CN111900759A - 一种海上风力发电机与柴油发电机协同控制方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种海上风电场大孤岛模式风力发电机与柴油发电机协同控制方法、***；所述方法包括：通过测量获取相关参数，并将所述相关参数输入至控制器中；根据预设值获取相关参数的参考指令；根据所述相关参数及所述相关参数的参考指令进行差值运算，得到差值，将所述差值输入至控制器，得到控制指令；根据所述控制指令对风力发电机及柴油发电机进行控制。通过风机机侧变流器和桨距角的有功功率控制与网侧变流器的无功控制与柴油发电机相协调，增强了海上风电场大孤岛模式的负载能力、***惯性、有功快速响应能力以及***无功电压稳定性；在后备柴油发电机燃油限制下延长了海上风电场大孤岛运行时间，风柴协同运行还使得大孤岛***可控性增强。

Description

一种海上风力发电机与柴油发电机协同控制方法及***

技术领域

本发明涉及海上风电场大孤岛***控制技术领域，特别是涉及一种海上风力发电机与柴油发电机协同控制方法及***。

背景技术

当海上风电场高压送出海底电缆发生事故或台风造成陆上送出架空线路故障时，海上风电场将失去外部电网联系。海上风电机组在失电后的较短时间内虽然有一定的保持通讯控制能力，但已不具备抗盐雾、偏航、顺桨等大功率电机操作的能力。同时，根据规范要求海上升压变电站需配应急电源，确保通信电源、监控电源、事故照明、事故通风、消防火灾***、逃生设备和导航设备等应急负荷，国外大多采用备用柴油发电机及储油箱供电方式。柴油发电机组除了作为海上升压站的应急电源之一，也有项目中用于为孤网情况下的风电机组提供备用电源，使得风电机组内的辅助设备在电网断电超过一定时间后能通过该电源供电的方式使其保持在工作状态，西门子公司称这种方式为大孤岛模式。

现有海上风电场大孤岛模式设计中，可配置的柴油发电机容量严格受海上升压站空间及成本限制，其容量仅能满足海上风电场升压站应急负荷与所有风机的辅助负荷总量。实际中若考虑大容量风力发电机组变压器损耗和风力发电机偏航负荷，所配辅助柴油发电机无法满足海上风电场大孤岛模式中所有辅助设备的用电需求，且远海运输燃油耗时长成本高，海上平台单次储油量仅可满负荷运行几十小时，远小于高压海缆故障修复时间。作为风力发电场，在天气条件允许的情况下，风力发电机就是最好的补充或替代电源。风力发电机的常规工作方式为最大功率跟踪模式，即尽可能地俘获当前风速下的最大能量。但由于海上风电场大孤岛模式下，除偏航负荷外，需要供电的负荷总量与***有功损耗总量之和通常远低于单台风力发电机额定容量，这就要求风力发电机有降功率、低功率运行的能力；同时柴油发电机作为海上风电场大孤岛***的唯一参考电源，其容量显著小于与不断增长的海上风力发电机单机容量，风机快速增减功率输出均会造成柴油发电机失稳从而导致大孤岛***崩溃，这就要求风力发电机具有与柴油发电机的协同运行能力，与柴油发电机共同维持大孤岛***的稳定运行。

发明内容

针对以上所述问题，本发明提出一种海上风电场大孤岛模式风力发电机与柴油发电机协同控制方法，从有功-频率和无功-电压两个方面，改进全功率型风力发电机的控制策略，使其在分担柴油发电机发电任务的同时，增加大孤岛***负荷容量、增强***惯性、稳定***电压以及维持柴油发电机在指定状态下运行。

本发明一个实施例提供一种海上风电场大孤岛模式风力发电机与柴油发电机协同控制方法，包括：

通过测量获取相关参数，并将所述相关参数输入至控制器中；其中，所述相关参数包括：风力涡轮机的转速、柴油发电机的转速、柴油发电机的有功功率、柴油发电机的无功功率、大功率负载投入指令及母线电压；所述大功率负载为单次投入的负载功率导致柴油发电机输出超出其容量范围或引起柴油发电机失稳时，需要风力发电机满足负载需求的功率增量；

根据预设值获取相关参数的参考指令；其中，所述相关参数指令包括：风力涡轮机的转速参考指令、柴油发电机的转速参考指令、柴油发电机的有功功率参考指令、柴油发电机的无功功率参考指令、母线电压的参考指令；

根据所述相关参数及所述相关参数的参考指令进行差值运算，得到差值，将所述差值输入至控制器，得到控制指令；其中，所述控制指令包括：风机叶片桨距角控制指令、一次调频功率指令、二次调频功率指令、柴油发电机恒功率控制指令、风柴协同有功控制指令及风机网侧变流器输出无功指令；

根据所述控制指令对风力发电机及柴油发电机进行控制。

进一步地，所述根据所述相关参数及所述相关参数的参考指令进行差值运算，得到差值，将所述差值输入至控制器，得到控制指令，包括：

将所述风力涡轮机的转速与所述风力涡轮机的转速参考指令进行差值运算，得到风力涡轮机的转速差值，所述风力涡轮机的转速差值经过PI控制器得到风机叶片桨距角控制指令；

将所述柴油发电机的转速与所述柴油发电机的转速参考指令进行差值运算，得到柴油发电机的转速差值，所述柴油发电机的转速差值经过惯性控制器得到一次调频功率指令；

将所述柴油发电机的有功功率与所述柴油发电机的有功功率参考指令进行差值运算，得到柴油发电机的有功功率差值，所述柴油发电机的有功功率差值经过PI控制器和斜率限制器得到柴油发电机恒功率控制指令；

将所述母线电压与所述母线电压的参考指令进行差值运算，得到母线电压差值，将柴油发电机的无功功率与所述柴油发电机的无功功率参考指令进行差值运算，得到柴油发电机的无功功率差值；所述母线电压差值和所述柴油发电机的无功功率差值经过PI控制器得到风机网侧变流器输出无功指令。

进一步地，将所述一次调频功率指令与所述柴油发电机恒功率控制指令结合，得到风柴协同有功控制指令。

进一步地，所述通过测量获取相关参数，并将所述相关参数输入至控制器中，包括：

测量风力涡轮机的转速，并将所述风力涡轮机的实时转速输入到风力涡轮机的桨距角控制器中；

测量柴油发电机的转速，并将所述柴油发电机的转速输入至风机机侧变流器控制器中；

测量柴油发电机的输出无功测量值，并将所述柴油发电机的输出无功测量值输入至风力发电机的网侧变流器控制器中；

测量母线电压，并将所述母线电压输入至风力发电机的网侧变流器控制器中。

进一步地，所述根据所述控制指令对风力发电机及柴油发电机进行控制，包括：

根据所述风机叶片桨距角控制指令调节风机叶片桨距角，实现对风机叶片的慢调节；

根据所述风柴协同有功控制指令及所述二次调频功率指令调节风机输出有功功率；

根据所述风机网侧变流器输出无功指令调节风机输出无功功率。

进一步地，所述根据预设值获取相关参数的参考指令，包括：

所述风力涡轮机的转速参考指令为常规发电状态的额定转速；

所述柴油发电机的转速参考指令为50Hz；

所述柴油发电机的有功功率参考指令根据风力发电机启动时柴油发电机实际有功输出确定，若实际有功大于额定功率的50％，则将柴油发电机的有功功率参考指令设为额定功率的50％，否则将柴油发电机的有功功率参考指令为所述将柴油发电机的有功功率。

本发明一个实施例提供一种海上风电场大孤岛模式风力发电机与柴油发电机协同控制***，其特征在于，包括：

相关参数获取模块，用于通过测量获取相关参数，并将所述相关参数输入至控制器中；其中，所述相关参数包括：风力涡轮机的转速、柴油发电机的转速、柴油发电机的有功功率、柴油发电机的无功功率、大功率负载投入指令及母线电压；其中，所述大功率负载为单次投入的负载功率导致柴油发电机输出超出其容量范围或引起柴油发电机失稳时，需要风力发电机满足负载需求的功率增量；

参考指令获取模块，用于根据预设值获取相关参数的参考指令；其中，所述相关参数指令包括：风力涡轮机的转速参考指令、柴油发电机的转速参考指令、柴油发电机的有功功率参考指令、柴油发电机的无功功率参考指令、母线电压的参考指令；

差值运算模块，用于根据所述相关参数及所述相关参数的参考指令进行差值运算，得到差值，将所述差值输入至控制器，得到控制指令；其中，所述控制指令包括：风机叶片桨距角控制指令、一次调频功率指令、二次调频功率指令、柴油发电机恒功率控制指令、风柴协同有功控制指令及风机网侧变流器输出无功指令；

控制模块，用于根据所述控制指令对风力发电机及柴油发电机进行控制。

进一步地，所述差值运算模块包括：

风力涡轮机的转速差值运算子模块，用于将所述风力涡轮机的转速与所述风力涡轮机的转速参考指令进行差值运算，得到风力涡轮机的转速差值，所述风力涡轮机的转速差值经过PI控制器得到风机叶片桨距角控制指令；

柴油发电机的转速差值运算子模块，用于将所述柴油发电机的转速与所述柴油发电机的转速参考指令进行差值运算，得到柴油发电机的转速差值，所述柴油发电机的转速差值经过惯性控制器得到一次调频功率指令；

柴油发电机的有功功率差值运算子模块，用于将所述柴油发电机的有功功率与所述柴油发电机的有功功率参考指令进行差值运算，得到柴油发电机的有功功率差值，所述柴油发电机的有功功率差值经过PI控制器和斜率限制器得到柴油发电机恒功率控制指令；

母线电压差值运算子模块，用于将所述母线电压与所述母线电压的参考指令进行差值运算，得到母线电压差值，将柴油发电机的无功功率与所述柴油发电机的无功功率参考指令进行差值运算，得到柴油发电机的无功功率差值；所述母线电压差值和所述柴油发电机的无功功率差值经过PI控制器得到风机网侧变流器输出无功指令。

进一步地，所述相关参数获取模块包括：

风力涡轮机的转速获取子模块，用于测量风力涡轮机的转速，并将所述风力涡轮机的实时转速输入到风力涡轮机的桨距角控制器中；

柴油发电机的转速获取子模块，用于测量柴油发电机的转速，并将所述柴油发电机的转速输入至风机机侧变流器控制器中；

发电机的输出无功测量值获取子模块，用于测量柴油发电机的输出无功测量值，并将所述柴油发电机的输出无功测量值输入至风力发电机的网侧变流器控制器中；

母线电压获取子模块，用于测量母线电压，并将所述母线电压输入至风力发电机的网侧变流器控制器中。

进一步地，所述控制模块包括：

风机叶片桨距角控制子模块，用于根据所述风机叶片桨距角控制指令调节风机叶片桨距角，实现对风机叶片的慢调节；

风机输出有功功率控制子模块，用于根据所述风柴协同有功控制指令及所述二次调频功率指令调节风机输出有功功率；

风机输出无功功率控制子模块，用于根据所述风机网侧变流器输出无功指令调节风机输出无功功率。

与现有技术相比，本发明实施例的有益效果在于：

本发明通过测量获取相关参数，并将所述相关参数输入至控制器中；根据预设值获取相关参数的参考指令；根据所述相关参数及所述相关参数的参考指令进行差值运算，得到差值，将所述差值输入至控制器，得到控制指令；根据所述控制指令对风力发电机及柴油发电机进行控制。本发明提供的控制方法开创性地在海上风电场大孤岛运行中启动全功率型风力发电机与后备柴油发电机共同供电，并通过风机机侧变流器和桨距角的有功功率控制与网侧变流器的无功控制与柴油发电机相协调，增强了海上风电场大孤岛模式的负载能力、***惯性、有功快速响应能力以及***无功电压稳定性。在后备柴油发电机燃油限制下延长了海上风电场大孤岛运行时间，风柴协同运行还使得大孤岛***具有更丰富的可控性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明某一实施例提供的一种海上风电场大孤岛模式风力发电机与柴油发电机协同控制方法的流程图；

图2是本发明另一实施例提供的一种海上风电场大孤岛模式风力发电机与柴油发电机协同控制方法的流程图；

图3是本发明某一实施例提供的一种海上风电场大孤岛模式全功率型风力发电机有功控制逻辑图；

图4是本发明某一实施例提供的一种海上风电场大孤岛模式全功率型风力发电机网侧变流器无功控制逻辑图；

图5是本发明某一实施例提供的应用场景的海上风电场大孤岛***电气结构的示例图；

图6是本发明某一实施例提供的一种海上风电场大孤岛模式风力发电机与柴油发电机协同控制***的装置图；

图7是本发明某一实施例提供的一种海上风电场大孤岛模式风力发电机与柴油发电机协同控制***的装置图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。

应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

第一方面。

请参阅图1，本发明一个实施例提供一种海上风电场大孤岛模式风力发电机与柴油发电机协同控制方法，包括：

S10、通过测量获取相关参数，并将所述相关参数输入至控制器中。

其中，所述相关参数包括：风力涡轮机的转速、柴油发电机的转速、柴油发电机的有功功率、柴油发电机的无功功率、大功率负载投入指令及母线电压；所述大功率负载为单次投入的负载功率导致柴油发电机输出超出其容量范围或引起柴油发电机失稳时，需要风力发电机满足负载需求的功率增量。

具体地，测量风力涡轮机的转速，并将所述风力涡轮机的实时转速输入到风力涡轮机的桨距角控制器中；

测量柴油发电机的转速，并将所述柴油发电机的转速输入至风机机侧变流器控制器中；

测量柴油发电机的输出无功测量值，并将所述柴油发电机的输出无功测量值输入至风力发电机的网侧变流器控制器中；

测量母线电压，并将所述母线电压输入至风力发电机的网侧变流器控制器中。

S20、根据预设值获取相关参数的参考指令。

其中，所述相关参数指令包括：风力涡轮机的转速参考指令、柴油发电机的转速参考指令、柴油发电机的有功功率参考指令、柴油发电机的无功功率参考指令、母线电压的参考指令。

具体地，所述风力涡轮机的转速参考指令为常规发电状态的额定转速；

所述柴油发电机的转速参考指令为50Hz；

所述柴油发电机的有功功率参考指令根据风力发电机启动时柴油发电机实际有功输出确定，若实际有功大于额定功率的50％，则将柴油发电机的有功功率参考指令设为额定功率的50％，否则将柴油发电机的有功功率参考指令为所述将柴油发电机的有功功率。

S30、根据所述相关参数及所述相关参数的参考指令进行差值运算，得到差值，将所述差值输入至控制器，得到控制指令。

其中，所述控制指令包括：风机叶片桨距角控制指令、一次调频功率指令、二次调频功率指令、柴油发电机恒功率控制指令、风柴协同有功控制指令及风机网侧变流器输出无功指令。

具体地，将所述风力涡轮机的转速与所述风力涡轮机的转速参考指令进行差值运算，得到风力涡轮机的转速差值，所述风力涡轮机的转速差值经过PI控制器得到风机叶片桨距角控制指令。

将所述柴油发电机的转速与所述柴油发电机的转速参考指令进行差值运算，得到柴油发电机的转速差值，所述柴油发电机的转速差值经过惯性控制器得到一次调频功率指令。

将所述柴油发电机的有功功率与所述柴油发电机的有功功率参考指令进行差值运算，得到柴油发电机的有功功率差值，所述柴油发电机的有功功率差值经过PI控制器和斜率限制器得到柴油发电机恒功率控制指令。

将所述母线电压与所述母线电压的参考指令进行差值运算，得到母线电压差值，将柴油发电机的无功功率与所述柴油发电机的无功功率参考指令进行差值运算，得到柴油发电机的无功功率差值；所述母线电压差值和所述柴油发电机的无功功率差值经过PI控制器得到风机网侧变流器输出无功指令。

将所述一次调频功率指令与所述柴油发电机恒功率控制指令结合，得到风柴协同有功控制指令。

S40、根据所述控制指令对风力发电机及柴油发电机进行控制。

具体地，根据所述风机叶片桨距角控制指令调节风机叶片桨距角，实现对风机叶片的慢调节；根据所述风柴协同有功控制指令及所述二次调频功率指令调节风机输出有功功率；根据所述风机网侧变流器输出无功指令调节风机输出无功功率。

与现有海上风电场大孤岛运行控制技术相比，本发明提供的控制方法开创性地在海上风电场大孤岛运行中启动全功率型风力发电机与后备柴油发电机共同供电，并通过风机机侧变流器和桨距角的有功功率控制与网侧变流器的无功控制与柴油发电机相协调，增强了海上风电场大孤岛模式的负载能力、***惯性、有功快速响应能力以及***无功电压稳定性。在后备柴油发电机燃油限制下延长了海上风电场大孤岛运行时间，风柴协同运行还使得大孤岛***具有更丰富的可控性。

在某一具体实施例中，请参阅图2，本发明一个实施例提供一种海上风电场大孤岛模式风力发电机与柴油发电机协同控制方法，包括：

步骤A：获取风力涡轮机转速ω_tur输入桨距角控制器，获取柴油发电机转速ω_DG、柴油发电机输出有功P_DG和大功率负载投入指令P_ws输入机侧变流器控制器，获取***母线电压V_bus和柴油发电机输出无功Q_DG输入网侧变流器控制器，具体包括：

通过转速传感器测量风力涡轮机的实时转速ω_tur，并将转速信号传输到风力涡轮机的桨距角控制器中。通过转速传感器测量柴油发电机转速ω_DG，并通过无线传输的方式传递至风机机侧变流器控制器中。大功率负载投入指令P_ws是指，单次投入的负载功率会使得柴油发电机输出超出其容量范围或可能引起柴油发电机失稳时，需要风力发电机主动、快速地响应这部分负载需求的功率增量，若多次投入大功率负载，则按照式(1)计算P_ws：

其中ΔP_i为第i次投入大功率负载的指令。母线电压测量值V_bus和柴油发电机输出无功测量值Q_DG通过无线信号传输至风力发电机的网侧变流器控制器中。

步骤B：确定风力涡轮机的转速参考指令ω_rate，确定柴油发电机的转速参考指令ω_ref，确定柴油发电机有功功率参考指令P_DGref，确定***母线电压参考指令V_{bus_ref}，确定柴油发电机无功功率参考指令Q_{DG_ref}，具体包括：

风力涡轮机转速参考指令ω_rate设置为常规发电状态的额定转速，这是基于在额定转速下风力涡轮机机械状态最佳而考虑的。柴油发电机转速参考指令ω_ref与***母线电压参考指令V_{bus_ref}分别以***频率50Hz和35kV为标准设置，频率f通过式(2)换算为柴油发电机转速参考值：

ω_rate＝2πf (2)

柴油发电机初始有功功率参考指令需根据风力发电机启动时柴油发电机实际有功输出确定，不可超过风机启动前柴油发电机实时有功，这是因为风机不可吸收有功功率。P_DGref通过式(3)确定：

柴油发电机无功功率参考指令Q_{DG_ref}则需要按照特定需求设置，例如若希望柴油发电机一直工作在额定功率因数状态，设额定功率因数为cosα，则Q_{DG_ref}设置如式(4)所示：

Q_{DG_ref}＝P_DGreftanα (4)

步骤C：通过风力涡轮机转速偏差给定风机叶片桨距角指令并限定其范围；通过判断柴油发电机转速偏差是否超出设定的死区决定是否启动一次调频；获取使柴油发电机输出有功恒定需要风机分担的有功；通过母线电压偏差和柴油发电机无功偏差给定风机输出无功参考值，具体包括：

如附图3所示，恒转速桨距角控制策略中，风力涡轮机转速ω_tur与转速参考指令ω_rate的差经过PI控制器获得风机叶片桨距角指令β，并要对该指令加以限制，包括变化速率和上下限，变化速率的限制是为了减少桨距角的频繁变化。图3一次调频控制策略中，柴油发电机转速ω_DG与转速参考指令ω_ref的差首先经过死区判断决定是否启用一次调频策略，这是为了避免***频率偏差足够小的情况下因一次调频控制引起振荡；随后转速差值经过一个惯性环节获得风机一次调频功率P_wp。图3柴油发电机恒功率控制中，柴油发电机实际有功P_DG与参考指令P_DGref的差经过PI控制器和变化速率限制器后，获得风机分担柴油发电机输出的有功P_RDG。风机有功输出指令由式(5)所示：

P_sref＝P_ws+P_wp+P_RDG (5)

如附图4所示，将***母线电压V_bus与参考指令V_{bus_ref}的差，以及柴油发电机输出无功Q_DG与无功参考指令Q_{DG_ref}的差，分别经过两个不同的PI控制器后求和获得风机网侧变流器的无功输出指令Q_{GSC_ref}。

步骤D：采用恒转速桨距角控制策略调节风机叶片桨距角，采用风柴协同有功控制和二次调频控制调节风机输出有功，采用风柴协同无功控制调节风机输出无功，最终使得海上风电场大孤岛运行***功率平衡、电压稳定以及频率稳定，具体包括：

如附图3所示，在获得桨距角控制指令β后，风机通过调节桨距角来改变转换的风功率，即改变输入的机械转矩T_m，在T_m与电磁转矩T_e逐渐到达平衡前，由风机转速变化即动能变化来使得功率平衡。将风机有功输出指令P_sref输入风机机侧变流器控制器中，通过PI双环控制调节机侧变流器的交流电压输出，从而调节风机的电磁转矩和电磁功率。如附图4所示，将风机网侧变流器的无功输出指令Q_{GSC_ref}输入风机网侧变流器控制器中，通过PI双环控制调节网侧变流器分别控制全功率变流器的无功输出和直流电压稳定。在风机有功控制和无功补偿的共同作用下，海上风电场大孤岛运行***达到功率平衡、电压稳定以及频率稳定的状态。

海上风电场配置的辅助柴油发电机和无功补偿装置容量受海上升压站空间限制，本发明针对该特点，在海上风电场大孤岛运行模式下，开创性地以小容量柴油发电机为参考源，启动全功率风力发电机来分担负载需求，同时增强***的惯性、保护柴油发电机和增强大孤岛***对大功率负载投切的响应能力；利用风机网侧变流器作静止无功发生器，增强***电压稳定性同时优化柴油发电机无功输出，使海上风电场大孤岛***容量和运行时间得到明显提高，提高了大孤岛运行的经济效益。

第二方面。

请参阅图6-7，本发明一个实施例提供一种海上风电场大孤岛模式风力发电机与柴油发电机协同控制***，包括：

相关参数获取模块10用于通过测量获取相关参数，并将所述相关参数输入至控制器中；其中，所述相关参数包括：风力涡轮机的转速、柴油发电机的转速、柴油发电机的有功功率、柴油发电机的无功功率、大功率负载投入指令及母线电压；其中，所述大功率负载为单次投入的负载功率导致柴油发电机输出超出其容量范围或引起柴油发电机失稳时，需要风力发电机满足负载需求的功率增量；

参考指令获取模块20用于根据预设值获取相关参数的参考指令；其中，所述相关参数指令包括：风力涡轮机的转速参考指令、柴油发电机的转速参考指令、柴油发电机的有功功率参考指令、柴油发电机的无功功率参考指令、母线电压的参考指令；

差值运算模块30用于根据所述相关参数及所述相关参数的参考指令进行差值运算，得到差值，将所述差值输入至控制器，得到控制指令；其中，所述控制指令包括：风机叶片桨距角控制指令、一次调频功率指令、二次调频功率指令、柴油发电机恒功率控制指令、风柴协同有功控制指令及风机网侧变流器输出无功指令；

控制模块40用于根据所述控制指令对风力发电机及柴油发电机进行控制。

具体地，所述差值运算模块30包括：

风力涡轮机的转速差值运算子模块31用于将所述风力涡轮机的转速与所述风力涡轮机的转速参考指令进行差值运算，得到风力涡轮机的转速差值，所述风力涡轮机的转速差值经过PI控制器得到风机叶片桨距角控制指令；

柴油发电机的转速差值运算子模块32用于将所述柴油发电机的转速与所述柴油发电机的转速参考指令进行差值运算，得到柴油发电机的转速差值，所述柴油发电机的转速差值经过惯性控制器得到一次调频功率指令；

柴油发电机的有功功率差值运算子模块33用于将所述柴油发电机的有功功率与所述柴油发电机的有功功率参考指令进行差值运算，得到柴油发电机的有功功率差值，所述柴油发电机的有功功率差值经过PI控制器和斜率限制器得到柴油发电机恒功率控制指令；

母线电压差值运算子模块34用于将所述母线电压与所述母线电压的参考指令进行差值运算，得到母线电压差值，将柴油发电机的无功功率与所述柴油发电机的无功功率参考指令进行差值运算，得到柴油发电机的无功功率差值；所述母线电压差值和所述柴油发电机的无功功率差值经过PI控制器得到风机网侧变流器输出无功指令。

所述相关参数获取模块10包括：

风力涡轮机的转速获取子模块11用于测量风力涡轮机的转速，并将所述风力涡轮机的实时转速输入到风力涡轮机的桨距角控制器中；

柴油发电机的转速获取子模块12用于测量柴油发电机的转速，并将所述柴油发电机的转速输入至风机机侧变流器控制器中；

发电机的输出无功测量值获取子模块13用于测量柴油发电机的输出无功测量值，并将所述柴油发电机的输出无功测量值输入至风力发电机的网侧变流器控制器中；

母线电压获取子模块14用于测量母线电压，并将所述母线电压输入至风力发电机的网侧变流器控制器中。

所述控制模块40包括：

风机叶片桨距角控制子模块41用于根据所述风机叶片桨距角控制指令调节风机叶片桨距角，实现对风机叶片的慢调节；

风机输出有功功率控制子模块42用于根据所述风柴协同有功控制指令及所述二次调频功率指令调节风机输出有功功率；

风机输出无功功率控制子模块43用于根据所述风机网侧变流器输出无功指令调节风机输出无功功率。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种海上风电场大孤岛模式风力发电机与柴油发电机协同控制方法，其特征在于，包括：

通过测量获取相关参数，并将所述相关参数输入至控制器中；其中，所述相关参数包括：风力涡轮机的转速、柴油发电机的转速、柴油发电机的有功功率、柴油发电机的无功功率、大功率负载投入指令及母线电压；所述大功率负载为单次投入的负载功率导致柴油发电机输出超出其容量范围或引起柴油发电机失稳时，需要风力发电机满足负载需求的功率增量；

根据预设值获取相关参数的参考指令；其中，所述相关参数指令包括：风力涡轮机的转速参考指令、柴油发电机的转速参考指令、柴油发电机的有功功率参考指令、柴油发电机的无功功率参考指令、母线电压的参考指令；

根据所述相关参数及所述相关参数的参考指令进行差值运算，得到差值，将所述差值输入至控制器，得到控制指令；其中，所述控制指令包括：风机叶片桨距角控制指令、一次调频功率指令、二次调频功率指令、柴油发电机恒功率控制指令、风柴协同有功控制指令及风机网侧变流器输出无功指令；

根据所述控制指令对风力发电机及柴油发电机进行控制。

2.如权利要求1所述的一种海上风电场大孤岛模式风力发电机与柴油发电机协同控制方法，其特征在于，所述根据所述相关参数及所述相关参数的参考指令进行差值运算，得到差值，将所述差值输入至控制器，得到控制指令，包括：

将所述风力涡轮机的转速与所述风力涡轮机的转速参考指令进行差值运算，得到风力涡轮机的转速差值，所述风力涡轮机的转速差值经过PI控制器得到风机叶片桨距角控制指令；

将所述柴油发电机的转速与所述柴油发电机的转速参考指令进行差值运算，得到柴油发电机的转速差值，所述柴油发电机的转速差值经过惯性控制器得到一次调频功率指令；

将所述柴油发电机的有功功率与所述柴油发电机的有功功率参考指令进行差值运算，得到柴油发电机的有功功率差值，所述柴油发电机的有功功率差值经过PI控制器和斜率限制器得到柴油发电机恒功率控制指令；

将所述母线电压与所述母线电压的参考指令进行差值运算，得到母线电压差值，将柴油发电机的无功功率与所述柴油发电机的无功功率参考指令进行差值运算，得到柴油发电机的无功功率差值；所述母线电压差值和所述柴油发电机的无功功率差值经过PI控制器得到风机网侧变流器输出无功指令。

3.如权利要求2所述的一种海上风电场大孤岛模式风力发电机与柴油发电机协同控制方法，其特征在于，将所述一次调频功率指令与所述柴油发电机恒功率控制指令结合，得到风柴协同有功控制指令。

4.如权利要求1所述的.一种海上风电场大孤岛模式风力发电机与柴油发电机协同控制方法，其特征在于，所述通过测量获取相关参数，并将所述相关参数输入至控制器中，包括：

测量风力涡轮机的转速，并将所述风力涡轮机的实时转速输入到风力涡轮机的桨距角控制器中；

测量柴油发电机的转速，并将所述柴油发电机的转速输入至风机机侧变流器控制器中；

测量柴油发电机的输出无功测量值，并将所述柴油发电机的输出无功测量值输入至风力发电机的网侧变流器控制器中；

测量母线电压，并将所述母线电压输入至风力发电机的网侧变流器控制器中。

5.如权利要求1所述的一种海上风电场大孤岛模式风力发电机与柴油发电机协同控制方法，其特征在于，所述根据所述控制指令对风力发电机及柴油发电机进行控制，包括：

根据所述风机叶片桨距角控制指令调节风机叶片桨距角，实现对风机叶片的慢调节；

根据所述风柴协同有功控制指令及所述二次调频功率指令调节风机输出有功功率；

根据所述风机网侧变流器输出无功指令调节风机输出无功功率。

6.如如权利要求1所述的.一种海上风电场大孤岛模式风力发电机与柴油发电机协同控制方法，其特征在于，所述根据预设值获取相关参数的参考指令，包括：

所述风力涡轮机的转速参考指令为常规发电状态的额定转速；

所述柴油发电机的转速参考指令为50Hz；

所述柴油发电机的有功功率参考指令根据风力发电机启动时柴油发电机实际有功输出确定，若实际有功大于额定功率的50％，则将柴油发电机的有功功率参考指令设为额定功率的50％，否则将柴油发电机的有功功率参考指令为所述将柴油发电机的有功功率。

7.一种海上风电场大孤岛模式风力发电机与柴油发电机协同控制***，其特征在于，包括：

相关参数获取模块，用于通过测量获取相关参数，并将所述相关参数输入至控制器中；其中，所述相关参数包括：风力涡轮机的转速、柴油发电机的转速、柴油发电机的有功功率、柴油发电机的无功功率、大功率负载投入指令及母线电压；其中，所述大功率负载为单次投入的负载功率导致柴油发电机输出超出其容量范围或引起柴油发电机失稳时，需要风力发电机满足负载需求的功率增量；

参考指令获取模块，用于根据预设值获取相关参数的参考指令；其中，所述相关参数指令包括：风力涡轮机的转速参考指令、柴油发电机的转速参考指令、柴油发电机的有功功率参考指令、柴油发电机的无功功率参考指令、母线电压的参考指令；

差值运算模块，用于根据所述相关参数及所述相关参数的参考指令进行差值运算，得到差值，将所述差值输入至控制器，得到控制指令；其中，所述控制指令包括：风机叶片桨距角控制指令、一次调频功率指令、二次调频功率指令、柴油发电机恒功率控制指令、风柴协同有功控制指令及风机网侧变流器输出无功指令；

控制模块，用于根据所述控制指令对风力发电机及柴油发电机进行控制。

8.如权利要求7所述的一种海上风电场大孤岛模式风力发电机与柴油发电机协同控制***，其特征在于，所述差值运算模块包括：

风力涡轮机的转速差值运算子模块，用于将所述风力涡轮机的转速与所述风力涡轮机的转速参考指令进行差值运算，得到风力涡轮机的转速差值，所述风力涡轮机的转速差值经过PI控制器得到风机叶片桨距角控制指令；

柴油发电机的转速差值运算子模块，用于将所述柴油发电机的转速与所述柴油发电机的转速参考指令进行差值运算，得到柴油发电机的转速差值，所述柴油发电机的转速差值经过惯性控制器得到一次调频功率指令；

柴油发电机的有功功率差值运算子模块，用于将所述柴油发电机的有功功率与所述柴油发电机的有功功率参考指令进行差值运算，得到柴油发电机的有功功率差值，所述柴油发电机的有功功率差值经过PI控制器和斜率限制器得到柴油发电机恒功率控制指令；

母线电压差值运算子模块，用于将所述母线电压与所述母线电压的参考指令进行差值运算，得到母线电压差值，将柴油发电机的无功功率与所述柴油发电机的无功功率参考指令进行差值运算，得到柴油发电机的无功功率差值；所述母线电压差值和所述柴油发电机的无功功率差值经过PI控制器得到风机网侧变流器输出无功指令。

9.如权利要求7所述的一种海上风电场大孤岛模式风力发电机与柴油发电机协同控制***，其特征在于，所述相关参数获取模块包括：

风力涡轮机的转速获取子模块，用于测量风力涡轮机的转速，并将所述风力涡轮机的实时转速输入到风力涡轮机的桨距角控制器中；

柴油发电机的转速获取子模块，用于测量柴油发电机的转速，并将所述柴油发电机的转速输入至风机机侧变流器控制器中；

发电机的输出无功测量值获取子模块，用于测量柴油发电机的输出无功测量值，并将所述柴油发电机的输出无功测量值输入至风力发电机的网侧变流器控制器中；

母线电压获取子模块，用于测量母线电压，并将所述母线电压输入至风力发电机的网侧变流器控制器中。

10.如权利要求7所述的一种海上风电场大孤岛模式风力发电机与柴油发电机协同控制***，其特征在于，所述控制模块包括：

风机叶片桨距角控制子模块，用于根据所述风机叶片桨距角控制指令调节风机叶片桨距角，实现对风机叶片的慢调节；

风机输出有功功率控制子模块，用于根据所述风柴协同有功控制指令及所述二次调频功率指令调节风机输出有功功率；

风机输出无功功率控制子模块，用于根据所述风机网侧变流器输出无功指令调节风机输出无功功率。

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