风力发电机组的功率控制方法和装置与流程

本发明涉及风力发电机功率控制的技术领域，尤其涉及一种用于风力发电机组的功率控制方法和装置。

背景技术：

随着社会经济的发展，电力资源已经成为人们生活的必需品。用于提供电力资源的发电方式除了传统的火力发电和水力发电等方式之外，还存在新兴的风力发电和核发电等方式。由于风力发电具有清洁、可再生、不破坏地理环境等优点，受到了人们的广泛关注。

环境温度对风力发电机组的发电影响较大。当环境温度较高时，风力发电机组的运行就变得不稳定，经常会发生风力发电机组的高温停机事件。因此，目前风力发电机组的操作工会设定高温的安全边界，当环境温度到达该安全边界时，要么限制将风力发电机组的功率，要么直接停机。

然而，申请人发现：在设定该安全边界时，经常会出现武断设定的情况。例如，在不同地区，不同时间，该安全边界的设置值会有所不同。另外，在确定环境温度到达安全边界时，如何限制风力发电机组的功率也会出现武断限制的情况。由于没有可靠的限制方法，通常在部分高温区域的夏季，当环境温度超过该安全边界时，会出现风场大面积的停机事件，造成较大的发电量损失。

如何减少受环境温度较高影响而引起的风力发电机组停机事件，成为亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

为了解决受环境温度较高影响而引起的风力发电机停机事件的问题，本发明实施例提供了一种用于风力发电机组的功率控制方法、装置和存储介质。

第一方面，提供了一种用于风力发电机组的功率控制方法。该方法包括：

比较风力发电机组所处环境的环境温度与预设的安全边界温度；

当环境温度大于安全边界温度，实时采集风力发电机组中多个预设部件的温度；

比较预设部件的实时温度与对应的预设部件的温度门限值；

基于实时温度与温度门限值的比较结果，以及预设部件所包括的部件类型，限制风力发电机组的功率。

第二方面，提供了一种用于风力发电机组的功率控制装置。该装置包括：

环境温度比较单元，用于比较风力发电机组所处环境的环境温度与预设的安全边界温度；

部件温度采集单元，用于当环境温度大于安全边界温度，实时采集风力发电机组中多个预设部件的温度；

部件温度比较单元，用于比较预设部件的实时温度与对应的预设部件的温度门限值；

机组功率限制单元，用于基于实时温度与温度门限值的比较结果，以及预设部件所包括的部件类型，限制风力发电机组的功率。

第三方面，提供了一种用于风力发电机组的功率控制装置。该装置包括：

存储器，用于存放程序；

处理器，用于执行上述存储器存储的程序，所述程序使得处理器执行上述第一方面所述的方法。

第四方面，提供了一种计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述第一方面所述的方法。

第五方面，提供了一种包含指令的计算机程序产品。当该产品在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面所述的方法。

第六方面，提供了一种计算机程序。当该计算机程序在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面所述的方法。

由此，上述发明实施例可以通过比较风力发电机组所处环境的环境温度与预设的安全边界温度，当环境温度大于安全边界温度，采集风力发电机组中多个预设部件的温度，比较预设部件的实时温度与对应的预设部件的温度门限值，然后基于实时温度与温度门限值的比较结果，限制风力发电机组的功率，使得风力发电机组在安全边界温度外可以不停机，保持高温发电，扩大了安全运行区域的范围，减少了停机带来的巨大损失。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例的用于风力发电机组的功率控制方法的流程示意图；

图2是本发明另一实施例的功率控制时的功率与温度的示意图；

图3是本发明另一实施例的用于风力发电机组的功率控制方法的流程示意图；

图4是本发明一实施例的限功率的各个部件的温度示意图；

图5是本发明一实施例的用于风力发电机组的功率控制装置的结构示意图。

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作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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

下面各个实施例的风力发电机组的功率控制方法的执行主体可以是一个控制器，一个处理器，也可以由多个空控制器或者多个处理器共同协调操作等。各个实施例可以相互参考和引用，相同或者相似的内容不再赘述。

图1是本发明一实施例的用于风力发电机组的功率控制方法的流程示意图。

如图1所示，用于风力发电机组的功率控制方法可以包括以下步骤：s110，比较风力发电机组所处环境的环境温度与预设的安全边界温度；s120，当环境温度大于安全边界温度，实时采集风力发电机组中多个预设部件的温度；s130，比较预设部件的实时温度ti与对应的预设部件的温度门限值li；s140，基于实时温度与温度门限值的比较结果，以及预设部件所包括的部件类型，限制风力发电机组的功率。

在s110中，发电机组所处环境的环境温度可以是风场的温度。该温度数值可以在发电机组的塔底下被测量得到，也可以在塔身或者在叶轮上测量得到，具体可以根据需求灵活设置。

经过大量的实验数据表明，预设的安全边界温度可以在39摄氏度与41摄氏度之间。较佳的安全边界温度可以为40摄氏度。

在s120中，预设部件可以包括：风力发电机组中不耐高温的风险部件。为了安全起见，当无法区分某些部件是否耐高温时，控制器可以将这些部件判定为不耐高温的部件。

在一些实施例中，风险部件可以包括：变桨部件和非变桨部件。变桨部件可以是用于风力发电机变桨操作的核心部件或者辅助部件。在一些实施例中，变桨部件包括以下部件中的一种或者多种：变桨柜、变桨电机、变桨裂变器、变桨电容、轮毂等。

在一些实施例中，非变桨部件包括以下部件中的一种或者多种：发电机、电器柜、散热器、变流器、变压器、非变桨裂变器、电缆、阀门等。

在s130中，li可以根据预设部件的安全工作温度确定，具体可以参见预设部件的使用说明。

在s140中，ti与li的比较结果可以如下面表(1)所示：

可以理解，不同配置的风力发电机组，控制器可以选择不同的预设部件，具体可以根据实际情况设置。

在一些实施例中，控制器基于ti与li的比较结果，限制风力发电机组的功率(s140)的实现方式可以包括如下循环迭代的过程：

s141，当预设部件包括非变桨部件，控制器判断是否只存在一个或者多个非变桨部件的ti大于li；

s142，如只存在一个或者多个非变桨部件的ti大于li，控制器则将

预设限功率因子减少预设调整值，得到当前限功率因子；

s143，控制器基于当前限功率因子，限制风力发电机组的功率；

s144，控制器为限制功率操作计时；

s145，当计时时间大于预设限制功率时间，控制器根据计时结束后重新采集的ti和li，再次判断是否存在一个或者多个ti大于li；

1)当再次判断结果显示存在一个或者多个ti大于li，将当前限功率因子减少预设调整值，并得到更新后的当前限功率因子，直至更新后的当前限功率因子为0，基于更新后的当前限功率因子，限制风力发电机组的功率；

2)当再次判断结果显示不存在一个或者多个ti大于li，基于当前限功率因子，控制执行风力发电机组的功率。

在一些实施例中，预设调整值在0与0.5之间。

在一些实施例中，预设调整值为0.1、0.2、0.3、0.4中任意一个值。

在一些实施例中，预设限功率因子为1。

经过大量实验数据表明，较佳的，预设值为0.1。

当预设值为0.1时，如果最先的风力风电机组的功率为p，那么，在第一个循环内，可以将风力发电机组的功率限制为0.9*p。其中，0.9＝1-0.1；在第二个循环内，可以将风力发电机组的功率限制为0.8*p。其中，0.8＝0.9-0.1；直至风力发电机组的功率被限制为0，即更新后的当前限功率因子为0。当ti均小于li时，跳出该循环。

图2是本发明另一实施例的功率控制时的功率与温度的示意图。

如图2所示，当环境温度大于40℃时，为了安全发电，控制器需要对风力发电机组采取限功率操作，此时，风力发电机组整机不能运行100％的额定功率。整机运行的功率范围线可以采用渐变的运行曲线l(高温时的功率曲线)，此时，风力发电机组的整机会运行在d区域。

如果控制器采用控制整机运行执行渐变的运行曲线l的策略，那么，即使环境温度超过40℃，但是执行降功率策略后，控制器(控制系统)所能承受的安全边界会有所提高。

由此，本发明实施例在环境温度较高时，采取限功率运行的做法，提高了整机(如风力发电机组)运行的温度范围。即本发明实施例的整机运行的温度范围由小于40℃，增加到了大于40℃(如44℃)，运行区域由a区域增加到了a区域和d区域。这使得风力发电机组在安全边界温度外可以不停机，保持高温发电，扩大了安全运行区域的范围，减少了停机带来的巨大损失。

下面以哈密天润项目环境温度较高时的统计数据为依据，说明本发明实施例具体可以减少的损失。项目机组2014年底并网，至2017年7月，经历两个夏季，机组平均环境温度高停机时长200小时，按照单台机组一年100小时高温停机计算，高温期间平均功率按400kw估算，则每年由于环境温度高导致停机，造成发电量损失约4万kwh。本发明实施例通过在高温环境下(例如，在44℃以下)限功率运行，可以将停机时间缩短至30小时内，也就是可以减少发电量损失约3万kwh。

图3是本发明另一实施例的用于风力发电机组的功率控制方法的流程示意图。

如图3所示，该流程可以包括以下步骤：s310，当环境温度大于安全边界温度(如40℃)，控制器采集风力发电机组中n个预设部件的温度；s320，控制器比较预设部件的实时温度ti与对应的预设部件的温度门限值li；s330，控制器分析ti与li的比较结果；s340，当f≤0时，控制器控制风力发电机组按当前功率执行风力发电；s350，当f＞0，且存在变桨部件超温的情况时，控制器控制执行停机；s360，当f＞0，且不存在变桨部件超温，超温部件均是非变桨部件时，控制器控制执行限制风力发电机组的功率。

在s310中，预设部件可以是风力发电机组中各重点监测的部件(也可以是元件)。采集的各个部件的温度可以是：部件1的温度为t1，部件2的温度为t2…部件n的温度为tn。tn可以是实时采集的实时温度。具体采集可以分周期进行，例如，每隔5分钟采集一次温度，也可以根据实际情况进行灵活调整。

例如，可以采集并监控如下部件是否在运行过程中升温超过限制：主控柜、机舱柜、变流器柜、开关柜等柜体温度，发电机温度、冷却液温度、变流器(igbt)温度、dudt电缆温度、开关柜温度，机舱温度、塔底温度、塔内输电电缆温度等。

在s320中，不同的部的件温度限值li(limiti)可以不同，具体可以根据各个部件的使用说明来确定不同的li。如果有元器件温度超限，则将对应的超温标记位记为1，如果未超温则将标记位记为0。例如，当t1＞l1时，控制器可以将f1记为1；当t1≤l1时，控制器可以将f1记为1。然后，控制器可以将所有标记位累加，f＝f1+f2+…+fn。

在s330中，控制器检查总标记位f是否大于0。当f大于0时，控制器还可以继续判断各个变桨部件是否存在超温的情况。

在s340中，当f≤0时，即ti均小于li时，控制器按风力发电机组的当前功率执行风力发电。当前功率(plimit)可以是实时变化的功率，如果该功率经过调整，需要根据调整后的当前功率来执行风力发电。

由此，本发明实施例通过判断，可以不进行功率调整，按当前功率执行风力发电，不仅可以减少调整操作，还可以减少停机的次数，节省了计算开销和停机损失。

重新参见图2，确定当前的功率运行点(t，p)，该点在高温时的功率曲线l上。

在s350中，当f＞0，且存在变桨部件超温的情况时，控制器控制执行停机。因为对变桨组件(系统或者元件)，如变桨柜、变桨电机、变桨逆变器、变桨电容、轮毂等进行限功率操作时，会导致变桨组件频繁动作，变桨内各测点温度反而会升高，因此若变桨部件的各测点升温超限时，则控制器控制直接执行停机。即：控制器将风力发电机组的功率确定为0。

由此，本发明实施例通过判断，可以不进行功率调整，直接停机，可以减少调整操作，节省了计算开销。

在s360中，当f＞0，且不存在变桨部件超温，超温部件均是非变桨部件时，控制器执行限制风力发电机组的功率。

因为当f＞0时，说明有元器件(部件)升温超限，此时控制器可以控制执行限功率操作。例如，控制器可以将预设限功率因子减少预设调整值(可以是定值，也可以是不定值，可以根据实际情况确定)，得到当前限功率因子；基于当前限功率因子，限制风力发电机组的功率；为限制功率操作计时；当计时时间大于预设限制功率时间，根据计时结束后重新采集的ti和li，再次判断是否存在一个或者多个ti大于li，

1)当再次判断结果显示存在一个或者多个ti大于li，将当前限功率因子减少预设调整值，并得到更新后的当前限功率因子，直至更新后的当前限功率因子为0，基于更新后的当前限功率因子，限制风力发电机组的功率；

2)当再次判断结果显示不存在一个或者多个ti大于li，基于当前限功率因子，控制执行风力发电机组的功率。

在本实施例中，控制器可以将限功率因子factor初始值为1，prate可以是机组额定功率(如100％的功率)，其值可以为2000千瓦。

初次执行限功率时，控制器可以将限功率因子减0.1(预设调整值)，整机按照额定功率的(1-0.1)即90％执行限功率。同时控制器启动限功率计时，当计时超过设定值之后，再次检查超温标记位f是否大于0，若仍然有元器件超温，则将限功率因子再次减0.1，即按照0.8倍的额定功率执行限功，并执行下一个循环操作。在控制器重新开始计时，计时超过设定值后，再次检查超温标记位，若此时超温标记位为0，说明此时的限功率操作对超温元器件的升温起到抑制作用，且所有重要元器件均运行在安全范围内，此时记录下当前的环境温度及限功率点，即(t，p)点。在不同的环境温度下，控制器通过不同的限功率操作，最终可以得到一条限功率的t—p曲线(高温时的功率曲线l)。

在本实施例中，控制器可以将风力发电机组的功率p限定为：更新后的当前限功率因子乘以风力发电机组的额定功率。即：plimit＝prate*factor。

由此，本发明实施例通过判断，可以对行功率调整，限制功率的条件下，不停机，可以减少停机的次数，节省了停机损失。

其中，控制器可以是各类型的控制装置。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本领域的技术人员可以按实际需要将上述的操作步骤的顺序进行灵活调整，或者将上述步骤进行灵活组合等操作。为了简明，不再赘述各种实现方式。另外，各实施例的内容可以相互参考引用。

图4是本发明一实施例的限功率的各个部件的温度示意图。

如图4所示，横轴可以表示时间，纵轴可以表示功率。l1可以表示轮毂温度线，l2可以表示机舱内平台温度线，l3可以表示塔筒内温度线，l4可以表示环境温度线，l5可以表示功率线。

时间在0.5时左右，l4表示的环境温度线走高，超过了40℃，达到43℃，由于通风散热系统动作，轮毂温度、机舱内平台温度、塔筒内温度均未超过45℃。控制器在限制功率后，功率的变化可以为l5线所示，此时，l2和l3均正常，即机舱内平台温度和塔筒内温度正常。此时，控制器仅需控制执行限功率操作，而无需直接控制风力发电机组停机。

图5是本发明一实施例的用于风力发电机组的功率控制装置的结构示意图。

如图5所示，用于风力发电机组的功率控制装置可以包括：环境温度比较单元510、部件温度采集单元520、部件温度比较单元530和机组功率限制单元540。

其中，环境温度比较单元510可以用于比较风力发电机组所处环境的环境温度与预设的安全边界温度；部件温度采集单元520可以当环境温度大于所述安全边界温度，实时采集风力发电机组中多个预设部件的温度；部件温度比较单元530可以用于比较预设部件的实时温度ti与与对应的预设部件的温度门限值li；机组功率限制单元540可以用于基于实时温度与温度门限值的比较结果，以及预设部件所包括的部件类型，限制风力发电机组的功率。在一些实施例中，机组功率限制单元540可以包括：第一功率限制模块和/或第二功率限制模块。其中，第一功率限制模块可以用于当预设部件包括变桨部件，且存在一个或者多个变桨部件的实时温度大于温度门限值，将风力发电机组的功率确定为0；第二功率限制模块可以用于当实时温度均小于温度门限值，控制风力发电机组按当前功率执行风力发电。

在一些实施例中，机组功率限制单元540可以包括：第三功率限制模块。第三功率限制模块可以用于当预设部件包括非变桨部件，判断是否只存在一个或者多个非变桨部件的实时温度大于温度门限值；如只存在一个或者多个非变桨部件的实时温度大于温度门限值，则将预设限功率因子减少预设调整值，得到当前限功率因子；基于当前限功率因子，限制风力发电机组的功率。

在一些实施例中，第三功率限制模块还可以用于：为限制功率操作计时；当计时时间大于预设限制功率时间，根据计时结束后重新采集的实时温度和温度门限值，再次判断是否存在一个或者多个实时温度大于温度门限值；当再次判断结果显示存在一个或者多个实时温度大于温度门限值，将当前限功率因子减少预设调整值，并得到更新后的当前限功率因子，直至更新后的当前限功率因子为0，基于更新后的当前限功率因子，限制风力发电机组的功率；当再次判断结果显示不存在一个或者多个实时温度大于温度门限值，基于当前限功率因子，控制执行风力发电机组的功率。

在一些实施例中，预设调整值可以在0与0.5之间。

在一些实施例中，预设限功率因子可以为1。

在一些实施例中，第三功率限制模块还可以用于将风力发电机组的功率限定为：更新后的当前限功率因子乘以风力发电机组的额定功率。

在一些实施例中，安全边界温度在39摄氏度与41摄氏度之间。

在一些实施例中，li是根据预设部件的安全工作温度确定的。

在一些实施例中，预设部件可以包括：风力发电机组中不耐高温的风险部件。

在一些实施例中，风险部件可以包括：变桨部件和非变桨部件。

在一些实施例中，变桨部件可以包括以下部件中的一种或者多种：变桨柜、变桨电机、变桨裂变器、变桨电容、轮毂等。

在一些实施例中，非变桨部件包括以下部件中的一种或者多种：发电机、电器柜、散热器、变流器、变压器、非变桨裂变器、电缆、阀门等。

需要说明的是，上述各实施例的装置可作为上述各实施例的用于各实施例的方法中的执行主体，可以实现各个方法中的相应流程，实现相同的技术效果，为了简洁，此方面内容不再赘述。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各个实施例中描述的方法。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(dsl))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘solidstatedisk(ssd))等。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。