风力发电机组及其控制方法与流程

本发明实施例涉及风力发电控制的技术领域，尤其涉及一种风力发电机组及其控制方法。

背景技术：

风力发电机是将风能转化为机械能，机械能驱动转子旋转，最终输出交流电的发电设备。为了保障风力发电机整机的正常运行，需要对风力发电机的各个系统进行控制。如对于永磁直驱风力发电机而言，在风力发电机运行过程中涉及到风力发电机的扭矩控制、发电机散热系统控制、变流器散热系统控制、变桨控制、制动控制、偏航控制等。

在目前的风力发电机的整机结构中，驱动电机虽然具有多绕组的结构，变流器也可以设置为多个，每个变流器采用背靠背母线相对独立的结构，但由于驱动电机、机侧开关、变流器、网侧开关整体串联共同构成一个发电电路，并由主控系统进行单个主线控制。所以在风力发电整机的某一功能单元出现故障时，主控系统只能对该类功能单元进行同一控制，例如只能同时停止运行驱动电机中的多绕组，或者同时改变相对独立设置的多个变流器的控制参数，导致某一功能单元出现故障时，整个发电电路均受影响，进而不能对风力发电机组进行充分的利用，降低了风力发电机组的发电量。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种风力发电机组及其控制方法，解决了现有技术的风力发电机组中各功能单元整体串联，并由主控系统进行单个主线控制造成的某一功能单元出现故障时，整个电能传输系统均受影响，进而不能对风力发电机组进行充分的利用，降低了风力发电机的发电量的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种风力发电机组，包括：

至少两套电能传输系统，所述电能传输系统之间彼此并联；

控制系统，其包括上层控制器以及与各套电能传输系统对应设置的控制子系统，每套控制子系统包括底层控制器；

其中，所述底层控制器用于监测对应电能传输系统中的功能单元的运行状态参数，在根据所述运行状态参数确定对应功能单元满足异常条件的情况下，将所述对应功能单元的运行状态参数发送给上层控制器；

所述上层控制器用于在根据所述对应功能单元的运行状态参数确定对应功能单元发生故障的情况下，生成运行指令，控制所述电能传输系统依照所述运行指令进行工作。

第二方面，本发明实施例提供一种风力发电机组的控制方法，所述风力发电机组包括：至少两套电能传输系统，所述电能传输系统之间彼此并联；控制系统，其包括上层控制器以及与各套电能传输系统对应设置的控制子系统，每套控制子系统包括底层控制器；

所述控制方法包括：

所述底层控制器监测对应电能传输系统中的功能单元的运行状态参数，在根据所述运行状态参数确定对应功能单元满足异常条件的情况下，将所述对应功能单元的运行状态参数发送给上层控制器；

所述上层控制器在根据所述对应功能单元的运行状态参数确定对应功能单元发生故障的情况下，生成运行指令，控制所述电能传输系统依照所述运行指令进行工作。

本发明实施例提供一种风力发电机组及风力发电机组的控制方法，该风力发电机组包括：至少两套电能传输系统，电能传输系统之间彼此并联；控制系统，其包括上层控制器以及与各套电能传输系统对应设置的控制子系统，每套控制子系统包括底层控制器；其中，底层控制器用于监测对应电能传输系统中的功能单元的运行状态参数，在根据运行状态参数确定对应功能单元满足异常条件的情况下，将对应功能单元的运行状态参数发送给上层控制器；上层控制器用于在根据对应功能单元的运行状态参数确定对应功能单元发生故障的情况下，生成运行指令，控制电能传输系统依照运行指令进行工作。由于每套电能传输系统之间彼此并联，电能传输系统中的相同功能单元彼此独立，所以在某一功能单元出现故障时，只对该功能单元所在的电能传输系统产生影响，并不会影响其他套电能传输系统的正常运行，底层控制器能够对对应的功能单元进行独立监测，由上层控制器判断出对应功能单元发生故障后，生成运行指令，控制所述故障电能传输系统依照所述运行指令进行工作，不影响非故障电能传输系统的正常运行，所以对风力发电机组的进行了充分利用，进而提高了风力发电机组的发电量。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明风力发电机组实施例一的结构示意图；

图2为本发明风力发电机实施例二中控制系统的结构示意图；

图3为本发明风力发电机组的实施例三中上层控制器的结构示意图；

图4为本发明风力发电机组的实施例四中上层控制器的结构示意图；

图5为非故障电能传输系统发电机绕组的电流随时间的变化情况示意图；

图6为电能传输系统发电机绕组的磁极的受力情况示意图；

图7为本发明风力发电机组的控制方法实施例一的流程图；

图8为本发明风力发电机组的控制方法实施例二的流程图；

图9为本发明风力发电机组的控制方法实施例三的流程图；

图10为发明风力发电机组的控制方法实施例四的流程图；

图11为两套电能传输系统进行发电和切除故障电能传输系统进行发电的模式示意图。

附图标记：

1-发电子系统 11a-第一发电机绕组 11b-第一发电机绕组散热器 11c-第一机侧开关 11d-第一变流器 11e-第一变流器散热器 12a-第二发电机绕组 12b-第二发电机绕组散热器 12c-第二机侧开关 12d-第二变流器 12e-第二变流器散热器 2-控制系统 21-底层控制器 211-变流器中央控制模块 211a1-第一变流器整流控制子模块 211a2-第一变流器逆变控制子模块 211b1-第二变流器整流控制子模块 211b2-第二变流器逆变控制子模块 212-开关控制模块 213-发电机绕组散热控制模块 214-变流器散热控制模块 22-上层控制器 221-故障类型确定单元 222-运行模式确定单元 223-运行命令生成单元 223a-第一运行指令生成模块 223b-第二运行指令生成模块 223c-第三运行指令生成模块 224-故障电能传输系统控制切除单元 225-调配控制参数计算单元 226-非故障电能传输系统控制单元 3-输电子系统 31a-第一网侧开关 31b-第一变压器绕组 32a-第二网侧开关 32b-第二变压器绕组 501-U相上的第3条支路电流曲线(Coil#1u3) 502-U相上的第7条支路电流曲线(Coil#1u7) 503-V相上的第3条支路电流曲线(Coil#1v3) 504-V相上的第7条支路电流曲线(Coil#1v7) 505-W相上的第1条支路电流曲线(Coil#1w1) 506-W相上的第9条支路电流电流曲线(Coil#1w9) 507-W相的电流环流曲线 508-V相的电流环流曲线 509-U相的电流环流曲线

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。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。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

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”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

图1为本发明风力发电机组实施例一的结构示意图，本实施例提供的风力发电机组包括：至少两套电能传输系统以及控制系统。至少两套电能传输系统之间彼此并联，每套电能传输系统具有相同的功能单元。每套电能传输系统可以独立进行发电，也可以并联发电。控制系统包括上层控制器以及与各套电能传输系统对应设置的控制子系统，每套控制子系统包括底层控制器。

本实施例中，在图1中只示意出两套电能传输系统的情景，根据发电量的需求，也可以为三套电能传输系统或四套电能传输系统等。本实施例中，对此不做限定。其中，该风力发电机组可以为永磁直驱发电机组或双馈风力发电机组或其他类型，本实施例中对此不做限定。

具体地，本实施例中，风力发电机组包括至少两套电能传输系统，各套电能传输系统之间彼此并联，每套电能传输系统中具有功能相同的功能单元，各套电能传输系统之间的同类功能单元间彼此独立。因此该风力发电机组中具有冗余的电能传输系统。

本实施例中，各套电能传输系统分别包括发电子系统和输电子系统。

发电子系统的功能单元包括：发电机绕组、发电机绕组散热器；输电子系统的功能单元包括：机侧开关、变流器、变流器散热器、网侧开关和变压器绕组。其中，发电机绕组、机侧开关、变流器、网侧开关和变压器绕组依次串联；发电机绕组散热器用于为发电机绕组散热，变流器散热器用于为变流器散热。

则如图1所示，在第一发电子系统中包括：第一发电机绕组11a、第一发电机绕组散热器11b；第一输电子系统中包括：第一机侧开关11c、第一变流器11d、第一变流器散热器11e、第一网侧开关31a、第一变压器绕组31b；

在第二发电子系统中包括：第二发电机绕组12a、第二发电机绕组散热器12b。第二输电子系统中包括：第二机侧开关12c、第二变流器12d、第二变流器散热器12e、第二网侧开关32a和第二变压器绕组32b。

在图1中控制系统与各功能单元相连的线路为控制线路，各功能单元之间相连的线路为电能传输路径。

本实施例中，至少两套发电子系统中的发电机绕组为双绕组或多绕组。例如，可将双绕组设置为双Y绕组。每套输电子系统中的变流器可以为背对背母线相对独立结构。每套输电子系统中的发电机绕组散热器和变流器散热器均可以为双泵结构。机侧开关和网侧开关的类型不做限定。

其中，针对每套发电子系统中的每个功能单元，均设置有相应的底层控制器，底层控制器的一端与对应的功能单元相连，底层控制器的另一端与上层控制器相连。

本实施例中，底层控制器，用于监测对应电能传输系统中的功能单元的运行状态参数，在根据运行状态参数确定对应功能单元满足异常条件的情况下，将对应功能单元的运行状态参数发送给上层控制器；

上层控制器，用于在根据对应功能单元的运行状态参数确定对应功能单元发生故障的情况下，生成运行指令，控制故障电能传输系统依照运行指令进行工作。

为更好地理解本实施例，通过各元件的结构位置关系确定的风力发电机组的控制方法可参见图7。在实际应用中，每个底层控制器对应监测电能传输系统中的功能单元的运行状态参数可根据功能单元的不同有所不同。如对于变流器，可监测变流器中整流模块、逆变模块、滤波模块的运行温度，变流器心跳信号等。对于发电机绕组，监测的运行状态参数可以为三相电电流是否平衡、发电机绕组的温度等。

本实施例中，每个底层控制器根据运行状态参数判断对应功能单元的是否满足异常条件的方法可以预先存储每个功能单元的运行状态参数异常的数值范围，将监测到的运行状态参数的数值与运行状态参数异常的数值范围进行对比，若落入在异常的数值范围内，则确定对应功能单元满足异常条件。判断对应功能单元的是否满足异常条件也可以为其他方法，本实施例中对此不做限定。

本实施例中，上层控制器根据对应功能单元的运行状态参数确定对应功能单元是否发生故障的方法不做限定。如可以预存有每个功能单元的故障条件，判断对应功能单元的运行状态参数是否满足故障条件，若满足，则确定对应功能单元发生故障，也可以采用其他方法判断对应功能单元是否发生故障，本实施例中对此不做限定。

本实施例中，在根据对应功能单元的运行状态参数确定对应功能单元发生故障的情况下确定对应功能单元发生故障后，可自动生成运行指令，也可在接收到使能信号后，生成运行指令，控制故障电能传输系统依照运行指令进行工作。运行指令可以为对故障电能传输系统进行切除的指令；也可为调节故障电能传输系统运行状态的指令，如调节故障电能传输系统中的运行参数以使故障电能传输系统恢复正常的指令；还可以为控制非故障电能传输系统的运行状态的指令。

本实施例中，在上层控制器控制故障电能传输系统依照运行指令进行工作时，由于该故障电能传输系统与非故障电能传输系统之间彼此并联，所以非故障电能传输系统能够正常运行，继续进行发电输电工作。

本实施例提供的风力发电机组，包括：至少两套电能传输系统，电能传输系统之间彼此并联；控制系统，其包括上层控制器以及与各套电能传输系统对应设置的控制子系统，每套控制子系统包括底层控制器；其中，底层控制器用于监测对应电能传输系统中的功能单元的运行状态参数，在根据运行状态参数确定对应功能单元满足异常条件的情况下，将对应功能单元的运行状态参数发送给上层控制器；上层控制器用于在根据对应功能单元的运行状态参数确定对应功能单元发生故障的情况下，生成运行指令，控制电能传输系统依照运行指令进行工作。由于每套电能传输系统之间彼此并联，电能传输系统中的相同功能单元彼此独立，所以在某一功能单元出现故障时，只对该功能单元所在的电能传输系统产生影响，并不会影响其他套电能传输系统的正常运行，底层控制器能够对对应的功能单元进行独立监测，由上层控制器判断出对应功能单元发生故障后，生成运行指令，控制故障电能传输系统依照运行指令进行工作，不影响非故障发电电路的正常运行，所以对风力发电机组的进行了充分利用，提高了对风力发电机组的充分利用。进而提高了风力发电机组的发电量。

图2为本发明风力发电机组的实施例二中控制系统的结构示意图，在图2中除变流器的底层控制器外，其他的底层控制器和上层控制器只画出了一套。变流器对应的底层控制器为两套。如图2所示，本实施提供的风力发电机组在本发明风力发电机组实施例一的基础上，是对控制系统的底层控制器和上层控制器的进一步细化，则本实施例提供的风力发电机组包括以下特征。

控制系统的每套控制子系统中的底层控制器包括：变流器中央控制模块211、开关控制模块212、发电机绕组散热控制模块213、变流器散热控制模块214。

其中，变流器中央控制模块211，用于对整个变流器进行控制和管理。

进一步地，变流器中央控制模块211包括：整流控制子模块和逆变控制子模块。

其中，整流控制子模块用于控制电能传输系统中变流器的整流模块的工作状态，且监测整流模块的运行状态参数。逆变控制子模块用于控制电能传输系统中变流器的逆变模块的工作状态，且监测逆变模块的运行状态参数。

在图2中示意出的变流器中央控制模块211包括：第一变流器整流控制子模块211a1和第一变流器逆变控制子模块211a2、第二变流器整流控制子模块211b1和第二变流器逆变控制子模块211b2。

具体地，本实施例中，整流控制子模块监测电能传输系统中变流器的整流模块的运行状态参数，在根据运行状态参数确定整流模块满足异常条件的情况下，将整流模块的运行状态参数发送给变流器中央控制模块，并由变流器中央控制模块发送给上层控制器，上层控制器在根据整流模块的运行状态参数确定整流模块发生故障的情况下，生成运行指令，通过变流器中央控制模块和整流控制子模块控制电能传输系统中变流器的整流模块的工作状态。

同理，逆变控制子模块监测电能传输系统中变流器的逆变模块的运行状态参数，在根据运行状态参数确定逆变模块满足异常条件的情况下，将逆变模块的运行状态参数发送给变流器中央控制模块，并由变流器中央控制模块发送给上层控制器，上层控制器在根据逆变模块的运行状态参数确定逆变模块发生故障的情况下，生成运行指令，通过变流器中央控制模块和逆变控制子模块控制电能传输系统中变流器的逆变模块的工作状态。

本实施例中，开关控制模块212用于控制机侧开关和网侧开关的工作状态。

优选地，变流器中央控制模块211设置在变流器中，可以理解的是，整流控制子模块和逆变控制子模块也设置在变流器中。

优选地，开关控制模块212、发电机绕组散热控制模块213、变流散热控制模块214设置在主控柜中。

需要说明的是，变流器中央控制模块既对变流器进行控制，也对发电机绕组进行控制。

本实施例提供的风力发电机组的底层控制器包括：变流器中央控制模块、开关控制模块、发电机绕组散热控制模块、变流器散热控制模块。其中，变流器中央控制模块包括：整流控制子模块和逆变控制子模块。整流控制子模块用于控制电能传输系统中变流器的整流模块的工作状态，且监测整流模块的运行状态参数，逆变控制子模块用于控制电能传输系统中变流器的逆变模块的工作状态，且监测逆变模块的运行状态参数。开关控制模块用于控制机侧开关和网侧开关的工作状态。

优选地，上层控制器、开关控制模块、发电机绕组散热控制模块、变流散热控制模块设置在主控柜中；变流器中央控制模块设置在变流器中，更方便地对发电电路中的功能单元的运行状态参数进行监测，并且便于对控制器的管理。

图3为本发明风力发电机组的实施例三中上层控制器的结构示意图，如图3所示，本实施提供的风力发电机组在本发明风力发电机组实施例二的基础上，对上层控制器的进一步细化，则本实施例提供的风力发电机组还包括以下特征。

本实施例提供的风力发电机组的上层控制器具体包括：故障类型确定单元221、运行模式确定单元222和运行命令生成单元223。

进一步地，故障类型确定单元221，用于根据对应功能单元的运行状态参数判断对应功能单元是否发生故障，若发生故障，则确定故障类型。

具体地，本实施例中，故障类型确定单元221可预先对电能传输系统的故障进行分类，并将故障类型进行存储。在根据对应功能单元的运行状态参数确定对应功能单元发生故障后，根据预存储的故障类型，确定对应功能单元所属的故障类型。

进一步地，运行模式包括以下模式的任意一种：

在线自动切除模式、离线自动切除模式和被动切除模式。

其中，在线自动切除模式为不进行停机就可自动控制故障电能传输系统切除的模式。离线自动切除模式为进行停机并重启后，可自动控制故障电能传输系统切除的模式。被动切除模式为技术人员手动发送切除使能信号，并由控制系统控制故障电能传输系统切除的模式。

本实施例中，故障类型确定单元221可根据运行模式对故障类型进行分类，如可进行在线自动切除模式的故障类型划分为第一故障类型，可进行离线自动切除模式的故障类型划分为第二故障类型，可进行被动切除模式的故障类型划分为第三故障类型。

进一步地，运行模式确定单元222，与故障类型确定单元221相连，用于根据预存的故障类型与运行模式的对应关系，确定故障电能传输系统的运行模式。

具体地，本实施例中，运行模式确定单元222预先存储有故障类型与运行模式的对应关系。即第一故障类型与在线自动切除模式相对应，第二故障类型与离线自动切除模式相对应，第三故障类型与被动切除模式行对应。根据对应功能单元所属的故障类型，查找预存的故障类型与运行模式的对应关系，确定与对应功能单元所属的故障类型对应的切除模式。

进一步地，运行命令生成单元223，与运行模式确定单元222相连，用于根据运行模式生成运行指令。

优选地，本实施例中，运行指令生成单元223包括：第一运行指令生成模块223a、第二运行指令生成模块223b和第三运行指令生成模块223c。

其中，若运行模式为在线自动切除模式，则第一运行指令生成模块223a用于在未停止风力发电机组运行的状态下，自动生成切除指令。

若运行模式为离线自动切除模式，则第二运行指令生成模块223b用于控制风力发电机组停止运行，判断风力发电机组是否重新启动，若风力发电机组重新启动，则自动生成切除指令。

若运行模式为被动切除模式，则第三运行指令生成模块223c用于判断是否接收到切除使能信号，若接收到切除使能信号，则根据切除使能信号，生成切除指令。

具体地，本实施例中，若运行模式为被动切除模式，则第三运行指令生成模块223c向中控装置发送提示信息，以使技术人员对故障再次进行确认后，若能够通过切除故障电能传输系统，其他非故障电能传输系统能够继续进行发电，则技术人员通过中控装置向上层控制器发送切除使能信号，第三运行指令生成模块223c根据切除使能信号，生成切除指令。

进一步地，上层控制器还包括：故障电能传输系统控制切除单元224。

其中，故障电能传输系统控制切除单元224与运行命令生成单元223相连，用于控制故障电能传输系统依照据切除指令停止工作，从风力发电机组中切除。

所以，本实施例中，第一运行指令生成模块223a、第二运行指令生成模块223b或第三运行指令生成模块223c在生成切除指令后，故障电能传输系统控制切除单元224控制故障电能传输系统依照切除指令停止工作。

本实施例提供的风力发电机组，通过底层控制器监测对应电能传输系统中的功能单元的运行状态参数，在根据运行状态参数确定对应功能单元满足异常条件的情况下，将对应功能单元的运行状态参数发送给上层控制器，上层控制器中的故障类型确定单元根据对应功能单元的运行状态参数判断对应功能单元是否发生故障，若发生故障，则确定故障类型，运行模式确定单元根据故障类型和预存的故障类型与运行模式的对应关系，确定电能传输系统的运行模式，运行命令生成单元根据运行模式生成运行指令。

其中，运行模式为在线自动切除模式、离线自动切除模式或被动切除模式，运行指令为切除指令，故障电能传输系统控制切除单元控制故障电能传输系统依照切除指令停止工作，故障电能传输系统从风力发电机组中切除。不仅对风力发电机组进行了充分利用，提高了风力发电机组的发电量。并且面对多种故障类型，若不能对故障进行恢复，直接对故障电能传输系统进行切除处理。

图4为本发明风力发电机组的实施例四中的上层控制器的结构示意图，如图4所示，本实施提供的风力发电机组在本发明风力发电机组实施例三的基础上，对上层控制器的进一步细化。

进一步地，本实施例中，上层控制器还包括：调配控制参数计算单元225和非故障电能传输系统控制单元226。

调配控制参数计算单元225，用于计算非故障电能传输系统中的调配控制参数。

具体地，本实施例中，调配的控制参数例如包括：非故障电能传输系统中发电机的扭矩设定值、无功给定值、发电机的电感值、电阻值和磁链的数据。

调配的控制参数还可以包括：抑制电流环流的调配控制参数等。

其中，非故障电能传输系统中发电机的电感值、电阻值和磁链的数据为非故障电能传输系统中发电机绕组的参数。

本实施例中，非故障电能传输系统中发电机绕组的参数通过对故障电能传输系统的切除后的仿真和测试来确定，或者在故障电能传输系统切除后，由变流器中央控制模块获取非故障电能传输系统中变流器的电流和电压的变化情况，并发送给上层控制器，由上层控制器根据电流和电压的变化情况计算非故障电能传输系统中的绕组的参数。

非故障电能传输系统控制单元226，与调配控制参数计算单元225相连，用于依照调配控制参数，控制非故障电能传输系统的运行状态。

具体地，本实施例中，调配控制参数计算单元225依照调配控制参数中的发电机的扭矩设定值、无功给定值、发电机的电感值、电阻值和磁链的数据，控制非故障电能传输系统中的发电机的运行状态，使发电机能够增大发电量，使其满足要求。并且调配控制参数计算单元225可依照抑制电流环流的调配控制参数，控制发电机绕组中的电流环流。

本实施例提供的风力发电机组，底层控制器监测对应电能传输系统中的功能单元的运行状态参数，在根据运行状态参数确定对应功能单元满足异常条件的情况下，将对应功能单元的运行状态参数发送给上层控制器，上层控制器用于根据对应功能单元的运行状态参数判断对应功能单元是否发生故障，若发生故障，则确定故障类型，根据故障类型和预存的故障类型与运行模式的对应关系，确定电能传输系统的运行模式，根据运行模式生成运行指令；其中，运行模式为在线自动切除模式、离线自动切除模式或被动切除模式，运行指令为切除指令，控制故障电能传输系统依照切除指令停止运行，使得故障电能传输系统从风力发电机组中切除；上层控制器中的调配控制参数计算单元计算非故障电能传输系统中的调配控制参数，非故障电能传输系统控制单元，用于依照调配控制参数，控制非故障电能传输系统的运行状态，不仅对风力发电机组进行了充分利用，提高了风力发电机组的发电量。并且在对故障电能传输系统切除后，非故障的电能传输系统也能满足发电需求。

由于本发明的风力发电机组中发电机采用双绕组或多绕组的结构。在未对某一电能传输系统进行切除时，各套发电机绕组的U/V/W三相在空间上均布对称，因此在同相间包括的并联设置的不同支路间不存在电流环流。由于在故障电能传输系统切除后，剩下的发电机绕组的U/V/W三相在空间上非均布对称，所以在同相间包括的并联设置的不同支路间存在电流环流，电流环流会导致发电机绕组局部发热严重，同时在磁极上产生相应频率的径向力和切向力，同时还会与感应电动势的基波综合作用产生纹波扭矩。磁极上径向力和切向力的增加与新产生的纹波转矩会引起发电机较大的振动，影响发电机的使用寿命。并且发电机振动会产生相应频率的噪声音调。

以直驱永磁发电机为例，若该直驱永磁发电机有两套电能传输系统，在故障电能传输系统切除后，采集非故障电能传输系统绕组的电流随时间的变化情况，以及磁极的受力情况。

具体地，图5为非故障电能传输系统发电机绕组的电流随时间的变化情况示意图。在图5中为非故障电能传输系统发电机单绕组情况下U/V/W三相的电流情况，每相包括并联设置的八个支路，采集同相中的八个支路中各自的电流，获取最大电流和最小电流。如图5中501和502两条曲线分别为U相上的第3条支路电流曲线和第7条支路电流曲线，其分别为U相上的最大电流和最小电流。同理，503和504两条曲线分别为V相上的第3条支路电流曲线和第7条支路电流曲线，其分别为V相上的最大电流和最小电流。505和506两条曲线分别为W相上的第1条支路电流曲线和第9条支路电流电流曲线，其分别为W相的最大电流和最小电流。而图5中的下部的三条曲线分别为各相中的最大电流支路和最小电流支路上的电流差形成的曲线，分别为对应的电流环流。曲线509为U相的电流环流，曲线508为V相的电流环流，曲线507为W相的电流环流。通过将最大电流环流与对应的最大电流进行对比，最大电流环流为额定电流的5.7％。

具体地，图6为电能传输系统发电机绕组的磁极的受力情况示意图。如图6所示，图中的四个曲线分别为在双绕组或单绕组运行情况下磁极切向力与径向力随时间变化曲线。从图6中可以看出，在对故障电能传输系统的进行切除后，非故障电能传输系统的单绕组运行时单个磁极的切向力与径向力会增加很多，增幅大约为3％。

所以，为了抑制由于故障电能传输系统的切除对非故障电能传输系统的影响，抑制发电机的振动，降低发电机振动产生的相应频率的噪声音调，则本实施例提供的风力发电机组在本发明风力发电机组实施例四的基础上还包括以下特征。

进一步地，本实施例中，调配控制参数为：谐波电流的调配控制参数。

调配控制参数计算单元225，具体用于根据非故障电能传输系统运行时发电机绕组产生的电流环流计算谐波电流的调配控制参数。

其中，谐波电流为抑制电流环流的电流。谐波电流的调配控制参数包括：振幅、相位和频率。

具体地，本实施例中，通过对非故障电能传输系统的监测，采集电流环流，确定电流环流的振幅、相位和频率。则计算谐波电流的振幅等于电流环流的振幅，谐波电流的相位与电流环流的相位相反，谐波电流的频率等于电流环流的频率。

非故障电能传输系统控制单元226，具体用于依照谐波电流的调配控制参数，控制非故障电能传输系统中变流器的逆变模块注入谐波电流，以消除电流环流。

具体地，本实施例中，依照谐波电流的振幅、相位和频率，控制非故障电能传输系统中变流器的逆变模块生成谐波电流，并注入该谐波电流，由于谐波电流的振幅和频率与电流环流的振幅和频率相等，并且相位相反，使注入的谐波电流能够消除电流环流。电流环流的消除使磁极上产生的径向力和切向力降低到没有切除故障电能传输系统前的量，进而抑制了发电机的振动，也抑制了噪声音调。

本实施例提供的风力发电机组，在上层控制器中的故障电能传输系统控制切除单元控制故障电能传输系统依照切除指令停止运行，从风力发电机组中切除后，调配控制参数计算单元根据非故障电能传输系统运行时发电机绕组产生的电流环流计算谐波电流的调配控制参数；非故障电能传输系统控制单元，依照谐波电流的调配控制参数，控制非故障电能传输系统中变流器的逆变模块注入谐波电流，以消除电流环流。不仅对风力发电机组进行了充分利用，提高了风力发电机组的发电量。并且电流环流的消除使磁极上产生的径向力和切向力降低到没有切除故障电能传输系统前的量，进而抑制了发电机的振动，也抑制了噪声音调。

图7为本发明风力发电机组的控制方法实施例一的流程图，本实施例提供的风力发电机组的控制方法用于对上述实施例提供的风力发电机组进行控制。同时，为更好地理解本实施例，各元件的结构位置关系等可以参见图1。该风力发电机的控制方法应用在本发明实施例一提供的风力发电机组中，该风力发电机组包括：至少两套电能传输系统，电能传输系统之间彼此并联；控制系统，其包括上层控制器以及与各套电能传输系统对应设置的控制子系统，每套控制子系统包括底层控制器。则本实施例提供的风力发电机组的控制方法包括以下步骤。

步骤701，底层控制器监测对应电能传输系统中的功能单元的运行状态参数，在根据所述运行状态参数确定对应功能单元满足异常条件的情况下，将所述对应功能单元的运行状态参数发送给上层控制器。

本实施例中，如图2所示，针对每套控制子系统，底层控制器分别为：变流器中央控制模块、开关控制模块、发电机绕组散热控制模块和变流器散热控制模块。

本实施例中，每个底层控制器对应监测电能传输系统中的功能单元的运行状态参数可根据功能单元的不同有所不同。

本实施例中，每个底层控制器根据运行状态参数判断对应功能单元的是否满足异常条件的方法也不做限定，

本实施例中，对每个底层控制器对应监测电能传输系统中的功能单元的运行状态参数的描述、每个底层控制器根据运行状态参数判断对应功能单元的是否满足异常条件的方法的描述具体可参见本发明风力发电机组实施例一中的相应描述，在此不再一一赘述。

步骤702，上层控制器在根据所述对应功能单元的运行状态参数确定对应功能单元发生故障的情况下，生成运行指令，控制所述故障电能传输系统依照所述运行指令进行工作。

本实施例中，上层控制器与控制子系统中的每个底层控制器连接，通过总线或以太网进行通信。

具体地，本实施例中，上层控制器根据对应功能单元的运行状态参数确定对应功能单元是否发生故障的方法不做限定。如可以预存有每个功能单元的故障条件，判断对应功能单元的运行状态参数是否满足故障条件，若满足，则确定对应功能单元发生故障，也可以采用其他方法判断对应功能单元是否发生故障，本实施例中对此不做限定。

本实施例中，在确定对应功能单元发生故障后，对发送运行指令的方式也不做限定。

本实施例中，控制器根据对应功能单元的运行状态参数确定对应功能单元是否发生故障的方法的描述、在确定对应功能单元发生故障后，对发送运行指令的方式描述具体可参见本发明风力发电机组实施例一中的相应描述，在此不再一一赘述。

本实施例提供的风力发电机组的控制方法，通过底层控制器监测对应电能传输系统中的功能单元的运行状态参数，在根据所述运行状态参数确定对应功能单元满足异常条件的情况下，将所述对应功能单元的运行状态参数发送给上层控制器；上层控制器在根据所述对应功能单元的运行状态参数确定对应功能单元发生故障的情况下，生成运行指令，控制所述故障电能传输系统依照所述运行指令进行工作。由于风力发电机组中每套电能传输系统彼此并联，电能传输系统中的相同功能单元彼此独立，所以在某一功能单元出现故障时，只对该功能单元所在的电路产生影响，并不会影响其他套电能传输系统的正常运行，底层控制器能够对对应的功能单元进行独立监测，由上层控制器判断出对应功能单元发生故障后，生成运行指令，控制所述故障电能传输系统依照所述运行指令进行工作，不影响非故障发电电路的正常运行，所以对风力发电机组的进行了充分利用。进而提高了风力发电机组的发电量。

图8为本发明风力发电机组的控制方法实施例二的流程图，如图8所示，本实施例提供的风力发电机组的控制方法是对本发明风力发电机组的控制方法实施例一的步骤702的进一步细化，同时，为更好地理解本实施例，各元件的结构位置关系等可以参见图3。则本实施例提供的风力发电机组的控制方法包括以下步骤。

步骤801，底层控制器监测对应电能传输系统中的功能单元的运行状态参数，在根据运行状态参数确定对应功能单元满足异常条件的情况下，将对应功能单元的运行状态参数发送给上层控制器。

本实施例中，步骤801的实现方式与本发明风力发电机组的控制方法实施例一中的步骤701的实现方式相同，在此不再一一赘述。

步骤802，上层控制器根据对应功能单元的运行状态参数判断对应功能单元是否发生故障，若发生故障，则确定故障类型。

进一步地，本实施例中，预先将电能传输系统的故障进行分类，并将故障类型进行存储。在根据对应功能单元的运行状态参数确定对应功能单元发生故障后，根据预存储的故障类型，确定对应功能单元所属的故障类型。

本实施例中，可根据运行模式对故障类型进行分类，如可进行在线自动切除模式的故障类型划分为第一故障类型，可进行离线自动切除模式的故障类型划分为第二故障类型，可进行被动切除模式的故障类型划分为第三故障类型。

步骤803，上层控制器根据预存的故障类型与运行模式的对应关系，确定故障电能传输系统的运行模式。

其中，运行模式包括以下模式的任意一种：

在线自动切除模式、离线自动切除模式、被动切除模式。

具体地，本实施例中，预先存储有故障类型与运行模式的对应关系。即第一故障类型与在线自动切除模式相对应，第二故障类型与离线自动切除模式相对应，第三故障类型与被动切除模式行对应。根据对应功能单元所属的故障类型，查找预存的故障类型与运行模式的对应关系，确定与对应功能单元所属的故障类型对应的运行模式。

步骤804，上层控制器判断运行模式是否为在线自动切除模式，若是，则执行步骤805，否则，执行步骤806。

进一步地，本实施例中，运行模式包括三种类型，首先判断运行模式是否为在线自动切除模式，以进行最便捷的切除处理。

步骤805，上层控制器在未停止风力发电机组运行的状态下，自动生成切除指令。

由于与在线自动切除模式对应的故障均为在不进行停机的情况下就能对对应的部件所在电能传输系统进行切除的故障，所以，若运行模式为在线自动切除模式，则在未停止风力发电机组运行的状态下，自动生成切除指令，并执行步骤814。

例如，第一类故障包括变流器散热液温度过高、变流器Du/Dt模块温度过温等，这些故障可以定位到发生故障的功能单元，进而定位到是哪一套电能传输系统发生故障。因此，在不停机的情况下，切除故障电能传输系统即可。

步骤806，上层控制器判断运行模式是否为离线自动切除模式，若是，则执行步骤807，否则，执行步骤809。

步骤807，上层控制器控制风力发电机组停止运行。

步骤808，若风力发电机组重新启动，则自动生成切除指令。

结合步骤806-步骤808对本实施例进行说明。具体地，本实施例中，离线自动切除模式为进行停机并重启后可自动控制进行故障电能传输系统切除的模式，相较于在线自动切除模式，该模式需在在停机并确定可以重启后才能自动控制进行故障发电电路的切除。

例如，第二类故障包括单发电回路和变流器的心跳信号异常、水冷UPS电池反馈丢失等，这些故障并不能定位故障点。则在机组重新启动时识别故障电能传输系统，再将其切除。

在执行步骤808后执行步骤814。

步骤809，上层控制器确定运行模式为被动切除模式。

步骤810，上层控制器判断上层控制器是否接收到完全解决机组问题的指令，若是，则结束，否则，执行步骤811。

步骤811，上层控制器判断是否接收到切除使能信号，若是，则执行步骤812，否则执行步骤813。

步骤812，上层控制器根据切除使能信号，生成切除指令。

步骤813，上层控制器控制风力发电机组停止运行，并进行维修操作。

结合步骤809-步骤813对本实施例进行说明。具体地，本实施例中，若运行模式不属于在线自动切除模式和离线自动切除模式，则确定运行模式为被动切除模式。其中，被动切除模式需要技术人员干预才能够进行的切除模式。

例如，第三类故障包括单发电回路绕组的三相电电流不平衡故障等。在技术人员通过中控装置获知风力发电机组发生了第三类故障，则到达现场后，对故障进行再次确定，解决故障，在故障完全解决掉后，通过中控装置向上层控制器发送完全解决机组问题的指令，则风力发电机组不需要故障电能传输系统的切除即可继续发电。若故障发生在一套电能传输系统中，而且短时间内不能进行解决，则通过中控装置向上层控制器发送切除使能信号，以使上层控制器根据切除使能信号，生成切除指令。并执行步骤815。

步骤814，上层控制器控制故障电能传输系统依照据切除指令停止工作，从风力发电机组中切除。

本实施例中，由于运行模式为切除模式的任意一种，所以在生成切除指令后，控制故障电能传输系统依照切除指令停止工作，故障电能传输系统从风力发电机组中切除。

本实施例提供的风力发电机组的控制方法，通过底层控制器监测对应电能传输系统中的功能单元的运行状态参数，在根据运行状态参数确定对应功能单元满足异常条件的情况下，将对应功能单元的运行状态参数发送给上层控制器，上层控制器根据对应功能单元的运行状态参数判断对应功能单元是否发生故障，若发生故障，则确定故障类型，上层控制器根据预存的故障类型与运行模式的对应关系，确定故障电能传输系统的运行模式，其中，运行模式可以为在线自动切除模式或离线自动切除模式或被动切除模式。上层控制器根据运行模式生成运行指令，运行指令为切除指令，控制故障电能传输系统依照切除指令停止工作，故障电能传输系统从风力发电机组中切除。面对多种故障类型，分别采用对应的切除模式生成切除指令，不仅对风力发电机组的充分利用，提高了风力发电机组的发电量。并且面对多种故障类型，若不能对故障进行恢复，直接对故障电能传输系统进行切除处理。

图9为本发明风力发电机组的控制方法实施例三的流程图，如图9所示，本实施例在本发明风力发电机组的控制方法实施例二的基础上，在上层控制器控制故障电能传输系统依照据切除指令停止工作，从风力发电机组中切除之后，还包括以下步骤。

步骤901，上层控制器计算非故障电能传输系统中的调配控制参数。

具体地，调配的控制参数包括：非故障电能传输系统中发电机的扭矩设定值、无功给定值、发电机的电感值、电阻值和磁链的数据。

其中，非故障电能传输系统中发电机的电感值、电阻值和磁链的数据为非故障电能传输系统中发电机绕组的参数。

本实施例中，非故障电能传输系统中发电机绕组的参数的计算方法可参照本发明风力发电机组实施例四中的描述。

步骤902，上层控制器依照调配控制参数，控制非故障电能传输系统的运行状态。

具体地，本实施例中，上层控制器依照调配控制参数中的发电机的扭矩设定值、无功给定值、发电机的电感值、电阻值和磁链的数据，控制非故障电能传输系统中的发电机的运行状态，使发电机能够增大发电量，使其满足要求。

本实施例提供的风力发电机组的控制方法，在上层控制器控制故障电能传输系统依照据切除指令停止工作，从风力发电机组中切除之后，上层控制器计算非故障电能传输系统中的调配控制参数，其中调配控制参数包括：非故障电能传输系统中发电机的扭矩设定值、无功给定值、发电机的电感值、电阻值和磁链的数据。上层控制器依照调配控制参数，控制非故障电能传输系统的运行状态。不仅对风力发电机组的充分利用，提高了风力发电机组的发电量。并且在对故障电能传输系统切除后，非故障的电能传输系统也能满足发电需求。

图10本发明风力发电机组的控制方法实施例四的流程图，如图10所示，本实施例在本发明风力发电机组的控制方法实施例三的基础上，调配控制参数包括：谐波电流的调配控制参数，则上层控制器控制故障电能传输系统依照据切除指令停止工作，从风力发电机组中切除之后还包括以下步骤。

步骤1001，上层控制器根据非故障电能传输系统运行时发电机绕组产生的电流环流计算谐波电流的调配控制参数。

其中，谐波电流为抑制电流环流的电流。谐波电流的调配控制参数包括：振幅、相位和频率。

具体地，本实施例中，通过对非故障电能传输系统的监测，采集电流环流，确定电流环流的振幅、相位和频率。则计算谐波电流的振幅等于电流环流的振幅，谐波电流的相位与电流环流的相位相反，谐波电流的频率等于电流环流的频率。

步骤1002，上层控制器依照谐波电流的调配控制参数，控制非故障电能传输系统中变流器的逆变模块注入谐波电流，以消除电流环流。

进一步地，本实施例中，依照谐波电流的振幅、相位和频率，控制非故障电能传输系统中变流器的逆变模块生成谐波电流，并注入该谐波电流，由于谐波电流的振幅和频率与电流环流的振幅和频率相等，并且相位相反，使注入的谐波电流能够消除电流环流。电流环流的消除使磁极上产生的径向力和切向力降低到没有切除故障电能传输系统前的量，进而抑制了发电机的振动，也抑制了噪声音调。

本实施例提供的风力发电机组的控制方法，在上层控制器中的故障电能传输系统控制切除单元控制故障电能传输系统依照切除指令停止运行，从风力发电机组中切除后，上层控制器根据非故障电能传输系统运行时发电机绕组产生的电流环流计算谐波电流的调配控制参数；上层控制器依照谐波电流的调配控制参数，控制非故障电能传输系统中变流器的逆变模块注入谐波电流，以消除电流环流，不仅对风力发电机组的充分利用，提高了风力发电机组的发电量。并且电流环流的消除使磁极上产生的径向力和切向力降低到没有切除故障电能传输系统前的量，进而抑制了发电机的振动，也抑制了由于发动机的振动引起的噪声音调。

为了说明本发明提供的风力发电机组的控制方法的技术效果，以某3MV风力发电机组为例进行说明。图11为两套电能传输系统进行发电和切除一套电能传输系统进行发电的模式示意图，图11中的横坐标为风速，左侧的纵坐标为某地形条件下的各风速段的百分比，右侧的纵坐标为发电量。

如图11所示，带标记的曲线为威尔分布概率曲线，带“x”标记的曲线为两套发电电路的风力发电机组的发电量曲线，带“·”标记的曲线为切除一套发电电路后的风力发电机组的发电曲线。对于3MW风机而言，如果风机半功率1.5MW运行，采用本发明提供的风力发电机组的控制方法，且一套发电电路切除之后，风机仍有1.5MW的输出能力。整个发电输出模式如下，由于风速小于7.5m/s之前机组发电功率小于1.5MW，在3-7.5m/s，一套发电电路切除后不影响整机输出；7.5-10.4m/s一套发电电路切除后，风力发电机组出力能够恒定在1.5MW的输出，但原有两套发电电路的出力不足3MW，输出功率损失不超过50％；10.4-22m/s，一套发电电路切除后，风力发电机组出力能够恒定在1.5MW的输出，原有两套发电电路的出力为3MW，输出功率损失为原来的50％。假设风力发电机组的整机利用率为95％，则采用本发明的风力发电机组的控制方法，机组的可利用率提高至98.3％，提升了3.36个百分点，发电量增加了168282度。

综上举例，进一步证明本发明提供的风力发电机组的控制方法不仅对风力发电机组的充分利用，提高了风力发电机组的发电量。

在一个优选的实施例中，本发明的实施例还提供一种上层控制器，所述上层控制器包括一个或多个程序模块，被配置为由一个或者多个处理器执行。一个或多个程序模块包括：故障类型确定单元221、运行模式确定单元222和运行命令生成单元223。故障类型确定单元221、运行模式确定单元222和运行命令生成单元223的功能参见上文所述，此处不再赘述。

在一个优选的实施例中，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机可读的存储介质和内嵌于其中的计算机程序，所述计算机程序包括用于执行步骤S802至步骤S814的指令。

优选的，所述计算机程序还包括用于执行步骤S901和步骤S902的指令。

优选的，所述计算机程序还包括用于执行步骤S1001和步骤S1002的指令。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本发明实施例中上层控制器的各个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的物理存在，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。