CN114244209B - 一种双馈风力发电系统及其运行控制方法 - Google Patents

一种双馈风力发电系统及其运行控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种双馈风力发电系统及其运行控制方法，该方法在判断出双馈风力发电机在预设低转差范围内运行且进入预设低转差范围内运行的已运行时间大于预设转矩扰动控制的触发时间之后，对双馈风力发电系统执行预设转矩扰动控制，以使双馈风力发电机脱离预设低转差范围运行，由于该预设低转差范围是根据双馈变流器中的IGBT厂家给定的低转差值得到的，预设转矩扰动控制的触发时间是根据IGBT厂家给出的仿真软件以及双馈风力发电机的T‑n曲线进行计算评估后得到的，可以有效解决双馈变流器在低转差工况下因IGBT结温波动大及长时间单方向导通，导致的相关器件使用寿命短的问题。

Description

一种双馈风力发电系统及其运行控制方法
技术领域
本发明涉及控制技术技术领域，具体涉及一种双馈风力发电系统及其运行控制方法。
背景技术
随着国家“碳达峰、碳中和”战略规划的提出，风电产业进入高速发展的快车道。受限于电力输送能力，我国风资源较为丰富的三北地区无法将电能及时送达电力需求较大的东南及中部地区。由于地理因素，我国东南及中部地区大多数位于低风速区域，因此，低速大功率的双馈风力发电机受到了国内主流厂家的青睐。
相较于常规机型，低速大功率的双馈风力发电机的T(转矩)-n(转速)曲线往往在同步转速点附近需要发出较大的功率，且可能长时间在同步转速点运行，使得该双馈风力发电机的T-n曲线不为常见的单调递增曲线。
双馈风力发电机在同步转速点运行时，双馈风力发电系统的转子侧功率模组基波频率为转差频率，该频率往往较低。双馈变流器在低转差工况下会存在IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)结温波动大及长时间单方向导通的问题，影响相关器件的使用寿命。
发明内容
对此，本申请提供一种双馈风力发电系统及其运行控制方法，以解决双馈变流器在低转差工况下因IGBT结温波动大及长时间单方向导通，导致的相关器件使用寿命短的问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
本发明第一方面公开了一种双馈风力发电系统的运行控制方法，包括：
判断所述双馈风力发电系统中的双馈风力发电机是否在预设低转差范围内运行；
若所述双馈风力发电机在所述预设低转差范围内运行，则判断所述双馈风力发电机进入所述预设低转差范围内运行的已运行时间是否大于预设转矩扰动控制的触发时间；
若所述双馈风力发电机进入所述预设低转差范围内运行的已运行时间大于预设转矩扰动控制触发时间，则对所述双馈风力发电系统执行所述预设转矩扰动控制，以使所述双馈风力发电机脱离所述预设低转差范围运行。
可选地，上述的双馈风力发电系统的运行控制方法中，判断所述双馈风力发电系统中的双馈风力发电机是否在预设低转差范围内运行，包括：
确定出所述双馈风力发电机的当前转差；
判断所述当前转差是否落入所述预设低转差范围；
若判断出所述当前转差落入所述预设低转差范围，则判定所述双馈风力发电机在所述预设低转差范围内运行；
若判断出所述当前转差未落入所述预设低转差范围，则判定所述双馈风力发电机不在所述预设低转差范围内运行。
可选地，上述的双馈风力发电系统的运行控制方法中，若所述预设转矩扰动控制为电磁转矩斜坡扰动控制，则对所述双馈风力发电系统执行所述预设转矩扰动控制，包括：
确定出所述双馈风力发电机脱离所述预设低转差范围运行所需的目标斜坡电磁转矩；
将所述目标斜坡电磁转矩下发至所述双馈风力发电系统中的双馈变流器，以使所述双馈变流器根据所述目标斜坡电磁转矩执行相应的转子电流控制。
可选地，上述的双馈风力发电系统的运行控制方法中，确定出所述双馈风力发电机脱离所述预设低转差范围运行所需的目标斜坡电磁转矩，包括：
确定出所述双馈风力发电机脱离所述预设低转差范围需要注入的斜坡扰动量；
根据所述双馈风力发电机脱离所述预设低转差范围所采用的运行工况和所述斜坡扰动量进行计算，得到所述目标斜坡电磁转矩；
其中，若所采用的运行工况为超同步，则将所述双馈风力发电机的当前负载转矩减去所述斜坡扰动量，得到所述目标斜坡电磁转矩；
若所采用的运行工况为次同步，则将所述双馈风力发电机的当前负载转矩加上所述斜坡扰动量，得到所述目标斜坡电磁转矩。
可选地，上述的双馈风力发电系统的运行控制方法中，确定出所述双馈风力发电机脱离所述预设低转差范围需要注入的斜坡扰动量，包括：
分别确定出所述斜坡扰动量的作用时间和比例系数；
利用所述作用时间和比例系数进行计算，得到所述斜坡扰动量。
可选地，上述的双馈风力发电系统的运行控制方法中，确定出所述斜坡扰动量的作用时间所采用的公式为：t＝T1-T0；
其中，t为斜坡扰动量的作用时间，T1为允许双馈风力发电机在预设低转差范围内运行的时间，T0为双馈风力发电机进入预设低转差范围内运行的已运行时间。
可选地，上述的双馈风力发电系统的运行控制方法中，确定出所述斜坡扰动量的比例系数，包括：
基于转矩计算公式和所述目标电磁转矩的给定公式，得到比例系数计算公式；
利用所述比例系数计算公式进行计算，得到所述斜坡扰动量的比例系数。
可选地，上述的双馈风力发电系统的运行控制方法中，在将所述目标斜坡电磁转矩下发至所述双馈变流器，以使所述双馈变流器根据所述目标斜坡电磁转矩执行相应的转子电流控制之后，还包括：
实时获取所述双馈风力发电机的当前转速；
基于所述双馈风力发电机的当前运行工况，判断所述双馈风力发电机的当前转速与脱离所述预设低转差范围对应的目标转速的关系是否满足预设滞环偏差量条件；
若判断结果为是，则切出所述电磁转矩斜坡扰动控制。
可选地，上述的双馈风力发电系统的运行控制方法中，若所述双馈风力发电机的惯量满足预设要求，则所述预设转矩扰动控制为电磁转矩周期性低频扰动控制；对所述双馈风力发电系统执行所述预设转矩扰动控制，包括：
确定出所述双馈风力发电机脱离所述预设低转差范围对应的目标低频电磁转矩；
将所述目标低频电磁转矩下发至所述双馈变流器，以使所述双馈变流器根据所述目标电磁转矩执行相应的转子电流控制。
可选地，上述的双馈风力发电系统的运行控制方法中，若所述预设转矩扰动控制为负载转矩扰动控制，则对所述双馈风力发电系统执行所述预设转矩扰动控制，包括：
确定出所述双馈风力发电机脱离所述预设低转差范围运行对应的目标负载转矩；
将所述目标负载转矩上传至所述双馈风力发电机，以使所述双馈风力发电机根据所述目标负载转矩调节叶片角度。
可选地，上述的双馈风力发电系统的运行控制方法中，在判断所述双馈风力发电系统中的双馈风力发电机是否在预设低转差范围内运行之后，若判断出所述双馈风力发电机在所述预设低转差范围内运行，则还包括：
判断所述双馈风力发电机进入所述预设低转差范围内运行的已运行时间是否大于预警保护值；
若判断结果为是，则控制所述双馈风力发电系统中的双馈变流器主动停机。
本发明第二方面公开了一种双馈风力发电系统，包括：双馈风力发电机及双馈变流器；
其中，所述双馈风力发电机的定子侧连接电网，所述双馈风力发电机的转子侧通过所述双馈变流器连接电网，以通过如第一方面公开的任一项所述的双馈风力发电系统的运行控制方法，使双馈风力发电机脱离预设低转差范围运行。
本发明提供的双馈风力发电系统的运行控制方法，该方法首先判断双馈风力发电系统中的双馈风力发电机是否在预设低转差范围内运行；若双馈风力发电机在预设低转差范围内运行，则判断双馈风力发电机进入预设低转差范围内运行的已运行时间是否大于预设转矩扰动控制的触发时间；若双馈风力发电机进入预设低转差范围内运行的已运行时间大于预设转矩扰动控制触发时间，则对双馈风力发电系统执行预设转矩扰动控制，以使双馈风力发电机脱离预设低转差范围运行，由于该预设低转差范围是根据双馈变流器中的IGBT厂家给定的低转差值得到的，预设转矩扰动控制的触发时间是根据IGBT厂家给出的仿真软件以及双馈风力发电机的T-n曲线进行计算评估后得到的，可以有效解决双馈变流器在低转差工况下因IGBT结温波动大及长时间单方向导通，导致的相关器件使用寿命短的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种IGBT寿命曲线图；
图2为本申请实施例提供的一种双馈风力发电系统的运行控制方法的流程图；
图3为本申请实施例提供的一种电机是否在预设低转差范围内运行的流程图；
图4至图6为本申请实施例提供的三种对双馈风力发电系统执行预设转矩扰动控制的流程图；
图7为本申请实施例提供的一种双馈风力发电系统的运行控制方法的流程图；
图8为本申请实施例提供的一种双馈风力发电系统的结构示意图；
图9为本申请实施例提供的一种转子电流控制的控制框图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
首先需要说明的是，据发明人研究发现，结温波动会加速IGBT内部键合线老化脱落，降低器件寿命。双馈风力发电系统的转差频率越低，结温报波动越大。IGBT厂家给出的器件寿命曲线可如图1所示，结温波动从30K增大至40K，器件的可循环寿命将减少一半。
然而，双馈风力发电系统中的双馈变流器在低转差工况下运行，机侧电流方向长时间保持在一个方向，会导致单相模组中的IGBT或者DIODE持续导通。相较于高频运行工况下的IGBT和DIODE(二极管)快速交替导通，器件的热积累效应更加明显，芯片过热失效风险高。
基于上述，本申请提供一种双馈风力发电系统的运行控制方法，以解决双馈变流器在低转差工况下因IGBT结温波动大及长时间单方向导通，导致的相关器件使用寿命短的问题。
请参见图2，该双馈风力发电系统的运行控制方法可以包括如下步骤：
S100、判断双馈风力发电系统中的双馈风力发电机是否在预设低转差范围内运行。
其中，预设低转差范围是根据双馈风力发电系统中双馈变流器中的IGBT厂家给定的低转差值得到的。
实际应用中，可以分别以双馈变流器中IGBT厂家给出的低转差值的正负值作为预设低转差范围的上下限值。
假设，该低转差为0.1，则该预设低转差范围为-0.1～+0.1，也即上限值为+0.1，下限值为-0.1。
需要说明的是，除上述外，低转差值的具体取值还可以视具体应用环境和用户需求确定，本申请不作具体限定，均属于本申请的保护范围。
实际应用中，执行步骤S100、判断双馈风力发电系统中的双馈风力发电机是否在预设低转差范围内运行的具体过程可如图3所示，主要包括如下步骤：
S200、确定出双馈风力发电机的当前转差。
其中，可以先获取双馈风力发电机的当前转速，然后根据双馈风力发电机的当前转速和同步转速进行计算，得到双馈风力发电机的当前转差。
具体的，可利用公式进行计算，得到该双馈风力发电机的当前转差s。其中，ω表示双馈风力发电机的当前转速，ωn表示双馈风力发电机的同步转速。
S202、判断当前转差是否落入预设低转差范围。
若判断出当前转差落入预设低转差范围，则执行步骤S204；若判断出当前转差未落入预设低转差范围，则执行步骤S206。
S204、判定双馈风力发电机在预设低转差范围内运行。
实际应用中，若判断出双馈风力发电机的当前转差落入预设低转差范围，则可说明双馈风力发电机在预设低转差范围内运行。
S206、判定双馈风力发电机不在预设低转差范围内运行。
实际应用中，若判断出双馈风力发电机的当前转差未落入预设低转差范围，则可说明双馈风力发电机不在预设低转差范围内运行。
若双馈风力发电机在预设低转差范围内运行，也即判断出双馈风力发电系统中的双馈风力发电机在预设转差范围内运行，则执行步骤S102。
S102、判断双馈风力发电机进入预设低转差范围内运行的已运行时间是否大于预设转矩扰动控制的触发时间。
其中，预设转矩扰动控制的触发时间是根据IGBT厂家给出的仿真软件以及双馈风力发电机的T-n曲线进行计算评估后得到的。具体的，可以先根据双馈风力发电机的T-n曲线，通过双馈变流器中IGBT厂家给出的仿真软件计算评估IGBT在预设频率范围内的推荐运行时间，然后综合考虑实际应用环境和用户需求，取小于推荐运行时间的时间作为预设转矩扰动控制的触发时间。例如，假设所得的推荐运行时间为10s，则预设转矩扰动控制的触发时间可以取8s、6s等等。
若判断出双馈风力发电机进入预设低转差范围内运行的已运行时间大于预设转矩扰动控制的触发时间，则执行步骤S104。
S104、对双馈风力发电系统执行预设转矩扰动控制，以使双馈风力发电机脱离预设低转差范围运行。
实际应用中，根据转矩计算公式Tl为双馈风力发电机的负载转矩，Te为双馈风力发电机的电磁转矩，J为双馈风力发电机的惯量，ω为双馈风力发电机的转速，可知可以通过电磁转矩扰动或者负载转矩扰动的方式实现双馈风力发电系统的扰动控制，以使双馈风力发电机脱离预设低转差范围运行。
情况1：若该预设转矩扰动控制为电磁转矩斜坡扰动控制，则执行步骤S102中对双馈风力发电系统执行预设转矩扰动控制的具体过程可以图4，主要包括如下步骤：
S300、确定出双馈风力发电机脱离预设低转差范围运行所需的目标斜坡电磁转矩。
实际应用中，可以先确定出双馈风力发电机脱离预设低转差范围需要注入的斜坡扰动量，然后根据双馈风力发电机脱离预设低转差范围所采用的运行工况和斜坡扰动量进行计算，得到目标斜坡电磁转矩。
其中，若双馈风力发电机脱离预设低转差范围所采用的运行工况为超同步，则可以将双馈风力发电机的当前负载转矩减去斜坡扰动量，得到目标斜坡电磁转矩。换言之，可以通过Te＝Tl-kt得到目标斜坡电磁转矩Te。
若双馈风力发电机脱离预设低转差范围所采用的运行工况为次同步，则可以将双馈风力发电机的当前负载转矩加上斜坡扰动量，得到目标斜坡电磁转矩。换言之，可以通过Te＝Tl+kt得到目标斜坡电磁转矩Te。
具体的，Tl为双馈风力发电机的当前负载转矩，k为斜坡扰动量的比例系数，t为斜坡扰动量的作用时间。
实际应用中，确定出双馈风力发电机脱离预设低转差范围需要注入的斜坡扰动量的具体过程可以先分别确定出斜坡扰动量的作用时间和比例系数，然后利用作用时间和比例系数进行计算，得到斜坡扰动量。
具体的，确定出所述斜坡扰动量的作用时间所采用的公式可以为：t＝T1-T0；其中，t为斜坡扰动量的作用时间，T1为允许双馈风力发电机在预设低转差范围内运行的时间，T0为双馈风力发电机进入预设低转差范围内运行的已运行时间。
需要说明的是，允许双馈风力发电机在预设低转差范围内运行的时间可以是根据双馈风力发电机的T-n曲线，通过双馈变流器中IGBT厂家给出的仿真软件计算评估IGBT在不同频率范围内推荐的运行时间，结合实际应用情况，综合考虑后得到的。其中，该允许双馈风力发电机在预设低转差范围内运行的时间一般小于厂家给出的推荐运行时间，大于预设转矩扰动控制的触发时间。
而实际应用中，可以基于转矩计算公式和目标电磁斜坡转矩的给定公式，得到比例系数计算公式；然后再利用比例系数计算公式进行计算，得到斜坡扰动量的比例系数。其中，该比例系数计算公式可以为：Δω为脱离预设低转差范围对应的调整转速，J为双馈风力发电机的惯量，t斜坡扰动量的作用时间。
需要说明的是，可以先计算出预设低转差范围的上限值所对应的极限转速，然后对极限转速和当前转速取绝对值，得到该脱离预设低转差范围对应的调整转速Δω。
还需要说明的是，实际应用中为了保证系统控制的稳定性，在确定出双馈风力发电机脱离所述预设低转差范围需要注入的斜坡扰动量之后，还可以判断该斜坡扰动量是否大于预设斜坡扰动量的上限值，若大于，则可以将预设斜坡扰动量的上限值作为最终的斜坡扰动量。
综合上述，假设预设斜坡扰动量的上限为Tm，切入电磁转矩斜坡扰动控制时刻双馈风力发电机的当前负载转矩为Tl，由于电磁转矩斜坡扰动作用时间较短，可认为当前负载转矩Tl不变，设定目标斜坡电磁转矩的给定公式为：Te＝Tl±kt，kt±Tm；根据转矩计算公式可得到/>
S302、将目标斜坡电磁转矩下发至双馈风力发电系统中的双馈变流器，以使双馈变流器根据目标斜坡电磁转矩执行相应的转子电流控制。
实际应用中，在计算出双馈风力发电机脱离预设低转差范围运行所需要的目标斜坡电磁转矩之后，可以将该目标斜坡电磁转矩下发至双馈变流器，双馈变流器在接收到该目标斜坡电磁转矩之后，根据目标斜坡电磁转矩执行相应的转子电流控制过程可以如下：
根据双馈风力发电机的电磁转矩计算公式、定子有功功率计算、定子有功电流计算及转子有功电流计算公式进行计算，得到转子有功电流给定值。
其中，电磁转矩计算公式为定转子电流计算公式为/>定子有功电流计算公式为/>转子有功电流计算公式为Ird＝Isd/N。
转子有功电流给定值可以为
需要说明的是，转子电流控制的控制框图可如图9所示。关于转子电流控制的具体过程还可以参见现有技术，本申请不再一一赘述。
实际应用中，在执行步骤S300、将目标斜坡电磁转矩下发至双馈变流器，以使双馈变流器根据目标斜坡电磁转矩执行相应的转子电流控制之后，该双馈风力发电系统的运行控制方法还可以包括如下步骤：
S400、实时获取双馈风力发电机的当前转速。
其中，可以通过软件计算的方式，获取到双馈风力发电机的当前转速；当然，并不仅限于此，还可以采用现有方式获取到双馈风力发电机的当前转速，均在本申请的保护范围内。
S402、基于双馈风力发电机的当前运行工况，判断双馈风力发电机的当前转速与脱离预设低转差范围对应的目标转速的大小关系是否满足预设滞环偏差量条件。
其中，若双馈风力发电机的当前运行工况为超同步，满足预设滞环偏差量条件可以是：双馈风力发电机的当前转速与脱离预设低转差范围对应的目标转速之间的差值大于滞环偏差量。
换言之，假设双馈风力发电机的当前转速为ωx，脱离预设低转差范围对应的目标转速为ω2，滞环偏差量为δ，则满足预设滞环偏差量条件为：ωx＞ω2+δ。
若双馈风力发电机的当前运行工况为次同步，满足预设置滞环偏差量条件可以是：脱离预设低转差范围对应的目标转速与双馈风力发电机的当前转速之间的差值大于滞环偏差量。
换言之，假设双馈风力发电机的当前转速为ωx，脱离预设低转差范围对应的目标转速为ω3，滞环偏差量为δ，则满足预设滞环偏差量条件为：ωx＜ω3-δ。
需要说明的是，若双馈风力发电机的当前运行工况为超同步，脱离预设低转差范围对应的目标转速为：该预设低转差范围的上限值在超同步工况下的转速；若双馈风力发电机处于次同步工况，脱离预设低转差范围对应的目标转速为：该预设低转差范围的上限值在次同步工况下的转速。
还需要说明的是，滞环偏差量δ的具体取值可视具体应用环境和用户需求确定，本申请对其不作具体限定，均在本申请的保护范围内。
若判断出双馈风力发电机的当前转速与脱离预设低转差范围对应的目标转速的关系满足预设滞环偏差量条件，也即超同步工况下双馈风力发电机的当前转速大于ω2+δ，次同步工况下双馈风力发电机的当前转速小于ω3-δ，则执行步骤S404。
S404、切出电磁转矩斜坡扰动控制。
需要说明的是，当基于双馈风力发电机的当前运行工况，判断出双馈风力发电机的当前转速与脱离预设低转差范围对应的目标转速的关系满足预设滞环偏差量条件，可说明双馈风力发电机当前已不在预设低转差范围内运行，可以切除电磁转矩斜坡扰动控制。并且，满足预设滞环偏差条件还可避免双馈风力发电机在预设低转差范围内外来回跳动会频繁触发切出电磁转矩斜坡扰动控制情况的发生，在一定程度上提高了运行控制方法的稳定性。
情况2：一般情况下，大容量的双馈风力发电机的惯量比较大，叠加周期性高频扰动可能会导致双馈风力发电机的转矩高频波动；并且，大惯量发电机无法快速响应，高频扰动还会导致发电机震动等一系列风险，因此，双馈风力发电机的厂家一般会根据发电机特性严格要求变频器额定转矩高频扰动。
对此，实际应用中若双馈风力发电机的惯量满足预设要求，则预设转矩扰动控制可以为电磁转矩周期性低频扰动控制。请参见图5，执行步骤S102中对双馈风力发电系统执行预设转矩扰动控制的具体过程可以如下：
S500、确定出双馈风力发电机脱离预设低转差范围对应的目标低频电磁转矩。
实际应用中，可以先确定出双馈风力发电机脱离预设低转差范围需要注入的低频扰动量，然后根据双馈风力发电机脱离预设低转差范围所采用的运行工况和低频扰动量进行计算，得到目标低频电磁转矩。
与电磁转矩斜坡扰动控制相似，若双馈风力发电机脱离预设低转差范围所采用的运行工况为超同步，则可以将双馈风力发电机的当前负载转矩减去低频扰动量，得到目标低频电磁转矩。若双馈风力发电机脱离预设低转差范围所采用的运行工况为次同步，则可以将双馈风力发电机的当前负载转矩加上低频扰动量，得到目标低频电磁转矩。
需要说明的是，常用的低频扰动量可以为标准正弦波扰动、方波扰动、三角波扰动等带有正负半周的周期性扰动。实际应用中，为了快速实现双馈风力发电机转速变化，一般要求低频扰动量作用时间短，扰动幅值尽可能大。
实际应用中，假设双馈风力发电系统的额定电磁转矩最大允许的稳态偏差为Tm，考虑到实际应用工况，周期性的低频扰动量频率fr可取5Hz以下(T＝1/fr)，特殊工况可根据实测数据放宽。参考可在电磁转矩叠加转矩扰动如下(n为整数)：
正弦波扰动的低频扰动量可以是：
方波扰动的低频扰动量可以是：
三角波扰动的低频扰动量可以是：
S502、将目标低频电磁转矩下发至双馈风力发电系统中的双馈变流器，以使双馈变流器根据目标电磁转矩执行相应的转子电流控制。
需要说明的是，步骤S502将目标低频电磁转矩下发至双馈风力发电系统中的双馈变流器，以使双馈变流器根据目标电磁转矩执行相应的转子电流控制与步骤S302将目标斜坡电磁转矩下发至双馈风力发电系统中的双馈变流器，以使双馈变流器根据目标斜坡电磁转矩执行相应的转子电流控制的原理相同，相互参见即可，此处不再一一赘述。
情况3：若该预设转矩扰动控制为负载转矩扰动控制，则执行步骤S102中对双馈风力发电系统执行预设转矩扰动控制的具体过程可以图6，主要包括如下步骤：
S600、确定出双馈风力发电机脱离预设低转差范围运行对应的目标负载转矩。
实际应用中，可以先确定出双馈风力发电机脱离预设低转差范围需要注入的负载转矩扰动量，然后根据双馈风力发电机脱离预设低转差范围所采用的运行工况和负载转矩扰动量进行计算，得到目标负载转矩。
需要说明的是，若双馈风力发电机脱离预设低转差范围所采用的运行工况为超同步，则可以将双馈风力发电机的当前电磁转矩加上负载转矩扰动量，得到目标负载转矩。若双馈风力发电机脱离预设低转差范围所采用的运行工况为次同步，则可以将双馈风力发电机的当前电磁转矩减去负载转矩扰动量，得到目标负载转矩。
S602、将目标负载转矩上传至双馈风力发电机，以使双馈风力发电机根据负载转矩调节叶片角度。
实际应用中，将目标负载转矩上传至双馈风力发电机，以使双馈风力发电机根据负载转矩调节叶片角度之后，就可以使得双馈风力发电机脱离预设低转差运行状态。
具体的，将目标负载转矩上传至双馈风力发电机，以使双馈风力发电机根据负载转矩调节叶片角度的具体过程，可以参见相关技术，此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。
基于上述原理，本实施例提供的双馈风力发电系统的运行控制方法，首先判断双馈风力发电系统中的双馈风力发电机是否在预设低转差范围内运行；若双馈风力发电机在预设低转差范围内运行，则判断双馈风力发电机进入预设低转差范围内运行的已运行时间是否大于预设转矩扰动控制的触发时间；若双馈风力发电机进入预设低转差范围内运行的已运行时间大于预设转矩扰动控制触发时间，则对双馈风力发电系统执行预设转矩扰动控制，以使双馈风力发电机脱离预设低转差范围运行，由于该预设低转差范围是根据双馈变流器中的IGBT厂家给定的低转差值得到的，预设转矩扰动控制的触发时间是根据IGBT厂家给出的仿真软件以及双馈风力发电机的T-n曲线进行计算评估后得到的，可以有效解决双馈变流器在低转差工况下因IGBT结温波动大及长时间单方向导通，导致的相关器件使用寿命短的问题。
值得说明的是，针对双馈变流器在低转差工况下因IGBT结温波动大及长时间单方向导通，导致的相关器件使用寿命短的问题，现有还通过下述三种方式解决。其中，方式1：通过增加IGBT并联数量或者选用更大流通能力的IGBT，增加双馈风力发电系统的耐受能力，但该种方式会导致系统成本增加，不符合目前平价上网的行业发展趋势，而本申请无需增加IGBT并联数量或者选用更大流通能力的IGBT，即可避免上述问题，不会增加系统成本，符合目前平价上网的行业发展趋势。方式2：通过在双馈风力发电机处于同步转速点时，对双馈变流器机侧模组封波保护，但是该种方式会导致双馈风力发电机频繁停机，造成发电量损失；而本申请通过预设转矩扰动控制即可避免上述问题，无需对双馈风力发电机停机处理。方式3：在双馈风力发电机处于同步转速点时，注入转子谐波分量或阶跃扰动，但是该方式会导致双馈风力发电机的轴承高频振动，引起轴承打滑，突加阶跃扰动会导致转矩突变，降低轴承寿命，而本申请不会造成双馈风力发电机的轴承转矩突变，负面影响小。
可选地，在本申请提供的另一实施例中，在执行步骤S100、判断双馈风力发电系统中的双馈风力发电机是否在预设低转差范围内运行之后，若判断出双馈风力发电机在预设低转差范围内运行，请参见图7，则该双馈风力发电系统的运行控制方法还包括：
S700、判断双馈风力发电机进入预设低转差范围内运行的已运行时间是否大于预警保护值。
实际应用中，预警保护值一般大于预设转矩扰动控制的触发时间，当然，并不仅限于此，还可视具体应用环境和用户需求确定，本申请不作具体限定，均属于本申请的保护范围内。
若判断结果为是，也即判断出双馈风力发电机进入预设低转差范围内运行的已运行时间大于预警保护值，则执行步骤S702。
S702、控制双馈风力发电系统中的双馈变流器主动停机。
实际应用中，当判断出双馈风力发电机进入预设低转差范围内运行的已运行时间大于预警保护值之后，则可说明双馈风力发电系统长期运行在预设低转差范围内，双馈变流器因低转差工况下长时间单方向导通，相关器件过热失效的风险更大，为了保护双馈变流器可以控制双馈变流器主动停机。
结合上述的双馈风力发电系统的运行控制方法，本申请另一实施例还提供了一种双馈风力发电系统，请参见图8，该双馈风力发电系统可以包括：双馈风力发电机(图中的DFIG)及双馈变流器。
其中，双馈风力发电机的定子侧连接电网，双馈风力发电机的转子侧通过双馈变流器连接电网，以通过如上述任一实施例所述的双馈风力发电系统的运行控制方法，使双馈风力发电机脱离预设低转差范围运行。
需要说明的是，关于双馈风力发电系统的运行控制方法的相关说明，参见图2至图7对应的方法实施例即可，此处不再赘述，均属于本申请的保护范围。
还需要说明的是，关于双馈风力发电系统的相关说明，还可以参见现有技术，本申请不再一一赘述。
本说明书中的各个实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统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实施例方案的目的。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。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (12)

1.一种双馈风力发电系统的运行控制方法，其特征在于，包括：
判断所述双馈风力发电系统中的双馈风力发电机是否在预设低转差率范围内运行；
若所述双馈风力发电机在所述预设低转差率范围内运行，则判断所述双馈风力发电机进入所述预设低转差率范围内运行的已运行时间是否大于预设转矩扰动控制的触发时间，所述预设转矩扰动控制为电磁转矩斜坡扰动控制、电磁转矩周期性低频扰动控制或者负载转矩扰动控制；
若所述双馈风力发电机进入所述预设低转差率范围内运行的已运行时间大于预设转矩扰动控制触发时间，则对所述双馈风力发电系统执行所述预设转矩扰动控制，以使所述双馈风力发电机脱离所述预设低转差率范围运行。
2.根据权利要求1所述的双馈风力发电系统的运行控制方法，其特征在于，判断所述双馈风力发电系统中的双馈风力发电机是否在预设低转差率范围内运行，包括：
确定出所述双馈风力发电机的当前转差率；
判断所述当前转差率是否落入所述预设低转差率范围；
若判断出所述当前转差率落入所述预设低转差率范围，则判定所述双馈风力发电机在所述预设低转差率范围内运行；
若判断出所述当前转差率未落入所述预设低转差率范围，则判定所述双馈风力发电机不在所述预设低转差率范围内运行。
3.根据权利要求1所述的双馈风力发电系统的运行控制方法，其特征在于，若所述预设转矩扰动控制为电磁转矩斜坡扰动控制，则对所述双馈风力发电系统执行所述预设转矩扰动控制，包括：
确定出所述双馈风力发电机脱离所述预设低转差率范围运行所需的目标斜坡电磁转矩；
将所述目标斜坡电磁转矩下发至所述双馈风力发电系统中的双馈变流器，以使所述双馈变流器根据所述目标斜坡电磁转矩执行相应的转子电流控制。
4.根据权利要求3所述的双馈风力发电系统的运行控制方法，其特征在于，确定出所述双馈风力发电机脱离所述预设低转差率范围运行所需的目标斜坡电磁转矩，包括：
确定出所述双馈风力发电机脱离所述预设低转差率范围需要注入的斜坡扰动量；
根据所述双馈风力发电机脱离所述预设低转差率范围所采用的运行工况和所述斜坡扰动量进行计算，得到所述目标斜坡电磁转矩；
其中，若所采用的运行工况为超同步，则将所述双馈风力发电机的当前负载转矩减去所述斜坡扰动量，得到所述目标斜坡电磁转矩；
若所采用的运行工况为次同步，则将所述双馈风力发电机的当前负载转矩加上所述斜坡扰动量，得到所述目标斜坡电磁转矩。
5.根据权利要求4所述的双馈风力发电系统的运行控制方法，其特征在于，确定出所述双馈风力发电机脱离所述预设低转差率范围需要注入的斜坡扰动量，包括：
分别确定出所述斜坡扰动量的作用时间和比例系数；
利用所述作用时间和比例系数进行计算，得到所述斜坡扰动量。
6.根据权利要求5所述的双馈风力发电系统的运行控制方法，其特征在于，确定出所述斜坡扰动量的作用时间所采用的公式为：t＝T1-T0；
其中，t为斜坡扰动量的作用时间，T1为允许双馈风力发电机在预设低转差率范围内运行的时间，T0为双馈风力发电机进入预设低转差率范围内运行的已运行时间。
7.根据权利要求5所述的双馈风力发电系统的运行控制方法，其特征在于，确定出所述斜坡扰动量的比例系数，包括：
基于转矩计算公式和所述目标斜坡电磁转矩的给定公式，得到比例系数计算公式；
利用所述比例系数计算公式进行计算，得到所述斜坡扰动量的比例系数。
8.根据权利要求3所述的双馈风力发电系统的运行控制方法，其特征在于，在将所述目标斜坡电磁转矩下发至所述双馈变流器，以使所述双馈变流器根据所述目标斜坡电磁转矩执行相应的转子电流控制之后，还包括：
实时获取所述双馈风力发电机的当前转速；
基于所述双馈风力发电机的当前运行工况，判断所述双馈风力发电机的当前转速与脱离所述预设低转差率范围对应的目标转速的关系是否满足预设滞环偏差量条件；
若判断结果为是，则切出所述电磁转矩斜坡扰动控制。
9.根据权利要求1所述的双馈风力发电系统的运行控制方法，其特征在于，若所述双馈风力发电机的惯量满足预设要求，则所述预设转矩扰动控制为电磁转矩周期性低频扰动控制；对所述双馈风力发电系统执行所述预设转矩扰动控制，包括：
确定出所述双馈风力发电机脱离所述预设低转差率范围对应的目标低频电磁转矩；
将所述目标低频电磁转矩下发至所述双馈风力发电系统中的双馈变流器，以使所述双馈变流器根据所述目标低频电磁转矩执行相应的转子电流控制。
10.根据权利要求1所述的双馈风力发电系统的运行控制方法，其特征在于，若所述预设转矩扰动控制为负载转矩扰动控制，则对所述双馈风力发电系统执行所述预设转矩扰动控制，包括：
确定出所述双馈风力发电机脱离所述预设低转差率范围运行对应的目标负载转矩；
将所述目标负载转矩上传至所述双馈风力发电机，以使所述双馈风力发电机根据所述目标负载转矩调节叶片角度。
11.根据权利要求1-10任一项所述的双馈风力发电系统的运行控制方法，其特征在于，在判断所述双馈风力发电系统中的双馈风力发电机是否在预设低转差率范围内运行之后，若判断出所述双馈风力发电机在所述预设低转差率范围内运行，则还包括：
判断所述双馈风力发电机进入所述预设低转差率范围内运行的已运行时间是否大于预警保护值；
若判断结果为是，则控制所述双馈风力发电系统中的双馈变流器主动停机。
12.一种双馈风力发电系统，其特征在于，包括：双馈风力发电机及双馈变流器；
其中，所述双馈风力发电机的定子侧连接电网，所述双馈风力发电机的转子侧通过所述双馈变流器连接电网，以通过如权利要求1-11任一项所述的双馈风力发电系统的运行控制方法，使所述双馈风力发电机脱离预设低转差率范围运行。
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