风力发电机组的控制方法、控制器和风力发电机组与流程

1.本公开总体说来涉及风力发电技术领域，更具体地讲，涉及一种风力发电机组的控制方法、控制器和风力发电机组。


背景技术：

2.目前，风力发电机组普遍采用急停停机或正常停机的停机方式来执行停机。当风力发电机组采用急停停机方式时，变流器闭锁功率模块脉冲，风力发电机组跟踪转矩立即收回为零，即，提供的转矩支撑立即收回为零，这将无法为风力发电机组提供停机转矩支撑，因此不能降低风力发电机组停机载荷。当风力发电机组采用正常停机方式时，变流器正常工作，风力发电机组主控将停机过程中的转矩按照变化斜率快速降低到零，即，提供的转矩支撑快速降低收回，这无法在某些特定工况下为风力发电机组提供足够的转矩支撑，因此无法保证风力发电机组的安全停机。


技术实现要素：

3.为此，本公开的实施例提供一种风力发电机组的控制方法、控制器和风力发电机组，通过在风力发电机组停机过程中控制转矩变化，能够提供足够的转矩支撑，从而降低风力发电机组停机载荷，实现风力发电机组的安全停机。
4.在一个总的方面，提供一种风力发电机组的控制方法，所述控制方法包括：响应于风力发电机组在预设工况下触发停机，控制风力发电机组进入降载停机模式，其中，降载停机模式包括：控制风力发电机组变流器维持调制，并且基于预设降载转矩曲线向风力发电机组变流器下发转矩参考；响应于满足降载停机模式结束条件，控制风力发电机组退出降载停机模式。
5.可选地，所述控制方法还包括：响应于风力发电机组在预设工况下触发停机，控制风力发电机组的变桨系统以预设收桨速度执行顺桨。
6.可选地，控制风力发电机组变流器维持调制的步骤包括：控制风力发电机组变流器整流侧功率模块保持调制并控制风力发电机组变流器逆变侧功率模块停止调制。
7.可选地，所述预设降载转矩曲线为根据风机载荷仿真方法确定的能够确保风力发电机组安全停机的转速转矩曲线。
8.可选地，所述预设降载转矩曲线为通过特定功率转矩曲线、电压转矩曲线或转速功率曲线转换得到的转速转矩曲线，其中，所述特定功率转矩曲线、电压转矩曲线或转速功率曲线为根据风机载荷仿真方法确定的能够确保风力发电机组安全停机的功率转矩曲线、电压转矩曲线或转速功率曲线。
9.可选地，所述转速转矩曲线包括多个转速值、与所述多个转速值对应的多个转矩值以及每个转矩值所需维持的时间，其中，所述多个转矩值表示向风力发电机组变流器下发的转矩参考。
10.可选地，所述转速转矩曲线从风力发电机组的额定转速向风力发电机组变流器能
够执行参考转矩的最低转速逐渐减小。
11.可选地，所述转速转矩曲线以线性方式或非线性方式从所述额定转速向所述最低转速逐渐减小。
12.可选地，响应于风力发电机组变流器执行与所述最低转速对应的转矩参考达到该转矩参考所需维持的时间，确定满足降载停机模式结束条件。
13.可选地，控制风力发电机组退出降载停机模式的步骤包括：控制风力发电机组变流器停止调制，并且断开风力发电机组变流器的断路器。
14.可选地，所述预设工况为通过风机载荷仿真方法确定的影响风力发电机组安全停机的工况。
15.在另一总的方面，提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的风力发电机组的控制方法。
16.在另一总的方面，提供一种控制器，所述控制器包括：处理器；和存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的风力发电机组的控制方法。
17.在另一总的方面，提供一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括如上所述的控制器。
18.根据本公开的实施例的风力发电机组的控制方法、控制器和风力发电机组，通过在风力发电机组停机过程中控制转矩变化，能够在特定工况下提供足够的转矩支撑，实现风力发电机组的安全停机，提升风力发电机组的安全性能。
19.另一方面，根据本公开的实施例的风力发电机组的控制方法、控制器和风力发电机组，通过灵活配置风力发电机组停机过程中使用的降载转矩曲线，能够满足不同风力发电机组的降载需求，适用于各种不同的降载工况，并且不会增加风力发电机组的硬件成本，易于推广应用。
附图说明
20.通过下面结合示出实施例的附图进行的描述，本公开的实施例的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
21.图1是示出根据本公开的实施例的风力发电机组的控制方法的流程图；
22.图2是示出根据本公开的实施例的转速转矩曲线的示例的示图；
23.图3是示出根据本公开的实施例的风力发电机组的控制方法的示例的流程图；
24.图4是示出根据本公开的实施例的风力发电机组的控制方法的另一示例的流程图；
25.图5是示出根据本公开的实施例的控制器的框图。
具体实施方式
26.提供下面的具体实施方式以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本技术的公开之后，在此描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改和等同物将是清楚的。例如，在此描述的操作的顺序仅是示例，并且不限于在此阐述的那些顺序，而是除了必须以特定的顺序发生的操作之外，可如在理解本技术的公开之后将是清楚的那样被改变。此外，为了更加清楚和简明，本领域已知的特征的描述可被省略。
27.根据本公开的实施例，当风力发电机组在预设工况下触发停机时，控制给定转矩按照降载转矩曲线执行，风力发电机组变流器维持工作状态，从而实现输出支撑转矩，降低风力发电机组停机载荷，同时变桨系统按照快速收桨模式协同停机。当风力发电机组完成按照降载转矩曲线执行下发给定转矩时，控制风力发电机组变流器停调，从而完成风力发电机组停机。
28.图1是示出根据本公开的实施例的风力发电机组的控制方法的流程图。所述控制方法可由风力发电机组主控执行，也可以由设置在风力发电机组中的其他控制器执行。
29.参照图1，在步骤s101中，响应于风力发电机组在预设工况下触发停机，控制风力发电机组进入降载停机模式。降载停机模式包括：控制风力发电机组变流器维持调制，并且基于预设降载转矩曲线向风力发电机组变流器下发转矩参考。这里，预设工况可以是通过风机载荷仿真方法确定的影响风力发电机组安全停机的工况。因此，对于不同型号的风力发电机组，影响风力发电机组安全停机的工况可彼此不同。此外，当风力发电机组发生需要停机的故障时，可触发停机。然而，本公开不限于此，可通过手动触发、远程触发、单绕组容错触发等形式触发停机。换言之，降载停机模式可不仅局限于需要安全降载的工况，亦可以根据风力发电机组的需求增加相应的停机触发逻辑。
30.在降载停机模式下，通过维持向风力发电机组变流器提供调制命令和转矩命令，能够实现持续地提供停机转矩支撑。具体地讲，控制风力发电机组变流器维持调制可包括控制风力发电机组变流器整流侧功率模块保持调制并控制风力发电机组变流器逆变侧功率模块停止调制。另一方面，向风力发电机组变流器下发的转矩参考可基于预设降载转矩曲线逐渐减小。下面具体描述基于预设降载转矩曲线向风力发电机组变流器下发转矩参考的实现方式。
31.根据本公开的实施例，预设降载转矩曲线可以是根据风机载荷仿真方法确定的能够确保风力发电机组安全停机的转速转矩曲线。然而，本公开不限于此。例如，预设降载转矩曲线可以是通过特定功率转矩曲线、电压转矩曲线或转速功率曲线转换得到的转速转矩曲线，而所述特定功率转矩曲线、电压转矩曲线或转速功率曲线可以是根据风机载荷仿真方法确定的能够确保风力发电机组安全停机的功率转矩曲线、电压转矩曲线或转速功率曲线。
32.图2是示出根据本公开的实施例的转速转矩曲线的示例的示图。
33.参照图2，横轴表示转速值(即，风力发电机组转速值)，纵轴表示转矩值(即，向风力发电机组变流器下发的转矩参考)。同时，在转速转矩曲线下还应包括降载停机模式下各转速值对应的转矩值所需维持的时间。下面详细描述确定转速转矩曲线的方法。
34.首先，需要确定转速转矩曲线的最低转速nc。最低转速nc可以被确定为风力发电机组变流器能够执行参考转矩的最低转速。即，当风力发电机组转速为nc或大于nc时，变流器具备执行参考转矩的能力，而当风力发电机组转速低于nc时，变流器无法执行参考转矩。根据本公开的实施例，可通过仿真评估或现场实测的方式确定最低转速nc。此外，与nc对应的参考转矩可以是5％或10％的额定扭矩，但本公开不限于此。
35.接下来，以最低转速nc为起始转速，制定包含降载停机模式下各转速值对应的转矩值以及每个转速值对应的转矩值所需维持的时间，从而构造转速转矩曲线。在这个过程中，可根据风机载荷仿真方法确定各转速值对应的转矩值以及每个转速值对应的转矩值所
需维持的时间。
36.如图2所示，t
run
为降载停机模式触发前执行的转矩参考，t1、t2、t3、
…
、tk(未示出)为转速分别为nn、n1、n2、
…
、n
k+1
(未示出)时所需执行的转矩参考，t1为运行在工作点(nn，t1)的持续时间，t2为运行在工作点(n1，t2)的持续时间，tk为运行在工作点(nk，t
k+1
)的持续时间。nn为风力发电机组的额定转速。
37.这里，需要注意以下两点。首先，如图2所示的转速转矩曲线按照线性方式降低，但是本公开不限于此。在实际情况下，转速转矩曲线不一定按照线性方式降低，而可以按照非线性方式降低。其次，如图2所示的转速转矩曲线从额定转速向最低转速逐渐减小，但是本公开不限于此。在实际情况下，转速转矩曲线可从不同于额定转速的其他转速开始向最低转速逐渐减小。
38.综上所述，转速转矩曲线可包括多个转速值、与多个转速值对应的多个转矩值以及每个转矩值所需维持的时间，而多个转矩值表示向风力发电机组变流器下发的转矩参考。转速转矩曲线从风力发电机组的额定转速向风力发电机组变流器能够执行参考转矩的最低转速逐渐减小。可选择地，转速转矩曲线以线性方式或非线性方式从额定转速向最低转速逐渐减小。
39.返回参照图1，在步骤s102中，响应于满足降载停机模式结束条件，控制风力发电机组退出降载停机模式。根据本公开的实施例，响应于风力发电机组变流器执行与最低转速对应的转矩参考达到该转矩参考所需维持的时间，确定满足降载停机模式结束条件。可选择地，当控制风力发电机组退出降载停机模式时，可控制风力发电机组变流器停止调制(即，停止下发调制指令)，并且断开风力发电机组变流器的断路器(即，断开变流器网侧断路器和机侧断路器)。
40.根据本公开的实施例，响应于风力发电机组在预设工况下触发停机，可控制风力发电机组的变桨系统以预设收桨速度执行顺桨。这里，预设收桨速度可以是确保风力发电机组安全停机的最快收桨速度。然而，本公开不限于此，预设收桨速度可以是能够确保风力发电机组安全停机的任意收桨速度。一般而言，为了加快转速降低速度实现安全快速停机，在进入降载停机模式时，可控制风力发电机组的变桨系统以预定收桨速度(例如，最快收桨速度)执行顺桨，直到风力发电机组停机为止。即，在退出降载停机模式之后，仍可控制风力发电机组的变桨系统以预定收桨速度执行顺桨。
41.图3是示出根据本公开的实施例的风力发电机组的控制方法的示例的流程图。
42.参照图3，在步骤s301中，确定风力发电机组是否进入降载停机模式。如上所述，如果风力发电机组在预设工况下触发停机，则风力发电机组将进入降载停机模式，否则将重复执行步骤s301。
43.当风力发电机组是否进入降载停机模式时，在步骤s302中，维持风力发电机组变流器调制，并且在步骤s303中，控制风力发电机组的变桨系统执行最短时间顺桨(即，控制变桨系统以最快收桨速度执行顺桨)。
44.接下来，在步骤s304中，确定转速转矩曲线是否执行完成，即，确定是否按照转速转矩曲线完成转矩参考的下发。如上所述，转速转矩曲线从可风力发电机组的额定转速向风力发电机组变流器能够执行参考转矩的最低转速逐渐减小。
45.当转速转矩曲线执行完成时，在步骤s305中，控制风力发电机组退出降载停机模
式，否则，返回执行步骤s302和s303。
46.图4是示出根据本公开的实施例的风力发电机组的控制方法的另一示例的流程图。
47.参照图4，在步骤s401中，确定风力发电机组是否处于运行状态。如果风力发电机组处于运行状态，则在步骤s402中，确定风力发电机组是否触发降载停机模式。如上所述，如果风力发电机组在预设工况下触发停机，则触发降载停机模式。如果触发降载停机模式，则在步骤s403中，维持风力发电机组变流器调制，并且在步骤s404中，基于转速转矩曲线向变流器下发转矩参考。在步骤s405中，确定转速转矩曲线是否执行完成。如果转速转矩曲线执行完成，则在步骤s406中，控制风力发电机组退出降载停机模式，否则，返回执行步骤s404。在退出降载停机模式之后，在步骤s407中，控制变流器停止调制，并且断开变流器的断路器。另一方面，当触发降载停机模式时，在步骤s408中，控制风力发电机组的变桨系统执行最短时间顺桨，并且在步骤s409中，完成顺桨操作。之后，在步骤s410中，风力发电机组完成停机。这里，需要注意的是，尽管在图4中步骤s410被示出为在步骤s407之后执行，但是执行步骤s410的前提条件是完成顺桨操作(即，步骤s409)，而不是控制变流器停止调制并且断开变流器的断路器(即，步骤s407)。
48.图5是示出根据本公开的实施例的控制器的框图。所述控制器可实现为风力发电机组的主控制器或其他控制器。
49.参照图5，根据本公开的实施例的控制器500包括处理器510和存储器520。处理器510可包括(但不限于)中央处理器(cpu)、数字信号处理器(dsp)、微型计算机、现场可编程门阵列(fpga)、片上系统(soc)、微处理器、专用集成电路(asic)等。存储器520可存储将由处理器510执行的计算机程序。存储器520可包括高速随机存取存储器和/或非易失性计算机可读存储介质。当处理器510执行存储器520中存储的计算机程序时，可实现如上所述的风力发电机组的控制方法。
50.可选择地，控制器500可以以有线或者无线通信方式与风力发电机组中的其他各种组件进行通信，还可以以有线或者无线通信方式与风电场中的其他装置(例如，风电场的主控制器)进行通信。此外，控制器500可以以有线或者无线通信方式与风电场外部的装置进行通信。
51.根据本公开的实施例的风力发电机组的控制方法可被编写为计算机程序并被存储在计算机可读存储介质上。当所述计算机程序被处理器执行时，可实现如上所述的风力发电机组的控制方法。计算机可读存储介质的示例包括：只读存储器(rom)、随机存取可编程只读存储器(prom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、随机存取存储器(ram)、动态随机存取存储器(dram)、静态随机存取存储器(sram)、闪存、非易失性存储器、cd-rom、cd-r、cd+r、cd-rw、cd+rw、dvd-rom、dvd-r、dvd+r、dvd-rw、dvd+rw、dvd-ram、bd-rom、bd-r、bd-r lth、bd-re、蓝光或光盘存储器、硬盘驱动器(hdd)、固态硬盘(ssd)、卡式存储器(诸如，多媒体卡、安全数字(sd)卡或极速数字(xd)卡)、磁带、软盘、磁光数据存储装置、光学数据存储装置、硬盘、固态盘以及任何其他装置，所述任何其他装置被配置为以非暂时性方式存储计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构并将所述计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构提供给处理器或计算机使得处理器或计算机能执行所述计算机程序。在一个示例中，计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构分布在
联网的计算机系统上，使得计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构通过一个或多个处理器或计算机以分布式方式存储、访问和执行。
52.根据本公开的实施例，还可提供一种包括如上所述的控制器的风力发电机组。
53.根据本公开的实施例的风力发电机组的控制方法、控制器和风力发电机组，通过在风力发电机组停机过程中控制转矩变化，能够在特定工况下提供足够的转矩支撑，实现风力发电机组的安全停机，提升风力发电机组的安全性能。
54.另一方面，根据本公开的实施例的风力发电机组的控制方法、控制器和风力发电机组，通过灵活配置风力发电机组停机过程中使用的降载转矩曲线，能够满足不同风力发电机组的降载需求，适用于各种不同的降载工况，并且不会增加风力发电机组的硬件成本，易于推广应用。
55.虽然已表示和描述了本公开的一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本公开的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。

技术特征：
1.一种风力发电机组的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：响应于风力发电机组在预设工况下触发停机，控制风力发电机组进入降载停机模式，其中，降载停机模式包括：控制风力发电机组变流器维持调制，并且基于预设降载转矩曲线向风力发电机组变流器下发转矩参考；响应于满足降载停机模式结束条件，控制风力发电机组退出降载停机模式。2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：响应于风力发电机组在预设工况下触发停机，控制风力发电机组的变桨系统以预设收桨速度执行顺桨。3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，控制风力发电机组变流器维持调制的步骤包括：控制风力发电机组变流器整流侧功率模块保持调制并控制风力发电机组变流器逆变侧功率模块停止调制。4.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述预设降载转矩曲线为根据风机载荷仿真方法确定的能够确保风力发电机组安全停机的转速转矩曲线。5.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述预设降载转矩曲线为通过特定功率转矩曲线、电压转矩曲线或转速功率曲线转换得到的转速转矩曲线，其中，所述特定功率转矩曲线、电压转矩曲线或转速功率曲线为根据风机载荷仿真方法确定的能够确保风力发电机组安全停机的功率转矩曲线、电压转矩曲线或转速功率曲线。6.如权利要求4或5所述的控制方法，其特征在于，所述转速转矩曲线包括多个转速值、与所述多个转速值对应的多个转矩值以及每个转矩值所需维持的时间，其中，所述多个转矩值表示向风力发电机组变流器下发的转矩参考。7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述转速转矩曲线从风力发电机组的额定转速向风力发电机组变流器能够执行参考转矩的最低转速逐渐减小。8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述转速转矩曲线以线性方式或非线性方式从所述额定转速向所述最低转速逐渐减小。9.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，响应于风力发电机组变流器执行与所述最低转速对应的转矩参考达到该转矩参考所需维持的时间，确定满足降载停机模式结束条件。10.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，控制风力发电机组退出降载停机模式的步骤包括：控制风力发电机组变流器停止调制，并且断开风力发电机组变流器的断路器。11.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述预设工况为通过风机载荷仿真方法确定的影响风力发电机组安全停机的工况。12.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至11中任意一项所述的控制方法。13.一种控制器，其特征在于，所述控制器包括：处理器；和存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至11中任意一项所述的控制方法。14.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括如权利要求13所述的控制器。

技术总结
公开了一种风力发电机组的控制方法、控制器和风力发电机组。所述控制方法包括：响应于风力发电机组在预设工况下触发停机，控制风力发电机组进入降载停机模式，其中，降载停机模式包括：控制风力发电机组变流器维持调制，并且基于预设降载转矩曲线向风力发电机组变流器下发转矩参考；响应于满足降载停机模式结束条件，控制风力发电机组退出降载停机模式。控制风力发电机组退出降载停机模式。控制风力发电机组退出降载停机模式。


技术研发人员：王金鹏 吕梁年 郭锐
受保护的技术使用者：北京金风科创风电设备有限公司
技术研发日：2022.11.29
技术公布日：2023/6/27