮储能装置运行在额定转速范围内，从而可以根据风力发电机组系统中的实时数据，控制飞轮储能装置运行在对外放电的模式，通过对外释放能量，可以降低飞轮储能装置的转速，以平滑风机的输出功率，从而提高风力发电机组的稳定性。
或者，在来流风速大于第一风速的情况下，可以确定飞轮储能装置需要通过吸收浮式风机的输出电能来提高转速，从而增强飞轮储能装置抑制浮式风机受来流风速影响的能力，从而可以控制飞轮储能装置提高转速，运行在充电模式，以保障风力发电机组的稳定运行。
需要说明的是，上述示例只是举例说明，不能作为对本公开实施例中对飞轮储能装置的工作状态以及控制方式等的限定。
从而，本公开实施例中，控制器可以根据来流风速的大小，对飞轮储能装置的工作状态进行控制，以稳定风力发电机组的运行状况。
需要说明的是，在实际实现过程中，可以根据需要对海上漂浮式单风轮风力发电机组系统的结构等进行调整，比如增加电流传感器、电压传感器、转速传感器等等，本公开对此不做限定。
本公开提供的海上漂浮式单风轮风力发电机组系统，控制器可以根据来流风速的大小，对飞轮储能装置的工作状态进行控制，以稳定机组的运行状态，从而提高了浮式风力发电机组的可靠性和稳定性。
图2为本公开实施例所提供的海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制方法的流程示意图。如图2所示，该海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制方法可以包括以下步骤：
步骤201，获取风力发电机组中风机的输出功率以及风机的额定功率。
可以理解的是，本公开提供的海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制方法，可以适用于本公开提供的任一海上漂浮式单风轮风力发电机组系统的结构示意图。
其中，可以通过测量，确定出海上漂浮式单风轮风力发电机组中风机当前的输出功率；或者，也可以根据风力发电机组中风机的输出电压、输出电流等，确定出海上漂浮式单风轮风力发电机组中风机当前的输出功率等等，本公开对此不做限定。
需要说明的是，本公开实施例中，可以采用任何可取的方式，确定海上漂浮式单风轮风力发电机组中风机的输出功率以及额定功率，上述示例不能作为对本公开的限定。
步骤202，将输出功率与风机的额定功率进行比较,以确定输出功率与风机的额定功率间的关系。
可以理解的是，风机处于不同的运行状态的情况下，其对应的输出功率可能不同。
比如，输出功率可以大于风机的额定功率，或者输出功率可以小于风机的额定功率，或者，输出功率还可以等于风机的额定功率等等，本公开对此不做限定。
步骤203，根据输出功率与风机的额定功率间的关系，对风力发电机组中的飞轮储能装置的工作状态进行控制。
其中，可以根据输出功率与风机的额定功率间的关系，确定风力发电机组中的飞轮储能装置的工作状态，并根据该工作状态对飞轮储能装置进行控制。
可选的，在输出功率大于风机的额定功率的情况下，可以确定风机输出的电能较多，此时可以确定风力发电机组中的飞轮储能装置应处于充电模式，并提高飞轮储能装置的转速，以吸收风机输出的多余电能，从而平衡风机的输出功率，保障风力发电机组的稳定运行。
可选的，还可以在输出功率小于或等于风机的额定功率的情况下，则可以确定风机输出的电能不足以维持电网系统的平稳，此时可以确定风力发电机组中的飞轮储能装置应处于放电模式，通过对外释放能量，可以降低飞轮储能装置的转速，从而可以维持风机的输出功率，保障电网系统的稳定。
本公开实施例，可以先获取风力发电机组中风机的输出功率以及风机的额定功率，之后将输出功率与风机的额定功率进行比较,以确定输出功率与风机的额定功率间的关系，根据输出功率与风机的额定功率间的关系，对风力发电机组中的飞轮储能装置的工作状态进行控制。由此，通过获取的风力发电机组中风机的输出功率以及额定功率之间的关系，可以确定出风力发电机组中飞轮储能装置的工作状态，并对其进行控制，以平滑风机的输出功率，从而提高了风力发电机组的稳定性和可靠性。
图3为本公开实施例所提供的海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制方法的流程示意图。如图3所示，该海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制方法可以包括以下步骤：
步骤301，获取当前的来流风速。
可选的，可以通过海上漂浮式单风轮风力发电机组系统中的风速测速仪，获取当前的来流风速；或者，也可以根据气象站实时测得的数据，确定当前的来流风速等等，本公开对此不做限定。
步骤302，确定飞轮储能装置额定转速下对应的第一风速。
其中，第一风速，可以为飞轮储能装置在额定转速下，对应抑制来流风速对浮式风机产生影响时的风速。
从而，对于不同类型、规格的飞轮储能装置，其额定转速下对应的第一风速，可能相同，或者也可能不同等等，本公开对此不做限定。
比如，可以根据飞轮储能装置在额定转速的工作状态，确定其对应的第一风速；或者也可以通过进行测试，确定出飞轮储能装置额定转速下的第一风速等等，本公开对此不做限定。
需要说明的是，可以先执行步骤301，再执行步骤302，或者也可以先执行步骤302，再执行步骤301，或者也可以并行执行步骤301和步骤302等等，本公开对此不做限定。
步骤303，在来流风速大于第一风速的情况下，提高风力发电机组中的飞轮储能装置的转速。
比如说，在来流风速大于第一风速的情况下，可以确定飞轮储能装置可以通过吸收浮式风机的输出电能来提高转速，从而增强飞轮储能装置抑制浮式风机受来流风速影响的能力，从而可以控制飞轮储能装置提高转速，使其运行在充电模式，以保障风力发电机组的稳定运行等等，本公开对此不做限定。
步骤304，在来流风速小于或等于第一风速的情况下，降低风力发电机组中的飞轮储能装置的转速。
比如，在来流风速小于或等于第一风速的情况下，则可以确定飞轮储能装置运行在额定转速范围内，从而可以根据风力发电机组系统中的实时数据，控制飞轮储能装置运行在对外放电的模式，以平滑风机的输出功率，通过对外释放能量，可以降低飞轮储能装置的转速，从而提高风力发电机组的稳定性。
可选的，在实际实现过程中，还可以根据来流风速及波浪振动幅值，确定出飞轮储能装置的目标转速，从而根据飞轮储能装置的目标转速，对飞轮储能装置的转速进行控制。
比如，可以采用如下公式(2)所示的形式，确定飞轮储能装置的动量矩，飞轮储能装置的动量矩，可以表示为：
HM＝JM*(ω+θ) (2)
其中，HM为飞轮储能装置的动量矩，JM为飞轮储能装置转动惯量，ω为飞轮储能装置转子角速度，θ为浮式风机塔筒轴线与水面法线的夹角。
之后，可以采用如下公式(3)所示的形式，确定浮式风力发电机组的动量矩：
HG＝(JG-JM)*θ (3)
其中，HG为浮式风机的动量矩，JG为浮式风机的转动惯量，JM为飞轮储能装置转动惯量，θ为浮式风机塔筒轴线与水面法线的夹角。
之后，可以采用如下公式(4)所示的形式，确定浮式风力发电机组的动量矩：
Figure BDA0003249002220000081
其中，M风为来流风速对机组的倾覆力矩，l为浮式风机顶部与水面之间的距离，C为风阻系数，ρ为空气密度，v为来流风速，A为浮式风机迎风面的面积。
之后，可以采用如下公式(5)所示的形式，确定水面波浪对机组的倾覆力矩：
Figure BDA0003249002220000082
其中，M浪为水面波浪对机组的倾覆力矩，r为浮式风机浸水底面外缘到风机重心与水面垂线之间的距离，S为浮式风机湿表面，ΔP为波浪压力，n为浮式风机湿表面S的单位外法线矢量。
从而，飞轮储能装置的动量矩、浮式风机的动量矩、来流风速对机组的倾覆力矩、水面波浪对机组的倾覆力矩间，可以满足以下关系：
HM+HG＝M风+M浪 (6)
即：
Figure BDA0003249002220000083
从而，本公开实施例中，可以根据监测得到的来流风速、波浪振动幅值等数据，结合以上公式，确定出飞轮储能装置的目标转速，之后可以基于该目标转速，对飞轮储能装置的转速进行控制，从而可以实现飞轮储能装置的动量矩、浮式风机的动量矩与来流风倾覆力矩及波浪倾覆力矩间的平衡，进而保持了海上浮式风机的稳定状态，为风力发电机组的平稳运行提供了条件。
本公开实施例，可以先获取当前的来流风速，之后确定飞轮储能装置额定转速下对应的第一风速，之后可以将来流风速与第一风速进行比较，以确定出二者的关系，在来流风速大于第一风速的情况下，提高风力发电机组中的飞轮储能装置的转速，在来流风速小于或等于第一风速的情况下，降低风力发电机组中的飞轮储能装置的转速。由此，根据获取的当前的来流风速与第一风速之间的关系，可以确定出风力发电机组中飞轮储能装置的工作状态，并对其进行控制，以平滑风机的输出功率，从而提高了风力发电机组的稳定性和可靠性。
图4为本公开实施例所提供的海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制方法的流程示意图。如图4所示，该海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制方法可以包括以下步骤：
步骤401，获取风力发电机组中风机的输出功率以及风机的额定功率。
步骤402，将输出功率与风机的额定功率进行比较,以确定输出功率与风机的额定功率间的关系。
需要说明的是，步骤401和步骤402的具体内容及实现方式，可以参照本公开其他各实施例的说明，此处不再赘述。
步骤403，在输出功率大于或等于风机的额定功率的情况下，获取风机当前的转速、桨距角以及额定转速。
可以理解的是，在飞轮储能装置的转速达到允许运行的转速上限，表明飞轮储能装置无法继续进行储能。若浮式风机的输出功率大于或等于额定转速，表明此时浮式风机输出的电能高于电网系统维持稳定时的电能，此时为了保障系统的稳定，可以获取风机当前的转速、桨距角以及额定转速。
其中，可以通过测量，确定出风机当前的转速、桨距角以及额定转速；或者，也可以根据海上漂浮式单风轮风力发电机组系统中的各类传感器，确定出对应的转速、桨距角以及额定转速等等，本公开对此不做限定。
需要说明的是，本公开实施例中，可以采用任何可取的方式，获取风机当前的转速、桨距角以及额定转速，上述示例不能作为对本公开的限定。
步骤404，在风机当前的转速大于或等于额定转速、且当前的转速与额定转速的差值大于或等于阈值的情况下，确定当前的停止变桨转速。
其中，阈值，可以为提前设定的数值，其也可以根据需要进行调整等等，本公开对此不做限定。
另外，风机的类型、规格不同，其对应的停止变桨转速，可能相同，或者也可能不同等等，本公开对此不做限定。
可选的，本公开实施例中，可以提前设定好第一停止变桨转速，从而在风机当前的转速与额定转速的差值大于阈值的情况下，确定第一停止变桨转速为当前的停止变桨转速。
或者，也可以根据当前的转速与额定转速，确定当前的停止变桨转速。
比如说，风机的额定转速为n0，风机当前的转速为n1，n1与n0的差值为：(n1-n0)，其大于设定的阈值，从而可以确定当前的停止变桨转速为：[n0-(n1-n0)],也即2n0-n1。
需要说明的是，上述示例只是举例说明，不能作为对本公开实施例中，确定当前的停止变桨转速的方式等的限定。
步骤405，根据预设的风机转速与桨距角的对应关系，确定与当前的停止变桨转速对应的桨距角。
比如，当前的停止变桨转速为n,通过在预设的风机转速与桨距角的对应关系中进行遍历查找，可以确定出与n对应的桨距角等等，本公开对此不做限定。
步骤406，根据当前的停止变桨转速及与当前的停止变桨转速对应的桨距角，对风机的转速和桨距角进行控制。
比如，当前的停止变桨转速为n，桨距角为a，则可以控制风机降低转速直到转速变为n，增大风机的桨距角直到桨距角变为a。
需要说明的是，上述示例只是举例说明，不能作为对本公开实施例中对风机的转速和桨距角进行控制的方式等的限定。
本公开实施例中，通过对风机的转速和桨距角进行控制，可以使风机处于平稳运行工作状态，从而提高了风力发电机组的稳定性和可靠性。
在一种可能的实现方式中，可以确定出风机在风速v的情况下，进行旋转时，对应的最大受力桨距角，该桨距角即为初始桨距角。
其中，风速v可以为通过测试确定出的一个较小的数值，或者也可以为提前设定好的一个较小的数值等等，其可以根据需要进行调整，本公开对此不做限定。
可选的，在浮式风机的输出功率大于或等于额定功率的情况下，若确定出的风机当前的桨距角大于初始桨距角，风机当前的转速小于额定转速，且当前中的转速与额定转速的差值大于或等于阈值的情况下，可以确定当前的第二停止变桨转速。
其中，第二停止变桨转速可以为提前设定好的，其可以为提前设定好的任意数值，本公开对此不做限定。
或者，也可以根据当前的转速与额定转速，确定当前的第二停止变桨转速。
比如，风机的额定转速为n0，风机当前的转速为n2，n2与n0的差值为：(n0-n2)，其大于设定的阈值，从而可以确定当前的第二停止变桨转速为：[n0+(n0-n2)],也即2n0-n2。
之后，可以在预设的风机转速与桨距角的对应关系中进行遍历查找，确定出与2n0-n2对应的桨距角b。之后可以控制风机提高转速直到转速变为2n0-n2，减小风机的桨距角，直到桨距角变为b。
需要说明的是，上述示例只是举例说明，不能作为对本公开实施例中对风机的转速和桨距角进行控制的方式等的限定。
本公开实施例中，可以先获取风力发电机组中风机的输出功率以及风机的额定功率，之后将输出功率与风机的额定功率进行比较,以确定输出功率与风机的额定功率间的关系，在输出功率大于或等于风机的额定功率的情况下，获取风机当前的转速、桨距角以及额定转速，之后可以在风机当前的转速大于或等于额定转速、且当前的转速与额定转速的差值大于或等于阈值的情况下，确定当前的停止变桨转速，再根据预设的风机转速与桨距角的对应关系，确定与当前的停止变桨转速对应的桨距角，之后可以根据当前的停止变桨转速及与当前的停止变桨转速对应的桨距角，对风机的转速和桨距角进行控制。由此，通过对风机的转速和桨距角进行控制，可以使风机处于平稳运行工作状态，从而提高了风力发电机组的稳定性和可靠性。
为了实现上述实施例，本公开还提出一种海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制装置。
图5为本公开实施例所提供的海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制装置的结构示意图。
如图5所示，该海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制装置100可以包括：获取模块110、确定模块120以及控制模块130。
获取模块110，用于获取所述风力发电机组中风机的输出功率以及所述风机的额定功率。
确定模块120，用于将所述输出功率与所述风机的额定功率进行比较,以确定所述输出功率与所述风机的额定功率间的关系。
控制模块130，用于根据所述关系，对所述风力发电机组中的飞轮储能装置的工作状态进行控制。
可选的，控制模块130，具体用于：
在所述输出功率大于所述风机的额定功率的情况下，提高所述风力发电机组中的飞轮储能装置的转速；
或者，
在所述输出功率小于或等于所述风机的额定功率的情况下，降低所述风力发电机组中的飞轮储能装置的转速。
可选的，获取模块110，还用于获取当前的来流风速。
确定模块120，还用于确定所述飞轮储能装置额定转速下对应的第一风速。
控制模块130，还用于在所述来流风速大于所述第一风速的情况下，提高所述风力发电机组中的飞轮储能装置的转速。
控制模块130，还用于在所述来流风速小于或等于所述第一风速的情况下，降低所述风力发电机组中的飞轮储能装置的转速。
可选的，获取模块110，还用于在所述输出功率大于或等于所述风机的额定功率的情况下，获取所述风机当前的转速、桨距角以及额定转速。
确定模块120，还用于在所述风机当前的转速大于额定转速、且当前的转速与额定转速的差值大于或等于阈值的情况下，确定当前的停止变桨转速。
确定模块120，还用于根据预设的风机转速与桨距角的对应关系，确定与所述当前的停止变桨转速对应的桨距角。
控制模块130，还用于根据所述当前的停止变桨转速及所述对应的桨距角，对风机的转速和桨距角进行控制。
本公开实施例中的上述各模块的功能及具体实现原理，可参照上述各方法实施例，此处不再赘述。
本公开实施例的海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制装置，可以先获取风力发电机组中风机的输出功率以及风机的额定功率，之后将输出功率与风机的额定功率进行比较,以确定输出功率与风机的额定功率间的关系，根据输出功率与风机的额定功率间的关系，对风力发电机组中的飞轮储能装置的工作状态进行控制。由此，通过获取的风力发电机组中风机的输出功率以及额定功率之间的关系，可以确定出风力发电机组中飞轮储能装置的工作状态，并对其进行控制，以平滑风机的输出功率，从而提高了风力发电机组的稳定性和可靠性。
为了实现上述实施例，本公开还提出一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时，实现如本公开前述实施例提出的海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制方法。
为了实现上述实施例，本公开还提出一种非临时性计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如本公开前述实施例提出的海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制方法。
为了实现上述实施例，本公开还提出一种计算机程序产品，当计算机程序产品中的指令处理器执行时，执行如本公开前述实施例提出的海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制方法。
图6示出了适于用来实现本公开实施方式的示例性电子设备的框图。图6显示的电子设备12仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图6所示，电子设备12以通用计算设备的形式表现。电子设备12的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元16，系统存储器28，连接不同系统组件(包括系统存储器28和处理单元16)的总线18。
总线18表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(Industry StandardArchitecture；以下简称：ISA)总线，微通道体系结构(Micro Channel Architecture；以下简称：MAC)总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会(Video Electronics StandardsAssociation；以下简称：VESA)局域总线以及外围组件互连(Peripheral ComponentInterconnection；以下简称：PCI)总线。
电子设备12典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被电子设备12访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(Random Access Memory；以下简称：RAM)30和/或高速缓存存储器32。电子设备12可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图6未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图6中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如：光盘只读存储器(Compact Disc Read OnlyMemory；以下简称：CD-ROM)、数字多功能只读光盘(Digital Video Disc Read OnlyMemory；以下简称：DVD-ROM)或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。存储器28可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本公开各实施例的功能。
具有一组(至少一个)程序模块42的程序/实用工具40，可以存储在例如存储器28中，这样的程序模块42包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块42通常执行本公开所描述的实施例中的功能和/或方法。
电子设备12也可以与一个或多个外部设备14(例如键盘、指向设备、显示器24等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备12交互的设备通信，和/或与使得该电子设备12能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口22进行。并且，电子设备12还可以通过网络适配器20与一个或者多个网络(例如局域网(Local Area Network；以下简称：LAN)，广域网(Wide Area Network；以下简称：WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器20通过总线18与电子设备12的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备12使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
处理单元16通过运行存储在系统存储器28中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现前述实施例中提及的方法。
本公开的技术方案，可以先获取风力发电机组中风机的输出功率以及风机的额定功率，之后将输出功率与风机的额定功率进行比较,以确定输出功率与风机的额定功率间的关系，根据输出功率与风机的额定功率间的关系，对风力发电机组中的飞轮储能装置的工作状态进行控制。由此，通过获取的风力发电机组中风机的输出功率以及额定功率之间的关系，可以确定出风力发电机组中飞轮储能装置的工作状态，并对其进行控制，以平滑风机的输出功率，从而提高了风力发电机组的稳定性和可靠性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本公开的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本公开的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本公开的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本公开各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果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时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本公开的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本公开的限制，本领域的普通技术人员在本公开的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (15)

1.一种海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制方法，包括：
获取所述风力发电机组中风机的输出功率以及所述风机的额定功率；
将所述输出功率与所述风机的额定功率进行比较,以确定所述输出功率与所述风机的额定功率间的关系；
根据所述关系，对所述风力发电机组中的飞轮储能装置的工作状态进行控制。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述关系，对所述风力发电机组中的飞轮储能装置的工作状态进行控制，包括：
在所述输出功率大于所述风机的额定功率的情况下，提高所述风力发电机组中的飞轮储能装置的转速；
或者，
在所述输出功率小于或等于所述风机的额定功率的情况下，降低所述风力发电机组中的飞轮储能装置的转速。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
获取当前的来流风速；
确定所述飞轮储能装置额定转速下对应的第一风速；
在所述来流风速大于所述第一风速的情况下，提高所述风力发电机组中的飞轮储能装置的转速；
在所述来流风速小于或等于所述第一风速的情况下，降低所述风力发电机组中的飞轮储能装置的转速。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述飞轮储能装置的动量矩HM＝JM*(ω+θ)；所述浮式风机的动量矩HG＝(JG—JM)*θ；
来流风速对机组的倾覆力矩M风，满足以下条件：
Figure FDA0003249002210000011
水面波浪对机组的倾覆力矩M浪，满足以下条件：
Figure FDA0003249002210000012
其中：HM——飞轮储能装置的动量矩；
HG——风机的动量矩；
JM——飞轮储能装置转动惯量；
JG——风机的转动惯量；
ω——飞轮储能装置转子角速度；
θ——塔筒轴线与水面法线的夹角；
l——风机顶部与水面之间的距离；
r——风机浸水底面外缘到风机重心与水面垂线之间的距离；
A——风机迎风面的面积；
S——风机湿表面；
C——风阻系数；
ρ——空气密度；
v——来流风速；
ΔP——波浪压力；
n——S的单位外法线矢量；
r——波浪压力作用点相对于风机坐标系的位置向量。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述飞轮储能装置的目标转速，满足以下关系：
Figure FDA0003249002210000021
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述将所述输出功率与所述风机的额定功率进行比较,以确定所述输出功率与所述风机的额定功率间的关系之后，还包括：
在所述输出功率大于或等于所述风机的额定功率的情况下，获取所述风机当前的转速、桨距角以及额定转速；
在所述风机当前的转速大于额定转速、且当前的转速与额定转速的差值大于或等于阈值的情况下，确定当前的停止变桨转速；
根据预设的风机转速与桨距角的对应关系，确定与所述当前的停止变桨转速对应的桨距角；
根据所述当前的停止变桨转速及所述对应的桨距角，对风机的转速和桨距角进行控制。
7.一种海上漂浮式单风轮风力发电机组系统，包括：
浮式风机、浮式风机变流器、升压变压器、飞轮储能装置、飞轮储能变流器以及控制器；
其中，所述浮式风机的发电机定子绕组与所述浮式风机变流器相连，所述浮式风机变流器与所述升压变压器的一端连接，所述升压变压器的另一端与电网相连；
所述飞轮储能装置与所述飞轮储能变流器连接，所述飞轮储能变流器与所述浮式风机变流器的连接；
所述控制器，用于对所述飞轮储能装置的工作状态进行控制。
8.如权利要求7所述的海上漂浮式单风轮风力发电机组系统，其特征在于，还包括风速风向仪；
其中，所述风速风向仪安装于所述浮式风机的机舱顶部，用于实时检测浮式风机环境风速和方向，所述风速风向仪的电源由控制器提供，所述风速风向仪的输出信号通过电缆发送给控制器。
9.一种海上漂浮式单风轮风力发电机组的控制装置，包括：
获取模块，用于获取所述风力发电机组中风机输出的功率以及所述风机的额定功率；
确定模块，用于将所述输出功率与所述风机的额定功率进行比较,以确定所述输出功率与所述风机的额定功率的关系；
控制模块，用于根据所述关系，对所述风力发电机组中的飞轮储能装置的工作状态进行控制。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述控制模块，具体用于：
在所述输出功率大于所述风机的额定功率的情况下，提高所述风力发电机组中的飞轮储能装置的转速；
或者，
在所述输出功率小于或等于所述风机的额定功率的情况下，降低所述风力发电机组中的飞轮储能装置的转速。
11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，
所述获取模块，还用于获取当前的来流风速；
所述确定模块，还用于确定所述飞轮储能装置额定转速下对应的第一风速；
所述控制模块，还用于在所述来流风速大于所述第一风速的情况下，提高所述风力发电机组中的飞轮储能装置的转速；
所述控制模块，还用于在所述来流风速小于或等于所述第一风速的情况下，降低所述风力发电机组中的飞轮储能装置的转速。
12.如权利要求9所述的装置，其特征在于，
所述获取模块，还用于在所述输出功率大于或等于所述风机的额定功率的情况下，获取所述风机当前的转速、桨距角以及额定转速；
所述确定模块，还用于在所述风机当前的转速大于额定转速、且当前的转速与额定转速的差值大于或等于阈值的情况下，确定当前的停止变桨转速；
所述控制模块，还用于根据预设的风机转速与桨距角的对应关系，确定与所述当前的停止变桨转速对应的桨距角；
所述控制模块，还用于根据所述当前的停止变桨转速及所述对应的桨距角，对风机的转速和桨距角进行控制。
13.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现如权利要求1-6中任一所述的方法。
14.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一所述的方法。
15.一种计算机程序产品，其特征在于，包括计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的方法。
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