一种风力发电机组同步转速段运行控制方法和装置与流程

本技术涉及风力发电控制领域，尤其涉及一种风力发电机组同步转速段运行控制方法和装置。

背景技术：

1、双馈型风力发电机组(dfig)是增速型风力发电机组的一种，在役风力发电机组中比例较高。伴随着市场成本压力，近年来双馈型风力发电机组的电气类相关问题也大量暴露。其中，由于变流器成本控制，在风力发电机组长期工作于同步转速区间时，变流器的功率器件的pwm开关频率将会变低，开关频率变低时这种低成本的变流器功率器件的结温会显著上升，而长期的结温过高会导致该功率器件损坏，影响风力发电机组的正常运行。

2、在相关技术中，为延长变流器功率器件的使用寿命，会尽量避免风力发电机组长期工作于同步转速区间。相关技术会通过压制风力发电机组的转速，让该转速低于同步转速区间，进行一段时间的积累后再释放转速到高于同步转速区间的高转速的技术，来直接使风力发电机组的转速跨越同步转速区间，进而保证风力发电机组不会工作于同步转速区间。

3、然而，相关技术由于存在压制转速的过程，会存在部分风能浪费，导致风力发电机组发电收益率下降。

技术实现思路

1、本技术提供了一种风力发电机组同步转速段运行控制方法和装置，用于在避免变流器功率器件损坏的同时，减少机组发电损失。

2、第一方面，本技术提供了一种风力发电机组同步转速段运行控制方法，应用于发电机控制装置，该方法包括：根据风力发电机组中异步发电机的同步转速和对应的转速容差百分比，确定同步转速区间；在风力发电机组进行风能发电时，获取风力发电机组中异步发电机的实时转速；在实时转速位于同步转速区间时，检测风力发电机组中变流器的功率器件结温；在功率器件结温高于第一保护阈值时，存储当前风力发电机组的实际限制功率为初始限制功率；实际限制功率为风力发电机组在当前运行过程中设定的最大输出功率，实际限制功率的默认值为机组额定功率；下调实际限制功率至结温保护功率，以降低功率器件结温；在功率器件结温低于第二保护阈值时，回调风力发电机组的实际限制功率至初始限制功率。

3、在上述实施例中，发电机控制装置根据实时转速判断风力发电机组是否处于同步转速区间，当处于该区间时，实时监测变流器功率器件的结温，当结温超过第一保护阈值时，主动下调实际限制功率至结温保护功率，以降低功率器件结温。这种方式避免了功率器件长期高温工作而导致损坏的情况。同时，通过存储当前风力发电机组的实际限制功率为初始限制功率，当结温低于第二保护阈值时再回调实际限制功率至初始限制功率，最大程度减少了风力发电机组的发电损失。

4、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，在功率器件结温低于第二保护阈值时，回调风力发电机组的实际限制功率至初始限制功率，具体包括：在功率器件结温低于第二保护阈值时，获取结温保护功率和初始限制功率的功率差值；将功率差值按照预设功率步长分成多个有序的功率回调分段；按照多个有序的功率回调分段的排列顺序，为实际限制功率增加一个功率回调分段；若在预设测试时间内，功率器件结温的结温增值不高于预设异常阈值，则为实际限制功率再增加下一个功率回调分段，直至实际限制功率达到初始限制功率。

5、在上述实施例中，发电机控制装置当功率器件结温低于第二保护阈值时，先计算结温保护功率和初始限制功率的功率差值，然后将该差值按照预设功率步长分成多个有序的功率回调分段。接着，按照功率回调分段的排列顺序，逐步增加实际限制功率，并在每次增加后的预设测试时间内监测结温增值是否超过异常阈值，若没超过则继续增加下一分段，直至回调至初始限制功率。这种渐进式的功率回调方式可以避免突然增大功率导致结温骤升，更加平稳安全地将功率回调至初始水平，从而在保障功率器件安全的同时尽可能减少发电损失。

6、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，在按照多个有序的功率回调分段的排列顺序，为实际限制功率增加一个功率回调分段的步骤之后，该方法还包括：若在预设测试时间内，功率器件结温的结温增值高于预设异常阈值，则为实际限制功率减少上一个功率回调分段，直至实际限制功率达到结温保护功率。

7、在上述实施例中，发电机控制装置在逐步回调实际限制功率的过程中，若监测到结温增值超过异常阈值，则主动减少上一个功率回调分段，直至回落到结温保护功率。这种方式相当于在回调过程中设置了结温异常检测机制，一旦发现结温升高过快，则及时降低功率，避免因盲目回调导致功率器件再次进入高温危险区间。通过该机制，进一步提高了功率器件的安全性，同时也使得功率回调过程更加稳健可控。

8、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，在根据风力发电机组中异步发电机的同步转速和对应的转速容差百分比，确定同步转速区间的步骤之后，该方法还包括：根据同步转速区间，确定风力发电机组对应的功率调度死区；获取电网下发的调度限制功率，基于调度限制功率和功率调度死区，确定运行限制功率；以运行限制功率为实际限制功率，控制风力发电机组进行风能发电。

9、在上述实施例中，发电机控制装置在确定同步转速区间后，还根据该区间确定了风力发电机组对应的功率调度死区。当电网下发调度限制功率时，若该功率在调度死区内，则将功率死区下界作为实际的运行限制功率。利用调度死区，可在一定程度上控制转速脱离同步区间，减少调节次数，让风力发电机组尽量平稳运行，从而有利于机组的安全与发电效率。

10、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，根据同步转速区间，确定风力发电机组对应的功率调度死区，具体包括：确定风力发电机组在同步转速时的输出功率，作为功率死区中心；根据功率容差百分比和功率死区中心，确定功率死区上界和功率死区下界，得到功率调度死区；功率容差百分比低于转速容差百分比。

11、在上述实施例中，发电机控制装置直接利用风力发电机组在同步转速时的输出功率作为功率死区的中心，再根据给定的功率容差百分比确定上下界。这里的功率容差百分比设置得低于转速容差百分比。功率对转速的变化更加敏感，实现对功率控制死区的进一步压缩，为了兼用风电场级的能量管理同时满足电网功率限制，提升电网友好性。

12、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，获取电网下发的调度限制功率，基于调度限制功率和功率调度死区，确定运行限制功率，具体包括：获取电网下发的调度限制功率，确定调度限制功率是否在功率调度死区范围之内；若调度限制功率不在功率调度死区范围之内，则以调度限制功率为运行限制功率；若调度限制功率在功率调度死区范围之内，以功率死区下界为运行限制功率。

13、在上述实施例中，发电机控制装置当调度功率位于功率调度死区内时，直接将功率死区下界作为运行限制功率，而不采用调度值。这种做法充分利用了死区的余量，尽可能减少了同步转速段的功率调节次数。另一方面，当调度功率低于死区下界时，则直接采用调度值作为运行功率。在同步转速段尽量保持平稳运行的同时，也兼顾了电网调度的需求。

14、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，在功率器件结温低于第二保护阈值时，回调风力发电机组的实际限制功率至初始限制功率的步骤之后，该方法还包括：记录实际限制功率回调至初始限制功率的时间，为第一时间；获取功率器件结温再次高于第一保护阈值的时间，为第二时间；在第二时间与第一时间的时间差值低于预设时间差值时，基于预设保护规则调整结温保护功率。

15、在上述实施例中，发电机控制装置在实际限制功率成功回调至初始限制功率后，记录了回调时刻，并监测后续结温再次超过第一保护阈值的时间。若这两个时刻间隔低于预设时间差，则此次结温回升过快，需要调整当前的结温保护功率，通常是进一步降低保护功率，以匹配当前风力发电机组的散热状态。

16、第二方面，本技术实施例提供了一种发电机控制装置，该发电机控制装置包括：一个或多个处理器和存储器；该存储器与该一个或多个处理器耦合，该存储器用于存储计算机程序代码，该计算机程序代码包括计算机指令，该一个或多个处理器调用该计算机指令以使得该发电机控制装置执行如第一方面以及第一方面中任一可能的实现方式描述的方法。

17、第三方面，本技术实施例提供一种包含指令的计算机程序产品，当上述计算机程序产品在发电机控制装置上运行时，使得上述发电机控制装置执行如第一方面以及第一方面中任一可能的实现方式描述的方法。

18、第四方面，本技术实施例提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当上述指令在发电机控制装置上运行时，使得上述发电机控制装置执行如第一方面以及第一方面中任一可能的实现方式描述的方法。

19、可以理解地，上述第二方面提供的发电机控制装置，第三方面提供的计算机程序产品和第四方面提供的计算机存储介质均用于执行本技术实施例所提供的方法。因此，其所能达到的有益效果可参考对应方法中的有益效果，此处不再赘述。

20、本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

21、1、由于采用了在异步发电机实时转速位于同步转速区间时，基于变流器功率器件的结温检测和限制功率控制的方法，所以可以在结温超过第一保护阈值时及时降低限制功率保护变流器，在结温恢复到第二保护阈值以下时及时回调限制功率避免发电损失，有效解决了现有技术中要么忽视变流器结温导致其损坏，要么局限于限制转速导致发电效率下降的问题，进而实现了兼顾变流器安全和发电性能的同步转速段运行优化控制。

22、2、由于采用了将实际限制功率分段逐步回调至初始限制功率，并在回调过程中实时检测结温变化，根据结温是否异常决定继续回调或重新降低回调功率的方法，所以可以在最短时间内以最平稳的方式将限制功率恢复至同步转速区间运行所需的初始水平，最大限度减少发电损失的同时也防止了结温反弹，有效解决了现有技术中采用单步骤回调易引起结温波动，采用缓慢线性回调易延长发电损失时间的问题，进而实现了回调过程的效率和安全的统一优化。

23、3、由于采用了根据风电机组实际运行工况，即记录结温保护的触发时间区间，自适应调整变流器结温保护功率的方法，所以可以客观评估当前保护功率的合理性，既避免保护不足引起变流器损坏，也避免保护过度引起发电效率下降，有效解决了现有技术中结温保护功率依赖于经验设置，难以兼顾变流器安全与发电性能的问题，进而实现了变流器结温保护的自优化控制。