CN115898759A - 一种风力发电机组的控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种一种风力发电机组的控制方法。包括：设定风力发电机组运行参数，并获取实时环境数据，根据环境数据修正风力发电机组运行参数；获取电网需求值和若干风力发电机组的总功率值，并根据电网需求值和总功率值生成需求差值，根据需求差值设定风力发电机组功率控制模式；预设时间节点，根据时间节点修正需求差值。通过预设升功率控制模式和降功率控制模式，根据电网需求值和风力发电机组的总功率值之间的需求差值，及时调整风电机组的运行参数，有效控制各个风电机组的功率，既可保证单台风电机组安全稳定运行，又可实现风电场最大风电转换效率的控制目标。

Description

一种风力发电机组的控制方法

技术领域

本申请涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种风力发电机组的控制方法。

背景技术

随着常规能源的枯竭，可再生能源将成为未来的能源的重要组成部分。由于风能其储存量大又易于形成规模，并且风力发电技术相对成熟，因此风能作为一种绿色能源在近几十年得到了广泛地开发和利用，也有希望成为未来不可替代的可再生资源之一。

风电场装机量的不断增加，如何有效控制各风电机组的有功出力，在遵循风电场接入电网技术标准及满足电网调度对风电场有功控制能力的需求时，制定既可保证单台风电机组安全稳定运行，又可实现风电场最大风电转换效率的控制目标，充分地利用风能，成为行业亟待解决的难题。

而现阶段的风电场有功功率进行控制的技术，在对机组进行控制时仅仅是根据类别进行控制，并没有对同一分组内的风机实行差别控制。也无法及时根据调度需求生成有功增功率机组集合和降功率机组集合，对调度功率进行分配。同时在针对单个风电机组的控制上也存在无法及时动态调整风电机组运行参数，无法保证风电机组处于最佳运行状态。给风力发电机组的运行效率和稳定性带来负面影响。

发明内容

本申请的目的是：为解决上述技术问题，本申请提供了一种风力发电机组的控制方法，旨在实现风力发电机组的安全运行，提高风电场的整体效率，提升风力发电机组的发电性能。

本申请的一些实施例中，通过预设升功率控制模式和降功率控制模式，根据电网需求值和风力发电机组的总功率值之间的需求差值，及时调整风电机组的运行参数，有效控制各个风电机组的功率，既可保证单台风电机组安全稳定运行，又可实现风电场最大风电转换效率的控制目标。

本申请的一些实施例中，通过预设第一需求差值阈值，在电网需求值和风力发电机组的总功率值之间差值较小时，不频繁进行调整，保证风力发电机组的平稳运行。

本申请的一些实施例中，通过设定不同的转速区间，实现对风力发电机组的分级调节，同时通过设定风速矩阵和风电机组控制转速矩阵，在发电机的最小转速达到额定转速之间时，根据风速调节转速，保证风力发电机组处于最佳输出状态。

本申请的一些实施例中，通过预设风电机组的输出功率设定值矩阵和转矩矩阵，在额定转速时，通过调节转矩实现对于输出功率的实时调节，并根据生成的功率增量或功率减量，实时调整风力发电机组的运行状态，实现风电场最大风电转换效率的控制目标。

本申请的一些实施例中提供了一种风力发电机组的控制方法，包括：

步骤一：设定风力发电机组运行参数，并获取实时环境数据，根据所述环境数据修正所述风力发电机组运行参数；

步骤二：获取电网需求值和若干风力发电机组的总功率值，并根据所述电网需求值和所述总功率值生成需求差值，根据所述需求差值设定风力发电机组功率控制模式；

步骤三；预设时间节点，根据所述时间节点修正所述需求差值；

其中，所述风力发电机组功率控制模式包括：

升功率控制模式和降功率控制模式。

本申请的一些实施例中，所述步骤一包括：

预设发电机第一转速V1和发电机第二转速V2；

预设风电机组恒转速P；

预设风电机组控制转速矩阵A，设定A(A1，A2，A3，A4)，其中，A1为预设第一风电机组控制转速，A2为预设第二风电机组控制转速，A3为预设第三风电机组控制转速，A4为预设第四风电机组控制转速，且A1＜A2＜A3＜A4；

获取实时风电机组转速a；

当所述实时风电机组转速a小于所述预设第一风电机组转速V1时，设定实时风电机组转速a＝P；

当所述实时风电机组转速a处于所述预设第一风电机组转速V1和预设第二风电机组转速V2之间时，根据所述实时风速和所述预设风电机组控制转速矩阵A，设定所述实时风电机组转速a；

当所述实时风电机组转速v等于所述预设第二风电机组转速V1时，设定实时风电机组转速a＝P。

本申请的一些实施例中，所述，根据所述实时风速和所述预设风电机组控制转速矩阵A，设定所述实时风电机组转速a时，包括：

预设风速矩阵B，设定B(B1，B2，B3，B4)，其中，B1为预设第一风速，B2为预设第二风速，B3为预设第三风速，B4为预设第四风速，且B1＜B2＜B3＜B4；

获取实时风速b；

当B1＜b＜B2时，设定所述实时风电机组转速a小于预设第一风电机组控制转速A1，即a＜A1；

当B2＜b＜B3时，设定所述实时风电机组转速处于预设第一风电机组控制转速A1和预设第二风电机组控制转速A2之间，即A1＜a＜A2；

当B3＜b＜B4时，设定所述实时风电机组转速处于预设第二风电机组控制转速A2和预设第三风电机组控制转速A3之间，即A2＜a＜A3；

当b＞B4时，设定所述实时风电机组转速处于预设第三风电机组控制转速A3和预设第四风电机组控制转速A4之间，即A3＜a＜A4。

本申请的一些实施例中，所述实时风电机组转速v等于所述预设第二风电机组转速V1时，还包括：

获取风电机组的输出功率设定值c，根据所述风电机组的输出功率设定值设定实时转矩d。

本申请的一些实施例中，所述设定实时转矩时，包括：

预设风电机组的输出功率设定值矩阵C，设定C(C1，C2，C3，C4)，其中，C1为预设第一风电机组的输出功率设定值，C2为预设第二风电机组的输出功率设定值，C3为预设第三风电机组的输出功率设定值，且C1＜C2＜C3；

预设转矩矩阵D，设定D(D1，D2，D3，D4)，其中，D1为预设第一转矩，D2为预设第二转矩，D3为预设第三转矩，D4为预设第四转矩，且D1＜D2＜D3＜D4；

当c＜C1时，设定实时扭矩d处于预设第一转矩D1和预设第二扭矩D2之间，即D1＜d＜D2；

当C1＜c＜C2时，设定实时扭矩d处于预设第二转矩D2和预设第三扭矩D3之间，即D2＜d＜D3；

当c＜C1时，设定实时扭矩d处于预设第三转矩D3和预设第四扭矩D4之间，即D3＜d＜D4。

本申请的一些实施例中，所述步骤二还包括：

预设第一需求差值阈值，

获取所述需求差值的绝对值；

当所述需求差值的绝对值大于所述第一需求差值阈值时，设定所述风力发电机组功率控制模式。

本申请的一些实施例中，所述步骤二还包括：

当所述电网需求值大于所述总功率值时，设定所述风力发电机组功率控制模式为升功率控制模式；

当处于升功率控制模式时，获取风力发电机组运行数据，根据所述运行数据生成功率增量值；

根据所述功率增量修正风电机组的输出功率设定值c。

本申请的一些实施例中，所述步骤二还包括：

当所述功率增量值小于所述需求差值的绝对值时，获取停机组队列数据，并根据所述停机组队列数据选择可启动机组。

本申请的一些实施例中，所述步骤二还包括：

当所述电网需求值小于所述总功率值时，设定所述风力发电机组功率控制模式为降功率控制模式；

当处于将功率控制模式时，获取风力发电机组运行数据，根据所述运行数据生成功率减量值；

根据所述功率减量修正风电机组的输出功率设定值c。

本申请的一些实施例中，所述步骤二还包括：

当所述功率减量值小于所述需求差值的绝对值时，获取运行组队列数据，并根据所述运行组队列数据选择可停机机组。

本申请实施例一种风力发电机组的控制方法与现有技术相比，其有益效果在于：

通过预设升功率控制模式和降功率控制模式，根据电网需求值和风力发电机组的总功率值之间的需求差值，及时调整风电机组的运行参数，有效控制各个风电机组的功率，既可保证单台风电机组安全稳定运行，又可实现风电场最大风电转换效率的控制目标。

通过预设第一需求差值阈值，在电网需求值和风力发电机组的总功率值之间差值较小时，不频繁进行调整，保证风力发电机组的平稳运行。

通过设定不同的转速区间，实现对风力发电机组的分级调节，同时通过设定风速矩阵和风电机组控制转速矩阵，在发电机的最小转速达到额定转速之间时，根据风速调节转速，保证风力发电机组处于最佳输出状态。

通过预设风电机组的输出功率设定值矩阵和转矩矩阵，在额定转速时，通过调节转矩实现对于输出功率的实时调节，并根据生成的功率增量或功率减量，实时调整风力发电机组的运行状态，实现风电场最大风电转换效率的控制目标。

附图说明

图1是本申请实施例优选实施例中一种风力发电机组的控制方法的流程示意图；

图2是本申请实施例优选实施例中一种风力发电机组的控制方法中功率控制模式的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。

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一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如图1和图2所示，本申请实施例优选实施例的一种风力发电机组的控制方法，包括：

步骤一：设定风力发电机组运行参数，并获取实时环境数据，根据环境数据修正风力发电机组运行参数；

步骤二：获取电网需求值和若干风力发电机组的总功率值，并根据电网需求值和总功率值生成需求差值，根据需求差值设定风力发电机组功率控制模式；

步骤三；预设时间节点，根据时间节点修正需求差值；

其中，风力发电机组功率控制模式包括：

升功率控制模式和降功率控制模式。

具体而言，步骤一包括：

预设发电机第一转速V1和发电机第二转速V2；

预设风电机组恒转速P；

预设风电机组控制转速矩阵A，设定A(A1，A2，A3，A4)，其中，A1为预设第一风电机组控制转速，A2为预设第二风电机组控制转速，A3为预设第三风电机组控制转速，A4为预设第四风电机组控制转速，且A1＜A2＜A3＜A4；

获取实时风电机组转速a；

当实时风电机组转速a小于预设第一风电机组转速V1时，设定实时风电机组转速a＝P；

当实时风电机组转速a处于预设第一风电机组转速V1和预设第二风电机组转速V2之间时，根据实时风速和预设风电机组控制转速矩阵A，设定实时风电机组转速a；

当实时风电机组转速v等于预设第二风电机组转速V1时，设定实时风电机组转速a＝P。

具体而言，预设发电机第一转速为发电机最小转速，预设发电机第二转速为发电机额定转速。

具体而言，根据实时风速和预设风电机组控制转速矩阵A，设定实时风电机组转速a时，包括：

预设风速矩阵B，设定B(B1，B2，B3，B4)，其中，B1为预设第一风速，B2为预设第二风速，B3为预设第三风速，B4为预设第四风速，且B1＜B2＜B3＜B4；

获取实时风速b；

当B1＜b＜B2时，设定实时风电机组转速a小于预设第一风电机组控制转速A1，即a＜A1；

当B2＜b＜B3时，设定实时风电机组转速处于预设第一风电机组控制转速A1和预设第二风电机组控制转速A2之间，即A1＜a＜A2；

当B3＜b＜B4时，设定实时风电机组转速处于预设第二风电机组控制转速A2和预设第三风电机组控制转速A3之间，即A2＜a＜A3；

当b＞B4时，设定实时风电机组转速处于预设第三风电机组控制转速A3和预设第四风电机组控制转速A4之间，即A3＜a＜A4。

可以理解的是，上述实施例中，通过设定不同的转速区间，实现对风力发电机组的分级调节，同时通过设定风速矩阵和风电机组控制转速矩阵，在发电机的最小转速达到额定转速之间时，根据风速调节转速，保证风力发电机组处于最佳输出状态。

本申请实施例优选实施例中，实时风电机组转速v等于预设第二风电机组转速V1时，还包括：

获取风电机组的输出功率设定值c，根据风电机组的输出功率设定值设定实时转矩d。

具体而言，包括：

预设风电机组的输出功率设定值矩阵C，设定C(C1，C2，C3，C4)，其中，C1为预设第一风电机组的输出功率设定值，C2为预设第二风电机组的输出功率设定值，C3为预设第三风电机组的输出功率设定值，且C1＜C2＜C3；

预设转矩矩阵D，设定D(D1，D2，D3，D4)，其中，D1为预设第一转矩，D2为预设第二转矩，D3为预设第三转矩，D4为预设第四转矩，且D1＜D2＜D3＜D4；

具体而言，当c＜C1时，设定实时扭矩d处于预设第一转矩D1和预设第二扭矩D2之间，即D1＜d＜D2；

当C1＜c＜C2时，设定实时扭矩d处于预设第二转矩D2和预设第三扭矩D3之间，即D2＜d＜D3；

当c＜C1时，设定实时扭矩d处于预设第三转矩D3和预设第四扭矩D4之间，即D3＜d＜D4。

具体而言，达到额定转速后，风电机组又采用恒转速控制，通过增大转矩调节输出功率，随着风速增大，发电机转速不再变化，叶尖速比减小。

具体而言，通过预设风电机组的输出功率设定值矩阵和转矩矩阵，在额定转速时，通过调节转矩实现对于输出功率的实时调节，并根据生成的功率增量或功率减量，实时调整风力发电机组的运行状态，实现风电场最大风电转换效率的控制目标。

本申请实施例优选实施例中，步骤二还包括：

预设第一需求差值阈值，

获取需求差值的绝对值；

当需求差值的绝对值大于第一需求差值阈值时，设定风力发电机组功率控制模式。

具体而言，当电网需求值大于总功率值时，设定风力发电机组功率控制模式为升功率控制模式；

当处于升功率控制模式时，获取风力发电机组运行数据，根据运行数据生成功率增量值；

根据功率增量修正风电机组的输出功率设定值c。

当功率增量值小于需求差值的绝对值时，获取停机组队列数据，并根据停机组队列数据选择可启动机组。

具体而言，当电网需求值小于总功率值时，设定风力发电机组功率控制模式为降功率控制模式；

当处于将功率控制模式时，获取风力发电机组运行数据，根据运行数据生成功率减量值；

根据功率减量修正风电机组的输出功率设定值c。

当功率减量值小于需求差值的绝对值时，获取运行组队列数据，并根据运行组队列数据选择可停机机组。

具体而言，其功率增量和功率减量为当前运行机组的功率可变量，若当前运行机组的功率可变量满足需求差值时，仅调整当前运行机组，不启动新机组或停机。

具体而言，当处于升功率控制模式时，在可提升风电机组队列中，增加各风电机组的发电计划，功率增量根据有功可能出力多的风电机组所分担的有功多的原则，进行比例分配，若该风电机组计划值超过其运行容量，则将超出部分分给其他风电机组。

具体而言，当处于降功率控制模式时，在可降低风电机组队列中，降低各风电机组的发电计划，功率增量根据有功可能出力多的风电机组所降低的有功少的原则，进行比例分配，若该风电机组计划值超过其运行容量，则将超出部分分给其他风电机组。

可以理解的是，通过预设升功率控制模式和降功率控制模式，根据电网需求值和风力发电机组的总功率值之间的需求差值，及时调整风电机组的运行参数，有效控制各个风电机组的功率，既可保证单台风电机组安全稳定运行，又可实现风电场最大风电转换效率的控制目标。

根据本申请的第一构思，通过预设升功率控制模式和降功率控制模式，根据电网需求值和风力发电机组的总功率值之间的需求差值，及时调整风电机组的运行参数，有效控制各个风电机组的功率，既可保证单台风电机组安全稳定运行，又可实现风电场最大风电转换效率的控制目标。

根据本申请的第二构思，通过预设第一需求差值阈值，在电网需求值和风力发电机组的总功率值之间差值较小时，不频繁进行调整，保证风力发电机组的平稳运行。

根据本申请的第三构思，通过设定不同的转速区间，实现对风力发电机组的分级调节，同时通过设定风速矩阵和风电机组控制转速矩阵，在发电机的最小转速达到额定转速之间时，根据风速调节转速，保证风力发电机组处于最佳输出状态。

根据本申请的第四构思，通过预设风电机组的输出功率设定值矩阵和转矩矩阵，在额定转速时，通过调节转矩实现对于输出功率的实时调节，并根据生成的功率增量或功率减量，实时调整风力发电机组的运行状态，实现风电场最大风电转换效率的控制目标。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种风力发电机组的控制方法，其特征在于，包括：

步骤一：设定风力发电机组运行参数，并获取实时环境数据，根据所述环境数据修正所述风力发电机组运行参数；

步骤二：获取电网需求值和若干风力发电机组的总功率值，并根据所述电网需求值和所述总功率值生成需求差值，根据所述需求差值设定风力发电机组功率控制模式；

步骤三；预设时间节点，根据所述时间节点修正所述需求差值；

其中，所述风力发电机组功率控制模式包括：

升功率控制模式和降功率控制模式。

2.如权利要求1所述的风力发电机组的控制方法，其特征在于，所述步骤一包括：

预设发电机第一转速V1和发电机第二转速V2；

预设风电机组恒转速P；

预设风电机组控制转速矩阵A，设定A(A1，A2，A3，A4)，其中，A1为预设第一风电机组控制转速，A2为预设第二风电机组控制转速，A3为预设第三风电机组控制转速，A4为预设第四风电机组控制转速，且A1＜A2＜A3＜A4；

获取实时风电机组转速a；

当所述实时风电机组转速a小于所述预设第一风电机组转速V1时，设定实时风电机组转速a＝P；

当所述实时风电机组转速a处于所述预设第一风电机组转速V1和预设第二风电机组转速V2之间时，根据所述实时风速和所述预设风电机组控制转速矩阵A，设定所述实时风电机组转速a；

当所述实时风电机组转速v等于所述预设第二风电机组转速V1时，设定实时风电机组转速a＝P。

3.如权利要求2所述的风力发电机组的控制方法，其特征在于，所述，根据所述实时风速和所述预设风电机组控制转速矩阵A，设定所述实时风电机组转速a时，包括：

预设风速矩阵B，设定B(B1，B2，B3，B4)，其中，B1为预设第一风速，B2为预设第二风速，B3为预设第三风速，B4为预设第四风速，且B1＜B2＜B3＜B4；

获取实时风速b；

当B1＜b＜B2时，设定所述实时风电机组转速a小于预设第一风电机组控制转速A1，即a＜A1；

当B2＜b＜B3时，设定所述实时风电机组转速处于预设第一风电机组控制转速A1和预设第二风电机组控制转速A2之间，即A1＜a＜A2；

当B3＜b＜B4时，设定所述实时风电机组转速处于预设第二风电机组控制转速A2和预设第三风电机组控制转速A3之间，即A2＜a＜A3；

当b＞B4时，设定所述实时风电机组转速处于预设第三风电机组控制转速A3和预设第四风电机组控制转速A4之间，即A3＜a＜A4。

4.如权利要求3所述的风力发电机组的控制方法，其特征在于，所述实时风电机组转速v等于所述预设第二风电机组转速V1时，还包括：

获取风电机组的输出功率设定值c，根据所述风电机组的输出功率设定值设定实时转矩d。

5.如权利要求4所述的风力发电机组的控制方法，其特征在于，所述设定实时转矩时，包括：

预设风电机组的输出功率设定值矩阵C，设定C(C1，C2，C3，C4)，其中，C1为预设第一风电机组的输出功率设定值，C2为预设第二风电机组的输出功率设定值，C3为预设第三风电机组的输出功率设定值，且C1＜C2＜C3；

预设转矩矩阵D，设定D(D1，D2，D3，D4)，其中，D1为预设第一转矩，D2为预设第二转矩，D3为预设第三转矩，D4为预设第四转矩，且D1＜D2＜D3＜D4；

当c＜C1时，设定实时扭矩d处于预设第一转矩D1和预设第二扭矩D2之间，即D1＜d＜D2；

当C1＜c＜C2时，设定实时扭矩d处于预设第二转矩D2和预设第三扭矩D3之间，即D2＜d＜D3；

当c＜C1时，设定实时扭矩d处于预设第三转矩D3和预设第四扭矩D4之间，即D3＜d＜D4。

6.如权利要求5所述的风力发电机组的控制方法，其特征在于，所述步骤二还包括：

预设第一需求差值阈值，

获取所述需求差值的绝对值；

当所述需求差值的绝对值大于所述第一需求差值阈值时，设定所述风力发电机组功率控制模式。

7.如权利要求6所述的风力发电机组的控制方法，其特征在于，所述步骤二还包括：

当所述电网需求值大于所述总功率值时，设定所述风力发电机组功率控制模式为升功率控制模式；

当处于升功率控制模式时，获取风力发电机组运行数据，根据所述运行数据生成功率增量值；

根据所述功率增量修正风电机组的输出功率设定值c。

8.如权利要求7所述的风力发电机组的控制方法，其特征在于，所述步骤二还包括：

当所述功率增量值小于所述需求差值的绝对值时，获取停机组队列数据，并根据所述停机组队列数据选择可启动机组。

9.如权利要求6所述的风力发电机组的控制方法，其特征在于，所述步骤二还包括：

当所述电网需求值小于所述总功率值时，设定所述风力发电机组功率控制模式为降功率控制模式；

当处于将功率控制模式时，获取风力发电机组运行数据，根据所述运行数据生成功率减量值；

根据所述功率减量修正风电机组的输出功率设定值c。

10.如权利要求9所述的风力发电机组的控制方法，其特征在于，所述步骤二还包括：

当所述功率减量值小于所述需求差值的绝对值时，获取运行组队列数据，并根据所述运行组队列数据选择可停机机组。

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