阅读说明：本技术 风力发电机组功率控制方法、装置和存储介质 (Wind generating set power control method and device and storage medium ) 是由 刘忠朋 肖硕文 于 2019-02-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种风力发电机组功率控制方法、装置和存储介质,该方法包括：获得风力发电机组的功率调度信息；根据功率调度信息,以及风力发电机组的功率调节器在上一周期的输入误差,和功率调节器在当前周期与在上一周期的输入误差的差值,限定功率调节器在当前周期的输出值,使风力发电机组在功率调度期间稳定运行；其中,输入误差为风力发电机组的功率表征参量的测量值和对应的设定值之间的差值。采用本发明实施例中的技术方案,能够在保证风力发电机组稳定运行的前提下,使风力发电机组瞬间完成功率过渡,从而极大地缩短风力发电机组功率调度的时间。(The invention discloses a power control method, a device and a storage medium for a wind generating set, wherein the method comprises the following steps: obtaining power scheduling information of the wind generating set; according to the power scheduling information, the input error of a power regulator of the wind generating set in the previous period and the difference value of the input error of the power regulator in the current period and the input error of the power regulator in the previous period, the output value of the power regulator in the current period is limited, and the wind generating set can stably run in the power scheduling period; the input error is the difference between the measured value of the power characterization parameter of the wind generating set and the corresponding set value. By adopting the technical scheme in the embodiment of the invention, the wind generating set can instantly complete power transition on the premise of ensuring the stable operation of the wind generating set, thereby greatly shortening the time of power scheduling of the wind generating set.)

风力发电机组功率控制方法、装置和存储介质

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组功率控制方法、装置和存储介质。

背景技术

随着风能源规模越来越大，电网对风力发电机组功率调度的需求越来越高，比如，当前电网要求风力发电机组能够在1分钟(部分省份电网要求30秒)内达到功率设定值。

由于功率设定值变化过快会导致风力发电机组运行不稳定，因此，目前的功率调度策略为限定功率设定值的变化幅度。比如，假设由于风速不足，风机目前运行在50％Pn(Pn指风机设计功率)状态，若调度要求风力发电机组限功率运行在30％Pn状态时，风力发电机组需要将功率设定值从100％Pn下降到30％Pn，而不是从50％Pn开始，但无论100％Pn至50％Pn部分和50％Pn至30％Pn部分都以固定速率下降功率设定。

也就是说，现有技术中的方案没有区分100％Pn至50％Pn段与50％Pn至30％Pn段，导致100％Pn至50％Pn段(虚功率段)在浪费了实际影响功率的时间；反过来，当风力发电机组处于30％限功率状态且要求功率设定值恢复100％时，风力发电机组仍需以固定速率上升功率设定值，使得风力发电机组功率爬升缓慢，浪费了实际影响功率的时间。

发明内容

本发明实施例提供了一种风力发电机组功率控制方法、装置和存储介质，能够在保证风力发电机组稳定运行的前提下，使风力发电机组瞬间完成功率过渡，从而缩短风力发电机组功率调度的时间。

第一方面，本发明实施例提供一种风力发电机组功率控制方法，该方法包括：

获得风力发电机组的功率调度信息；

根据功率调度信息，以及风力发电机组的功率调节器在上一周期的输入误差，和功率调节器在当前周期与在上一周期的输入误差的差值，限定功率调节器在当前周期的输出值，使风力发电机组在功率调度期间稳定运行；其中，输入误差为风力发电机组的功率表征参量的测量值和对应的设定值之间的差值。

在第一方面的一种可能的实施方式中，根据功率调度信息，以及风力发电机组的功率调节器在上一周期的输入误差，和功率调节器在当前周期与在上一周期的输入误差的差值，限定功率调节器在当前周期的输出值，包括：若功率调度信息为快速降功率指示信息，且功率调节器在上一周期的输入误差，和功率调节器在当前周期与在上一周期的输入误差的差值的乘积小于0，则限定功率调节器在当前周期的输出值小于或等于功率调节器在上一周期的输出值；和/或，若功率调度信息为快速升功率指示信息，且功率调节器在上一周期的输入误差，和功率调节器在当前周期与在上一周期的输入误差的差值的乘积小于0，则限定功率调节器在当前周期的输出值大于或等于功率调节器在上一周期的输出值。

在第一方面的一种可能的实施方式中，获得风力发电机组的功率调度信息，包括：计算当前周期与上一周期的功率表征参量的设定值的差值；若当前周期与上一周期的功率表征参量的设定值的差值小于第一预设阈值，则确定功率调度信息为快速降功率指示信息；若当前周期与上一周期的功率表征参量的设定值的差值大于第二预设阈值，则确定功率调度信息为快速升功率指示信息。

在第一方面的一种可能的实施方式中，功率表征参量包括风力发电机组转速或者功率。

在第一方面的一种可能的实施方式中，功率调节器为桨距角调节器或者扭矩调节器。

第二方面，本发明实施例提供一种风力发电机组功率控制装置，该装置包括：

调度信息获得模块，用于获得风力发电机组的功率调度信息；

限定处理模块，用于根据功率调度信息，以及风力发电机组的功率调节器在上一周期的输入误差，和功率调节器在当前周期与在上一周期的输入误差的差值，限定功率调节器在当前周期的输出值，使风力发电机组在功率调度期间稳定运行；其中，输入误差为风力发电机组的功率表征参量的测量值和对应的设定值之间的差值。

在第二方面的一种可能的实施方式中，限定处理模块包括：快速降功率限定处理单元和/或快速升功率限定处理单元；其中，快速降功率限定处理单元，用于若功率调度信息为快速降功率指示信息，且功率调节器在上一周期的输入误差，和功率调节器在当前周期与在上一周期的输入误差的差值的乘积小于0，则限定功率调节器在当前周期的输出值小于或等于功率调节器在上一周期的输出值；快速升功率限定处理单元，用于若功率调度信息为快速升功率指示信息，且功率调节器在上一周期的输入误差，和功率调节器在当前周期与在上一周期的输入误差的差值的乘积小于0，则限定功率调节器在当前周期的输出值大于或等于功率调节器在上一周期的输出值。

在第二方面的一种可能的实施方式中，调度信息获得模块具体用于，计算当前周期与上一周期的功率表征参量的设定值的差值；若当前周期与上一周期的功率表征参量的设定值的差值小于第一预设阈值，则确定功率调度信息为快速降功率指示信息；若当前周期与上一周期的功率表征参量的设定值的差值大于第二预设阈值，则确定功率调度信息为快速升功率指示信息。

在第二方面的一种可能的实施方式中，该装置设置在风力发电机组的主控制器中。

第三方面，本发明实施例提供一种存储介质，其上存储有程序，程序被处理器执行时实现如上所述的风力发电机组功率控制方法。

在本发明实施例中，可以根据功率调度信息，以及功率调节器在上一周期的输入误差和功率调节器在当前周期与在上一周期的输入误差的差值来限定功率调节器在当前周期的输出值。

根据上文中的说明，由于在瞬时功率过渡过程中，功率调度信息以及功率调节器在上一周期的输入误差和功率调节器在当前周期与在上一周期的输入误差的差值的不同取值可能会导致风力发电机组出现运行不稳定的情况，因此，本发明实施例将功率调度信息，以及功率调节器在上一周期的输入误差和功率调节器在当前周期与在上一周期的输入误差的差值，作为功率调节器在当前周期的输出值的限定因素，能够有效地避免瞬时功率过渡过程出现因较大的而引起的风机运行不稳定现象，从而能够保证风力发电机组稳定运行的前提下，瞬间完成功率过渡，极大缩短风力发电机组功率调度的时间。

附图说明

从下面结合附图对本发明的

具体实施方式

的描述中可以更好地理解本发明，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。

图1为本发明一实施例提供的风力发电机组功率控制方法的流程示意图；

图2为本发明另一实施例提供的风力发电机组功率控制方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的bfastpowerdownset的切换流程示意图；

图4为本发明实施例提供的bfastpowerupset的切换流程示意图；

图5为采用本发明实施前瞬时功率变化设定对变桨指令的冲击示意图；

图6为采用本发明实施后瞬时功率变化设定对变桨指令的冲击示意图；

图7为本发明一实施例提供的风力发电机组功率控制装置的结构示意图；

图8为本发明另一实施例提供的风力发电机组功率控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明实施例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，以便提供对本发明实施例的全面理解。

在论述本发明实施例的技术方案之前，首先解释为什么直接切换功率设定值会导致风力发电机组运行不稳定。通常，风力发电机组的功率调节器采用变桨调节器或者扭矩调节器，以变桨调节器为PI调节器为例，其反馈调节原理如下：

y(k)＝dy(k)+y(k-1) (2)

e(k)＝ω(k)-ω_r(k) (3)

其中，K_p和k_i为调节参数，dT为调节器运算周期，k表示当前周期，k-1表示上一周期，e(k)表示当前周期误差输入，e(k-1)表示上一周期误差输入，y(k)表示当前周期控制器输出，ω(k)表示当前周期测量转速，ω_r(k)表示当前周期设定转速。

设δe＝e(k)-e(k-1)，将其代入公式(1)中，可以得到：

接下来，结合公式(4)中变量e(k-1)和δe的所有可能输入情况，从触发顺桨角度出发，确定桨距角位置增加(dy(k)>0)所需要的条件：

输入A：[e(k-1)<0，δe<0]

其中，e(k-1)<0表示改变设定前的上一周期的测量转速小于设定转速，δe<0表示与上一周期相比，当前周期的转速误差输入在变小。此时若要求dy(k)>0，则对公式(4)进行处理可以得到不等式：

其中，由于因此，不等式(5)不成立，即在输入A情况下一定不会发生顺桨。

输入B：[e(k-1)<0，δe>0]

其中，e(k-1)<0表示改变设定前的上一周期的测量转速小于设定转速，δe>0表示与上一周期相比，当前周期的转速误差输入在变大。此时若要求dy(k)>0，则对公式(4)进行处理可以得到不等式：

由于当δe绝对值较大时，不等式(6)成立，因此，可以理解为在输入B的情况下可能发生顺桨。

输入C：[e(k-1)>0，δe<0]

其中，e(k-1)>0表示改变设定前的上一周期的测量转速大于设定转速，δe<0表示与上一周期相比，当前周期的转速误差输入在变小。此时若要求dy(k)>0，则对公式(4)进行处理可以得到不等式：

由于当δe绝对值较小时，不等式(7)成立，因此，可以理解为在输入C的情况下可能发生顺桨。

输入D：[e(k-1)>0，δe>0]

其中，e(k-1)>0表示改变设定前的上一周期的测量转速大于设定转速，δe<0表示与上一周期相比，当前周期的转速误差输入在变小。此时若要求dy(k)>0，则对公式(4)进行处理可以得到不等式：

由于因此，不等式(8)成立，即在输入D的情况下一定会发生顺桨。

叶片桨距角和吸收风能的关系为：桨距角位置越接近90度，风力发电机组从风中吸收能量越小，桨距角位置越接近0度，风力发电机组从风中吸收能量越大。上述四种输入情况中，输入B和输入C会出现异常情况。

根据上文中的说明，对于输入B，当δe绝对值较大时，dy(k)>0，意味着瞬间较大幅度改变风机功率(或者转速)设定值，相当于人为制造出较大的δe时，会使风机运行不稳定。比如，限功率情况下，虚功率段范围较大时进行功率设定值的快速变化，会导致风机桨距角位置增加，引起桨距角位置跳变，影响风机稳定运行，因此，需要对这一情况进行干涉。

对于输入C，当δe绝对值较小时，dy(k)>0，反之，当δe绝对值较大时，可能会使得dy(k)<0，这意味着瞬间较大幅度改变风机功率(或者转速)设定值，相当于人为制造出较大的δe会使风机运行不稳定。比如，升功率情况下，叶片桨距角应该向变小的方向进行，但e(k-1)>0说明风速正在变大，为保证风机的稳定运行，就需要对这一情况进行干涉，增大桨距角，使dy(k)>0。

基于上述分析，本发明实施例提供一种风力发电机组功率控制方法、装置和存储介质，采用本发明实施例中的技术方案，能够在保证风力发电机组稳定运行的前提下，使风力发电机组瞬间完成功率过渡，从而缩短风力发电机组功率调度的时间。

图1为本发明一实施例提供的风力发电机组功率控制方法的流程示意图。如图1所示，该风力发电机组功率控制方法包括步骤101和步骤102。

在步骤101中，获得风力发电机组的功率调度信息。

本发明实施例涉及的功率调度信息主要包括：快速降功率指示信息和快速升功率指示信息，其中，快速降功率意味着可能存在虚功率段(比如100％-50％功率段)，而快速升功率意味着需要以固定速率上升功率设定值，两者均存在一定的时间浪费。

在一示例中，可以通过当前周期与上一周期的功率表征参量的设定值的差值确定功率调度信息的具体内容，这里，功率表征参量包括风力发电机组转速或者功率。

具体地，如果当前周期与上一周期的功率表征参量的设定值的差值小于第一预设阈值，则确定功率调度信息为快速降功率指示信息。

比如，当前周期的功率设定值为30％，上一周期的功率设定值为50％，第一预设阈值为-15％，由于30％减去50％得到-20％，-20％小于-15％，因此，可以确定此时功率调度信息为快速降功率指示信息。

如果当前周期与上一周期的功率表征参量的设定值的差值大于第二预设阈值，则确定功率调度信息为快速升功率指示信息。

比如，当前周期的功率设定值为80％，上一周期的功率设定值为30％，第一预设阈值为30％，由于80％减去30％得到50％，50％大于30％，因此，可以确定此时功率调度信息为快速升功率指示信息。

在步骤102中，根据功率调度信息，以及风力发电机组的功率调节器在上一周期的输入误差，和功率调节器在当前周期与在上一周期的输入误差的差值，限定功率调节器在当前周期的输出值，使风力发电机组在功率调度期间稳定运行。

其中，输入误差为风力发电机组转速或者功率的测量值和对应的设定值之间的差值，功率调节器通过输入误差对桨距角或者扭矩等参量进行调节，以执行功率调度命令。

如上所述，本发明实施例可以根据功率调度信息，以及功率调节器在上一周期的输入误差(e(k-1))和功率调节器在当前周期与在上一周期的输入误差的差值(δe)来限定功率调节器在当前周期的输出值。

根据上文中的说明，由于在瞬时功率过渡过程中，功率调度信息以及(e(k-1))和δe的不同取值可能会导致风力发电机组出现运行不稳定的情况，因此，本发明实施例将功率调度信息以及e(k-1)和δe，作为功率调节器在当前周期的输出值的限定因素，从而能够有效地避免瞬时功率过渡过程出现因较大的δe而引起的风机运行不稳定现象，进而能够保证风力发电机组稳定运行的前提下，瞬间完成功率过渡，极大缩短风力发电机组功率调度的时间。

图2为本发明另一实施例提供的风力发电机组功率控制方法的流程示意图。图2与图1的不同之处在于，图1中的步骤102可细化为图2中的步骤1021和/或步骤1022。

在步骤1021中，若功率调度信息为快速降功率指示信息，且功率调节器在上一周期的输入误差，和功率调节器在当前周期与在上一周期的输入误差的差值的乘积小于0，则限定功率调节器在当前周期的输出值小于或等于功率调节器在上一周期的输出值。

在步骤1022中，若功率调度信息为快速升功率指示信息，且功率调节器在上一周期的输入误差，和功率调节器在当前周期与在上一周期的输入误差的差值的乘积小于0，则限定功率调节器在当前周期的输出值大于或等于功率调节器在上一周期的输出值。

在本发明实施例中，主要针对输入B和输入C，即功率调节器在上一周期的输入误差和功率调节器在当前周期与在上一周期的输入误差的差值的乘积小于0(即e(k-1)×δe<0)的情况进行干涉：

具体实施时，如果功率调度信息为快速降功率指示信息，则限定功率调节器在当前周期的输出值小于或等于功率调节器在上一周期的输出值，即限定dy(k)≤0，即y(k)≤y(k-1)，从而避免上文中提到的针对输入B，在快速降功率情况下，当δe绝对值较大且dy(k)>0时，会导致风机桨距角位置增加引起桨距角位置跳变的现象，从而保证该输入条件下风机稳定运行。

如果功率调度信息为快速升功率指示信息，则限定功率调节器在当前周期的输出值大于或等于功率调节器在上一周期的输出值，即限定dy(k)≥0，即y(k)≥y(k-1)，从而避免上文中提到的针对输入C，在快速升功率情况下，当δe绝对值较大且dy(k)<0时，叶片桨距角应该向变小的方向进行，但e(k-1)>0说明风速正在变大，为保证风机的稳定运行，就需要dy(k)>0，增大桨距角。

为便于本领域技术人员理解，下面举例说明本发明实施例中的功率控制方法的实施方式。为了保证风机正常运行，同时能够瞬间改变风机功率设定值，瞬间渡过虚功率或是完成升功率设定，需在公式(1)和(2)之间插入：

此流程的含义是：若需要降功率运行(比如100％-50％)，即bfastpowerdownset取值为1，同时处在上述四种输入中的B和C，则PI调节器的dy不超过0，其中，dy的含义是PI调节器中当前周期与上一周期的控制参量的差值，即dy＝y(k)≤y(k-1)。

以及插入：

此流程的含义是:若需要升功率运行，即bfastpowerupset取值为1，同时处在上述四种输入中的B和C，则PI控制器dy不小于0。

本发明实施例中的功率调节器可以为PI调节器，当PI调节器为变桨调节器时，该控制参量可以为桨距角，当PI调节器为扭矩调节器时，该控制参量为扭矩。

其中，bfastpowerdownset和bfastpowerupset为瞬间切换功率设定值的标志位。图3和图4中分别示出了bfastpowerdownset和bfastpowerupset的切换流程。

如图3所示，bfastpowerdownset的切换流程包括步骤301至步骤303。

在步骤301中，连续判断功率调度信息是否为快速降功率(转速)指示信息，若是，则执行步骤302，否则执行步骤303。

在步骤302中，bfastpowerdownset为Ture，即bfastpowerdownset取值为1。

在步骤303中，bfastpowerdownset为False，即bfastpowerdownset取值为0。

如图4所示，bfastpowerupset的切换流程包括步骤401至步骤403。

在步骤401中，连续判断功率调度信息是否为快速升功率(转速)指示信息，若是，则执行步骤402，否则执行步骤403。

在步骤402中，bfastpowerupset为Ture，即bfastpowerupset取值为1。

在步骤403中，bfastpowerupset为False，即bfastpowerupset取值为0。

图5和图6分别为采用本发明实施前后，瞬时功率变化设定对变桨指令的冲击示意图，通过对比图5和图6，说明采用本发明实施例能够产生的有益效果。

图5和图6中的横坐标为时间，纵坐标包括两组，左侧为桨距角速率给定，其值用实线表示，右侧为实际功率设定值，其值用虚线表示。

从图5可以看出，在44s到44.5s区间内，实际功率设定值瞬时降低至2000KW以下，此时，桨距角速率给定发生跳动，不利于风机稳定运行。

从图6可以看出，在57s附近，实际功率设定值瞬时降低至2000KW以下，且降幅大于图5，但是，桨距角速率给定却未发生跳动。

也就是说，采用本发明实施例中的技术方案，能够通过修改PI控制器逻辑，在不增加额外设备的情况下，保证风力发电机组稳定运行的前提下，使风力发电机组瞬间完成功率过渡，符合电网调度需求，并极大缩短风力发电机组功率调度的时间。

图7为本发明一实施例提供的风力发电机组功率控制装置的结构示意图，如图7所示，该风力发电机组功率控制装置包括调度信息获得模块701和限定处理模块702。

其中，调度信息获得模块701用于获得风力发电机组的功率调度信息。

具体地，调度信息获得模块用于，计算当前周期与上一周期的功率表征参量的设定值的差值；若当前周期与上一周期的功率表征参量的设定值的差值小于第一预设阈值，则确定功率调度信息为快速降功率指示信息；若当前周期与上一周期的功率表征参量的设定值的差值大于第二预设阈值，则确定功率调度信息为快速升功率指示信息。

限定处理模块702用于根据功率调度信息，以及风力发电机组的功率调节器在上一周期的输入误差，和功率调节器在当前周期与在上一周期的输入误差的差值，限定功率调节器在当前周期的输出值，使风力发电机组在功率调度期间稳定运行。

其中，输入误差为风力发电机组的功率表征参量的测量值和对应的设定值之间的差值。

图8为本发明另一实施例提供的风力发电机组功率控制装置的结构示意图，如图8所示，图7中的限定处理模块702具体包括：快速降功率限定处理单元7021和/或快速升功率限定处理单元7022。

其中，快速降功率限定处理单元7021用于若功率调度信息为快速降功率指示信息，且功率调节器在上一周期的输入误差，和功率调节器在当前周期与在上一周期的输入误差的差值的乘积小于0，则限定功率调节器在当前周期的输出值小于或等于功率调节器在上一周期的输出值。

快速升功率限定处理单元7022用于若功率调度信息为快速升功率指示信息，且功率调节器在上一周期的输入误差，和功率调节器在当前周期与在上一周期的输入误差的差值的乘积小于0，则限定功率调节器在当前周期的输出值大于或等于功率调节器在上一周期的输出值。

需要说明的是，本发明实施例中的风力发电机组功率控制装置可以设置在风力发电机组的主控制器中，从而不需要变更任何硬件，也可以是具有独立运算功能的逻辑器件，此处不进行限定。

本发明实施例还提供一种存储介质，存储介质中存储有计算机程序，计算机程序用于被处理器加载后按照计算机程序执行如上所述的风力发电机组功率控制方法。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于装置实施例而言，相关之处可以参见方法实施例的说明部分。本发明实施例并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。本领域的技术人员可以在领会本发明实施例的精神之后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明实施例的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。

本发明实施例可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明实施例的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明实施例的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明实施例的范围之中。