CN109958574B - 用于风力发电机组的降载控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

提供一种用于风力发电机组的降载控制方法和装置，所述降载控制方法包括：确定风力发电机组的当前工作状态；根据风力发电机组的当前工作状态确定适用于当前工作状态的湍流强度估计方式，以基于确定的湍流强度估计方式确定湍流强度；根据湍流强度确定结果控制风力发电机组进入降载运行模式。采用本发明示例性实施例的上述用于风力发电机组的降载控制方法和装置，能够基于风力发电机组的当前工作状态来选择相应地湍流估计方式，使得风力发电机组在不同工况下均能获得较为准确的湍流强度确定结果。

Description

用于风力发电机组的降载控制方法和装置

技术领域

本发明总体说来涉及风力发电技术领域，更具体地讲，涉及一种用于风力发电机组的降载控制方法和装置。

背景技术

随着风力发电的高速发展，风力发电机组也逐渐向着大型化的趋势发展，风力发电机组大型化意味着增加了风机的载荷和***的质量，使疲劳载荷和极限载荷急剧增加，严重降低了风力发电机组的使用寿命，同时也增加了硬件和工程成本以及后期维护费用。

目前，为了降低风力发电机组的疲劳载荷和极限载荷，提高风机寿命和发电量的稳定性，一般可通过判断湍流强度来进行降载。但风力发电机组的运行工况非常复杂而变化较快，现有的湍流强度计算方法无法适应风力发电机组实际运行时的控制需求。

发明内容

本发明的示例性实施例的目的在于提供一种用于风力发电机组的降载控制方法和装置，针对风力发电机组的当前工作状态选择合理的湍流强度估计方式，以提高风力发电机组在不同工况下确定湍流强度的准确性。

此外，本发明的示例性实施例的另一目的还在于根据当前风速所处的风速区间采用更合适的降载策略，以使风力发电机组具有更好的降载效果，同时提高发电量。

根据本发明示例性实施例的一方面，提供一种用于风力发电机组的降载控制方法，所述降载控制方法包括：确定风力发电机组的当前工作状态；根据风力发电机组的当前工作状态确定适用于当前工作状态的湍流强度估计方式，以基于确定的湍流强度估计方式确定湍流强度；根据湍流强度确定结果控制风力发电机组进入降载运行模式。

可选地，根据湍流强度确定结果控制风力发电机组进入降载运行模式的步骤可包括：如果湍流强度大于第一湍流强度阈值，则控制风力发电机组进入降载运行模式。

可选地，根据风力发电机组的当前工作状态确定适用于当前工作状态的湍流强度估计方式，以基于确定的湍流强度估计方式确定湍流强度的步骤可包括：如果风力发电机组的当前工作状态为大风启机状态，则基于发电机的转速确定湍流强度；如果风力发电机组的当前工作状态为常规运行状态，则基于风力发电机组的机舱加速度或者基于风力发电机组的机舱加速度和发电机的转速确定湍流强度。

可选地，基于发电机的转速确定湍流强度的步骤可包括：根据第一预定时间段内发电机的转速大于设定转速的次数确定第一预定时间段内的湍流强度，其中，如果第一预定时间段内发电机的转速大于设定转速的次数大于第一设定阈值，则可确定湍流强度大于第一湍流强度阈值。

可选地，基于风力发电机组的机舱加速度确定湍流强度的步骤可包括：根据第二预定时间段内风力发电机组的机舱加速度的绝对值的平均值确定第二预定时间段内的湍流强度，其中，如果所述平均值大于第二设定阈值，则可确定湍流强度大于第一湍流强度阈值。

可选地，基于风力发电机组的机舱加速度和发电机的转速确定湍流强度的步骤可包括：计算第二预定时间段内风力发电机组的机舱加速度的绝对值的平均值；将所述平均值与第二设定阈值进行比较；如果所述平均值大于第二设定阈值，则确定湍流强度大于第一湍流强度阈值；如果所述平均值不大于第二设定阈值，则统计第二预定时间段内发电机的转速大于设定转速的次数；将统计的次数与第三设定阈值进行比较；如果统计的次数大于第三设定阈值，则确定湍流强度大于第一湍流强度阈值，其中，第三设定阈值大于第一设定阈值。

可选地，所述降载控制方法可还包括：在控制风力发电机组进入降载运行模式之后，基于风力发电机组的变桨速率确定湍流强度；当确定湍流强度小于第二湍流强度阈值时，控制风力发电机组切出降载运行模式，进入常规运行状态。

可选地，基于风力发电机组的变桨速率确定湍流强度的步骤可包括：计算风力发电机组在降载运行模式下第三预定时间段中的第一子时间段内的变桨速率的绝对值的第一平均值以及第二子时间段内的变桨速率的绝对值的第二平均值，其中，第一子时间段可位于第二子时间段之前；计算第一平均值与第二平均值的差值；如果所述差值大于第四设定阈值，则确定湍流强度小于第二湍流强度阈值。

可选地，所述降载控制方法可还包括：在降载运行模式下，确定当前的风速，并确定当前的风速所对应的风速区间；根据预先确定的所述风速区间所对应的降载控制方式来控制风力发电机组进行降载。

可选地，当确定的风速区间为第一风速区间时，所对应的降载控制方式可为采用限最小桨距角的方式进行降载，当确定的风速区间为第二风速区间时，所对应的降载控制方式可为采用限最小桨距角与限功率相结合的方式进行降载，当确定的风速区间为第三风速区间时，所对应的降载控制方式可为采用限功率的方式进行降载，其中，第一风速区间、第二风速区间和第三风速区间可通过以下方式被确定：基于在限最小桨距角条件下的风速与最小桨距角之间的关系将风力发电机组的额定风速与切出风速之间的风速范围划分为第一风速区间、第二风速区间和第三风速区间。

可选地，基于在限最小桨距角条件下的风速与最小桨距角之间的关系将风力发电机组的额定风速与切出风速之间的风速范围划分为第一风速区间、第二风速区间和第三风速区间的步骤可包括：将在限最小桨距角条件下风力发电机组的变桨角度受最小桨距角限制时的最大变桨角度所对应的风速确定为第一预定风速，将在限最小桨距角条件下风力发电机组的变桨角度完全不受最小桨距角限制时的最小变桨角度所对应的风速确定为第二预定风速，将额定风速作为第一风速区间的下限，将第一预定风速作为第一风速区间的上限，第一风速区间为闭区间，将第一预定风速作为第二风速区间的下限，将第二预定风速作为第二风速区间的上限，第二风速区间为半开半闭区间，将第二预定风速作为第三风速区间的下限，将切出风速作为第三风速区间的上限，第三风速区间为半开半闭区间。

根据本发明示例性实施例的另一方面，提供一种用于风力发电机组的降载控制装置，所述降载控制装置包括：工作状态确定模块，确定风力发电机组的当前工作状态；估计方式确定模块，根据风力发电机组的当前工作状态确定适用于当前工作状态的湍流强度估计方式，以基于确定的湍流强度估计方式确定湍流强度；运行模式控制模块，根据湍流强度确定结果控制风力发电机组进入降载运行模式。

可选地，如果湍流强度大于第一湍流强度阈值，则运行模式控制模块可控制风力发电机组进入降载运行模式。

可选地，如果风力发电机组的当前工作状态为大风启机状态，则估计方式确定模块可基于发电机的转速确定湍流强度，如果风力发电机组的当前工作状态为常规运行状态，则估计方式确定模块可基于风力发电机组的机舱加速度或者基于风力发电机组的机舱加速度和发电机的转速确定湍流强度。

可选地，估计方式确定模块可根据第一预定时间段内发电机的转速大于设定转速的次数确定第一预定时间段内的湍流强度，其中，如果第一预定时间段内发电机的转速大于设定转速的次数大于第一设定阈值，则估计方式确定模块可确定湍流强度大于第一湍流强度阈值。

可选地，估计方式确定模块可根据第二预定时间段内风力发电机组的机舱加速度的绝对值的平均值确定第二预定时间段内的湍流强度，其中，如果所述平均值大于第二设定阈值，则估计方式确定模块可确定湍流强度大于第一湍流强度阈值。

可选地，估计方式确定模块可包括：计算子模块，计算第二预定时间段内风力发电机组的机舱加速度的绝对值的平均值；比较子模块，将所述平均值与第二设定阈值进行比较；确定子模块，如果所述平均值大于第二设定阈值，则确定湍流强度大于第一湍流强度阈值；统计子模块，如果所述平均值不大于第二设定阈值，则统计第二预定时间段内发电机的转速大于设定转速的次数，其中，比较子模块，将统计的次数与第三设定阈值进行比较，如果统计的次数大于第三设定阈值，则确定子模块确定湍流强度大于第一湍流强度阈值，其中，第三设定阈值可大于第一设定阈值。

可选地，估计方式确定模块可在控制风力发电机组进入降载运行模式之后，基于风力发电机组的变桨速率确定湍流强度，当确定湍流强度小于第二湍流强度阈值时，运行模式控制模块可控制风力发电机组切出降载运行模式，进入常规运行状态。

可选地，估计方式确定模块可计算风力发电机组在降载运行模式下第三预定时间段中的第一子时间段内的变桨速率的绝对值的第一平均值以及第二子时间段内的变桨速率的绝对值的第二平均值，计算第一平均值与第二平均值的差值，如果所述差值大于第四设定阈值，则确定湍流强度小于第二湍流强度阈值，其中，第一子时间段可位于第二子时间段之前。

可选地，所述的降载控制装置可还包括：风速确定模块，在降载运行模式下，确定当前的风速，并确定当前的风速所对应的风速区间；降载控制模块，根据预先确定的所述风速区间所对应的降载控制方式来控制风力发电机组进行降载。

可选地，当确定的风速区间为第一风速区间时，所对应的降载控制方式可为采用限最小桨距角的方式进行降载，当确定的风速区间为第二风速区间时，所对应的降载控制方式可为采用限最小桨距角与限功率相结合的方式进行降载，当确定的风速区间为第三风速区间时，所对应的降载控制方式可为采用限功率的方式进行降载，其中，所述降载控制装置可还包括：风速区间划分模块，基于在限最小桨距角条件下的风速与最小桨距角之间的关系将风力发电机组的额定风速与切出风速之间的风速范围划分为第一风速区间、第二风速区间和第三风速区间。

可选地，风速区间划分模块可将在限最小桨距角条件下风力发电机组的变桨角度受最小桨距角限制时的最大变桨角度所对应的风速确定为第一预定风速，将在限最小桨距角条件下风力发电机组的变桨角度完全不受最小桨距角限制时的最小变桨角度所对应的风速确定为第二预定风速，将额定风速作为第一风速区间的下限，将第一预定风速作为第一风速区间的上限，第一风速区间为闭区间，将第一预定风速作为第二风速区间的下限，将第二预定风速作为第二风速区间的上限，第二风速区间为半开半闭区间，将第二预定风速作为第三风速区间的下限，将切出风速作为第三风速区间的上限，第三风速区间为半开半闭区间。

根据本发明示例性实施例的再一方面，提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序在被处理器执行时实现上述的用于风力发电机组的降载控制方法。

根据本发明示例性实施例的再一方面，提供一种计算装置，所述计算装置包括：处理器；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，实现上述的用于风力发电机组的降载控制方法。

采用本发明示例性实施例的上述用于风力发电机组的降载控制方法和装置，能够基于风力发电机组的当前工作状态来选择相应地湍流估计方式，使得风力发电机组在不同工况下均能获得较为准确的湍流强度确定结果。

附图说明

通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的详细描述，本发明示例性实施例的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚：

图1示出根据本发明示例性实施例的用于风力发电机组的降载控制方法的流程图；

图2示出根据本发明示例性实施例的风力发电机组在常规运行状态下确定湍流强度的步骤的流程图；

图3示出根据本发明示例性实施例的控制风力发电机组切出降载运行模式的步骤的流程图；

图4示出根据本发明示例性实施例的风力发电机组在降载运行模式下确定湍流强度的步骤的流程图；

图5示出根据本发明示例性实施例的确定降载控制方式的步骤的流程图；

图6示出根据本发明示例性实施例的平均风速为额定风速时的风速曲线示意图；

图7示出根据本发明示例性实施例的额定风速时在限最小桨距角和限功率情况下的塔底载荷的曲线示意图；

图8示出根据本发明示例性实施例的额定风速时在限最小桨距角和限功率情况下的功率曲线示意图；

图9示出根据本发明示例性实施例的额定风速时在限最小桨距角和限功率情况下的变桨角度的变化曲线示意图；

图10示出根据本发明示例性实施例的平均风速为切出风速时的风速曲线示意图；

图11示出根据本发明示例性实施例的切出风速时在限最小桨距角和限功率情况下的塔底载荷的曲线示意图；

图12示出根据本发明示例性实施例的切出风速时在限最小桨距角和限功率情况下的功率曲线示意图；

图13示出根据本发明示例性实施例的切出风速时在限最小桨距角和限功率情况下的变桨角度的变化曲线示意图；

图14示出根据本发明示例性实施例的用于风力发电机组的降载控制装置的结构框图；

图15示出根据本发明示例性实施例的用于确定降载控制方式的装置的结构框图。

具体实施方式

现在，将参照附图更充分地描述不同的示例实施例，一些示例性实施例在附图中示出。

图1示出根据本发明示例性实施例的用于风力发电机组的降载控制方法的流程图。

参照图1，在步骤S10中，确定风力发电机组的当前工作状态。

作为示例，风力发电机组的当前工作状态可包括大风启机状态和常规运行状态。例如，风力发电机组处于大风启机状态可指当风速大于额定风速时风力发电机组进行启机，风力发电机组处于常规运行状态可指风力发电机组处于正在非限功率的发电状态中。此外，也可认为风力发电机组除启机状态、停机状态、待机状态、故障状态、限功率状态之外的状态为常规运行状态。

在步骤S20中，根据风力发电机组的当前工作状态确定适用于当前工作状态的湍流强度估计方式，以基于确定的湍流强度估计方式确定湍流强度。

在步骤S30中，根据湍流强度确定结果控制风力发电机组进入降载运行模式。

例如，根据湍流强度确定结果控制风力发电机组进入降载运行模式的步骤可包括：如果湍流强度大于第一湍流强度阈值，则控制风力发电机组进入降载运行模式。如果湍流强度不大于(即，小于等于)第一湍流强度阈值，则不控制风力发电机组进入降载运行模式。

下面详细介绍针对风力发电机组的不同工作状态来以相应地湍流强度估计方式确定湍流强度的过程。

针对风力发电机组的当前工作状态为大风启机状态的情况，可基于发电机的转速确定湍流强度。这是由于通过发电机的转速确定湍流强度时，具有确定时间短，响应速度快的优点，因此，在风力发电机组处于大风启机状态下时可快速地对湍流强度进行估计。

作为示例，基于发电机的转速确定湍流强度的步骤可包括：根据第一预定时间段内发电机的转速大于设定转速的次数确定第一预定时间段内的湍流强度。如果第一预定时间段内发电机的转速大于设定转速的次数大于第一设定阈值，则确定湍流强度大于第一湍流强度阈值。如果第一预定时间段内发电机的转速大于设定转速的次数不大于(即，小于等于)第一设定阈值，则确定湍流强度不大于第一湍流强度阈值。

针对风力发电机组的当前工作状态为常规运行状态的情况，在一个示例中，可基于风力发电机组的机舱加速度确定湍流强度。

这里，通过机舱加速度确定湍流强度的准确度较高，能够定量的反映湍流强度的大小。因此，当风力发电机组处于常规运行状态时，可优先以机舱加速度确定湍流强度。

例如，基于风力发电机组的机舱加速度确定湍流强度的步骤可包括：根据第二预定时间段内风力发电机组的机舱加速度的绝对值的平均值确定第二预定时间段内的湍流强度。如果所述平均值大于第二设定阈值，则确定湍流强度大于第一湍流强度阈值。如果所述平均值不大于(即，小于等于)第二设定阈值，则确定湍流强度不大于第一湍流强度阈值。

针对风力发电机组的当前工作状态为常规运行状态的情况，在另一示例中，可基于风力发电机组的机舱加速度和发电机的转速确定湍流强度。

在本领域中通常是通过传感器来获取风力发电机组的机舱加速度的，为避免检测机舱加速度的传感器的硬件损坏导致机舱加速度测量不准确的情况出现，优选地，可在基于机舱加速度确定湍流强度的基础上结合发电机的转速一同确定湍流强度，即，基于风力发电机组的机舱加速度和发电机的转速来共同确定湍流强度。由于通常在风力发电机组内会设置多个传感器来检测发电机的转速，因此对转速测量的稳定性和准确性较高，一般不会有由于传感器的硬件损坏而导致发电机的转速测量不准确的情况出现。

下面结合图2来介绍风力发电机组在常规运行状态下基于风力发电机组的机舱加速度和发电机的转速共同确定湍流强度的步骤。

图2示出根据本发明示例性实施例的风力发电机组在常规运行状态下确定湍流强度的步骤的流程图。

参照图2，在步骤S201中，计算第二预定时间段内风力发电机组的机舱加速度的绝对值的平均值。

在步骤S202中，将所述平均值与第二设定阈值进行比较，即，确定所述平均值是否大于第二设定阈值。

如果所述平均值大于第二设定阈值，则执行步骤S203：确定湍流强度大于第一湍流强度阈值。

如果所述平均值不大于(即，小于等于)第二设定阈值，则执行步骤S204：统计第二预定时间段内发电机的转速大于设定转速的次数。

在步骤S205中，将统计的次数与第三设定阈值进行比较，即，确定统计的次数是否大于第三设定阈值。这里，第三设定阈值大于第一设定阈值。

如果统计的次数大于第三设定阈值，则执行步骤S203，即，确定湍流强度大于第一湍流强度阈值。

如果统计的次数不大于第三设定阈值，则确定湍流强度不大于第一湍流强度阈值。

应理解，图2所示的基于风力发电机组的机舱加速度和发电机的转速共同确定湍流强度的步骤仅为示例，本发明不限于此，还可在计算第二预定时间段内风力发电机组的机舱加速度的绝对值的平均值的同时，统计第二预定时间段内发电机的转速大于设定转速的次数，并分别将所述平均值与第二设定阈值进行比较，将统计的次数与第三设定阈值进行比较，当所述平均值大于第二设定阈值或统计的次数大于第三设定阈值时，确定湍流强度大于第一湍流强度阈值。当所述平均值不大于第二设定阈值时，可确定湍流强度不大于第一湍流强度阈值或者可参照图2所示的步骤S204进行判断。当统计的次数不大于第三设定阈值时，可确定湍流强度不大于第一湍流强度阈值。这里，可通过调整第三设定阈值的大小，来使得基于发电机的转速确定湍流强度的判断过程不会先于基于风力发电机组的机舱加速度确定湍流强度的判断过程，也就是说，使得执行确定所述平均值是否大于第二设定阈值的判断过程的时机早于执行确定统计的次数是否大于第三设定阈值的判断过程。

优选地，在控制风力发电机组进入降载运行模式之后还可基于对湍流强度的确定来控制风力发电机组切出降载运行模式。

图3示出根据本发明示例性实施例的控制风力发电机组切出降载运行模式的步骤的流程图。

参照图3，在步骤S301中，在控制风力发电机组进入降载运行模式之后，基于风力发电机组的变桨速率确定湍流强度。

这里，由于变桨速率可以实时的跟随湍流强度大小而变化，而不受限功率状态影响，因此，在风力发电机组处于降载运行模式时，基于变桨速率能更准确的反映湍流强度的大小。

下面参照图4来介绍基于风力发电机组的变桨速率确定湍流强度的过程。

图4示出根据本发明示例性实施例的风力发电机组在降载运行模式下确定湍流强度的步骤的流程图。

参照图4，在步骤S401中，计算风力发电机组在降载运行模式下第三预定时间段中的第一子时间段内的变桨速率的绝对值的第一平均值以及第二子时间段内的变桨速率的绝对值的第二平均值。这里，第一子时间段可位于第二子时间段之前。优选地，第一子时间段和第二子时间段可分别位于第三预定时间段的两端。此外，第一子时间段与第二子时间段可不存在时间重叠。例如，假设第三预定时间段的时间为t1秒，第一子时间段的时间为t2秒，第二子时间段的时间为t3秒，则三者之间可存在如下关系：t2+t3≤t1。第一子时间段的时间与第二子时间段的时间可相同或不同。

在步骤S402中，计算第一平均值与第二平均值的差值。

在步骤S403中，将第一平均值与第二平均值的差值同第四设定阈值进行比较，即，确定第一平均值与第二平均值的差值是否大于第四设定阈值。

如果所述差值大于第四设定阈值，则执行步骤S404：确定湍流强度小于第二湍流强度阈值。

所述差值不大于第四设定阈值，则确定湍流强度不小于(即，大于等于)第二湍流强度阈值。

返回图3，在步骤S302中，基于湍流强度确定结果来确定湍流强度是否小于第二湍流强度阈值。

如果确定湍流强度小于第二湍流强度阈值，则执行步骤S303：控制风力发电机组切出降载运行模式，进入常规运行状态。

如果确定湍流强度不小于(即，大于等于)第二湍流强度阈值，则执行步骤S304：控制风力发电机组继续在降载运行模式下运行。

优选地，在控制风力发电机组进入降载运行模式之后，还可基于当前的风速来确定风力发电机组的降载控制方式。下面参照图5来介绍确定降载控制方式的步骤。

图5示出根据本发明示例性实施例的确定降载控制方式的步骤的流程图。

参照图5，在步骤S501中，在降载运行模式下，确定当前的风速，并确定当前的风速所对应的风速区间。

优选地，可预先基于在限最小桨距角条件下的风速与最小桨距角之间的关系将风力发电机组的额定风速与切出风速之间的风速范围划分为第一风速区间、第二风速区间和第三风速区间。例如，在步骤S501中可确定当前的风速对应于第一风速区间、第二风速区间和第三风速区间中的哪一风速区间。

这里，由于当风速小于额定风速时，风力发电机组不会出现极限载荷的情况，因此不存在需要降载的问题。而当风速大于切出风速时，会控制风力发电机组执行停机操作，此时载荷也很小，因此也不存在需要降载的问题。因此，在本发明示例性实施例中，仅考虑当风速处于额定风速与切出风速之间的风速范围时，如何控制风力发电机组进行降载操作。

作为示例，第一风速区间、第二风速区间和第三风速区间可通过以下方式被确定：将在限最小桨距角条件下风力发电机组的变桨角度受最小桨距角限制时的最大变桨角度所对应的风速确定为第一预定风速，将在限最小桨距角条件下风力发电机组的变桨角度完全不受最小桨距角限制时的最小变桨角度所对应的风速确定为第二预定风速。

在此情况下，可将额定风速作为第一风速区间的上限，将第一预定风速作为第一风速区间的下限。将第一预定风速作为第二风速区间的上限，将第二预定风速作为第二风速区间的下限。将第二预定风速作为第三风速区间的上限，将切出风速作为第三风速区间的下限。

作为示例，第一风速区间为闭区间，第二风速区间为半开半闭区间，第三风速区间为半开半闭区间。然而本发明不限于此，本领域技术人员可根据实际情况来调整各风速区间的边界值(上限值或下限值)所属的风速区间，例如，也可确定第一风速区间为开区间，第二风速区间为闭区间等等。

在步骤S502中，根据预先确定的所述风速区间所对应的降载控制方式来控制风力发电机组进行降载。

例如，当确定的风速区间为第一风速区间时，所对应的降载控制方式可为采用限最小桨距角的方式进行降载，当确定的风速区间为第二风速区间时，所对应的降载控制方式可为采用限最小桨距角与限功率相结合的方式进行降载，当确定的风速区间可为第三风速区间时，所对应的降载控制方式为采用限功率的方式进行降载。

应理解，基于限最小桨距角的方式和/或限功率的方式来对风力发电机组进行降载的方法为本领域的公知常识，本发明对此部分的内容不再赘述。

下面结合图6至图10来介绍平均风速为额定风速时，基于限最小桨距角的方式和限功率的方式的降载效果对比。

图6示出的是平均风速为额定风速的大湍流风情况的风速曲线。假设在降载运行模式下，当前风速的平均风速曲线为图6所示的风速曲线(即，当前的风速处于第一风速区间时)，在此情况下，分别采用限最小桨距角的方式和限功率的方式进行降载操作，可获得对应的塔底载荷、风力发电机组的发电量和桨距角变化分别如图7、图8、图9所示。由上述图示结果可知，在当前风速处于额定风速附近时采用限最小桨距角的方式能够起到降载的作用，并且采用限最小桨距角的方式进行降载与采用限功率的方式进行降载相比在降风力发电机组极限载荷和提升风力发电机组的发电量方面表现的更好。表1示出在当前风速处于额定风速附近时采用限最小桨距角的方式进行降载与采用限功率的方式进行降载时塔底极限载荷和风力发电机组的发电量(平均功率)的对比结果。

表1

	限最小桨距角	限功率运行
			塔底极限载荷(千牛米)	57023.9	59079.5
平均功率(千瓦)	2636.49	2090.32

下面结合图10至图13来介绍平均风速为切出风速时，基于限最小桨距角的方式和限功率的方式的降载效果对比。

图10示出的是平均风速为切出风速时的大湍流风情况的风速曲线。假设在降载运行模式下，当前风速的平均风速曲线为图10所示的风速曲线(即，当前的风速处于第三风速区间时)，在此情况下，分别采用限最小桨距角的方式和限功率的方式进行降载操作，可获得对应的塔底载荷、风力发电机组的发电量和桨距角变化分别如图11、图12、图13所示。

由上述图示结果可知，在当前风速处于切出风速附近时风力发电机组的实际最小桨距角大于最小桨距角的给定值(在本示例中最小桨距角的给定值为5度)，限最小桨距角的方式不能发挥降极限载荷的作用。而采用限功率的方式进行降载与采用限最小桨距角的方式进行降载相比在降风力发电机组极限载荷和提升风力发电机组的发电量方面表现的更好。表2示出在当前风速处于切出风速附近时采用限最小桨距角的方式进行降载与采用限功率的方式进行降载时塔底极限载荷的对比结果。

表2

	限最小桨距角	限功率运行
			塔底极限载荷(千牛米)	54150.8	44359.7

图14示出根据本发明示例性实施例的用于风力发电机组的降载控制装置的结构框图。

如图14所示，根据本发明示例性实施例的用于风力发电机组的降载控制装置包括：工作状态确定模块10、估计方式确定模块20和运行模式控制模块30。

具体说来，工作状态确定模块10确定风力发电机组的当前工作状态。

作为示例，风力发电机组的当前工作状态可包括大风启机状态和常规运行状态。例如，风力发电机组处于大风启机状态可指当风速大于额定风速时风力发电机组进行启机，风力发电机组处于常规运行状态可指风力发电机组正处于非限功率的发电状态中。此外，也可认为风力发电机组除启机状态、停机状态、待机状态、故障状态、限功率状态之外的状态为常规运行状态。

估计方式确定模块20根据风力发电机组的当前工作状态确定适用于当前工作状态的湍流强度估计方式，以基于确定的湍流强度估计方式确定湍流强度。

运行模式控制模块30根据湍流强度确定结果控制风力发电机组进入降载运行模式。

例如，如果湍流强度大于第一湍流强度阈值，则运行模式控制模块30控制风力发电机组进入降载运行模式。如果湍流强度不大于(即，小于等于)第一湍流强度阈值，则运行模式控制模块30不控制风力发电机组进入降载运行模式。

下面详细介绍针对风力发电机组的不同工作状态来以相应地湍流强度估计方式确定湍流强度的过程。

针对风力发电机组的当前工作状态为大风启机状态的情况，估计方式确定模块20可基于发电机的转速确定湍流强度。这是由于通过发电机的转速确定湍流强度时，具有确定时间短，响应速度快的优点，因此，在风力发电机组处于大风启机状态下时可快速地对湍流强度进行估计。

作为示例，估计方式确定模块20可根据第一预定时间段内发电机的转速大于设定转速的次数确定第一预定时间段内的湍流强度。如果第一预定时间段内发电机的转速大于设定转速的次数大于第一设定阈值，则估计方式确定模块20确定湍流强度大于第一湍流强度阈值。如果第一预定时间段内发电机的转速大于设定转速的次数不大于(即，小于等于)第一设定阈值，则估计方式确定模块20确定湍流强度不大于第一湍流强度阈值。

针对风力发电机组的当前工作状态为常规运行状态的情况，在一个示例中，估计方式确定模块20可基于风力发电机组的机舱加速度确定湍流强度。

这里，通过机舱加速度确定湍流强度的准确度较高，能够定量的反映湍流强度的大小。因此，当风力发电机组处于常规运行状态时，可优先以机舱加速度确定湍流强度。

例如，估计方式确定模块20可根据第二预定时间段内风力发电机组的机舱加速度的绝对值的平均值确定第二预定时间段内的湍流强度。如果所述平均值大于第二设定阈值，则估计方式确定模块20可确定湍流强度大于第一湍流强度阈值。如果所述平均值不大于(即，小于等于)第二设定阈值，则估计方式确定模块20可确定湍流强度不大于第一湍流强度阈值。

针对风力发电机组的当前工作状态为常规运行状态的情况，在另一示例中，估计方式确定模块20可基于风力发电机组的机舱加速度和发电机的转速确定湍流强度。

在本领域中通常是通过传感器来获取风力发电机组的机舱加速度的，为避免检测机舱加速度的传感器的硬件损坏导致机舱加速度测量不准确的情况出现，优选地，估计方式确定模块20可在基于机舱加速度确定湍流强度的基础上结合发电机的转速一同确定湍流强度，即，基于风力发电机组的机舱加速度和发电机的转速来共同确定湍流强度。由于通常在风力发电机组内会设置多个传感器来检测发电机的转速，因此对转速测量的稳定性和准确性较高，一般不会有由于传感器的硬件损坏而导致发电机的转速测量不准确的情况出现。

下面介绍风力发电机组在常规运行状态下估计方式确定模块20基于风力发电机组的机舱加速度和发电机的转速共同确定湍流强度的过程。

具体说来，估计方式确定模块20可包括计算子模块、比较子模块、确定子模块和统计子模块。

例如，计算子模块计算第二预定时间段内风力发电机组的机舱加速度的绝对值的平均值，比较子模块，将所述平均值与第二设定阈值进行比较，即，确定所述平均值是否大于第二设定阈值确定子模块。如果所述平均值大于第二设定阈值，则确定子模块确定湍流强度大于第一湍流强度阈值，如果所述平均值不大于第二设定阈值，则统计子模块统计第二预定时间段内发电机的转速大于设定转速的次数，比较子模块将统计的次数与第三设定阈值进行比较，即，确定统计的次数是否大于第三设定阈值，如果统计的次数大于第三设定阈值，则确定子模块确定湍流强度大于第一湍流强度阈值，如果统计的次数大于第三设定阈值，则确定子模块确定湍流强度大于第一湍流强度阈值。这里，第三设定阈值大于第一设定阈值。

应理解，上述基于风力发电机组的机舱加速度和发电机的转速共同确定湍流强度的过程仅为示例，本发明不限于此，还可在计算子模块计算第二预定时间段内风力发电机组的机舱加速度的绝对值的平均值的同时，统计子模块统计第二预定时间段内发电机的转速大于设定转速的次数，并且比较子模块分别将所述平均值与第二设定阈值进行比较、将统计的次数与第三设定阈值进行比较，当所述平均值大于第二设定阈值或统计的次数大于第三设定阈值时，确定子模块确定湍流强度大于第一湍流强度阈值。当所述平均值不大于第二设定阈值时，确定子模块可确定湍流强度不大于第一湍流强度阈值或者可参照上述过程统计子模块进一步统计第二预定时间段内发电机的转速大于设定转速的次数。当统计的次数不大于第三设定阈值时，确定子模块可确定湍流强度不大于第一湍流强度阈值。这里，可通过调整第三设定阈值的大小，来使得基于发电机的转速确定湍流强度的判断过程不会先于基于风力发电机组的机舱加速度确定湍流强度的判断过程，也就是说，使得比较子模块确定所述平均值是否大于第二设定阈值的判断过程的时机早于确定统计的次数是否大于第三设定阈值的判断过程。

优选地，在运行模式控制模块控制风力发电机组进入降载运行模式之后还可基于对湍流强度的确定来控制风力发电机组切出降载运行模式。

具体说来，在控制风力发电机组进入降载运行模式之后，估计方式确定模块20基于风力发电机组的变桨速率确定湍流强度。这里，由于变桨速率可以实时的跟随湍流强度大小而变化，而不受限功率状态影响，因此，在风力发电机组处于降载运行模式时，基于变桨速率能更准确的反映湍流强度的大小。

运行模式控制模块30基于湍流强度确定结果来确定湍流强度是否小于第二湍流强度阈值。当确定湍流强度小于第二湍流强度阈值时，运行模式控制模块30控制风力发电机组切出降载运行模式，进入常规运行状态。如果确定湍流强度不小于(即，大于等于)第二湍流强度阈值，则运行模式控制模块30控制风力发电机组继续在降载运行模式下运行。

作为示例，基于风力发电机组的变桨速率确定湍流强度的过程如下：

估计方式确定模块20计算风力发电机组在降载运行模式下第三预定时间段中的第一子时间段内的变桨速率的绝对值的第一平均值以及第二子时间段内的变桨速率的绝对值的第二平均值，计算第一平均值与第二平均值的差值，如果所述差值大于第四设定阈值，则确定湍流强度小于第二湍流强度阈值。所述差值不大于第四设定阈值，则确定湍流强度不小于(即，大于等于)第二湍流强度阈值。

这里，第一子时间段可位于第二子时间段之前。优选地，第一子时间段和第二子时间段可分别位于第三预定时间段的两端。此外，第一子时间段与第二子时间段可不存在时间重叠。第一子时间段的时间与第二子时间段的时间可相同或不同。

优选地，在控制风力发电机组进入降载运行模式之后，还可基于当前的风速来确定风力发电机组的降载控制方式。下面参照图15来介绍确定降载控制方式的过程。

图15示出根据本发明示例性实施例的用于确定降载控制方式的装置的结构框图。

如图15所示，根据本发明示例性实施例的用于确定降载控制方式的装置包括风速确定模块40和降载控制模块50。

具体说来，风速确定模块40在降载运行模式下，确定当前的风速，并确定当前的风速所对应的风速区间。

优选地，根据本发明示例性实施例的用于风力发电机组的降载控制装置可还包括：风速区间划分模块，可预先基于在限最小桨距角条件下的风速与最小桨距角之间的关系将风力发电机组的额定风速与切出风速之间的风速范围划分为第一风速区间、第二风速区间和第三风速区间。例如，风速确定模块40可确定当前的风速对应于第一风速区间、第二风速区间和第三风速区间中的哪一风速区间。

这里，由于当风速小于额定风速时，风力发电机组不会出现极限载荷的情况，因此不存在需要降载的问题。而当风速大于切出风速时，会控制风力发电机组执行停机操作，此时载荷也很小，因此也不存在需要降载的问题。因此，在本发明示例性实施例中，仅考虑当风速处于额定风速与切出风速之间的风速范围时，如何控制风力发电机组进行降载操作。

作为示例，第一风速区间、第二风速区间和第三风速区间可通过以下方式被确定：将在限最小桨距角条件下风力发电机组的变桨角度受最小桨距角限制时的最大变桨角度所对应的风速确定为第一预定风速，将在限最小桨距角条件下风力发电机组的变桨角度完全不受最小桨距角限制时的最小变桨角度所对应的风速确定为第二预定风速。

在此情况下，可将额定风速作为第一风速区间的上限，将第一预定风速作为第一风速区间的下限。将第一预定风速作为第二风速区间的上限，将第二预定风速作为第二风速区间的下限。将第二预定风速作为第三风速区间的上限，将切出风速作为第三风速区间的下限。

降载控制模块50根据预先确定的所述风速区间所对应的降载控制方式来控制风力发电机组进行降载。

例如，当确定的风速区间为第一风速区间时，所对应的降载控制方式可为采用限最小桨距角的方式进行降载，当确定的风速区间为第二风速区间时，所对应的降载控制方式可为采用限最小桨距角与限功率相结合的方式进行降载，当确定的风速区间可为第三风速区间时，所对应的降载控制方式为采用限功率的方式进行降载。

根据本发明的示例性实施例还提供一种计算装置。该计算装置包括处理器和存储器。存储器用于存储计算机程序。所述计算机程序被处理器执行使得处理器执行如上所述的用于风力发电机组的降载控制方法的计算机程序。

根据本发明的示例性实施例还提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质存储有当被处理器执行时使得处理器执行上述用于风力发电机组的降载控制方法的计算机程序。该计算机可读记录介质是可存储由计算机***读出的数据的任意数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括：只读存储器、随机存取存储器、只读光盘、磁带、软盘、光数据存储装置和载波(诸如经有线或无线传输路径通过互联网的数据传输)。

采用本发明示例性实施例的上述用于风力发电机组的降载控制方法和装置，能够基于风力发电机组的当前工作状态来选择相应地湍流估计方式，使得风力发电机组在不同工况下均能获得较为准确的湍流强度确定结果。

此外，采用本发明示例性实施例的上述用于风力发电机组的降载控制方法和装置，还能够根据当前风速所处的风速区间采用更合适的降载策略，以使风力发电机组具有更好的降载效果，同时提高发电量。

尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (22)

1.一种用于风力发电机组的降载控制方法，其特征在于，所述降载控制方法包括：

确定风力发电机组的当前工作状态；

根据风力发电机组的当前工作状态确定适用于当前工作状态的湍流强度估计方式，以基于确定的湍流强度估计方式确定湍流强度；

根据湍流强度确定结果控制风力发电机组进入降载运行模式，

其中，根据风力发电机组的当前工作状态确定适用于当前工作状态的湍流强度估计方式，以基于确定的湍流强度估计方式确定湍流强度的步骤包括：

如果风力发电机组的当前工作状态为大风启机状态，则基于发电机的转速确定湍流强度；

如果风力发电机组的当前工作状态为常规运行状态，则基于风力发电机组的机舱加速度或者基于风力发电机组的机舱加速度结合发电机的转速确定湍流强度。

2.如权利要求1所述的降载控制方法，其特征在于，根据湍流强度确定结果控制风力发电机组进入降载运行模式的步骤包括：如果湍流强度大于第一湍流强度阈值，则控制风力发电机组进入降载运行模式。

3.如权利要求1所述的降载控制方法，其特征在于，基于发电机的转速确定湍流强度的步骤包括：根据第一预定时间段内发电机的转速大于设定转速的次数确定第一预定时间段内的湍流强度，

其中，如果第一预定时间段内发电机的转速大于设定转速的次数大于第一设定阈值，则确定湍流强度大于第一湍流强度阈值。

4.如权利要求1所述的降载控制方法，其特征在于，基于风力发电机组的机舱加速度确定湍流强度的步骤包括：根据第二预定时间段内风力发电机组的机舱加速度的绝对值的平均值确定第二预定时间段内的湍流强度，

其中，如果所述平均值大于第二设定阈值，则确定湍流强度大于第一湍流强度阈值。

5.如权利要求1所述的降载控制方法，其特征在于，基于风力发电机组的机舱加速度和发电机的转速确定湍流强度的步骤包括：

计算第二预定时间段内风力发电机组的机舱加速度的绝对值的平均值；

将所述平均值与第二设定阈值进行比较；

如果所述平均值大于第二设定阈值，则确定湍流强度大于第一湍流强度阈值；

如果所述平均值不大于第二设定阈值，则统计第二预定时间段内发电机的转速大于设定转速的次数；

将统计的次数与第三设定阈值进行比较；

如果统计的次数大于第三设定阈值，则确定湍流强度大于第一湍流强度阈值，其中，第三设定阈值大于第一设定阈值。

6.如权利要求1所述的降载控制方法，其特征在于，所述降载控制方法还包括：

在控制风力发电机组进入降载运行模式之后，基于风力发电机组的变桨速率确定湍流强度；

当确定湍流强度小于第二湍流强度阈值时，控制风力发电机组切出降载运行模式，进入常规运行状态。

7.如权利要求6所述的降载控制方法，其特征在于，基于风力发电机组的变桨速率确定湍流强度的步骤包括：

计算风力发电机组在降载运行模式下第三预定时间段中的第一子时间段内的变桨速率的绝对值的第一平均值以及第二子时间段内的变桨速率的绝对值的第二平均值，其中，第一子时间段位于第二子时间段之前；

计算第一平均值与第二平均值的差值；

如果所述差值大于第四设定阈值，则确定湍流强度小于第二湍流强度阈值。

8.如权利要求1所述的降载控制方法，其特征在于，所述降载控制方法还包括：

在降载运行模式下，确定当前的风速，并确定当前的风速所对应的风速区间；

根据预先确定的所述风速区间所对应的降载控制方式来控制风力发电机组进行降载。

9.如权利要求8所述的降载控制方法，其特征在于，当确定的风速区间为第一风速区间时，所对应的降载控制方式为采用限最小桨距角的方式进行降载，当确定的风速区间为第二风速区间时，所对应的降载控制方式为采用限最小桨距角与限功率相结合的方式进行降载，当确定的风速区间为第三风速区间时，所对应的降载控制方式为采用限功率的方式进行降载，

其中，第一风速区间、第二风速区间和第三风速区间通过以下方式被确定：基于在限最小桨距角条件下的风速与最小桨距角之间的关系将风力发电机组的额定风速与切出风速之间的风速范围划分为第一风速区间、第二风速区间和第三风速区间。

10.如权利要求9所述的降载控制方法，其特征在于，基于在限最小桨距角条件下的风速与最小桨距角之间的关系将风力发电机组的额定风速与切出风速之间的风速范围划分为第一风速区间、第二风速区间和第三风速区间的步骤包括：

将在限最小桨距角条件下风力发电机组的变桨角度受最小桨距角限制时的最大变桨角度所对应的风速确定为第一预定风速，将在限最小桨距角条件下风力发电机组的变桨角度完全不受最小桨距角限制时的最小变桨角度所对应的风速确定为第二预定风速，

将额定风速作为第一风速区间的下限，将第一预定风速作为第一风速区间的上限，第一风速区间为闭区间，

将第一预定风速作为第二风速区间的下限，将第二预定风速作为第二风速区间的上限，第二风速区间为半开半闭区间，

将第二预定风速作为第三风速区间的下限，将切出风速作为第三风速区间的上限，第三风速区间为半开半闭区间。

11.一种用于风力发电机组的降载控制装置，其特征在于，所述降载控制装置包括：

工作状态确定模块，确定风力发电机组的当前工作状态；

估计方式确定模块，根据风力发电机组的当前工作状态确定适用于当前工作状态的湍流强度估计方式，以基于确定的湍流强度估计方式确定湍流强度；

运行模式控制模块，根据湍流强度确定结果控制风力发电机组进入降载运行模式，

其中，如果风力发电机组的当前工作状态为大风启机状态，则估计方式确定模块基于发电机的转速确定湍流强度，如果风力发电机组的当前工作状态为常规运行状态，则估计方式确定模块基于风力发电机组的机舱加速度或者基于风力发电机组的机舱加速度和发电机的转速确定湍流强度。

12.如权利要求11所述的降载控制装置，其特征在于，如果湍流强度大于第一湍流强度阈值，则运行模式控制模块控制风力发电机组进入降载运行模式。

13.如权利要求11所述的降载控制装置，其特征在于，估计方式确定模块根据第一预定时间段内发电机的转速大于设定转速的次数确定第一预定时间段内的湍流强度，

其中，如果第一预定时间段内发电机的转速大于设定转速的次数大于第一设定阈值，则估计方式确定模块确定湍流强度大于第一湍流强度阈值。

14.如权利要求11所述的降载控制装置，其特征在于，估计方式确定模块根据第二预定时间段内风力发电机组的机舱加速度的绝对值的平均值确定第二预定时间段内的湍流强度，

其中，如果所述平均值大于第二设定阈值，则估计方式确定模块确定湍流强度大于第一湍流强度阈值。

15.如权利要求11所述的降载控制装置，其特征在于，估计方式确定模块包括：

计算子模块，计算第二预定时间段内风力发电机组的机舱加速度的绝对值的平均值；

比较子模块，将所述平均值与第二设定阈值进行比较；

确定子模块，如果所述平均值大于第二设定阈值，则确定湍流强度大于第一湍流强度阈值；

统计子模块，如果所述平均值不大于第二设定阈值，则统计第二预定时间段内发电机的转速大于设定转速的次数，

其中，比较子模块，将统计的次数与第三设定阈值进行比较，如果统计的次数大于第三设定阈值，则确定子模块确定湍流强度大于第一湍流强度阈值，其中，第三设定阈值大于第一设定阈值。

16.如权利要求11所述的降载控制装置，其特征在于，估计方式确定模块在控制风力发电机组进入降载运行模式之后，基于风力发电机组的变桨速率确定湍流强度，当确定湍流强度小于第二湍流强度阈值时，运行模式控制模块控制风力发电机组切出降载运行模式，进入常规运行状态。

17.如权利要求16所述的降载控制装置，其特征在于，估计方式确定模块计算风力发电机组在降载运行模式下第三预定时间段中的第一子时间段内的变桨速率的绝对值的第一平均值以及第二子时间段内的变桨速率的绝对值的第二平均值，计算第一平均值与第二平均值的差值，如果所述差值大于第四设定阈值，则确定湍流强度小于第二湍流强度阈值，其中，第一子时间段位于第二子时间段之前。

18.如权利要求11所述的降载控制装置，其特征在于，所述的降载控制装置还包括：

风速确定模块，在降载运行模式下，确定当前的风速，并确定当前的风速所对应的风速区间；

降载控制模块，根据预先确定的所述风速区间所对应的降载控制方式来控制风力发电机组进行降载。

19.如权利要求18所述的降载控制装置，其特征在于，当确定的风速区间为第一风速区间时，所对应的降载控制方式为采用限最小桨距角的方式进行降载，当确定的风速区间为第二风速区间时，所对应的降载控制方式为采用限最小桨距角与限功率相结合的方式进行降载，当确定的风速区间为第三风速区间时，所对应的降载控制方式为采用限功率的方式进行降载，

其中，所述降载控制装置还包括：风速区间划分模块，基于在限最小桨距角条件下的风速与最小桨距角之间的关系将风力发电机组的额定风速与切出风速之间的风速范围划分为第一风速区间、第二风速区间和第三风速区间。

20.如权利要求19所述的降载控制装置，其特征在于，风速区间划分模块将在限最小桨距角条件下风力发电机组的变桨角度受最小桨距角限制时的最大变桨角度所对应的风速确定为第一预定风速，将在限最小桨距角条件下风力发电机组的变桨角度完全不受最小桨距角限制时的最小变桨角度所对应的风速确定为第二预定风速，

将额定风速作为第一风速区间的下限，将第一预定风速作为第一风速区间的上限，第一风速区间为闭区间，

将第一预定风速作为第二风速区间的下限，将第二预定风速作为第二风速区间的上限，第二风速区间为半开半闭区间，

将第二预定风速作为第三风速区间的下限，将切出风速作为第三风速区间的上限，第三风速区间为半开半闭区间。

21.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序在被处理器执行时实现如权利要求1-10中的任意一项所述的用于风力发电机组的降载控制方法。

22.一种计算装置，其特征在于，所述计算装置包括：

处理器；

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1-10中的任意一项所述的用于风力发电机组的降载控制方法。

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