风电系统的低风速功率流向验证方法、装置及存储介质与流程

本发明涉及风电机组技术领域，特别是涉及一种风电系统的低风速功率流向验证方法、装置及存储介质。

背景技术：

双馈异步风电系统主要由风力机、增速齿轮箱、双馈绕线型异步发电机、双向变流器和控制单元等组成。双馈发电机定子绕组接工频电网，转子绕组接交-直-交双向变流器，该变流器可实现对转子绕组的频率、相位、幅值和相序等调节控制。当电机转速发生变化时，调节转子电流的频率可使发电机定子输出频率保持恒定不变，即与电网频率保持一致，实现风力发电机的变速恒频控制。

在运行中双馈异步风电系统主要有三种状态需要考虑：亚同步状态、同步状态及超同步状态。在亚同步状态，同步状态，超同步状态的运行状态发电机定子功率，转子功率，上网功率的大小，流向会发生不同变化。通过实际研究来了解不同风力发电机组此方面的特性，会有助于优化不同风力风电机的特性的转矩-转速曲线，提高风机的发电量，可利用率。

对于双馈异步风电系统来说，在亚同步状态及超同步状态下有如下公式：

其中，pg为上网功率，ps为定子功率，pr为转子功率。对于上述公式，现有技术中并没有提供行之有效的验证方式。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种风电系统的低风速功率流向验证方法、装置及存储介质，使得在风电系统的运行状态下能够验证上网功率、定子功率之间的关系，从而为了解风电系统在运行状态下功率大小、流向特性提供了有效的方式。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种风电系统的低风速功率流向验证方法，所述方法包括：在预设的功率采集点处，采集风电系统的定子功率、转子功率及上网功率；根据采集到的所述定子功率及所述上网功率，判断所述风电系统处于亚同步状态、同步状态，或者超同步状态；以及验证亚同步状态及超同步状态下上网功率的计算公式是否正确。

作为本发明的一种改进，所述上网功率的计算公式如下：

其中，ps为定子功率，pr为转子功率，pg为上网功率。

作为本发明的一种改进，还包括：实时监测风机风速；以及保存不同风速下采集到的定子功率、转子功率及上网功率。

作为本发明的一种改进，还包括：根据保存的风机风速、定子功率、转子功率及上网功率，绘制功率流向图。

作为本发明的一种改进，在预设的功率采集点处，采集风电系统的定子功率、转子功率及上网功率，包括：在预设的功率采集点处，采集定子电压、定子电流、转子电流、上网电流及上网电压；以及分别计算定子功率、转子功率及上网功率。

作为本发明的一种改进，分别计算定子功率、转子功率及上网功率，包括：根据如下公式计算定子功率：

其中，ps为定子功率，vs为定子电压，is为定子电流，为功率因数角。

作为本发明的一种改进，分别计算定子功率、转子功率及上网功率，包括：根据如下公式计算转子功率：

其中，pr为转子功率，ir为转子电流，req为转子等效电阻。

作为本发明的一种改进，分别计算定子功率、转子功率及上网功率，包括：根据如下公式计算上网功率：

pg＝vgig

其中，pg为上网功率，vg为上网电压，ig为上网电流。

此外，本发明还提供了一种风电系统的低风速功率流向验证装置，所述装置包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如前文所述的风电系统的低风速功率流向验证方法。

此外，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被执行时实现如前文所述的风电系统的低风速功率流向验证方法。

采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：

使得在风电系统的运行状态下能够验证上网功率、定子功率之间的计算关系，从而为了解风电系统在运行状态下功率大小、流向特性提供了有效的方式。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明一种实施方式下风电系统的低风速功率流向验证方法的流程图；

图2是本发明另一种实施方式下风电系统的低风速功率流向验证方法的流程图；

图3是应用本发明风电系统的低风速功率流向验证方法绘制的功率流向图；

图4是本发明风电系统的低风速功率流向验证装置的结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是在本发明一种实施方式中，风电系统的低风速功率流向验证方法的流程图。所述风电系统的低风速功率流向验证方法包括如下步骤：

s11，在预设的功率采集点处，采集风电系统的定子功率、转子功率及上网功率。

在本实施例中，在风电系统中设置有若干个功率采集点。在这些设置的功率采集点处，能够通过采集相应的电流、电压等电工参数，获取到整个风电系统的转子功率、定子功率及上网功率。

具体的，在这些功率采集点处采集的电工参数包括：定子电压、定子电流、转子电流、上网电流及上网电压。需要特别说明的是，由于风电系统通常输出的是三相交流电，上述的各个电工参数仅仅是指三相交流电中一相交流电的电工参数。例如，定子电压是指三相交流定子电压中的一相的电压参数。

通过获取到的上述电工参数进行相应的运算，能够得到风电系统的定子功率、转子功率及上网功率。

s12，根据采集到的所述定子功率及所述上网功率，判断所述风电系统处于亚同步状态、同步状态，或者超同步状态。

具体的，通过比较获取到的定子功率与上网功率之间的大小，判断风电系统当前的运行状态。如果定子功率小于上网功率，则风电系统当前处于亚同步状态；如果定子功率等于上网功率，则风电系统处于同步状态；如果定子功率大于上网功率，则风电系统处于超同步状态。

s13，验证亚同步状态及超同步状态下上网功率的计算公式是否正确。

上述被验证的上网功率的计算公式如下：

其中，ps为定子功率，pr为转子功率，pg为上网功率；|ps|为定子功率的绝对值，|pr|为转子功率的绝对值，|pg|为上网功率的绝对值。

在获取各个功率采集点处的功率参数，并根据获取到的各个功率参数判断系统当前所在的运行状态之后，运用获取到的功率参数对上述公式进行实时验证。

通过本发明提供的风电系统的低风速功率流向验证方法的运行，可以实时采集到风电系统的定子功率、转子功率及上网功率，根据上述功率参数判断当前的运行状态，进而对超同步状态及亚同步状态下上网功率的计算公式进行了验证，为了解风电系统在运行状态下功率大小、流向特性提供了有效的方式。

图2是在本发明另一种实施方式中，风电系统的低风速功率流向验证方法的流程图。所述风电系统的低风速功率流向验证方法包括如下步骤：

s21，在预设的功率采集点处，采集定子电压、定子电流、转子电流、上网电流及上网电压。

在本实施例中，使用该方法在安徽全椒大山风电场风机进行了实际的测量，验证。被测风机型号up2000-115,机组参数如表1所示：

表1

在实际的电工参数采集过程中，分别将电流环套取在3×5×240mm2电缆处，按照三相电每相逐个将电流环锁紧在电缆上，不得遗漏。一旦遗漏，会造成电流三相不平衡。

执行上述采样时，采用的采样传感器可以有电流型采样传感器，也可以有电压型采样传感器。传感器的具体类型可以有：热电偶和电阻温度计。

采样时的采样率可以有：100khz、200khz、500khz、1mhz、3mhz、10mhz、20mhz、50mhz。采样时的分辨率可以有：12位、14位、16位、22位、24位。

s22，分别计算定子功率、转子功率及上网功率。

由于已经分别测得了定子电压、定子电流、转子电流、上网电流及上网电压，可以根据测量得到的上述电工参数计算得到定子功率、转子功率及上网功率。

根据如下公式计算定子功率：

其中，ps为定子功率，vs为定子电压，is为定子电流，为功率因数角。

根据如下公式计算转子功率：

其中，pr为转子功率，ir为转子电流，req为转子等效电阻。

根据如下公式计算上网功率：

pg＝vgig

其中，pg为上网功率，vg为上网电压，ig为上网电流。

完成了上述s21及s22的操作之后，就完成了在功率采集点处对定子功率、转子功率及上网功率的采集任务。

s23，实时监测风机风速。

为了分析在不同风速条件下风电系统的运行状态、功率情况，在本实施例提供的方法的运行过程中对风机应用环境的风速进行实时测量。

s24，保存不同风速下采集到的定子功率、转子功率及上网功率。

作为一个示例，表2示出了在实际应用环境中测量得到的风速、定子功率及上网功率之间的对应关系。

表2

s25，根据保存的风机风速、定子功率、转子功率及上网功率，绘制功率流向图。

图3示出了绘制得到的功率流向图的一个示例。参见图3，在功率流向图中示出了在不同风速下，定子功率，以及定子功率与转子功率之和的变化趋势。可以看到，随着风速的上升，定子功率，以及定子功率与转子功率之和均呈现了上升的趋势，并且定子功率与转子功率之和的上升势头相较于单独定子功率，上升趋势更为明显。

s26，根据采集到的所述定子功率及所述上网功率，判断所述风电系统处于亚同步状态、同步状态，或者超同步状态。

具体的，在本实施例中，通过比较定子功率与上网功率的大小，判断风电系统当前所处的装载。

更为具体的，在本实施例中，如果定子功率小于上网功率，则说明风电系统当前处于亚同步状态；如果定子功率等于上网功率，则说明风电系统当前处于同步状态；如果定子功率大于上网功率，则说明风电系统当前处于超同步状态。

s27，验证亚同步状态及超同步状态下上网功率的计算公式是否正确。

被验证的公式如下：

其中，ps为定子功率，pr为转子功率，pg为上网功率。

具体的，在本实施例中，分别通过实际测量及理论计算得到不同状态下的定子功率及上网功率，并通过比较两种方式获得的定子功率及上网功率取值，获得对上述理论公式的验证结果。

下面是分别采用两种方式获得的不同状态下定子功率和上网功率的取值：

(1)按照理论计算功率在亚同步模式下：

ps1＝420kw；pg1＝300kw；

(2)实际测量得出功率在亚同步模式下：

pcs1＝400kw；pcg1＝270kw；

(3)按照理论计算功率在同步模式下：

ps2＝790kw；pg2＝801kw；

(4)实际测量得出功率在同步模式下：

pcs2＝700kw；pcg2＝700kw；

(5)按照理论计算功率在超同步模式下：

ps3＝1670kw；pg3＝2001kw；

(6)实际测量得出功率在超同步模式下：

pcs3＝180kw；pcg3＝2019kw。

通过理论与实际测量值的对比，验证了测量方法的准确性。

图4是本发明风电系统的低风速功率流向验证装置的结构图。参见图4，风电系统的低风速功率流向验证装置包括：中央处理单元(cpu)401，其可以根据存储在只读存储器(rom)中的程序或者从存储部分408加载到随机访问存储器(ram)403中的程序而执行各种适当的动作和处理。在ram403中，还存储有系统操作所需的各种程序和数据。cpu401、rom402以及ram403通过总线404彼此相连。输入/输出(i/o)接口405也连接至总线404。

以下部件连接至i/o接口405：包括键盘、鼠标等的输入部分406；包括诸如阴极射线管(crt)、液晶显示器(lcd)等以及扬声器等的输出部分407；包括硬盘等的存储部分408；以及包括诸如lan卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分409。通信部分409经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器410也根据需要连接至i/o接口405。可拆卸介质411，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器410上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分408。

特别的，根据本发明实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分409从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质411被安装。在该计算机程序被中央处理单元(cpu)401执行时，执行本发明的方法中限定的上述功能。需要说明的是，本发明的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意结合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者结合使用。而在本发明中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何恰当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。

附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连的表示的方框实际上可以基本并行的执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本发明实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。