CN114142717B - 一种风电机组容错运行控制方法及风电机组 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例提供了一种风电机组容错运行控制方法及风电机组，涉及风电机组运行领域。该风电机组容错运行控制方法包括获取表征风电机组的变流器正常可用的子功率模块总容量的第一信号；获取表征风电机组的变流器设计总容量的第二信号；获取表征风电机组的调度限电容量的第三信号；依据所述第一信号和所述第二信号判断所述风电机组是否处于容错运行模式；在判断所述风电机组处于容错运行模式后，依据所述第一信号、所述第二信号以及第三信号调整风电机组转矩控制曲线，以得到最终输出的变流器的控制转矩。该风电机组容错运行控制方法能够保证变流器的基本运行能力，缓解了变流器在容错运行过程中出现容错运行效果不佳导致容错运行失败的问题。
Description
技术领域
本发明涉及风电机组运行领域，具体而言，涉及一种风电机组容错运行控制方法及风电机组。
背景技术
风电开发逐步走向大基地与深远海地区，市场对于大兆瓦风电机组的需求出现显著增长。大基地与深远海地区大兆瓦机组特别是海上大兆瓦机组，需要更大功率等级的变流器。面向电网，可靠地维持送电电网的稳定是保证风电机组投资收益率的关键，大兆瓦机组对容错控制的可靠性要求也越来越高。
变流器作为风电机组并入电网关键能量转换设备，在风电机组中通常采用模块化配置，即多个子功率模块合并组成大功率变流器。当部分变流器子功率模块出现失效时，风力发电机组需要允许变流器降输出功率容错运行。现有技术中的变流器在容错运行过程中存在容错运行效果不佳导致容错运行失败的问题。
发明内容
本发明提供了一种风电机组容错运行控制方法及风电机组，其能够减缓变流器在容错运行过程中出现容错运行效果不佳导致容错运行失败的问题。
本发明的实施例可以这样实现：
本发明的实施例提供了一种风电机组容错运行控制方法，其包括：
获取表征风电机组的变流器正常可用的子功率模块总容量的第一信号；
获取表征风电机组的变流器设计总容量的第二信号；
获取表征风电机组的调度限电容量的第三信号；
依据所述第一信号和所述第二信号判断所述风电机组是否处于容错运行模式；
在判断所述风电机组处于容错运行模式后，依据所述第一信号、所述第二信号以及第三信号调整风电机组转矩控制曲线，以得到最终输出的变流器的控制转矩。
可选地，所述依据所述第一信号和所述第二信号判断所述风电机组是否处于容错运行模式的步骤包括：
若满足所述风电机组的变流器正常可用的子功率模块总容量小于所述风电机组的变流器设计总容量，则判断所述风电机组处于容错运行模式；若满足所述风电机组的变流器正常可用的子功率模块总容量大于或等于所述风电机组的变流器设计总容量，则判断所述风电机组处于正常运行模式。
可选地，所述依据所述第一信号和所述第二信号，判断所述风电机组是否处于容错运行模式的步骤还包括：
若所述风电机组的变流器正常可用的子功率模块总容量或所述风电机组的变流器设计总容量为电流容量时，通过转换公式将所述电流容量与功率容量进行转换。
可选地，所述转换公式为：
其中，P为功率容量；Ug为发电机的机端电压；I为电流容量；为当前功率因素。
可选地，所述判断所述风电机组处于容错运行模式后，依据所述第一信号、所述第二信号以及第三信号调整风电机组转矩控制曲线，以得到最终输出的变流器的控制转矩的步骤包括：
从变流器子功率模块中确定匹配当前功率输出值的变流模块及其对应参数；
根据最优段转矩控制曲线函数对与变流器容错运行时匹配的转矩曲线进行动态调整，以得到变流器的控制转矩。
可选地，所述从变流器子功率模块中确定匹配当前功率输出值的变流模块及其对应参数的步骤包括：
若所述风电机组的调度限电容量小于或等于所述风电机组的变流器正常可用的子功率模块总容量，则所述风电机组按照所述风电机组的调度限电容量进行功率限制；
若所述风电机组的调度限电容量大于所述风电机组的变流器正常可用的子功率模块总容量，则所述风电机组按照所述风电机组的变流器正常可用的子功率模块总容量进行功率限制。
可选地，所述最优段转矩控制曲线函数为：
Qd＝fcov(PConvCurMax,PConvRate)Qraw
其中，Qd为变流器的控制转矩；fcov(PConvCurMax,PConvRate)为变频器转矩曲线匹配函数；PConvCurMax为所述风电机组的变流器正常可用的子功率模块总容量；PConvRate为风电机组的变流器设计总容量；Qraw为发电机转矩。
可选地，所述发电机转矩的公式为：
其中，ρ为空气密度；Cp为功率系数；R为叶轮半径；λ为叶尖速比；G为齿轮箱增速比；ωg为发动机转速。
可选地，所述变频器转矩曲线匹配函数为：
其中，PConvCurMax为所述风电机组的变流器正常可用的子功率模块总容量；PConvRate为风电机组的变流器设计总容量。
本发明的实施例还提供了一种风电机组，所述风电机组用于执行所述风电机组容错运行控制方法。
本发明实施例的风电机组容错运行控制方法及风电机组的有益效果包括，例如：
该风电机组容错运行控制方法包括获取表征风电机组的变流器正常可用的子功率模块总容量的第一信号；获取表征风电机组的变流器设计总容量的第二信号；获取表征风电机组的调度限电容量的第三信号；依据所述第一信号和所述第二信号判断所述风电机组是否处于容错运行模式；在判断所述风电机组处于容错运行模式后，依据所述第一信号、所述第二信号以及第三信号调整风电机组转矩控制曲线，以得到最终输出的变流器的控制转矩。该风电机组容错运行控制方法能够在风电机组处于容错运行的过程中根据第一信号、第二信号以及第三信号对风电机组的转矩控制曲线进行调整，从而得到风电机组在容错运行下最终输出的变流器的控制转矩，保证了变流器的基本运行能力，缓解了变流器在容错运行过程中出现容错运行效果不佳导致容错运行失败的问题。
该风电机组能够执行风电机组容错运行控制方法，该风电机组容错运行控制方法能够在风电机组处于容错运行的过程中根据第一信号、第二信号以及第三信号对风电机组的转矩控制曲线进行调整，从而得到风电机组在容错运行下最终输出的变流器的控制转矩，保证了变流器的基本运行能力，缓解了变流器在容错运行过程中出现容错运行效果不佳导致容错运行失败的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。
图1为本实施例提供的一种风电机组容错运行控制方法的第一流程图；
图2为本实施例提供的一种风电机组容错运行控制方法的第二流程图；
图3为本实施例提供的变频器转矩曲线匹配函数的示意图；
图4为本实施例提供的一种风电机组的控制图。
图标：100-风电机组；110-发电机；111-变流器；120-风轮；130-控制器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
风电开发逐步走向大基地与深远海地区，市场对于大兆瓦风电机组的需求出现显著增长。大基地与深远海地区大兆瓦机组特别是海上大兆瓦机组，需要更大功率等级的变流器。面向电网，可靠地维持送电电网的稳定是保证风电机组投资收益率的关键，大兆瓦机组对容错控制的可靠性要求也越来越高。
变流器作为风电机组并入电网关键能量转换设备，在风电机组中通常采用模块化配置，即多个子功率模块合并组成大功率变流器。此配置模式为风电行业常用形式。变流器子功率模块可根据实际情况配置。每个变流器子功率模块是可以单独实现将直流电转换为交流电的功能的变流器基本单元，可以通过连接多个变流器子功率模块增加变流器容量。当部分变流器子功率模块出现失效时，风力发电机组需要允许变流器降输出功率容错运行。现有技术中的变流器在容错运行过程中存在容错运行效果不佳导致容错运行失败的问题。
请参考图1-图4，本实施例提供了一种风电机组100，该风电机组100能够执行风电机组100容错运行控制方法，风电机组100可以有效改善上述提到的技术问题，能够减缓变流器111在容错运行过程中出现容错运行效果不佳导致容错运行失败的问题。
请参考图1，该风电机组100容错运行控制方法包括：
S1：获取表征风电机组100的变流器111正常可用的子功率模块总容量的第一信号；
S2：获取表征风电机组100的变流器111设计总容量的第二信号；
S3：获取表征风电机组100的调度限电容量的第三信号；
S4：依据第一信号和第二信号判断风电机组100是否处于容错运行模式；
其中，步骤S1、步骤S2和步骤S3之间的顺序可以相互改变，在此不做具体限定。
具体地，依据第一信号和第二信号判断风电机组100是否处于容错运行模式的步骤包括：
S41：若满足风电机组100的变流器111正常可用的子功率模块总容量小于风电机组100的变流器111设计总容量，则判断风电机组100处于容错运行模式；若满足风电机组100的变流器111正常可用的子功率模块总容量大于或等于风电机组100的变流器111设计总容量，则判断风电机组100处于正常运行模式。
还需要进行说明的是，依据第一信号和第二信号，判断风电机组100是否处于容错运行模式的步骤还包括：
S411：若风电机组100的变流器111正常可用的子功率模块总容量或风电机组100的变流器111设计总容量为电流容量时，通过转换公式将电流容量与功率容量进行转换。
进一步地，转换公式为：
其中，P为功率容量；Ug为发电机110的机端电压；I为电流容量；为当前功率因素。
S5：在判断风电机组100处于容错运行模式后。
请参考图2，具体地，在判断风电机组100处于容错运行模式后，依据第一信号、第二信号以及第三信号调整风电机组100转矩控制曲线，以得到最终输出的变流器111的控制转矩的步骤包括：
S51：从变流器111子功率模块中确定匹配当前功率输出值的变流模块及其对应参数；
具体地，从变流器111子功率模块中确定匹配当前功率输出值的变流模块及其对应参数的步骤包括：
S511：若风电机组100的调度限电容量小于或等于风电机组100的变流器111正常可用的子功率模块总容量，则风电机组100按照风电机组100的调度限电容量进行功率限制；
S512：若风电机组100的调度限电容量大于风电机组100的变流器111正常可用的子功率模块总容量，则风电机组100按照风电机组100的变流器111正常可用的子功率模块总容量进行功率限制。
除此之外，风电机组100处于正常运行模式时，风电机组100按照风电机组100的变流器111正常可用的子功率模块总容量进行功率限制。
还需要进行说明的是，变流器111各子功率模块的额定参数值可以相同，也可以不相同，各子功率模块的故障监测以及切换过程由变流器111自身实现，在此不做具体限定。
S52：根据最优段转矩控制曲线函数对与变流器111容错运行时匹配的转矩曲线进行动态调整，以得到变流器111的控制转矩。
请参考图3，进一步地，最优段转矩控制曲线函数为：
Qd＝fcov(PConvCurMax,PConvRate)Qraw
其中，Qd为变流器111的控制转矩；fcov(PConvCurMax,PConvRate)为变频器转矩曲线匹配函数；PConvCurMax为风电机组100的变流器111正常可用的子功率模块总容量；PConvRate为风电机组100的变流器111设计总容量；Qraw为发电机110转矩。
进一步地，发电机110转矩的公式为：
其中，ρ为空气密度；Cp为功率系数；R为叶轮半径；λ为叶尖速比；G为齿轮箱增速比；ωg为发动机转速。
进一步地，变频器转矩曲线匹配函数为：
其中，PConvCurMax为风电机组100的变流器111正常可用的子功率模块总容量；PConvRate为风电机组100的变流器111设计总容量。
还需要进行说明的是，上述公式中PConvCurMax为风电机组100的变流器111正常可用的子功率模块总功率容量，PConvRate为风电机组100的变流器111设计总功率容量。
当风电机组100的变流器111的子功率模块总容量为电流容量且风电机组100的变流器111设计总容量为总电流容量时，最优段转矩控制曲线函数为：
Qd＝fcov(IConvCurMax,IConvRate)Qraw
其中，Qd为变流器111的控制转矩；fcov(IConvCurMax,IConvRate)为变频器转矩曲线匹配函数；IConvCurMax为所述风电机组100的变流器111正常可用的子功率模块总电流容量；IConvRate为风电机组100的变流器111设计总电流容量；Qraw为发电机110转矩。
变频器转矩曲线匹配函数为：
其中，IConvCurMax为所述风电机组100的变流器111正常可用的子功率模块总电流容量；IConvRate为风电机组100的变流器111设计总电流容量。
需要进行说明的是，本实施例中提及的最优段适用于最优控制段，即MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪)段的风电机组100启动，当风电机组100达到额定转速后的转矩控制依然需要按照现有技术中的控制逻辑进行。请参考图4，其中，风电机组100包括发电机110和风轮120，发电机110包括变流器111，风电机组100外接控制器130，通过控制器130对风电机组100进行远程控制，同时进行数据传输，变流器111通过线缆与控制器130电连接，控制器130用于接收变流器111输出的第一信号以及第二信号。
进一步地，MPPT段对应风电机组100的风轮120转速大于启动转速且小于额定转速的区间。
本实施例提供的一种风电机组100容错运行控制方法及风电机组100至少具有以下优点：
该风电机组100在处于正常运行模式时能够将全部的变流模块投入运行，保证了风电机组100处于最优工作状态。
该风电机组100在处于容错运行模式时，能够根据当前容错运行限制确定变流器111当前最大容量输出值，进一步确定匹配当前容量输出值的变流模块及其对应参数，从而保证了风电机组100具备变流器111容错运行能力。
风电机组100在处于容错运行模式时，变流器111由于部分子功率模块缺失，使得其带载能力受到限制，该风电机组100容错运行方法能够通过调整风电机组100的转矩控制曲线，从而得到最终需要输出的变流器111的控制转矩，从而保证变流器111基本运行能力，实现更加可靠的变流器111容错运行能力。
综上所述，本发明实施例提供了一种风电机组100容错运行控制方法及风电机组100，该风电机组100容错运行控制方法包括获取表征风电机组100的变流器111正常可用的子功率模块总容量的第一信号；获取表征风电机组100的变流器111设计总容量的第二信号；获取表征风电机组100的调度限电容量的第三信号；依据所述第一信号和所述第二信号判断所述风电机组100是否处于容错运行模式；在判断所述风电机组100处于容错运行模式后，依据所述第一信号、所述第二信号以及第三信号调整风电机组100转矩控制曲线，以得到最终输出的变流器111的控制转矩。该风电机组100容错运行控制方法能够在风电机组100处于容错运行的过程中根据第一信号、第二信号以及第三信号对风电机组100的转矩控制曲线进行调整，从而得到风电机组100在容错运行下最终输出的变流器111的控制转矩，保证了变流器111的基本运行能力，缓解了变流器111在容错运行过程中出现容错运行效果不佳导致容错运行失败的问题。
该风电机组100能够执行风电机组100容错运行控制方法，该风电机组100容错运行控制方法能够在风电机组100处于容错运行的过程中根据第一信号、第二信号以及第三信号对风电机组100的转矩控制曲线进行调整，从而得到风电机组100在容错运行下最终输出的变流器111的控制转矩，保证了变流器111的基本运行能力，缓解了变流器111在容错运行过程中出现容错运行效果不佳导致容错运行失败的问题。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种风电机组容错运行控制方法，其特征在于，包括：
获取表征风电机组（100）的变流器（111）正常可用的子功率模块总容量的第一信号；
获取表征风电机组（100）的变流器（111）设计总容量的第二信号；
获取表征风电机组（100）的调度限电容量的第三信号；
依据所述第一信号和所述第二信号判断所述风电机组（100）是否处于容错运行模式；
在判断所述风电机组（100）处于容错运行模式后，依据所述第一信号、所述第二信号以及第三信号调整风电机组（100）转矩控制曲线，以得到最终输出的变流器（111）的控制转矩；
其中，从变流器（111）子功率模块中确定匹配当前功率输出值的变流模块及其对应参数，若所述风电机组（100）的调度限电容量小于或等于所述风电机组（100）的变流器（111）正常可用的子功率模块总容量，则所述风电机组（100）按照所述风电机组（100）的调度限电容量进行功率限制；
若所述风电机组（100）的调度限电容量大于所述风电机组（100）的变流器（111）正常可用的子功率模块总容量，则所述风电机组（100）按照所述风电机组（100）的变流器（111）正常可用的子功率模块总容量风进行功率限制；
根据最优段转矩控制曲线函数对与变流器（111）容错运行时匹配的转矩曲线进行动态调整，以得到变流器（111）的控制转矩。
2.根据权利要求1所述的风电机组容错运行控制方法，其特征在于，所述依据所述第一信号和所述第二信号判断所述风电机组（100）是否处于容错运行模式的步骤包括：
若满足所述风电机组（100）的变流器（111）正常可用的子功率模块总容量小于所述风电机组（100）的变流器（111）设计总容量，则判断所述风电机组（100）处于容错运行模式；若满足所述风电机组（100）的变流器（111）正常可用的子功率模块总容量大于或等于所述风电机组（100）的变流器（111）设计总容量，则判断所述风电机组（100）处于正常运行模式。
3.根据权利要求2所述的风电机组容错运行控制方法，其特征在于，所述依据所述第一信号和所述第二信号，判断所述风电机组（100）是否处于容错运行模式的步骤还包括：
若所述风电机组（100）的变流器（111）正常可用的子功率模块总容量或所述风电机组（100）的变流器（111）设计总容量为电流容量时，通过转换公式将所述电流容量与功率容量进行转换。
4.根据权利要求3所述的风电机组容错运行控制方法，其特征在于，所述转换公式为：
其中，P为功率容量；为发电机（110）的机端电压；I为电流容量；/>为当前功率因素。
5.根据权利要求1所述的风电机组容错运行控制方法，其特征在于，所述最优段转矩控制曲线函数为：
其中，为变流器（111）的控制转矩；/>为变频器转矩曲线匹配函数；/>为所述风电机组（100）的变流器（111）正常可用的子功率模块总容量；/>为风电机组（100）的变流器（111）设计总容量；/>为发电机（110）转矩。
6.根据权利要求5所述的风电机组容错运行控制方法，其特征在于，所述发电机（110）转矩的公式为：
其中，ρ为空气密度；Cp为功率系数；R为叶轮半径；λ为叶尖速比；G为齿轮箱增速比；ωg为发动机转速。
7.根据权利要求5所述的风电机组容错运行控制方法，其特征在于，所述变频器转矩曲线匹配函数为：
其中，为所述风电机组（100）的变流器（111）正常可用的子功率模块总容量；为风电机组（100）的变流器（111）设计总容量。
8.一种风电机组，其特征在于，所述风电机组（100）用于执行权利要求1-7任一项所述的风电机组容错运行控制方法。
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