CN109995281B

CN109995281B - 一种风电机组故障恢复的控制方法、设备及可读存储介质

Info

Publication number: CN109995281B
Application number: CN201711486194.0A
Authority: CN
Inventors: 刘一星; 刘杰; 杜炜; 兰涌森; 刘静; 刘亚林; 罗元宏
Original assignee: CSIC Haizhuang Windpower Co Ltd
Current assignee: CSIC Haizhuang Windpower Co Ltd
Priority date: 2017-12-30
Filing date: 2017-12-30
Publication date: 2020-12-08
Anticipated expiration: 2037-12-30
Also published as: CN109995281A

Abstract

本发明公开了一种风电机组故障恢复的控制方法，包括在风电机组发生故障后，检查故障恢复命令的信号；在接收到所述故障恢复命令后，按预设的转矩变化率增加转矩给定值直至机组相关参数恢复至预设范围内；其中，所述相关参数具体为有功功率、转矩和转速。本发明提供的方案，通过在风电机组发生故障时增加转矩来抑制转速上升，可以避免“假恢复”现象，使有功功率、转速、转矩相匹配地上升，最后使各项参数平稳、快速地恢复至正常状态。本发明还公开了一种风电机组故障恢复的控制设备和计算机可读存储介质，也具有上述有益效果，在此不再赘述。

Description

一种风电机组故障恢复的控制方法、设备及可读存储介质

技术领域

本发明涉及风力发电领域，特别是涉及一种风电机组故障恢复的控制方法、设备及可读存储介质。

背景技术

风力发电机组包括风轮、发电机；风轮中含叶片、轮毂、加固件等组成；它有叶片受风力旋转发电、发电机机头转动等功能。风力发电电源由风力发电机组、支撑发电机组的塔架、蓄电池充电控制器、逆变器、卸荷器、并网控制器、蓄电池组等组成。风力发电机组进行发电时，都要保证输出电频率恒定。这无论对于风机并网发电还是风光互补发电都非常必要。要保证风电的频率恒定，一种方式就是保证发电机的恒定转速，即恒速恒频的运行方式，因为发电机由风力机经过传动装置进行驱动运转，所以这种方式无疑要恒定风力机的转速，这种方式会影响到风能的转换效率；另一种方式就是发电机转速随风速变化，通过其它的手段保证输出电能的频率恒定，即变速恒频运行。

在风力发电机组发生故障时，为了保证正常运行，需要在一定时间内恢复至正常状态。在现有技术中，通常采取快速恢复有功功率到故障前水平的控制方法，但是在这种控制方法恢复的有功功率往往不能保持正常状态，会出现快速恢复到故障前水平后再大幅下降，而后再缓慢地恢复到故障前水平的现象，这种“假恢复”现象使整个恢复时间较长，容易导致机组不稳定运行。

因此，如何减少风力发电机组在电网故障后有功功率恢复的波动，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种风电机组故障恢复的控制方法、设备及可读存储介质，用于减少风力发电机组在电网故障后有功功率恢复的波动。

为解决上述技术问题，本发明提供一种风电机组故障恢复的控制方法，包括：

在风电机组发生故障后，检查故障恢复命令的信号；

在接收到所述故障恢复命令后，按预设的转矩变化率增加转矩给定值直至机组相关参数恢复至预设范围内；

其中，所述相关参数具体为有功功率、转矩和转速。

可选地，所述预设的转矩变化率具体为预设的电压跌落值的范围对应的转矩变化率；

相应的，所述按预设的转矩变化率增加转矩给定值具体包括：

定时检查所述电压跌落值；

根据所述电压跌落值所处的范围，按预设的所述范围对应的转矩变化率增加所述转矩给定值；

其中，所述电压跌落值为所述机组的额定电压减去所述机组的实际电压的值在所述额定电压中的占比。

可选地，所述按预设的所述范围对应的转矩变化率增加所述转矩给定值具体包括：

当所述电压跌落值大于或等于第一阈值时，按第一转矩变化率增加所述转矩给定值；

当所述电压跌落值小于所述第一阈值且大于或等于第二阈值时，按第一功率变化率增加所述有功功率；

当所述电压跌落值小于所述第二阈值时，根据所述机组故障恢复的状态调整控制策略直至所述机组相关参数恢复至所述正常值的预设范围内。

可选地，所述根据所述机组故障恢复的状态调整控制策略直至所述机组相关参数恢复至所述正常值的预设范围内具体包括：

判断当前风轮的实际转速是否大于正常转速；

如果是，则进行预设时间的恒功率控制；

如果否，则按第二功率变化率增加所述有功功率直至所述机组相关参数恢复至所述正常值的预设范围内。

判断变桨角度是否为零；

如果是，则按所述第二功率变化率增加所述有功功率直至所述机组相关参数恢复至所述正常值的预设范围内；

如果否，则进行所述预设时间的所述恒功率控制。

可选地，增加所述有功功率具体为根据如下公式设定所述转矩给定值来增加所述有功功率：

其中，所述T为所述转矩给定值，所述P₀具体为变频器反馈的有功功率实际值，所述Δx为所需的有功功率变化率，所述r为额定转矩对应的额定转速，所述r’为当前所述风轮的转速，所述n为常数。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种风电机组故障恢复的控制设备，包括：

存储器，用于存储指令，所述指令包括如上述任一项所述风电机组故障恢复的控制方法的步骤；

处理器，用于执行所述存储器中的指令。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述风电机组故障恢复的控制方法的步骤。

本发明所提供的风电机组故障恢复的控制方法，包括在风电机组发生故障后，检查故障恢复命令的信号；在接收到所述故障恢复命令后，按预设的转矩变化率增加转矩给定值直至机组相关参数恢复至预设范围内；其中，所述相关参数具体为有功功率、转矩和转速。在风电机组出现故障瞬间，风轮转速会持续增加，但是在转速增加的同时，转矩并没有相适应地增加。由于风电机组有功功率分别与风轮转速和转矩成正比例关系，而风轮转速又受到转矩影响，在转速增加而转矩没有增加时，会出现有功功率恢复至正常值而转速转矩不匹配、还在变化的情况，这时风轮转速会下降，这就造成了有功功率看似恢复正常值却不能保持正常值的“假恢复”现象。因此在进行故障恢复时，按预设的转矩变化率增加转矩给定值，可以保证在提高有功功率的同时抑制转速上升，使有功功率、转速、转矩相匹配地上升，避免出现“假恢复”现象，最后使各项参数平稳、快速地恢复至正常状态。本发明提供的风电机组故障恢复的控制设备和计算机可读存储介质，也具有上述有益效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中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为本发明实施例提供的一种风电机组故障恢复的控制方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种步骤S11的具体实施方式的流程图；

图3为本发明实施例提供的一种步骤S21的具体实施方式的流程图；

图4为本发明实施例提供的一种步骤S32的具体实施方式的流程图；

图5为本发明实施例提供的另一种步骤S32的具体实施方式的流程图；

图6为本发明实施例提供的一种风电机组故障恢复的控制设备的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种风电机组故障恢复的控制方法、设备及可读存储介质，用于减少风力发电机组在电网故障后有功功率恢复的波动。

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，所描述的实施例仅仅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做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。

图1为本发明实施例提供的一种风电机组故障恢复的控制方法的流程图。如图1所示，风电机组故障恢复的控制方法包括：

S10：在风电机组发生故障后，检查故障恢复命令的信号。

S11：在接收到故障恢复命令后，按预设的转矩变化率增加转矩给定值直至机组相关参数恢复至预设范围内。

其中，相关参数具体为有功功率、转矩和转速。

在具体实施中，对于步骤S10来说，在完成对风电机组故障的查找以及维修后，要对风电机组进行重启。因此在风电机组发生故障后，需要等待故障恢复命令的信号，以在接收到该信号后启动后续故障恢复的步骤。

对于步骤S11来说，当主控接收到故障恢复命令后，即按预设的转矩变化率增加转矩给定值。转矩给定值具体由主控室发送至变频器，由变频器控制转矩提升。在增加转矩给定值时，可参考风轮转速或者发电机转子转速(两者之间可经转化计算)，即参考预设的转矩转速之间的最优曲线，具体地，以H93机型为例，可通过如下程序控制：

“IF actual_rotor_speed<＝9.7 THEN output_torque：＝0.0；END_IF；

IF(actual_rotor_speed>9.7)AND(actual_rotor_speed<＝11.0)THEN output_torque：＝(actual_rotor_speed-9.7)×21.53；END_IF；

IF(actual_rotor_speed>11.0)AND(actual_rotor_speed<＝12.2)THEN output_torque：＝(actual_rotor_speed-11.0)×7.27+27.99；END_IF；

IF(actual_rotor_speed>12.2)AND(actual_rotor_speed<＝13.8)THEN output_torque：＝(actual_rotor_speed-12.2)×6.88+36.71；END_IF；

IF(actual_rotor_speed>13.8)AND(actual_rotor_speed<＝14.63)THENoutput_torque：＝(actual_rotor_speed-13.8)×52.28+47.72；END_IF；

IF(actual_rotor_speed>14.63)AND(actual_rotor_speed<＝15.26)THENoutput_torque：＝(actual_rotor_speed-14.63)×10.46+91.11；END_IF；

IF constant_power_mode AND(actual_rotor_speed>15.26)THEN output_torque：＝(15.26×100.0)/actual_rotor_speed×97.8/100；END_IF；”

通过增加转矩给定值，抑制风轮转速的增长，使转矩和转速相适应地增长，直至风电机组的各项参数：有功功率、转矩、转速恢复至该机组预设的正常值即可。

本发明实施例提供的风电机组故障恢复的控制方法，包括在风电机组发生故障后，检查故障恢复命令的信号；在接收到所述故障恢复命令后，按预设的转矩变化率增加转矩给定值直至机组相关参数恢复至预设范围内；其中，所述相关参数具体为有功功率、转矩和转速。在风电机组出现故障瞬间，风轮转速会持续增加，但是在转速增加的同时，转矩并没有相适应地增加。由于风电机组有功功率分别与风轮转速和转矩成正比例关系，而风轮转速又收到转矩影响，在转速增加而转矩没有增加时，会出现有功功率恢复至正常值而转速转矩不匹配、还在变化的情况，这时风轮转速会下降，这就造成了有功功率看似恢复正常值却不能保持正常值的“假恢复”现象。因此在进行故障恢复时，按预设的转矩变化率增加转矩给定值，可以保证在提高有功功率的同时抑制转速上升，使有功功率、转速、转矩相匹配地上升，避免出现“假恢复”现象，最后使各项参数平稳、快速地恢复至正常状态。

图2为本发明实施例提供的一种步骤S11的具体实施方式的流程图。如图2所示，在上述实施例的基础上，在另一实施例中，在预设的转矩变化率具体为预设的电压跌落值的范围对应的转矩变化率时，步骤S11具体包括：

S20：定时检查电压跌落值。

S21：根据电压跌落值所处的范围，按预设的范围对应的转矩变化率增加转矩给定值。

其中，电压跌落值为机组的额定电压减去机组的实际电压的值在额定电压中的占比。

为了尽快将出现故障的风电机组恢复至正常状态，过快增加转矩给定值可能会对机组造成较大损耗，尤其是对机组传动链来说，会受到较大的冲击负荷。

因此，可以预先根据风电机组故障的实际情况设定对应的恢复策略。由于风电机组的电压可测，可根据风电机组电压跌落值来对机组故障进行分类。这里的电压跌落值可通过如下公式计算得到：

其中，a为电压跌落值，U₀为机组额定电压，U’为当前机组实际电压。

可将电压跌落值从大到小排序进行分段，每个电压跌落值的范围之间无重叠，每个范围对应一个转矩给定值的变化率。一般的，电压跌落值越大，对应的转矩变化率越小，以减小对机组的损耗。

对于步骤S20来说，承接步骤S10，在接收到故障恢复命令后，实时或定时检查电压跌落值。

对于步骤S21来说，根据当前机组的电压跌落值所处的范围，按上述预设的范围对应的转矩变化率增加转矩给定值。并且在电压跌落值减小至预设的另一范围时，改变转矩变化率。

本发明实施例提供的风电机组故障恢复的控制方法，预设的转矩变化率具体为预设的电压跌落值的范围对应的转矩变化率，步骤S11具体包括定时检查电压跌落值并根据电压跌落值所处的范围，按预设的范围对应的转矩变化率增加转矩给定值。以电压跌落值来划分机组故障的类别，对整个故障恢复过程进行分段控制，可以在快速恢复机组至正常运行状态的同时减小对机组的损耗。

图3为本发明实施例提供的一种步骤S21的具体实施方式的流程图。如图3所示，在上述实施例的基础上，在另一实施例中，步骤S21具体包括：

S30：当电压跌落值大于或等于第一阈值时，按第一转矩变化率增加转矩给定值。

S31：当电压跌落值小于第一阈值且大于或等于第二阈值时，按第一功率变化率增加有功功率。

S32：当电压跌落值小于第二阈值时，根据机组故障恢复的状态调整控制策略直至机组相关参数恢复至正常值的预设范围内。

本发明实施例将风电机组故障恢复设定为三段，每段对应不同的控制策略。其中，第一阈值大于第二阈值，第一转矩变化率小于第二转矩变化率。第一阈值、第二阈值、第一转矩变化率及第二转矩变化率可参照机组的实际情况，通过调试或仿真实验进行设定，以保证使风电机组快速恢复至正常状态且对风电机组的损耗较小。

对于步骤S30来说，当电压跌落值大于或等于第一阈值时，按第一转矩变化率增加转矩给定值。此时机组故障较为严重，需要缓慢恢复，防止损耗机组传动链。具体可根据实际转矩反馈值，按照50％/s的转矩变化率直到转矩给定值提升至正常值的0.8，通过在转速上升阶段增加转矩给定值来抑制转速上升。

对于步骤S31来说，此时需要加快有功功率的恢复，因此可以以有功功率的变化率为单位进行恢复，具体可根据如下公式设定转矩给定值来增加：

其中，所述T为所述转矩给定值，所述P₀具体为变频器反馈的有功功率实际值，所述Δx为所需的有功功率变化率，所述r为预设的转矩转速曲线中额定转矩对应的额定转速，所述r’为当前所述风轮的转速，所述n为常数。

对于步骤S32来说，当电压跌落值小于第二阈值时，根据机组故障恢复的状态调整控制策略直至机组相关参数恢复至正常值的预设范围内。请参见图4和图5，可以通过如下方式实施：

图4为本发明实施例提供的一种步骤S32的具体实施方式的流程图。如图4所示，步骤S32具体包括：

S40：判断当前风轮的实际转速是否大于正常转速；如果是，则进入步骤S41；如果否，则进入步骤S42。

S41：进行预设时间的恒功率控制。

S42：按第二功率变化率增加有功功率直至机组相关参数恢复至正常值的预设范围内。

图5为本发明实施例提供的另一种步骤S32的具体实施方式的流程图。如图5所示，步骤S32具体包括：

S50：判断变桨角度是否为零；如果是，则进入步骤S51；如果否，则进入步骤S52。

S51：按第二功率变化率增加有功功率直至机组相关参数恢复至正常值的预设范围内。

S52：进行预设时间的恒功率控制。

判断当前风轮的实际转速是否大于正常转速或者判断变桨角度是否为零，目的都是判断机组是否有足够的动能进行功率恢复。对于后者来说，在变桨角度为零时，叶片吸收的风能量最小。因此，在当前风轮的实际转速大于正常转速或者变桨角度不为零时，都代表机组还存在足够的动能，此时可以启动15s左右的恒功率控制。因为经过功率上升阶段后，转矩和转速基本匹配，而功率和转矩都趋于稳定，转速也就不会快速上升，因此可以采取恒功率控制。

如果当前风轮的实际转速小于正常转速或者变桨角度为零，还需要按预设的第二功率变化率增加有功功率使之趋近于预设的转矩转速的最优曲线，以防止转速下降。由于此时机组的各项参数已经接近正常值，第二功率变化率需小于第一功率变化率，以达到微调的目的。

本发明实施例提供的风电机组故障恢复的控制方法，按电压跌落值所处范围，将风电机组的故障恢复分为三段控制，可以在快速恢复风电机组至正常水平的同时，减小对风电机组的损耗，延长风电机组的寿命。

图6为本发明实施例提供的一种风电机组故障恢复的控制设备的结构示意图。如图6所示，该控制设备可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上处理器(central processing units，CPU)610(例如，一个或一个以上处理器)和存储器620，一个或一个以上存储应用程序633或数据632的存储介质630(例如一个或一个以上海量存储设备)。其中，存储器620和存储介质630可以是短暂存储或持久存储。存储在存储介质630的程序可以包括一个或一个以上模块(图示没标出)，每个模块可以包括对计算装置中的一系列指令操作。更进一步地，处理器610可以设置为与存储介质630通信，在风电机组故障恢复的控制设备600上执行存储介质630中的一系列指令操作。

风电机组故障恢复的控制设备600还可以包括一个或一个以上电源640，一个或一个以上有线或无线网络接口650，一个或一个以上输入输出接口660，和/或，一个或一个以上操作系统631，例如Windows ServerTM，Mac OS XTM，UnixTM,LinuxTM，FreeBSDTM等等。

上述图1至图5所描述的风电机组故障恢复的控制方法中的步骤由风电机组故障恢复的控制设备基于该图6所示的结构实现。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的风电机组故障恢复的控制设备及计算机可读存储介质的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法、设备及计算机可读存储介质，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，模块的划分，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，例如多个模块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。另一点，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，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，功能调用装置，或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上对本发明所提供的一种风电机组故障恢复的控制方法、设备及计算机可读存储介质进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims

1.一种风电机组故障恢复的控制方法，其特征在于，包括：

在风电机组发生故障后，检查故障恢复命令的信号；

在接收到所述故障恢复命令后，按下述方式控制直至机组相关参数恢复至预设范围内，其中，所述机组相关参数具体为有功功率、转矩和转速；

当电压跌落值大于或等于第一阈值时，按第一转矩变化率增加所述转矩给定值；

当所述电压跌落值小于所述第二阈值时，判断当前风轮的实际转速是否大于正常转速，如果是，则进行预设时间的恒功率控制，如果否，则按第二功率变化率增加所述有功功率直至所述机组相关参数恢复至正常值的预设范围内；或，当所述电压跌落值小于所述第二阈值时，判断变桨角度是否为零，如果是，则按所述第二功率变化率增加所述有功功率直至所述机组相关参数恢复至所述正常值的预设范围内，如果否，则进行所述预设时间的所述恒功率控制。

2.根据权利要求1任一项所述的控制方法，其特征在于，增加所述有功功率具体为根据如下公式设定所述转矩给定值来增加所述有功功率：

其中，T为所述转矩给定值，P₀具体为变频器反馈的有功功率实际值，Δx为所需的有功功率变化率，r为额定转矩对应的额定转速，r’为当前所述风轮的转速，n为常数。

3.一种风电机组故障恢复的控制设备，其特征在于，包括：

存储器，用于存储指令，所述指令包括权利要求1或2所述风电机组故障恢复的控制方法的步骤；

处理器，用于执行所述存储器中的指令。

4.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1或2所述风电机组故障恢复的控制方法的步骤。