风电机组冷却控制方法及装置和通风变频冷却系统与流程

本技术涉及风力发电，具体而言，涉及一种风电机组冷却控制方法及装置和通风变频冷却系统。

背景技术：

1、随着科学技术的不断发展，外转子发电机因具有发电效率高、发电成本低等特点，被广泛应用于路上风电机组和海上风电机组。但随着发电机发电容量的增加，对应的发电机热损耗也随之增大，往往需要利用由多台离心风机并联组成的通风变频冷却系统对风电机组进行散热，来确保风电机组运行效率。

2、目前，现有的通风变频冷却系统是通过监测风电机组的实际绕组温度，并直接根据监测到的实际绕组温度对离心风机进行调频控制，来确保对应离心风机产生的实际风量与风电机组运行状况实质匹配，并保证对应实际绕组温度无法超过预设绕组温度阈值。值得注意的是，这种冷却系统调频控制方案专注于风电机组的实际绕组温度，往往会因实际绕组温度的频繁变化而频繁调频，影响通风变频冷却系统的使用寿命，同时也会因磁钢无法安装温度传感器，无法在离心风机调频控制过程中有效兼顾磁钢温度是否超过预设磁钢温度阈值，往往导致风电机组的磁钢使用寿命无法得到保证。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术的目的在于提供一种风电机组冷却控制方法及装置和通风变频冷却系统，能够基于通风变频冷却系统的实际风机运行状况，综合考虑环境温度及风电机组的实际输出功率、绕组允许温度和磁钢允许温度来实现离心风机调频控制效果，并基于环境温度变化不频繁的特性，有效降低离心风机调频控制频率，以在提高风电机组使用寿命及运行效率的同时，有效提升通风变频冷却系统的使用寿命。

2、为了实现上述目的，本技术实施例采用的技术方案如下：

3、第一方面，本技术提供一种风电机组冷却控制方法，应用于装配在目标风电机组上的通风变频冷却系统，所述方法包括：

4、获取所述目标风电机组当前在预设时间段内的平均输出功率及平均环境温度；

5、检测所述通风变频冷却系统当前的通风冷却模式是单风机冷却模式还是多风机冷却模式；

6、在检测到所述通风冷却模式是单风机冷却模式的情况下，从预存的与所述单风机冷却模式对应的单个离心风机在所述目标风电机组的不同输出功率及不同环境温度作用下的用于确保最大绕组温度小于预设绕组温度阈值且最大磁钢温度小于预设磁钢温度阈值的最佳运行频段中，确定与所述平均输出功率及所述平均环境温度匹配的第一目标运行频段，并按照所述第一目标运行频段控制所述单个离心风机运行；

7、在检测到所述通风冷却模式是多风机冷却模式的情况下，从预存的与所述多风机冷却模式对应的多个离心风机在不同输出功率及不同环境温度作用下的用于确保最大绕组温度小于预设绕组温度阈值且最大磁钢温度小于预设磁钢温度阈值的单风机最佳运行频段中，确定与所述平均输出功率及所述平均环境温度匹配的第二目标运行频段，并按照所述第二目标运行频段控制所述多个离心风机中的每个离心风机运行。

8、在可选的实施方式中，所述方法还包括：

9、获取所述通风变频冷却系统在单个离心风机运行时的不同工作频段各自对应的目标风量-风压性能曲线，以及所述通风变频冷却系统在多个离心风机并联运行时的不同工作频段各自对应的单风机风量-风压性能曲线；

10、针对所述目标风电机组和所述通风变频冷却系统建立对应的协同作业仿真模型，并调用cfd软件基于所述协同作业仿真模型进行风量施加模拟仿真，得到所述协同作业仿真模型在单个离心风机运行时的第一风量-风压工作曲线及所述协同作业仿真模型在多个离心风机并联运行时的第二风量-风压工作曲线；

11、根据所述第一风量-风压工作曲线及不同工作频段各自对应的目标风量-风压性能曲线，确定单个离心风机在独立运行时的不同工作频段的实际风量值，并根据所述第二风量-风压工作曲线及不同工作频段各自对应的单风机风量-风压性能曲线，确定所述多个离心风机并联运行时的不同工作频段的单风机风量值；

12、获取所述目标风电机组在不同输出功率下的热损耗参数及所述目标风电机组的机组仿真模型；

13、根据所述目标风电机组在不同输出功率下的热损耗参数和单个离心风机在独立运行时的不同工作频段的实际风量值，以最大绕组温度小于预设绕组温度阈值且最大磁钢温度小于预设磁钢温度阈值为约束条件，调用所述cfd软件按照不同环境温度对所述机组仿真模型进行热仿真分析计算，得到单个离心风机在独立运行时的与不同输出功率及不同环境温度匹配的最佳运行频段；

14、根据所述目标风电机组在不同输出功率下的热损耗参数和所述多个离心风机并联运行时的不同工作频段的单风机风量值，以最大绕组温度小于预设绕组温度阈值且最大磁钢温度小于预设磁钢温度阈值为约束条件，调用所述cfd软件按照不同环境温度对所述机组仿真模型进行热仿真分析计算，得到所述多个离心风机并联运行时的与不同输出功率及不同环境温度匹配的单风机最佳运行频段。

15、在可选的实施方式中，所述调用cfd软件基于所述协同作业仿真模型进行风量施加模拟仿真，得到所述协同作业仿真模型在单个离心风机运行时的第一风量-风压工作曲线的步骤，包括：

16、按照单个离心风机独立运行时的多组预设参照风量值，调用所述cfd软件对所述协同作业仿真模型进行单个离心风机的风量施加模拟仿真，得到所述协同作业仿真模型在各组预设参照风量值作用下分别对应的模拟风阻值；

17、对多组预设参照风量值各自对应的模拟风阻值进行数据拟合，得到单个离心风机运行时的第一风量-风压工作曲线。

18、在可选的实施方式中，所述调用cfd软件基于所述协同作业仿真模型进行风量施加模拟仿真，得到所述协同作业仿真模型在多个离心风机并联运行时的第二风量-风压工作曲线的步骤，包括：

19、按照所述多个离心风机并联运行时的多组预设单风机风量值，调用所述cfd软件对所述协同作业仿真模型进行所述多个离心风机的风量施加模拟仿真，得到所述协同作业仿真模型在各组预设单风机风量值下分别对应的模拟风阻值；

20、对多组预设单风机风量值各自对应的模拟风阻值进行数据拟合，得到所述多个离心风机并联运行时的第二风量-风压工作曲线。

21、在可选的实施方式中，所述根据所述目标风电机组在不同输出功率下的热损耗参数和单个离心风机在独立运行时的不同工作频段的实际风量值，以最大绕组温度小于预设绕组温度阈值且最大磁钢温度小于预设磁钢温度阈值为约束条件，调用所述cfd软件按照不同环境温度对所述机组仿真模型进行热仿真分析计算，得到单个离心风机在独立运行时的与不同输出功率及不同环境温度匹配的最佳运行频段的步骤，包括：

22、针对每种输出功率，调用所述cfd软件对所述机组仿真模型按照该输出功率所对应的热损耗参数、各个环境温度及所述单个离心风机在不同工作频段的实际风量值进行热仿真分析计算，得到处于不同环境温度的所述目标风电机组在不同工作频段的所述单个离心风机施加的实际风量值作用下按照该输出功率运行时的最大仿真绕组温度和最大仿真磁钢温度；

23、针对每种环境温度，将与该环境温度及该输出功率匹配的不同工作频段各自对应的最大仿真绕组温度与所述预设绕组温度阈值进行比较，并将与该环境温度及该输出功率匹配的不同工作频段各自对应的最大仿真磁钢温度与所述预设绕组温度阈值进行比较；

24、从与该环境温度及该输出功率匹配的对应最大仿真绕组温度小于所述预设绕组温度阈值并且对应最大仿真磁钢温度小于所述预设绕组温度阈值的多个工作频段中，选取频率下限值最小的目标工作频段作为所述单个离心风机的与该环境温度及该输出功率匹配的最佳运行频段。

25、在可选的实施方式中，所述根据所述目标风电机组在不同输出功率下的热损耗参数和所述多个离心风机并联运行时的不同工作频段的单风机风量值，以最大绕组温度小于预设绕组温度阈值且最大磁钢温度小于预设磁钢温度阈值为约束条件，调用所述cfd软件按照不同环境温度对所述机组仿真模型进行热仿真分析计算，得到所述多个离心风机并联运行时的与不同输出功率及不同环境温度匹配的单风机最佳运行频段的步骤，包括：

26、针对每种输出功率，调用所述cfd软件对所述机组仿真模型按照该输出功率所对应的热损耗参数、各个环境温度及所述多个离心风机各自在不同工作频段的单风机风量值进行热仿真分析计算，得到处于不同环境温度的所述目标风电机组在不同工作频段的所述多个离心风机各自施加的单风机风量值作用下按照该输出功率运行时的最大仿真绕组温度和最大仿真磁钢温度；

27、针对每种环境温度，将与该环境温度及该输出功率匹配的不同工作频段各自对应的最大仿真绕组温度与所述预设绕组温度阈值进行比较，并将与该环境温度及该输出功率匹配的不同工作频段各自对应的最大仿真磁钢温度与所述预设绕组温度阈值进行比较；

28、从与该环境温度及该输出功率匹配的对应最大仿真绕组温度小于所述预设绕组温度阈值并且对应最大仿真磁钢温度小于所述预设绕组温度阈值的多个工作频段中，选取频率下限值最小的目标工作频段作为所述多个离心风机的与该环境温度及该输出功率匹配的单风机最佳运行频段。

29、在可选的实施方式中，所述检测所述通风变频冷却系统当前的通风冷却模式是单风机冷却模式还是多风机冷却模式的步骤，包括：

30、检测所述通风变频冷却系统中的多个离心风机各自是否存在运行故障；

31、在检测到只有一个离心风机不存在运行故障的情况下，判定所述通风变频冷却系统当前的通风冷却模式是单风机冷却模式；

32、在检测到至少两个离心风机各自不存在运行故障的情况下，判定所述通风变频冷却系统当前的通风冷却模式是多风机冷却模式。

33、第二方面，本技术提供一种风电机组冷却控制装置，应用于装配在目标风电机组上的通风变频冷却系统，所述装置包括：

34、机组运行状况获取模块，用于获取所述目标风电机组当前在预设时间段内的平均输出功率及平均环境温度；

35、通风冷却模式检测模块，用于检测所述通风变频冷却系统当前的通风冷却模式是单风机冷却模式还是多风机冷却模式；

36、单风机冷却控制模块，用于在检测到所述通风冷却模式是单风机冷却模式的情况下，从预存的与所述单风机冷却模式对应的单个离心风机在所述目标风电机组的不同输出功率及不同环境温度作用下的用于确保最大绕组温度小于预设绕组温度阈值且最大磁钢温度小于预设磁钢温度阈值的最佳运行频段中，确定与所述平均输出功率及所述平均环境温度匹配的第一目标运行频段，并按照所述第一目标运行频段控制所述单个离心风机运行；

37、多风机冷却控制模块，用于在检测到所述通风冷却模式是多风机冷却模式的情况下，从预存的与所述多风机冷却模式对应的多个离心风机在不同输出功率及不同环境温度作用下的用于确保最大绕组温度小于预设绕组温度阈值且最大磁钢温度小于预设磁钢温度阈值的单风机最佳运行频段中，确定与所述平均输出功率及所述平均环境温度匹配的第二目标运行频段，并按照所述第二目标运行频段控制所述多个离心风机中的每个离心风机运行。

38、在可选的实施方式中，所述装置还包括：

39、风机性能曲线获取模块，用于获取所述通风变频冷却系统在单个离心风机运行时的不同工作频段各自对应的目标风量-风压性能曲线，以及所述通风变频冷却系统在多个离心风机并联运行时的不同工作频段各自对应的单风机风量-风压性能曲线；

40、协同工作曲线仿真模块，用于针对所述目标风电机组和所述通风变频冷却系统建立对应的协同作业仿真模型，并调用cfd软件基于所述协同作业仿真模型进行风量施加模拟仿真，得到所述协同作业仿真模型在单个离心风机运行时的第一风量-风压工作曲线及所述协同作业仿真模型在多个离心风机并联运行时的第二风量-风压工作曲线；

41、工作频段风量确定模块，用于根据所述第一风量-风压工作曲线及不同工作频段各自对应的目标风量-风压性能曲线，确定单个离心风机在独立运行时的不同工作频段的实际风量值，并根据所述第二风量-风压工作曲线及不同工作频段各自对应的单风机风量-风压性能曲线，确定所述多个离心风机并联运行时的不同工作频段的单风机风量值；

42、机组相关数据获取模块，用于获取所述目标风电机组在不同输出功率下的热损耗参数及所述目标风电机组的机组仿真模型；

43、单风机热仿真分析模块，用于根据所述目标风电机组在不同输出功率下的热损耗参数和单个离心风机在独立运行时的不同工作频段的实际风量值，以最大绕组温度小于预设绕组温度阈值且最大磁钢温度小于预设磁钢温度阈值为约束条件，调用所述cfd软件按照不同环境温度对所述机组仿真模型进行热仿真分析计算，得到单个离心风机在独立运行时的与不同输出功率及不同环境温度匹配的最佳运行频段；

44、多风机热仿真分析模块，用于根据所述目标风电机组在不同输出功率下的热损耗参数和所述多个离心风机并联运行时的不同工作频段的单风机风量值，以最大绕组温度小于预设绕组温度阈值且最大磁钢温度小于预设磁钢温度阈值为约束条件，调用所述cfd软件按照不同环境温度对所述机组仿真模型进行热仿真分析计算，得到所述多个离心风机并联运行时的与不同输出功率及不同环境温度匹配的单风机最佳运行频段。

45、第三方面，本技术提供一种通风变频冷却系统，所述通风变频冷却系统装配在目标风电机组上，所述通风变频冷却系统包括主控单元及多个离心风机，其中所述主控单元与多个离心风机分别通信连接，用于调控各个离心风机的实际运行频段，使各个离心风机分别对所述目标风电机组进行冷却处理；

46、所述主控单元包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器可执行所述计算机程序，以实现前述实施方式中任意一项所述的风电机组冷却控制方法。

47、在此情况下，本技术实施例的有益效果可以包括以下内容：

48、本技术在获取到目标风电机组当前在预设时间段内的平均输出功率及平均环境温度后，会在通风变频冷却系统处于单风机冷却模式时，从预存的与单风机冷却模式对应的单个离心风机在目标风电机组的不同输出功率及不同环境温度作用下的最佳运行频段中，确定与平均输出功率及平均环境温度匹配的第一目标运行频段，并按照第一目标运行频段控制单个离心风机运行，并在通风变频冷却系统处于多风机冷却模式时，从预存的与多风机冷却模式对应的多个离心风机在不同输出功率及不同环境温度作用下的单风机最佳运行频段中，确定与平均输出功率及平均环境温度匹配的第二目标运行频段，并按照第二目标运行频段控制多个离心风机中的每个离心风机运行，从而得以利用最佳运行频段或单风机最佳运行频段能够确保最大绕组温度小于预设绕组温度阈值且最大磁钢温度小于预设磁钢温度阈值的特性，基于通风变频冷却系统的实际风机运行状况，综合考虑环境温度及风电机组的实际输出功率、绕组允许温度和磁钢允许温度来实现离心风机调频控制效果，并基于环境温度变化不频繁的特性，有效降低离心风机调频控制频率，以在提高风电机组使用寿命及运行效率的同时，有效提升通风变频冷却系统的使用寿命。

49、为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。