一种大风条件下风电机组功率控制方法和系统与流程

1.本发明属于风力发电领域，涉及一种大风条件下风电机组功率控制方法和系统。


背景技术：

2.风力发电机组在不同风速下有不同的功率控制策略，在达到额定风速以后，通过变桨控制以发电机转速控制在设定点为目标，采用恒功率或恒转矩的方式保证机组输出功率维持在额定功率。在大风条件下风力发电机组的各大部件由于风力作用均会经历较大弯矩，对机组的长期安全运行造成一定影响，为延长切出风速一般采用降功率的方式来降低机组的极限载荷，但同时不可避免地造成了发电量损失。因此有必要进行机组功率控制策略的调整，使机组在大风条件下采用调整地功率控制策略，在降低极限载荷的同时避免发电量损失。
3.现有针对此问题的技术方案包括：根据风力发电机组的当前风速确定降低发电机转速的设定值，从而降低功率，以低于额定功率的方式运行。但现有的控制策略不可避免的会造成发电量损失，虽然可以有效降低发电机组在大风条件下的极限载荷但由于降功率运行，以牺牲发电量作为代价，在大风频繁的风况下发电量损失不容忽视。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述现有技术中，大风频繁的风况下发电机组控制策略中易造成发电量损失的缺点，提供一种大风条件下风电机组功率控制方法和系统。
5.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.一种大风条件下风电机组功率控制方法，包括如下步骤：
7.步骤1)获取风电机组的实时风速；
8.步骤2)获取控制功能标志位；
9.步骤3)判断控制功能标志位的状态为打开状态还是关闭状态；
10.当控制功能标志位为关闭状态，则以额定转速设定值和转矩设定值继续运行；
11.当控制功能标志位为打开状态，则获取风速
‑
转速设定值关系表，得到每一种风速下降低的发电机转速设定值；
12.获取发电机最新功率设定值，计算得到升高的发电机转矩设定值；
13.将升高的发电机转矩设定值传递给变流器，控制发电机保持输出功率不变。
14.优选地，实时风速获取后首先进行滑动平均处理。
15.优选地，步骤2)中，升高的转矩设定值的计算过程为：在保持功率不变的情况下，通过发电机最新功率设定值除以降低的发电机转速设定值，得到升高的转矩设定值。
16.优选地，滑动平均处理的时间为50s。
17.优选地，步骤3)中，发电机最新功率设定值为发电机额定功率与补偿功率之和。
18.一种大风条件下风电机组功率控制系统，包括：
19.数据获取单元，用于获取风电机组的实时风速、发电机额定功率及补偿功率，并获
取每个实时风速对应的控制功能标志位；
20.评估单元，与数据获取单元相交互，用于判断控制功能标志位是否正确；
21.数据处理单元，分别与数据获取单元和评估单元相交互，包括降转速模块和升转矩模块，基于控制功能标志位的判断结果，及发电机额定功率及补偿功率，得到发电机最新功率设定值，进一步计算得到发电机转矩设定值，结合发电机转速设定值，计算得到发电机输出功率。
22.优选地，数据处理单元包括：
23.降转速模块，通过实时风速与额定转速设定值的关系，得到每一种风速下降低的发电机转速设定值，此时变桨系统开始动作，通过减少风能吸收来实现降低转速。
24.优选地，数据处理单元包括：
25.升转矩模块，用于将提高的转矩设定值传递给变流器，变流器按照转矩设定值运行以实现升转矩.
26.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
27.本发明公开了一种大风条件下风电机组功率控制方法，通过检测风速仪判断发电机转速设定值转矩设定值是否需要调整，如其需要即计算最新的发电机降转速及升转矩设定值，最大程度考虑大风条件下降低机组极限载荷的需求，同时保证机组的输出功率保持不变，无发电量损失。通过当前风速查表取得降低转速设定点，并通过功率除以降低的转速设定点得到转矩设定点升高值。本发明采用发电机降转速升转矩的方式，作为大风条件下的功率控制方式，从而降低大风条件下的大部件极限载荷，同时保持发电机输出功率不变，克服了传统方式中仅降低发电机转速、发电机转矩不变造成机组的输出功率降低，在大风频繁的风况下导致发电量损失的问题。
28.进一步地，由于测量风速中存在干扰信号，故对测量风速信号进行滑动平均处理。
29.本发明公开了一种大风条件下风电机组功率控制系统，可以通过风速仪风速作为判断条件对发电机转速及发电机转矩设定值进行调度，从而在大风条件下对风力发电机组进行功率控制。创新地采用在大风条件下，降低发电机设定转速的同时提升发电机设定转矩。由于在大风条件下的极限载荷与发电机运行转速呈现正相关，为有效降低极限载荷需相应地降低发电机额定转速，为弥补此时的发电量损失，通过提升发电机转矩的方式来保证在大风条件下发电机输出功率保持不变的同时有效降低大部件的极限载荷。本发明创新地采用了降低发电机转速的同时升高发电机转矩，从而在大风下即降低了机组有可能遭遇的极限载荷保护机组，又针对性的提高发电机转矩，无发电量损失。
附图说明
30.图1为本发明风力发电机组的大风条件下功率控制方法的流程图。
具体实施方式
31.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
32.实施例1
33.一种大风条件下风电机组功率控制方法，包括如下步骤：
34.步骤1)获取风电机组的实时风速；
35.步骤2)获取控制功能标志位；
36.步骤3)判断控制功能标志位的状态为打开状态还是关闭状态；
37.当控制功能标志位为关闭状态，则以额定转速设定值和转矩设定值继续运行；
38.当控制功能标志位为打开状态，则获取风速
‑
转速设定值关系表，得到每一种风速下降低的发电机转速设定值；
39.获取发电机最新功率设定值，计算得到升高的发电机转矩设定值；
40.将升高的发电机转矩设定值传递给变流器，控制发电机保持输出功率不变。
41.实施例2
42.如图1所示，在当前的检测周期内检测风速仪风速，由于测量风速中存在干扰信号，故对测量风速信号进行滑动平均处理。获取当前此控制功能标志位。判断此控制功能标志位是否为true，如标志位为false，即此控制功能未开启，功率控制策略维持不变，以原转速设定值转矩设定值继续运行。
43.如标志位为true，获取风速
‑
转速设定值关系表，通过检测的风速仪风速查表求得当前风速下的降低发电机转速设定值。获取当前发电机额定功率及补偿功率，得到发电机最新功率设定值。通过将发电机最新功率设定值除以当前风速下的降低发电机转速设定值得到当前的发电机转矩设定值。由于发电机转矩与发电机转速成反比，其发电机转矩将较原发电机转矩设定值为高。将降低发电机转速设定值及升高的发电机转矩设定值传递给变流器，其控制发电机从而控制发电机保持输出功率不变。
44.实施例3
45.1)本发明通过检测风速仪风速，实时地判断机组功率控制参数是否需要进行进一步地调整。
46.2)检测当前风速仪风速，并将测量信号传递给主控plc。
47.3)由于风速仪测量装置的测量方式，信号转换，估算方法等，直接得到的转速测量信号存在干扰成分，不适宜直接参与控制算法。
48.4)对当前测量的风速仪风速进行50秒滑动平均，得到当前滑动平均后的风速仪测量风速。
49.5)获取此控制功能标志位region3powercontrolflag。
50.6)如此控制功能标志位region3powercontrolflag为false，则进入第7步。
51.7)机组以原功率控制方式继续正常运行。
52.8)如此控制功能标志位region3powercontrolflag为true，则进入第9步。
53.9)获取风速
‑
转速关系表。
54.10)通过第4步得到的风速，查表对应求得当前风速对应的降低发电机转速设定值。
55.11)获取当前发电机设定功率。
56.12)获取当前发电机补偿功率。
57.13)将第11步得到的当前发电机设定功率与第12步得到的当前发电机补偿功率求和得到当前发电机最新设定功率。
58.14)将第13步得到的当前发电机最新设定功率与第10步得到的降低发电机转速设定值做除法，得到当前发电机升转矩设定值。
59.15)将第13步计算的发电机降低转速设定值及第14步得到的发电机升转矩设定值传递给变流器，其控制发电机得到输出功率。
60.实施例4
61.一种大风条件下风电机组功率控制系统，包括：
62.数据获取单元，用于获取风电机组的实时风速、发电机额定功率及补偿功率，并获取每个实时风速对应的控制功能标志位；
63.评估单元，与数据获取单元相交互，用于判断控制功能标志位是否正确；
64.数据处理单元，分别与数据获取单元和评估单元相交互，包括降转速模块和升转矩模块，基于控制功能标志位的判断结果，及发电机额定功率及补偿功率，得到发电机最新功率设定值，进一步计算得到发电机转矩设定值，结合发电机转速设定值，计算得到发电机输出功率。
65.需要说明的是，通过检查控制参数列表中控制功能标志位是打开还是关闭状态；由于转矩是通过功率除以转速得到，因此其乘积保持不变。输出功率即为转速乘以转矩，通过升转速降转矩保持功率不变。
66.已有技术方案中为考虑大风速下的风机主要部件极限载荷，一般采用降低发电机转速的方式，有效缓解在大风速下大部件的旋转受力情况，从而减小极限弯矩，降低极限载荷保护机组，但此方案由于采用降转速的方式，相应发电机功率有所减少，同时相应地带来发电量损失。
67.本发明采用的是直接采用风速仪测量风速作为判断大风的条件，但不限于此方式，其他如桨距角变化，变桨速率变化等判断大风条件同样可以采用。采用的是直接采用风速仪测量风速作为设定发电机降转速设定值的参考，但不限于此方式，其他如桨距角等同样可以采用。本发明采用的是设定发电机降转速设定值，但不限于此方式，其他如设定发电机升转矩设定值等同样可以采用。本发明采用的是增加发电机补偿功率的方式保证发电机输出功率，但不限于此方式，其他如增加发电机转矩的方式等同样可以采用。
68.综上所述，本发明采用降低发电机转速，升高发电机转矩的方式，但由于发电机转矩的提高，发电机机侧电流也将提高，发电机的运行损耗，传输线缆损耗，变流器损耗等都将相应增加，因此创新地引入补偿功率值，将由于发电机转矩提高带来地损耗增加考虑其中，通过补偿功率的设定保证发电机的输出功率在降转速升转矩过程中保持不变。在降低发电机转速时以不大于10％的额定转速为斜率，降低到目标转速值，防止由于转速设定值大幅变化造成的机组运行状态不稳定。
69.以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。