CN113872475B - 风力发电机组及其控制方法和装置、计算机可读存储介质 - Google Patents

风力发电机组及其控制方法和装置、计算机可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种风力发电机组及其控制方法和装置、计算机可读存储介质，所述方法包括：S21、获取所述发电机的转速；S22、根据所述转速，确定所述发电机在进行加阻控制后的输出功率；S23、对所述加阻控制获得的输出功率进行无功功率补偿，使得进行无功功率补偿后的输出功率等于预设功率值。对发电机在进行加阻控制后的输出功率进行无功功率补偿，使得进行无功功率补偿后的输出功率等于预设功率值，使风力发电机的输出功率恒定，这样电网的电压、频率也不会产生波动；同时实现了风力发电机组的加阻控制与发电机的输出功率的解耦。

Description

风力发电机组及其控制方法和装置、计算机可读存储介质
技术领域
本申请涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组及其控制方法和装置、计算机可读存储介质。
背景技术
对于风力发电机组，发电机的功率给定可由转速转矩曲线查表得到，当发电机的转速恒定时，发电机的功率给定如图1中的虚线，功率给定PPS为恒定值。然而，风力发电机组为柔性器件，易受到众多自然因素等的干扰，在其各个环节的谐振点或者激励点会出现周期性振荡。为抑制这些振荡，会向风力发电机组施加主动加阻控制策略来抑制风力发电机组自身的谐振和外部干扰，由主控进行加阻控制后，发电机的输出功率对应的曲线大致为正弦波曲线，如图1中的PMC。
进行加阻控制后得到的发电机的输出功率大小存在波动，而电网所希望得到的上网功率为恒定值，而非含有风力发电机组各种加阻控制所引入的波动值，较大的上网功率波动可能会使电网的电压、频率产生波动。
发明内容
本申请提供一种风力发电机组及其控制方法和装置、计算机可读存储介质。
具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：
第一方面，本申请实施例提供一种风力发电机组的控制方法，其中，风力发电机组包括发电机；所述方法包括：
获取所述发电机的转速；
根据所述转速，确定所述发电机在进行加阻控制后的输出功率；
对所述加阻控制获得的输出功率进行无功功率补偿，使得进行无功功率补偿后的输出功率等于预设功率值。
可选地，所述对所述加阻控制获得的输出功率进行无功功率补偿，使得进行无功功率补偿后的输出功率等于预设功率值，包括：
根据所述加阻控制获得的输出功率，调节所述发电机的无功电流大小以进行无功功率补偿，使得进行无功功率补偿后的输出功率等于预设功率值。
可选地，所述根据所述加阻控制获得的输出功率，调节所述发电机的无功电流大小以进行无功功率补偿，使得进行无功功率补偿后的输出功率等于预设功率值，包括：
根据所述加阻控制获得的输出功率与所述功率值的差值，确定所述发电机的目标无功电流；
根据所述目标无功电流，调节所述发电机的无功电流大小以进行无功功率补偿，使得进行无功功率补偿后的输出功率等于预设功率值。
可选地，所述预设功率值等于不同时刻的所述加阻控制获得的输出功率中的最大值。
可选地，所述风力发电机组还包括变流器，所述方法还包括：
将所述进行无功功率补偿后的输出功率输入所述变流器，使得所述变流器的功率恒定，其中，所述变流器的功率等于所述进行无功功率补偿后的输出功率与所述变流器的损耗功率的差值。
第二方面，本申请实施例提供一种风力发电机组的控制装置，其中，风力发电机组包括发电机；所述风力发电机组的控制装置包括：
数据获取模块，用于获取所述发电机的转速；
控制模块，用于根据所述转速，确定所述发电机在进行加阻控制后的输出功率；
功率补偿模块，用于对所述加阻控制获得的输出功率进行无功功率补偿，使得进行无功功率补偿后的输出功率等于预设功率值。
可选地，所述功率补偿模块在对所述加阻控制获得的输出功率进行无功功率补偿，使得进行无功功率补偿后的输出功率等于预设功率值时，具体用于：
根据所述加阻控制获得的输出功率，调节所述发电机的无功电流大小以进行无功功率补偿，使得进行无功功率补偿后的输出功率等于预设功率值。
可选地，所述功率补偿模块在根据所述加阻控制获得的输出功率，调节所述发电机的无功电流大小以进行无功功率补偿，使得进行无功功率补偿后的输出功率等于预设功率值时，具体用于：
根据所述加阻控制获得的输出功率与所述功率值的差值，确定所述发电机的目标无功电流；
根据所述目标无功电流，调节所述发电机的无功电流大小以进行无功功率补偿，使得进行无功功率补偿后的输出功率等于预设功率值。
可选地，所述预设功率值等于不同时刻的所述加阻控制获得的输出功率中的最大值。
可选地，所述风力发电机组还包括变流器，所述风力发电机组的控制装置还包括：
输出模块，用于将所述进行无功功率补偿后的输出功率输入所述变流器，使得所述变流器的功率恒定，其中，所述变流器的功率等于所述进行无功功率补偿后的输出功率与所述变流器的损耗功率的差值。
第三方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面中任一项所述的风力发电机组的控制方法。
第四方面，本申请实施例提供一种风力发电机组的控制装置，其中，风力发电机组包括发电机；包括一个或多个处理器，用于实现第一方面中任一项所述的风力发电机组的控制方法。
第五方面，本申请实施例提供一种风力发电机组，包括：
发电机；和
第四方面所述的风力发电机组的控制装置，所述风力发电机组的控制装置与所述发电机电连接。
根据本申请实施例提供的技术方案，对发电机在进行加阻控制后的输出功率进行无功功率补偿，使得进行无功功率补偿后的输出功率等于预设功率值，使风力发电机的输出功率恒定，这样电网的电压、频率也不会产生波动；同时，发电机的转矩依然来源于发电机在进行加阻控制后的输出功率，无功功率补偿的方式增加的功率不会对发电机的转矩造成影响，因此对发电机进行加阻控制所需要的转矩依然可以保证，实现了风力发电机组的加阻控制与发电机的输出功率的解耦。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是现有的发电机的输出功率曲线示意图；
图2是本申请一示例性实施例示出的一种风力发电机组的控制方法的流程示意图；
图3是本申请一示例性实施例示出的一种发电机的输出功率曲线示意图；
图4是本申请一示例性实施例示出的一种风力发电机组的结构示意图；
图5是本申请一示例性实施例示出的一种风力发电机的控制装置的结构框图；
图6是本申请另一示例性实施例示出的一种风力发电机的控制装置的结构框图；
图7是本申请另一示例性实施例示出的一种风力发电机的控制装置的结构框图。
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方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请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。
应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
下面结合附图，对本申请的风力发电机组及其控制方法和装置、计算机可读存储介质进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。
本申请实施例的风力发电机组包括发电机和变流器。
图2是本申请一示例性实施例示出的一种风力发电机组的控制方法的流程示意图。参见图2本申请实施例提供的一种风力发电机组的控制方法可包括S21～S23。
其中，在S21中，获取发电机的转速。
发电机的转速可由变流器的速度观测器观测获得。
在S22中，根据转速，确定发电机在进行加阻控制后的输出功率。
该步骤中，先设定功率给定，再对功率给定进行加阻控制，获得发电机在进行加阻控制后的输出功率。如图1所示，功率给定为PPS，进行加阻控制后的发电机的输出功率为PMC。
其中，对功率给定进行加阻控制可在风力发电机组的主控中实现。
在S23中，对加阻控制获得的输出功率进行无功功率补偿，使得进行无功功率补偿后的输出功率等于预设功率值。
在一些实施例中，在实现S23时，根据S22中加阻控制获得的输出功率，调节发电机的无功电流大小以进行无功功率补偿，使得进行无功功率补偿后的输出功率等于预设功率值。示例性地，根据S22中加阻控制获得的输出功率与功率值的差值，确定发电机的目标无功电流；根据目标无功电流，调节发电机的无功电流大小以进行无功功率补偿，使得进行无功功率补偿后的输出功率等于预设功率值。
参见图3，预设功率值大小为PGen，进行无功功率补偿后的输出功率P的计算公式如下：
公式(1)中，PMC为S22中加阻控制获得的发电机的输出功率，Id为目标无功电流，R为发电机的绕组阻值(R为固定值大小)。
根据公式(1)，即可确定目标无功电流Id的大小，再根据目标无功电流Id，调节发电机的无功电流大小，即可实现无功功率补偿，使得进行无功功率补偿后的输出功率等于预设功率值。
本申请实施例中，预设功率值大于或等于不同时刻的加阻控制获得的输出功率中的最大值，可以根据预设时间段内的输出功率的最大值，确定预设功率值，该预设时间段可以根据选择为当前时刻之前某一时刻至当前时刻这个时间段。示例性地，预设功率值等于不同时刻的加阻控制获得的输出功率中的最大值，如此，以最小的目标无功电流Id来调节发电机的无功电流大小，实现无功功率补偿，实现更加简单。
在一些实施例中，风力发电机组的控制方法还可包括：将进行无功功率补偿后的输出功率输入变流器，使得变流器的功率恒定，其中，变流器的功率等于进行无功功率补偿后的输出功率与变流器的损耗功率的差值。如图4所示，发电机依次经变流器的机侧功率模块、网侧功率模块后，接入电网，从而为电网供电。进行无功功率补偿后的输出功率输入变流器后，依次经机侧功率模块、网侧功率模块后，为电网提供稳定的上网功率。
对于变流器：
Pnet＝PGen-Ploss (2)；
公式(2)中，Pnet为变流器输出的上网功率，Ploss为变流器的损耗功率。
其中，变流器的损耗功率Ploss等于恒定值，因此，流器输出的上网功率Pnet也为恒定值，由于发电机侧变流器的功率波动完全由无功功率补偿(即机侧功率模块的功率恒定)，所以变流器机侧送入直流母线的功率为恒定值，直流母线送入变流器网侧的功率也为恒定值(即网侧功率模块的功率恒定)，最终使风力发电机组产生的上网功率恒定(即变流器输出至电网的上网功率恒定)，实现了风力发电机组加阻控制与上网功率的解耦。
本申请的风力发电机组的控制方法，对发电机在进行加阻控制后的输出功率进行无功功率补偿，使得进行无功功率补偿后的输出功率等于预设功率值，使风力发电机的输出功率恒定，这样电网的电压、频率也不会产生波动；同时，发电机的转矩依然来源于发电机在进行加阻控制后的输出功率，无功功率补偿的方式增加的功率不会对发电机的转矩造成影响，因此对发电机进行加阻控制所需要的转矩依然可以保证，实现了风力发电机组的加阻控制与发电机的输出功率的解耦。
图5是本申请一示例性实施例示出的一种风力发电机控制装置的结构框图；请参见图5，风力发电机组的控制装置可包括数据获取模块110、控制模块120以及功率补偿模块130。
其中，数据获取模块110，用于获取发电机的转速。
控制模块120，用于根据转速，确定发电机在进行加阻控制后的输出功率。
功率补偿模块130，用于对加阻控制获得的输出功率进行无功功率补偿，使得进行无功功率补偿后的输出功率等于预设功率值。
在一些实施例中，功率补偿模块130在对加阻控制获得的输出功率进行无功功率补偿，使得进行无功功率补偿后的输出功率等于预设功率值时，具体用于：根据加阻控制获得的输出功率，调节发电机的无功电流大小以进行无功功率补偿，使得进行无功功率补偿后的输出功率等于预设功率值。
在一些实施例中，功率补偿模块130在根据加阻控制获得的输出功率，调节发电机的无功电流大小以进行无功功率补偿，使得进行无功功率补偿后的输出功率等于预设功率值时，具体用于：根据加阻控制获得的输出功率与功率值的差值，确定发电机的目标无功电流；根据目标无功电流，调节发电机的无功电流大小以进行无功功率补偿，使得进行无功功率补偿后的输出功率等于预设功率值。
在一些实施例中，预设功率值等于不同时刻的加阻控制获得的输出功率中的最大值。
在一些实施例中，参见图6，风力发电机组还包括变流器，风力发电机组的控制装置还包括输出模块140。
其中，输出模块140，用于将进行无功功率补偿后的输出功率输入变流器，使得变流器的功率恒定，其中，变流器的功率等于进行无功功率补偿后的输出功率与变流器的损耗功率的差值。
上述装置中各个单元的功能和作用的实现过程具体详见上述方法中对应步骤的实现过程，在此不再赘述。
对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本申请方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
图7是本申请另一示例性实施例示出的一种风力发电机的控制装置的结构框图；本申请实施例的风力发电机的控制装置可包括一个或多个处理器，用于实现上述实施例中的风力发电机组的控制方法。
本申请的风力发电机的控制装置的实施例可以应用在风力发电机上。装置实施例可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。以软件实现为例，作为一个逻辑意义上的装置，是通过其所在风力发电机的处理器将非易失性存储器中对应的计算机程序指令读取到内存中运行形成的。从硬件层面而言，如图7所示，为本申请风力发电机的控制装置所在风力发电机的一种硬件结构图，除了图7所示的处理器、内存、网络接口、以及非易失性存储器之外，实施例中装置所在的风力发电机通常根据该风力发电机的实际功能，还可以包括其他硬件，对此不再赘述。
所述处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
本申请实施例还提供一种风力发电机组，包括发电机和图7所述实施例中的风力发电机组的控制装置，其中，风力发电机组的控制装置与发电机电连接。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述实施例中的风力发电机组的控制方法。
所述计算机可读存储介质可以是前述任一实施例所述的风力发电机的内部存储单元，例如硬盘或内存。所述计算机可读存储介质也可以是风力发电机的外部存储设备，例如所述设备上配备的插接式硬盘、智能存储卡(SmartMedia Card，SMC)、SD卡、闪存卡(Flash Card)等。进一步的，所述计算机可读存储介质还可以既包括风力发电机的内部存储单元也包括外部存储设备。所述计算机可读存储介质用于存储所述计算机程序以及所述风力发电机所需的其他程序和数据，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (11)

1.一种风力发电机组的控制方法，其中，风力发电机组包括发电机；其特征在于，所述方法包括：
获取所述发电机的转速；
根据所述转速，确定所述发电机在进行加阻控制后的输出功率；
对所述加阻控制获得的输出功率进行无功功率补偿，使得进行无功功率补偿后的输出功率等于预设功率值；
所述对所述加阻控制获得的输出功率进行无功功率补偿，使得进行无功功率补偿后的输出功率等于预设功率值，包括：
根据所述加阻控制获得的输出功率，调节所述发电机的无功电流大小以进行无功功率补偿，使得进行无功功率补偿后的输出功率等于预设功率值，其中，所述预设功率值大于或等于不同时刻的所述加阻控制获得的输出功率中的最大值，当所述预设功率值等于不同时刻的加阻控制获得的输出功率中的最大值时，以最小的目标无功电流来调节所述发电机的无功电流大小进行无功功率补偿。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组的控制方法，其特征在于，所述根据所述加阻控制获得的输出功率，调节所述发电机的无功电流大小以进行无功功率补偿，使得进行无功功率补偿后的输出功率等于预设功率值，包括：
根据所述加阻控制获得的输出功率与所述预设功率值的差值，确定所述发电机的目标无功电流；
根据所述目标无功电流，调节所述发电机的无功电流大小以进行无功功率补偿，使得进行无功功率补偿后的输出功率等于预设功率值。
3.根据权利要求1至2任一项所述的风力发电机组的控制方法，其特征在于，所述预设功率值等于不同时刻的所述加阻控制获得的输出功率中的最大值。
4.根据权利要求1所述的风力发电机组的控制方法，其特征在于，所述风力发电机组还包括变流器，所述方法还包括：
将所述进行无功功率补偿后的输出功率输入所述变流器，使得所述变流器的功率恒定，其中，所述变流器的功率等于所述进行无功功率补偿后的输出功率与所述变流器的损耗功率的差值。
5.一种风力发电机组的控制装置，其中，风力发电机组包括发电机；其特征在于，所述风力发电机组的控制装置包括：
数据获取模块，用于获取所述发电机的转速；
控制模块，用于根据所述转速，确定所述发电机在进行加阻控制后的输出功率；
功率补偿模块，用于对所述加阻控制获得的输出功率进行无功功率补偿，使得进行无功功率补偿后的输出功率等于预设功率值；
所述功率补偿模块在对所述加阻控制获得的输出功率进行无功功率补偿，使得进行无功功率补偿后的输出功率等于预设功率值时，具体用于：
根据所述加阻控制获得的输出功率，调节所述发电机的无功电流大小以进行无功功率补偿，使得进行无功功率补偿后的输出功率等于预设功率值，其中，所述预设功率值大于或等于不同时刻的所述加阻控制获得的输出功率中的最大值，当所述预设功率值等于不同时刻的加阻控制获得的输出功率中的最大值时，以最小的目标无功电流来调节所述发电机的无功电流大小进行无功功率补偿。
6.根据权利要求5所述的风力发电机组的控制装置，其特征在于，所述功率补偿模块在根据所述加阻控制获得的输出功率，调节所述发电机的无功电流大小以进行无功功率补偿，使得进行无功功率补偿后的输出功率等于预设功率值时，具体用于：
根据所述加阻控制获得的输出功率与所述预设功率值的差值，确定所述发电机的目标无功电流；
根据所述目标无功电流，调节所述发电机的无功电流大小以进行无功功率补偿，使得进行无功功率补偿后的输出功率等于预设功率值。
7.根据权利要求5至6任一项所述的风力发电机组的控制装置，其特征在于，所述预设功率值等于不同时刻的所述加阻控制获得的输出功率中的最大值。
8.根据权利要求5所述的风力发电机组的控制装置，其特征在于，所述风力发电机组还包括变流器，所述风力发电机组的控制装置还包括：
输出模块，用于将所述进行无功功率补偿后的输出功率输入所述变流器，使得所述变流器的功率恒定，其中，所述变流器的功率等于所述进行无功功率补偿后的输出功率与所述变流器的损耗功率的差值。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1至4任一项所述的风力发电机组的控制方法。
10.一种风力发电机组的控制装置，其中，风力发电机组包括发电机；其特征在于，包括一个或多个处理器，用于实现如权利要求1-4中任一项所述的风力发电机组的控制方法。
11.一种风力发电机组，其特征在于，包括：
发电机；和
权利要求10所述的风力发电机组的控制装置，所述风力发电机组的控制装置与所述发电机电连接。
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