一种风力发电机削峰控制方法及设备与流程

本发明属于风力发电，具体涉及一种风力发电机削峰控制方法及设备。

背景技术：

1、随着环境污染日益严重，各国对清洁可再生能源的关注和发展也日渐增加，风力是清洁可再生能源的重要组成部分，随着风力发电技术的日益成熟，风机发电分布的地区也越来越广，但风力发电技术其中也存在着问题；例如，风力发电机运行在过程中会受到风速的影响，当风速持续升高超过一定值，风力发电机载荷会急速提高，风力发电机载荷过大会影响风力发电机的正常运行。

2、耿丽红、王朝东、谢金娟等在《太阳能学报》2020年2月发表的标题为《基于削峰调节的风电机组载荷优化控制技术》的文献中提出一种风力发电机削峰控制策略。该风力发电机削峰控制策略能够有效解决风力发电机载荷过大的问题，但运行中发现，削峰控制策略投入后，系统稳定性将会降低，风力发电机功率和转速频繁出现长时间周期性波动，即使在风速稳定后，风力发电机功率和转速也仍会持续波动一段时间，导致风力发电机的疲劳载荷增大，风力发电机的使用寿命降低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种风力发电机削峰控制方法及设备，用以解决现有技术中采用削峰控制策略产生的风力发电机功率和转速周期性波动导致降低风力发电机的使用寿命的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种风力发电机削峰控制方法，该方法包括：

3、若风力发电机输出功率满足动态工况条件，则通过动态工况控制对风力发电机输出的力矩进行控制；动态工况控制的控制量由pd控制得到，该pd控制中比例环节的增量根据发电机转速实际值与目标值之间的偏差的变化量确定，微分环节的增量根据发电机转动加速度的变化量与控制周期确定。

4、进一步地，若风力发电机输出功率满足稳态工况条件且不满足动态工况条件，则通过稳态工况控制对风力发电机输出的力矩进行控制，若风力发电机输出功率不满足动态工况条件且不满足稳态工况条件时，则采用当前控制方式进行控制；稳态工况控制的控制量由pi控制得到，该pi控制中比例环节的增量根据发电机实际转速的变化量确定，积分环节的增量根据发电机转速实际值与目标值之间的偏差确定。

5、进一步地，根据发电机转动加速度的变化量与控制周期确定pd控制的微分环节的方式包括：根据由当前控制周期与前一控制周期的发电机转动加速度限幅值之间的差异确定出的发电机转动加速度的变化量与控制周期之比确定pd控制的微分环节的增量；发电机转动加速度限幅值由发电机转动加速度经过加速度限幅得到；

6、发电机转动加速度经过加速度限幅得到的发电机转动加速度限幅值的方式包括：

7、若发电机转动加速度大于正常波动范围的上限阈值，则由正常波动范围的上限阈值得到发电机转动加速度限幅值；若发电机转动加速度小于正常波动范围的下限阈值，则由正常波动范围的下限阈值得到发电机转动加速度限幅值；否则，由当前发电机转动加速度得到发电机转动加速度限幅值。

8、进一步地，根据由当前控制周期与前一控制周期的发电机转动加速度限幅值之间的差异确定出的发电机转动加速度的变化量与控制周期之比确定的pd控制的微分环节的增量为：

9、

10、其中，△yd为微分环节的增量值，kd为微分系数，t为控制周期，分别为第n个控制周期、第n-1个控制周期的发电机转动加速度限幅值。

11、进一步地，由pd控制得到的动态工况控制的控制量为：

12、

13、式中，ypd(n)、ypd(n-1)分别为第n个、第n-1个控制周期动态工况控制的控制量，kp为比例系数，e(n)、e(n-1)为第n个控制周期、第n-1个控制周期的发电机转速实际值和发电机转速目标值之间的偏差。

14、进一步地，由pi控制得到的稳态工况控制的控制量为：

15、ypi(n)＝ypi(n-1)+kp[e(n)-e(n-1)]+kie(n)

16、式中，ypi(n)、ypi(n-1)分别为第n个、第n-1个控制周期稳态工况控制的控制量，kp为比例系数，ki为积分系数，t为控制周期，e(n)、e(n-1)为第n个控制周期、第n-1个控制周期的发电机转速实际值和发电机转速目标值之间的偏差。

17、进一步地，分别根据风力发电机输出的功率的变化情况判断风力发电机的工况是否满足稳态工况条件和为动态工况条件。

18、进一步地，根据风力发电机输出的功率的变化情况判断风力发电机的工况是否满足动态工况条件的方式包括：若风力发电机输出功率满足功率拟合曲线斜率的绝对值大于设定斜率阈值则判定风力发电机的工况满足动态工况条件，否则判定不满足。

19、进一步地，根据风力发电机输出的功率的变化情况判断风力发电机的工况是否满足稳态工况条件的方式包括：

20、若风力发电机输出功率满足设定时长内的功率最大变化量小于设定变化量阈值，则判定风力发电机的工况满足稳态工况条件，否则判定不满足。

21、为解决上述技术问题，本发明还提供了一种风力发电机削峰控制设备，包括处理器，处理器用于执行计算机程序以实现风力发电机削峰控制方法的步骤。

22、上述技术方案的有益效果为：本发明提供了一种新的风力发电机削峰控制方法，通过使用由pd控制得到的动态工况控制对处于动态工况时的风力发电机输出的力矩进行控制，由pd控制得到的动态工况控制同时考虑风力发电机转动加速度和风力发电机转速两个因素，考虑范围更加全面，并且由于动态工况控制将风力发电机转动加速度的变化量作为确定控制量的因素，从而对风力发电机进行超前控制，由此能够提前抑制风力发电机功率和转速的波动情况。

技术特征：

1.一种风力发电机削峰控制方法，其特征在于，该方法包括：

2.根据权利要求1所述的风力发电机削峰控制方法，其特征在于，若风力发电机输出功率满足稳态工况条件且不满足动态工况条件，则通过稳态工况控制对风力发电机输出的力矩进行控制，若风力发电机输出功率不满足动态工况条件且不满足稳态工况条件时，则采用当前控制方式进行控制；稳态工况控制的控制量由pi控制得到，该pi控制中比例环节的增量根据发电机实际转速的变化量确定，积分环节的增量根据发电机转速实际值与目标值之间的偏差确定。

3.根据权利要求1所述的风力发电机削峰控制方法，其特征在于，根据发电机转动加速度的变化量与控制周期确定pd控制的微分环节的方式包括：根据由当前控制周期与前一控制周期的发电机转动加速度限幅值之间的差异确定出的发电机转动加速度的变化量与控制周期之比确定pd控制的微分环节的增量；发电机转动加速度限幅值由所述发电机转动加速度经过加速度限幅得到；

4.根据权利要求3所述的风力发电机削峰控制方法，其特征在于，根据由当前控制周期与前一控制周期的发电机转动加速度限幅值之间的差异确定出的发电机转动加速度的变化量与控制周期之比确定的pd控制的微分环节的增量为：

5.根据权利要求4所述的风力发电机削峰控制方法，其特征在于，由pd控制得到的动态工况控制的控制量为：

6.根据权利要求3所述的风力发电机削峰控制方法，其特征在于，由pi控制得到的稳态工况控制的控制量为：

7.根据权利要求1～6任一项所述的风力发电机削峰控制方法，其特征在于，分别根据风力发电机输出的功率的变化情况判断风力发电机的工况是否满足稳态工况条件和为动态工况条件。

8.根据权利要求7所述的风力发电机削峰控制方法，其特征在于，根据风力发电机输出的功率的变化情况判断风力发电机的工况是否满足动态工况条件的方式包括：若风力发电机输出功率满足功率拟合曲线斜率的绝对值大于设定斜率阈值则判定风力发电机的工况满足动态工况条件，否则判定不满足。

9.根据权利要求7所述的风力发电机削峰控制方法，其特征在于，根据风力发电机输出的功率的变化情况判断风力发电机的工况是否满足稳态工况条件的方式包括：

10.一种风力发电机削峰控制设备，包括处理器，其特征在于，所述处理器用于执行计算机程序以实现如权利要求1～9任一项所述的风力发电机削峰控制方法的步骤。

技术总结
本发明涉及一种风力发电机削峰控制方法及设备，属于风力发电技术领域，本发明的方法为：若风力发电机输出功率满足动态工况条件，则通过动态工况控制对风力发电机输出的力矩进行控制；动态工况控制的控制量由PD控制得到，该PD控制中比例环节的增量根据发电机转速实际值与目标值之间的偏差的变化量确定，微分环节的增量根据发电机转动加速度的变化量与控制周期确定。本发明由PD控制得到的动态工况控制同时考虑风力发电机转动加速度和风力发电机转速两个因素，考虑范围更加全面，并且由于动态工况控制将风力发电机转动加速度的变化量作为确定控制量的因素，从而对风力发电机进行超前控制，由此能够提前抑制风力发电机功率和转速的波动情况。

技术研发人员：徐奉友,熊开林,王朝东,郑志帅,杜昊龙,张鑫博,李贺来
受保护的技术使用者：许继集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/18