风力发电机控制方法、装置、存储介质和电子设备与流程

1.本公开涉及风力发电机组控制技术领域，尤其涉及一种风力发电机控制方法、装置、存储介质和电子设备。


背景技术：

2.风力发电是一种已经发展相对成熟的新能源技术。风力发电要求有较强的环境适应能力，因此控制风力发电机组稳定运行的技术日益受到关注。
3.相关技术中，大型风力发电机是一个大惯性、大时滞的非线性系统，目前机组在不同的运行区间采用不同的控制策略，实现不同的控制目标。一般来说，在运行风速段内，机组运行区间主要分为最小转速区，最大风能捕获区，过渡段以及满发段。众多现场实际运行情况表明，机组在过渡段时比较容易发生发电机过速问题，这是因为机组运行在过渡段时，一般风速较高，当遇到较大湍流时，发电机转速在较短时间内出现较大波动，突然变高或者降低，可能导致机组的极限载荷超限，影响机组的安全稳定运行，或者机组的转速超过一定保护门限值，触发发电机过速类故障，损失发电量。
4.目前机组运行在过渡段时，通过设计的pid控制器或者pi控制器实现恒转速控制。但是目前pid控制器或者pi控制器主要的控制参数设计为固定值，对于某些特殊工况条件下(比如阵风等)，短时间内机组的风速急剧增大或者急剧减少的时候，此时控制器需要更快的响应或者较慢的响应，以控制发电机转速的波动，而上述控制参数通常设计为固定值，导致机组响应过慢或者过快，产生较大发电机转速波动，可能触发机组过速类故障，带来发电量损失。


技术实现要素：

5.本公开实施例的目的在于提供一种风力发电机控制方法、装置、存储介质和电子设备，进而至少在一定程度上解决上述技术问题。
6.根据本公开实施例的第一方面，提供一种风力发电机控制方法，该方法包括：
7.确定所述发电机处于指定运行状态时，获取所述发电机的发电机转速数据；
8.基于所述发电机转速数据，判断所述发电机的转速变化是否满足预设条件；
9.若是，将所述发电机的控制器的比例增益系数调整至目标比例增益系数。
10.可选的，在一个实施例中，所述将所述发电机的控制器的比例增益系数调整至目标比例增益系数，包括：
11.确定目标系数；
12.基于所述比例增益系数，以及所述目标系数，确定所述目标比例增益系数；
13.其中，所述目标比例增益系数与所述比例增益系数呈线性关系。
14.可选的，在一个实施例中，所述基于所述比例增益系数，以及所述目标系数，确定所述目标比例增益系数，包括：
15.基于以下公式确定所述目标比例增益系数k
p
：
16.k
p
＝k
p0
(1+a)；
17.其中，k
p0
表示所述比例增益系数，a表示所述目标系数，0＜a＜0.1。
18.可选的，在一个实施例中，所述确定所述发电机处于指定运行状态，包括：
19.计算预设时长内所述发电机的平均发电机转速以及平均输出功率；
20.在所述平均发电机转速大于或等于第一指定转速，且所述平均输出功率小于或等于指定功率时，确定所述发电机处于所述指定运行状态；
21.其中，所述第一指定转速是所述发电机的最大转速与发电机转速系数的乘积值，所述转速系数的取值为0.85～0.95；
22.所述指定功率是所述发电机的额定功率减去功率裕度的差值，所述功率裕度的取值为20～80kw。
23.可选的，在一个实施例中，所述获取所述发电机的发电机转速数据，包括：
24.获取当前时刻所述发电机的第一发电机转速，以及上一时刻所述发电机的第二发电机转速；
25.所述基于所述发电机转速数据，判断所述发电机的转速变化是否满足预设条件，包括：
26.计算所述第一发电机转速和所述第二发电机转速的转速差值；
27.在所述转速差值大于零，且所述第一发电机转速大于或等于第二指定转速时，确定所述发电机的转速变化满足所述预设条件；其中，所述第二指定转速是所述发电机的最大转速的1.03～1.08倍。
28.可选的，在一个实施例中，所述获取所述发电机的发电机转速数据，包括：
29.获取预设时段内所述发电机的多个发电机转速，所述预设时段包括当前时刻；
30.所述基于所述发电机转速数据，判断所述发电机的转速变化是否满足预设条件，包括：
31.计算所述多个发电机转速的平均变化率；
32.在所述平均变化率大于零，且所述当前时刻对应的发电机转速大于或等于第二指定转速时，确定所述发电机的转速变化满足所述预设条件；其中，所述第二指定转速是所述发电机的最大转速的1.03～1.08倍。
33.可选的，在一个实施例中，所述方法还包括：
34.判断所述发电机是否处于偏航状态；
35.在所述发电机未处于偏航状态，且所述发电机的转速变化满足所述预设条件时，将所述发电机的扭矩控制器的比例增益系数调整至所述目标比例增益系数。
36.根据本公开实施例的第二方面，提供一种风力发电机控制装置，包括：
37.数据获取模块，用于确定所述发电机处于指定运行状态时，获取所述发电机的发电机转速数据；
38.转速判断模块，用于基于所述发电机转速数据，判断所述发电机的转速变化是否满足预设条件；
39.控制调节模块，用于若转速判断模块的判断结果为是，则将所述发电机的控制器的比例增益系数调整至目标比例增益系数。
40.根据本公开实施例的第三方面，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上述任一实施例所述的风力发电机控制方法。
41.根据本公开实施例的第四方面，提供一种电子设备，包括：
42.存储器，其上存储有计算机程序；
43.处理器，用于在执行所述计算机程序时实现上述任一实施例所述的风力发电机控制方法。
44.本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
45.本公开实施例中，确定风力发电机处于指定运行状态时，获取所述发电机的发电机转速数据；基于所述发电机转速数据，判断所述发电机的转速变化是否满足预设条件；若是，将所述发电机的控制器的比例增益系数调整至目标比例增益系数。这样可以避免直接测量风速大小，而采用检测发电机转速判断发电机转速变化来间接测量风速大小，在间接测量到风速突变即发电机转速的变化满足预设条件时，控制调整控制器的比例增益系数到目标比例增益系数，如此可以在某些特殊工况条件下(比如阵风等)，短时间内机组的风速急剧增大或者急剧减少的时候，此时通过控制参数的调整使得控制器例如可以更快的响应，即控制参数与风速变化匹配，可以有效降低发电机转速的过大波动，提高机组运行稳定性，避免触发机组过速类故障带来的发电量损失。
附图说明
46.图1示出风力发电机运行区间示意图；
47.图2示出相关技术中风力发电机控制框图；
48.图3示出本公开示例性实施例中风力发电机控制方法流程图；
49.图4示出本公开示例性实施例中风力发电机控制框图；
50.图5示出本公开示例性实施例风力发电机控制装置示意图；。
具体实施方式
51.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范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，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。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方式中。
52.此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。
53.现代大型风力发电机一般采用变转速变桨距控制方式，在其运行风速区间内(切入风速到切出风速范围内)，通常划分为4个不同的运行区间，不同的运行区间采用不同的控制策略，实现不同的控制目标，如图图1所示，i区：最小转速区，扭矩控制(pi或pid)，转速稳定在设定的最小转速；ii区：最大风能捕获区，跟踪最优叶尖速比，实现风能最大捕获；iii区：过渡段，扭矩控制(pi或pid)，设定转速为机组运行最大转速；iv区：满发段，变桨控制(pi或pid)，一般恒功率运行。
54.当机组运行在过渡段时，采用扭矩控制方式，一般通过pi控制器或者pid控制器实
现，以发电机额定转速即给定转速作为参考转速，检测机组实际转速和参考转速的偏差，通过控制器调整机组扭矩需求，基本控制框图如图2所示。
55.其中pi控制器或者pid控制器的控制参数通常包括比例增益系数，积分增益系数和微分增益系数。一般来说，设计控制器时，根据系统输出响应特征和系统稳定性特征确定上述3个控制参数，确保机组转速稳定。但是需要指出的是，一般情况下，对于相同的机型，上述控制参数保持不变。相同型号的风力发电机可能安装于不同的地形条件下，或者运行在工况条件差别的环境下，当某些机位点由于地形原因，导致风速和风向变化频繁，尤其是在大风运行条件下，当风速或者风向发生突变时，发电机转速会出现转速突增，可能导致过速类故障，带来发电量损失。这是由于上述控制参数设计为固定值，导致机组响应过慢或者过快，例如产生较大发电机转速波动而出现转速突增。
56.为了至少部分解决上述问题，本示例实施方式中提供了一种风力发电机控制方法，如图3所示，该方法包括以下步骤：
57.步骤s101：确定所述发电机处于指定运行状态时，获取所述发电机的发电机转速数据。
58.示例性的，指定运行状态例如是过渡段的运行状态，通常设定转速为机组运行最大转速。当确定发电机处于过渡段的运行状态时，可以获取发电机转速数据。
59.步骤s102：基于所述发电机转速数据，判断所述发电机的转速变化是否满足预设条件。
60.示例性的，发电机转速的波动间接反映了风速的变化，例如风速突变通常会导致发电机转速变化，因此本实施例中检测发电机转速进而判断发电机转速变化是否满足预设条件来间接确定是否遇到风速突变的情况。
61.步骤s103：若是，将所述发电机的控制器的比例增益系数调整至目标比例增益系数。
62.示例性的，控制器可以是pid控制器或者pi控制器，在确定发电机的转速变化满足预设条件时即确定遇到风速突变的情况，此时将例如pid控制器的控制参数如比例增益系数(积分和微分增益系数可以保持不变)调整至目标比例增益系数，可以提高控制器的响应时间，以达到控制发电机转速波动的目的。本实施例中调整控制器的比例增益系数的方案控制逻辑如图4所示。
63.本公开实施例的方案可以避免直接测量风速大小，而采用检测发电机转速判断发电机转速变化来间接测量风速突变，在间接测量到风速突变即发电机转速的变化满足预设条件时，控制调整控制器的比例增益系数到目标比例增益系数，如此可以在某些特殊工况条件下(比如阵风或者大湍流等)，短时间内机组的风速急剧增大或者急剧减少的时候，此时通过控制参数的调整使得控制器例如可以更快的响应，即控制参数与风速变化匹配，可以有效降低发电机转速的过大波动，提高机组运行稳定性，避免触发机组过速类故障带来的发电量损失等问题。
64.另外，一般来说，风速仪安装于叶轮后方，受叶轮扰流作用，风速检测不准，本实施例中不直接检测风速，风速在本实施例中不作为用于控制的输入因子，可以避免使用风速仪，减少成本。
65.可选的，在一个实施例中，步骤s103中将所述发电机的控制器的比例增益系数调
整至目标比例增益系数，包括：确定目标系数；基于所述比例增益系数，以及所述目标系数，确定所述目标比例增益系数；其中，所述目标比例增益系数与所述比例增益系数呈线性关系。
66.示例性的，该目标系数可以基于发电机的转速变化量如增量来确定，但也不限于此。
67.具体的，在一个实施例中，所述基于所述比例增益系数，以及所述目标系数，确定所述目标比例增益系数，包括：基于以下公式确定所述目标比例增益系数k
p
：
68.k
p
＝k
p0
(1+a)；
69.其中，k
p0
表示所述比例增益系数，a表示所述目标系数，0＜a＜0.1。
70.本实施例中将目标系数a的取值限定在上述范围内，可以防止控制器的比例增益系数调整时出现较大的跳变，进而进一步有效降低发电机转速的过大波动，提高机组运行稳定性。
71.可选的，在一个实施例中，步骤s101中确定所述发电机处于指定运行状态，包括：计算预设时长内所述发电机的平均发电机转速以及平均输出功率；在所述平均发电机转速大于或等于第一指定转速，且所述平均输出功率小于或等于指定功率时，确定所述发电机处于所述指定运行状态；其中，所述第一指定转速是所述发电机的最大转速与发电机转速系数的乘积值，所述转速系数的取值为0.85～0.95；所述指定功率是所述发电机的额定功率减去功率裕度的差值，所述功率裕度的取值为20～80kw。
72.示例性的，预设时长可以是1min，但也不限于此。确定发电机处于指定运行状态即过渡段的运行状态的判断一般可以由以下公式确定：
[0073][0074]
其中，ω为预设时长内发电机的平均发电机转速即该预设时长内每个时刻的发电机转速的平均值，p为预设时长内发电机的平均输出功率即该预设时长内每个时刻的输出功率的平均值，ω
max
为发电机运行的最大转速；γ为发电机转速系数，一般取值0.85～0.95；p0为发电机的额定功率，单位kw；δ为功率裕度，取值20～80kw。
[0075]
通过上述方式可以准确判断发电机处于指定运行状态即过渡段的运行状态，只有确定处于该指定运行状态时才开始启动本实施例的控制过程，可以提高发电机过渡段的运行控制的准确性。
[0076]
可选的，在一个实施例中，步骤s101中获取所述发电机的发电机转速数据，包括：获取当前时刻所述发电机的第一发电机转速ω(t)，以及上一时刻所述发电机的第二发电机转速ω(t-1)。所述基于所述发电机转速数据，判断所述发电机的转速变化是否满足预设条件，包括：计算所述第一发电机转速和所述第二发电机转速的转速差值ω’；在所述转速差值大于零，且所述第一发电机转速大于或等于第二指定转速ω0时，确定所述发电机的转速变化满足所述预设条件；其中，所述第二指定转速ω0是所述发电机的最大转速ω
max
的1.03～1.08倍，即ω0＝b*ω
max
，b取值为1.03～1.08。
[0077]
示例性的，当ω’＝ω(t)-ω(t-1)＞0，且ω(t)≥ω0时，发电机的转速变化满足所述预设条件。
[0078]
可选的，在另一个实施例中，步骤s101中获取所述发电机的发电机转速数据，包括：获取预设时段内所述发电机的多个发电机转速，所述预设时段包括当前时刻。相应的，步骤s102中基于所述发电机转速数据，判断所述发电机的转速变化是否满足预设条件，包括：计算所述多个发电机转速的平均变化率；在所述平均变化率大于零，且所述当前时刻对应的发电机转速大于或等于第二指定转速ω0时，确定所述发电机的转速变化满足所述预设条件。
[0079]
示例性的，计算所述多个发电机转速的平均变化率δω可以通过以下公式确定：
[0080][0081]
其中，ω(ti)表示预设时段如1分钟内第i个时刻对应的发电机转速，ω(ti+1)表示与第i个时刻相邻的时刻对应的发电机转速，i＝1，2，
…
，n也即共n个时刻。
[0082]
可选的，在一个实施例中，所述方法还可以包括以下步骤：
[0083]
步骤i)：判断所述发电机是否处于偏航状态。
[0084]
具体的，风力发电机在运行中要求风轮始终处于迎风状态，在迎风状态下，风轮转速可以很高，发电效率也就可以很高，由于风速是动态的，所以风轮转速就会时快时慢，当风轮转速过快时，就会导致风轮出现非迎风状态，称之为偏航状态。本实施例中可以判断风力发电机是否处于偏航状态。具体的判断方式可以参考现有技术理解，对此不作限制，此处也不再赘述。
[0085]
步骤ii)：在所述发电机未处于偏航状态，且所述发电机的转速变化满足所述预设条件时，将所述发电机的扭矩控制器的比例增益系数调整至所述目标比例增益系数。
[0086]
也即在确定发电机未处于偏航状态，同时发电机的转速变化满足所述预设条件时，才将所述发电机的扭矩控制器的比例增益系数调整至所述目标比例增益系数。由于偏航状态时，可能带来发电机转速的波动，本实施例的方案中需要消除此种情况带来的影响，因此排除此种运行工况，使得风力发电机的控制调节更为准确，避免误调节。
[0087]
本公开实施例还提供一种风力发电机控制装置，如图5所示风力发电机控制装置可以包括：
[0088]
数据获取模块501，用于确定所述发电机处于指定运行状态时，获取所述发电机的发电机转速数据；
[0089]
转速判断模块502，用于基于所述发电机转速数据，判断所述发电机的转速变化是否满足预设条件；
[0090]
控制调节模块503，用于若转速判断模块的判断结果为是，则将所述发电机的控制器的比例增益系数调整至目标比例增益系数。
[0091]
本公开实施例的方案可以避免直接测量风速大小，而采用检测发电机转速判断发电机转速变化来间接测量风速突变，在间接测量到风速突变即发电机转速的变化满足预设条件时，控制调整控制器的比例增益系数到目标比例增益系数，如此可以在某些特殊工况条件下(比如阵风或者大湍流等)，短时间内机组的风速急剧增大或者急剧减少的时候，此时通过控制参数的调整使得控制器例如可以更快的响应，即控制参数与风速变化匹配，可以有效降低发电机转速的过大波动，提高机组运行稳定性，避免触发机组过速类故障带来
的发电量损失等问题。
[0092]
可选的，在一个实施例中，所述控制调节模块503，用于：确定目标系数；基于所述比例增益系数，以及所述目标系数，确定所述目标比例增益系数；其中，所述目标比例增益系数与所述比例增益系数呈线性关系。
[0093]
可选的，在一个实施例中，所述控制调节模块503，用于基于以下公式确定所述目标比例增益系数k
p
：
[0094]kp
＝k
p0
(1+a)；
[0095]
其中，k
p0
表示所述比例增益系数，a表示所述目标系数，0＜a＜0.1。
[0096]
可选的，在一个实施例中，所述装置还包括状态检测模块用于：计算预设时长内所述发电机的平均发电机转速以及平均输出功率；在所述平均发电机转速大于或等于第一指定转速，且所述平均输出功率小于或等于指定功率时，确定所述发电机处于所述指定运行状态；其中，所述第一指定转速是所述发电机的最大转速与发电机转速系数的乘积值，所述转速系数的取值为0.85～0.95；所述指定功率是所述发电机的额定功率减去功率裕度的差值，所述功率裕度的取值为20～80kw。
[0097]
可选的，在一个实施例中，所述数据获取模块501获取所述发电机的发电机转速数据，包括：获取当前时刻所述发电机的第一发电机转速，以及上一时刻所述发电机的第二发电机转速。所述转速判断模块502基于所述发电机转速数据，判断所述发电机的转速变化是否满足预设条件，包括：计算所述第一发电机转速和所述第二发电机转速的转速差值；在所述转速差值大于零，且所述第一发电机转速大于或等于第二指定转速时，确定所述发电机的转速变化满足所述预设条件；其中，所述第二指定转速是所述发电机的最大转速的1.03～1.08倍。
[0098]
可选的，在一个实施例中，所述数据获取模块501获取所述发电机的发电机转速数据，包括：获取预设时段内所述发电机的多个发电机转速，所述预设时段包括当前时刻。所述转速判断模块502基于所述发电机转速数据，判断所述发电机的转速变化是否满足预设条件，包括：计算所述多个发电机转速的平均变化率；在所述平均变化率大于零，且所述当前时刻对应的发电机转速大于或等于第二指定转速时，确定所述发电机的转速变化满足所述预设条件；其中，所述第二指定转速是所述发电机的最大转速的1.03～1.08倍。
[0099]
可选的，在一个实施例中，所述装置还包括状态判断模块，用于判断所述发电机是否处于偏航状态；控制调节模块503用于在所述发电机未处于偏航状态，且所述发电机的转速变化满足所述预设条件时，将所述发电机的扭矩控制器的比例增益系数调整至所述目标比例增益系数。
[0100]
本公开实施例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上述任一实施例所述的风力发电机控制方法。
[0101]
另外，本公开另一实施例还提供一种电子设备，包括存储器，其上存储有计算机程序；处理器，用于在执行所述计算机程序时实现上述任一实施例所述的风力发电机控制方法。
[0102]
本公开实施例的电子设备以及存储介质的方案，可以避免直接测量风速大小，而采用检测发电机转速判断发电机转速变化来间接测量风速突变，在间接测量到风速突变即发电机转速的变化满足预设条件时，控制调整控制器的比例增益系数到目标比例增益系
数，如此可以在某些特殊工况条件下(比如阵风或者大湍流等)，短时间内机组的风速急剧增大或者急剧减少的时候，此时通过控制参数的调整使得控制器例如可以更快的响应，即控制参数与风速变化匹配，可以有效降低发电机转速的过大波动，提高机组运行稳定性，避免触发机组过速类故障带来的发电量损失等问题。
[0103]
需要说明的是，在本文中，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。
[0104]
总之，本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。