本发明涉及风力发电技术领域，更具体地涉及用于风电机组的参数误差补偿方法和设备。
背景技术：
在永磁直驱风力发电机组中，风电全功率变流器作为能量转换器件，为提高发电机功率的控制精度，其机侧逆变器一般采用发电机功率闭环控制策略。发电机功率控制精度取决于相关传感器的检测精度，即取决于电压和电流传感器的检测精度。一般高精度电流传感器成本较高，因此机侧逆变器会集成较低精度的电流传感器以降低成本，这样导致发电机功率控制精度变差，出现发电机出力不足或超发等问题，影响了机组的发电效率。
技术实现要素：
鉴于以上所述的一个或多个问题，本发明提供了一种用于风电机组的参数误差补偿方法和设备，能够节省成本，并且能够提高风力发电机组的发电效率。
根据本发明实施例的第一方面，提供了一种用于风电机组的参数误差补偿方法，包括：确定风电机组在当前工作状态的并网点处的实际机组净上网有功功率；基于给定发电机有功功率及损耗功率来确定当前工作状态的理论机组净上网有功功率；基于理论机组净上网有功功率与实际机组净上网有功功率来确定风电机组在当前工作状态的当前功率误差率；确定预设的多个工作状态中与当前工作状态一致的工作状态；基于当前功率误差率来更新所确定的工作状态对应的预设功率误差率；以及基于更新的预设功率误差率来对风电机组的多个运行参数中的一个进行误差补偿，运行参数包括机侧电流传感器的感测电流、机侧电压值、实际发电机有功功率、以及给定发电机有功功率。
根据本发明实施例的第二方面，提供了一种用于风电机组的参数误差补偿设备，包括：并网点实际有功功率确定单元，被配置为确定风电机组在当前工作状态的并网点处的实际机组净上网有功功率；并网点理论有功功率确定单元，被配置为基于给定发电机有功功率及损耗功率来确定当前工作状态的理论机组净上网有功功率；补偿量生成单元，被配置为：基于理论机组净上网有功功率与实际机组净上网有功功率来确定风电机组在当前工作状态的当前功率误差率；确定预设的多个工作状态中与当前工作状态一致的工作状态；以及基于当前功率误差率来更新所确定的工作状态对应的预设功率误差率；以及补偿单元，被配置为基于更新的预设功率误差率来对风电机组的多个运行参数中的一个进行误差补偿，运行参数包括机侧电流传感器的感测电流、机侧电压值、实际发电机有功功率、以及给定发电机有功功率。
在根据本发明实施例的用于风电机组的参数误差补偿方法和设备中，由于能够在机侧逆变器处使用较低精度的传感器，因此能够节省成本。此外，通过对风电机组的多个运行参数中的一个进行误差补偿，能够提高发电机功率的控制精度，并提高机组并网点有功功率的控制精度，从而能够提高风力发电机组的发电效率。
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示出了根据本发明实施例的用于风电机组的参数误差补偿方法的示意性流程图；
图2示出了根据本发明实施例的用于风电机组的参数误差补偿设备的示意性框图；
图3示出了根据本发明实施例的永磁直驱风力发电机组的示例拓扑结构示意图；
图4示出了能够实现根据本发明实施例的用于风电机组的参数误差补偿方法和设备的至少一部分的计算设备的示例性硬件架构的结构图。
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的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付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。
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的主要技术创意。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明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发明。
图1示出了根据本发明实施例的用于风电机组的参数误差补偿方法的示意性流程图。如图1所示，用于风电机组的参数误差补偿方法可以包括：S102，确定风电机组在当前工作状态的并网点处的实际机组净上网有功功率；S104，基于给定发电机有功功率及损耗功率来确定当前工作状态的理论机组净上网有功功率；S106，基于理论机组净上网有功功率与实际机组净上网有功功率来确定风电机组在当前工作状态的当前功率误差率；S108，确定预设的多个工作状态中与当前工作状态一致的工作状态；S110，基于当前功率误差率来更新所确定的工作状态对应的预设功率误差率；S112，基于更新的预设功率误差率来对风电机组的多个运行参数中的一个进行误差补偿。
具体地，在S102中，在一些实施例中，风电机组的工作状态可以基于风电机组中的一个或多个运行参数来确定。为了便于说明，下面以给定发电机有功功率和风电机组柜体温度(或传感器周围环境温度，可以利用温度传感器测量电流传感器温度)这两个运行参数为例，来说明如何确定风电机组的工作状态。在一些实施例中，例如可以将给定发电机有功功率按工作范围划分为M段，将柜体温度按工作范围划分为N段，其特征在于M、N为正整数。在预定时间内，根据给定发电机有功功率值及柜体温度值确定这两个运行参数所处的工作范围段，例如，给定发电机有功功率处于这M段中的第m(1≤m≤M)段，柜体温度处于这N段中的第n(1≤n≤N)段。可以基于给定发电机有功功率和柜体温度所处的分段确定风电机组的M*N种不同的工作状态。可以理解的是，可以选取其它运行参数并进行分段。
在一些实施例中，并网点处的实际机组净上网有功功率可以根据风电机组的并网点处的电压传感器和电流传感器所感测的电压和电流来确定。并网点处的电压传感器和电流传感器可以采用高精度电压传感器和电流传感器，以获得精确的误差补偿量。
在S104中，在一些实施例中，损耗功率可以包括发电机损耗功率、电缆损耗功率、变流器损耗功率以及机组自用电损耗功率。在一些实施例中，发电机损耗功率、电缆损耗功率、变流器损耗功率以及机组自用电损耗功率可以分别基于实际测量得到。例如，可以分别依据发电机损耗曲线、电缆损耗曲线、变流器损耗曲线以及机组自用电损耗曲线获得，这些损耗曲线可以通过测量获得，也可以是厂家的技术规格中已有的损耗曲线。根据能量守恒定律，可以将给定发电机有功功率减去发电机损耗功率、电缆损耗功率、变流器损耗功率以及机组自用电损耗功率来确定当前工作状态的理论机组净上网有功功率。应理解，上述功率损耗还可以包括其他部件的损耗或任何过程损耗。
在S106中，在分别得到理论机组净上网有功功率与实际机组净上网有功功率后，可以基于理论机组净上网有功功率与实际机组净上网有功功率来确定风电机组在当前工作状态的当前功率误差率。在一些实施例中，当前功率误差率可以通过将理论机组净上网有功功率与实际机组净上网有功功率的差值除以理论机组净上网有功功率来确定。例如，当风电机组的给定发电机有功功率处于第m段，柜体温度处于第n(1≤n≤N)段时，风电机组在当前工作状态的当前功率误差率可以通过将该当前工作状态的理论机组净上网有功功率与实际机组净上网有功功率的差值除以理论机组净上网有功功率来确定，例如可以表示为Emn。
在S108中，在得到当前功率误差率后，可以确定预设的多个工作状态中与当前工作状态一致的工作状态，并且在S110中可以基于当前功率误差率来更新所确定的工作状态对应的预设功率误差率。在一些实施例中，如上所述，可以基于风电机组中的一个或多个运行参数来确定风电机组的工作状态。例如，按如上所述，以给定发电机有功功率和风电机组柜体温度为例，风电机组可以具有M*N个预设的工作状态。针对每个预设的工作状态，可以分别给定其对应的预设功率误差率。对于初始值，可以基于经验或基于诸如神经网络之类的学习算法来设定。在一些实施例中，预设功率误差率可以被设定为0。之后，预设功率误差率可以基于每个相应工作状态的最新功率误差率来不断更新。例如，每当针对一定工作状态得到功率误差率时，以该功率误差率来对相应工作状态的预设功率误差率进行更新。
更具体地，例如，假设当前工作状态为风电机组的给定发电机有功功率处于第m段，柜体温度处于第n(1≤n≤N)段，并且预设的多个工作状态中与当前工作状态一致的工作状态对应的预设功率误差率为Emn-0，则可以基于当前功率误差率Emn来更新所确定的工作状态对应的预设功率误差率Emn-0。在一些实施例中，更新可以包括：在预设功率误差率不等于零时，可以以使用滤波算法(包括但不限于加权平均滤波算法、中位值平均滤波算法、滑动平均滤波算法等)对当前功率误差率进行滤波后的值来替代预设功率误差率；以及在预设功率误差率等于零时，可以以当前功率误差率来替代预设功率误差率。例如，当预设功率误差率Emn-0≠0时，可以用当前功率误差率的一半与预设功率误差率之和即Emn/2+Emn-0来替代预设功率误差率Emn-0，即更新后的预设功率误差率为Emn/2+Emn-0，当预设功率误差率Emn-0＝0时，可以用当前功率误差率即Emn来替代预设功率误差率Emn-0，即更新后的预设功率误差率为Emn。
在S112中，在对预设功率误差率进行更新后，可以基于更新的预设功率误差率来对风电机组的多个运行参数中的一个进行误差补偿。在一些实施例中，运行参数可以包括机侧电流传感器的感测电流、机侧电压值、实际发电机有功功率、以及给定发电机有功功率，等等。下面图3中以对机侧逆变器处的电流传感器的感测电流进行误差补偿为例进行了图示和说明。在一些实施例中，还可以类似地对机侧电压值、实际发电机有功功率、以及给定发电机有功功率进行误差补偿。在一些实施例中，误差补偿可以包括：将多个运行参数中的一个改变与更新的预设功率误差率相同的百分比。例如，以对机侧逆变器处的电流传感器的感测电流进行误差补偿例，假设更新的预设功率误差率为5％，则在补偿信号的作用下，可以将机侧逆变器处的电流传感器的感测电流提高5％。在另一示例中，假设更新的预设功率误差率为-2％，可以对机侧电压值进行误差补偿，例如可以将机侧电压值降低2％。
通过基于更新的预设功率误差率来对风电机组的多个运行参数中的一个进行误差补偿，可以提高发电机功率的控制精度，并且可以提高机组并网点有功功率的控制精度，因此能够提高风力发电机组的发电效率。
图2示出了根据本发明实施例的用于风电机组的参数误差补偿设备的示意性框图。如图2所示，用于风电机组的参数误差补偿设备可以包括：并网点实际有功功率确定单元202、并网点理论有功功率确定单元204、补偿量生成单元206、以及补偿单元208。
并网点实际有功功率确定单元202，可以被配置为确定风电机组在当前工作状态的并网点处的实际机组净上网有功功率。在一些实施例中，可以如上面参照图1所述基于风电机组中的一个或多个运行参数来确定风电机组的工作状态，这里不再赘述。在一些实施例中，并网点实际有功功率确定单元202可以根据风电机组的并网点处所感测的电压和电流来确定并网点处的实际机组净上网有功功率。
并网点理论有功功率确定单元204，可以被配置为基于给定发电机有功功率及损耗功率来确定当前工作状态的理论机组净上网有功功率。在一些实施例中，损耗功率可以包括发电机损耗功率、电缆损耗功率、变流器损耗功率以及机组自用电损耗功率。在一些实施例中，根据能量守恒定律，并网点理论有功功率确定单元204可以通过将给定发电机有功功率减去发电机损耗功率、电缆损耗功率、变流器损耗功率以及机组自用电损耗功率来确定当前工作状态的理论机组净上网有功功率。关于损耗功率的内容可以参照上面针对图1所述的内容，这里不再赘述。
补偿量生成单元206可以被配置为：基于理论机组净上网有功功率与实际机组净上网有功功率来确定风电机组在当前工作状态的当前功率误差率；确定预设的多个工作状态中与当前工作状态一致的工作状态；以及基于当前功率误差率来更新所确定的工作状态对应的预设功率误差率。
在一些实施例中，补偿量生成单元206可以通过将理论机组净上网有功功率与实际机组净上网有功功率的差值除以理论机组净上网有功功率来确定当前功率误差率。
在得到当前功率误差率后，补偿量生成单元206可以确定预设的多个工作状态中与当前工作状态一致的工作状态，并且可以基于当前功率误差率来更新所确定的工作状态对应的预设功率误差率。在一些实施例中，补偿量生成单元206可以被配置为：在预设功率误差率不等于零时，可以以使用滤波算法对当前功率误差率进行滤波后的值来替代预设功率误差率；以及在预设功率误差率等于零时，可以以当前功率误差率来替代预设功率误差率。
补偿单元208可以被配置为基于更新的预设功率误差率来对风电机组的多个运行参数中的一个进行误差补偿。在对预设功率误差率进行更新后，补偿单元208可以基于更新的预设功率误差率来对风电机组的多个运行参数中的一个进行误差补偿。在一些实施例中，运行参数可以包括机侧的电流传感器的感测电流、机侧电压值、实际发电机有功功率、以及给定发电机有功功率。在一些实施例中，误差补偿可以包括：将多个运行参数中的一个改变与更新的预设功率误差率相同的百分比。
通过基于更新的预设功率误差率来对风电机组的多个运行参数中的一个进行误差补偿，可以提高发电机功率的控制精度，同时可以提高机组并网点有功功率的控制精度，因此能够提高风力发电机组的发电效率。
图3示出了根据本发明实施例的永磁直驱风力发电机组的示例拓扑结构示意图。为了便于说明，图3仅示出了根据本发明实施例的永磁直驱风力发电机组的一种示例拓扑结构，本领域相关技术人员应该理解永磁直驱风力发电机组的拓扑结构不限于图3中所示的特定形式。如图3所示，叶轮302直接驱动永磁直驱风力发电机(PMSG)304运行，永磁直驱风力发电机304可以与全功率变流器306的发电机侧逆变器308相连。全功率变流器306可以包括发电机侧逆变器308、直流侧支撑电容310以及网侧逆变器312。网侧逆变器312可以并入电网系统314。在其他实施例中，永磁直驱风力发电机组的拓扑结构可以按需包括更多或更少的元件。在一些实施例中，永磁直驱风力发电机组的拓扑结构还可以在永磁直驱风力发电机304和发电机侧逆变器308之间包括发电机侧滤波器(未示出)。在一些实施例中，永磁直驱风力发电机组的拓扑结构还可以在网侧逆变器312和电网系统314之间包括网侧滤波器(未示出)。
如图3中所示，机侧逆变器308处采用发电机功率闭环控制策略，以提高发电机功率的控制精度。在发电机功率闭环控制中，给定发电机有功功率可以作为输入被提供给该闭环控制的控制器324。同时，发电机有功功率计算模块316可以基于发电机侧电流传感器320和发电机侧估算电压来计算实际发电机有功功率。所计算的实际发电机有功功率也可以作为输入被提供给控制器324。控制器324可以基于给定发电机有功功率和实际发电机有功功率来输出控制信号，以调节实际发电机有功功率可以跟随给定发电机有功功率而变化。发电机功率的控制精度与给定发电机有功功率和实际发电机有功功率的精度有关，其特征在于实际发电机有功功率的精度又与机侧逆变器处的电流传感器的检测精度以及发电机侧估算电压的精度有关。从电流传感器的检测精度考虑，高精度电流传感器成本较高，因此，在本发明的技术方案中，在机侧逆变器308处使用较低精度的传感器320，从而能够节省成本。此外，利用如上面图1所述的误差补偿方法100对发电机功率闭环控制中的相关参数(例如，如上所述的与发电机功率的控制精度有关的给定发电机有功功率、实际发电机有功功率、机侧逆变器处的电流传感器的感测电流以及发电机侧估算电压等)进行误差补偿，以提高发电机功率控制精度。
为了便于说明，图3中以对机侧逆变器308处的电流传感器320的感测电流进行误差补偿为例进行图示和说明。如图3中所示，并网点实际有功功率确定单元330(具体参加如上面图2所述的误差补偿设备200中的并网点实际有功功率确定单元202)可以基于并网点处的电压传感器和电流传感器计算得到机组净上网有功功率，并且并网点理论有功功率确定单元326(具体参加上面图2所述的误差补偿设备200中的并网点理论有功功率确定单元204)可以基于给定发电机有功功率以及相关损耗功率计算得到理论机组净上网有功功率。然后补偿量生成单元328(具体参加上面图2所述的误差补偿设备200中的补偿量生成单元206)可以基于理论机组净上网有功功率和机组净上网有功功率之间的差值来生成误差补偿信号，并且可以将误差补偿信号发送给补偿单元318(具体参加上面图2所述的误差补偿设备200中的补偿单元208)以对机侧逆变器处的电流传感器320的感测电流进行误差补偿。从而，提高发电机功率的控制精度并且在控制器控制信号的作用下，可以使得机组净上网有功功率能够达到理论机组净上网有功功率，从而提高机组并网点有功功率的控制精度，因此能够提高风力发电机组的发电效率。具体可以参照图1中对误差补偿方法的详细描述以及图2中对误差补偿设备的各个单元的详细描述，这里不再赘述。可以理解的是，还可以类似地对给定发电机有功功率、实际发电机有功功率、以及发电机侧估算电压进行误差补偿，以达到提高发电机功率的控制精度、从而提高风力发电机组的发电效率的目的，这里不再分别具体示出和说明。
结合1至图2描述的用于风电机组的参数误差补偿方法100和用于风电机组的参数误差补偿设备200的至少一部分可以由计算设备实现。图4示出了能够实现根据本发明实施例的用于风电机组的参数误差补偿方法和设备的至少一部分的计算设备的示例性硬件架构的结构图。如图4所示，计算设备400可以包括输入设备401、输入接口402、中央处理器403、存储器404、输出接口405、以及输出设备406。其特征在于，输入接口402、中央处理器403、存储器404、以及输出接口405通过总线410相互连接，输入设备401和输出设备406分别通过输入接口402和输出接口405与总线410连接，进而与计算设备400的其他组件连接。具体地，输入设备401接收来自外部的输入信息，并通过输入接口402将输入信息传送到中央处理器403；中央处理器403基于存储器404中存储的计算机可执行指令对输入信息进行处理以生成输出信息，将输出信息临时或者永久地存储在存储器404中，然后通过输出接口405将输出信息传送到输出设备406；输出设备406将输出信息输出到计算设备400的外部。
也就是说，图2所示的用于风电机组的参数误差补偿设备200也可以被实现为包括存储有计算机可执行指令的存储器；以及处理器，该处理器在执行计算机可执行指令时可以实现结合图1描述的用于风电机组的参数误差补偿方法100。
需要明确，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
本领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的设备的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、设备或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其特征在于的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。