CN117489523A - 风力发电机组的功率提升方法和装置及风力发电机组 - Google Patents

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CN117489523A CN202210876202.7A CN202210876202A CN117489523A CN 117489523 A CN117489523 A CN 117489523A CN 202210876202 A CN202210876202 A CN 202210876202A CN 117489523 A CN117489523 A CN 117489523A
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Jinfeng Technology Co ltd
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Abstract

公开了一种风力发电机组的功率提升方法和装置及风力发电机组。所述功率提升方法包括：获取所述风力发电机组的运行参数及其机位点的风参数，其中，所述运行参数和所述风参数均与风力发电机组承受的载荷相关；基于所述运行参数和所述风参数，计算所述风力发电机组的载荷冲击；响应于计算的载荷冲击满足预设条件，控制所述风力发电机组在功率提升模式下运行。

Description

风力发电机组的功率提升方法和装置及风力发电机组
技术领域
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功率方法和装置及风力发电机组。
背景技术
目前，为了追求发电效率或者风电场运行效益最大化，可以采用多种不同的功率控制模式(例如，功率提升(power boost)模式、额定工作模式、负载降低模式等)来控制风力发电机组运行，以便风力发电机组在不同的条件下灵活发电。在常规工作模式下，风力发电机组例如可以以额定功率运行，而在功率提升模式和负载降低模式下，风力发电机组的输出功率分别高于和低于额定功率。
发明内容
为了将结构化载荷保持在需求水平之下，功率提升模式的运行区间需要转移到更高的风速范围，以减少风力发电机组在功率提升模式下运行的时间。因此，本公开的实施例提供一种风力发电机组的功率提升方法和装置及风力发电机组，能够在高于额定风速的更大风速范围内实现基于载荷条件的功率提升，并且在载荷条件不被满足(即，载荷冲击过高)的情况下禁用功率提升。
在一个方面，提供一种风力发电机组的功率提升方法，所述功率提升方法包括：获取所述风力发电机组的运行参数及其机位点的风参数，其中，所述运行参数和所述风参数均与风力发电机组承受的载荷相关；基于所述运行参数和所述风参数，计算所述风力发电机组的载荷冲击；响应于计算的载荷冲击满足预设条件，控制所述风力发电机组在功率提升模式下运行。
可选地，在所述风力发电机组以常规工作模式运行期间以及在所述风力发电机组以功率提升模式运行期间，获取所述风力发电机组的运行参数及其机位点的风参数。
可选地，响应于计算的载荷冲击不满足预设条件，基于所述风力发电机组的额定功率和/或额定转速，控制所述风力发电机组在常规工作模式下运行。
可选地，所述运行参数包括所述风力发电机组的塔顶加速度和三支叶片的叶片力矩，所述风参数包括湍流强度。
可选地，获取所述风力发电机组的运行参数及其机位点的风参数的步骤包括：获取所述塔顶加速度、所述叶片力矩以及所述湍流强度，并对获取的所述塔顶加速度、所述叶片力矩以及所述湍流强度进行滤波。
可选地，基于所述运行参数和所述风参数，计算所述风力发电机组的载荷冲击的步骤包括：通过对所述塔顶加速度进行非对称滤波，确定第一冲击分量；通过对所述三支叶片的叶片力矩进行非对称滤波，确定第二冲击分量；通过对所述湍流强度进行非对称滤波，确定第三冲击分量；将第一冲击分量、第二冲击分量与第三冲击分量的加权和确定为所述载荷冲击。
可选地，通过对所述塔顶加速度进行非对称滤波，确定第一冲击分量的步骤包括：根据第一时间因数计算预设期间前的塔顶加速度的非对称滤波的值所对应的第一结果，并将所述第一结果与当前的塔顶加速度的绝对值的最大值，确定为当前的第一冲击分量。
可选地，通过对所述三支叶片的叶片力矩进行非对称滤波，确定第二冲击分量的步骤包括：根据第二时间因数计算预设期间前的所述三支叶片的叶片力矩的非对称滤波的值所对应的第二结果，并将所述第二结果与当前的三支叶片的叶片力矩的最大值的绝对值的最大值，确定为当前的第二冲击分量。
可选地，通过对所述湍流强度进行非对称滤波，确定第三冲击分量的步骤包括：根据第三时间因数计算预设期间前的湍流强度的非对称滤波的值所对应的第三结果，并将所述第三结果与当前的湍流强度的最大值，确定为当前的第三冲击分量。
可选地，响应于计算的载荷冲击小于预设阈值，确定计算的载荷冲击满足预设条件，其中，所述预设阈值小于所述风力发电机组的极限载荷。
可选地，响应于计算的载荷冲击满足预设条件，控制所述风力发电机组在功率提升模式下运行的步骤包括：响应于计算的载荷冲击满足预设条件，通过预先确定的功率提升关系确定用于功率提升的功率参考值、转速参考值和扭矩参考值中的至少二者；基于所述功率参考值、转速参考值和扭矩参考值中的至少二者，控制所述风力发电机组在功率提升模式下运行。
可选地，基于所述功率参考值、转速参考值和扭矩参考值中的至少二者，控制所述风力发电机组在功率提升模式下运行的步骤包括：基于所述功率参考值、转速参考值和扭矩参考值中的至少二者，通过变桨机构调整风力发电机组的叶片桨距角或者通过转换器调整发电机扭矩来控制所述风力发电机组在功率提升模式下运行。
在另一方面，提供一种风力发电机组的功率提升装置，所述功率提升装置包括：参数获取单元，被配置为：获取所述风力发电机组的运行参数及其机位点的风参数，其中，所述运行参数和所述风参数均与风力发电机组承受的载荷相关；冲击计算单元，被配置为：基于所述运行参数和所述风参数，计算所述风力发电机组的载荷冲击；控制单元，被配置为：响应于计算的载荷冲击满足预设条件，控制所述风力发电机组在功率提升模式下运行。
在另一方面，提供一种可从通信网络下载和/或存储在计算机可读存储介质上的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括用于实现如上所述的功率提升方法的程序代码指令。
在另一方面，提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的功率提升方法。
在另一方面，提供一种计算装置，所述计算装置包括：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，实现如上所述的功率提升方法。
在另一方面，提供一种风力发电机组，所述风力发电机组包括如上所述的计算装置。
根据本公开实施例的风力发电机组的功率提升方法和装置及风力发电机组，通过在风力发电机组承受的载荷过高的情况下禁用功率提升，能够使得功率提升策略在更大的风速范围内使用，这样一方面可以有效地提高风力发电机组的发电效率，一方面可以确保风力发电机组的电气部件不会由于过大的载荷而导致损毁。
附图说明
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：
图1是示出现有的风力发电机组的功率提升方法的示例的功率曲线图；
图2是示出现有的风力发电机组的功率提升方法的另一示例的功率曲线图；
图3是示出根据本公开的实施例的风力发电机组的功率提升(power boost)方法的流程图；
图4是示出根据本公开的实施例的计算风力发电机组的载荷冲击的方法的流程图；
图5是示出根据本公开的实施例的风力发电机组的功率提升装置的框图；
图6是示出根据本公开的实施例的风力发电机组的功率提升装置与主控制器、风力发电机控制拓扑图；
图7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。
具体实施方式
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***的全面理解。然而，在理解本申请的公开之后，在此描述的方法、设备和/或***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，可如在理解本申请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。
在此描述的特征可以以不同的形式来实现，而不应被解释为限于在此描述的示例。相反，已提供在此描述的示例，以仅示出实现在此描述的方法、设备和/或***的许多可行方式中的一些可行方式，所述许多可行方式在理解本申请的公开之后将是清楚的。
如在此使用的，术语“和/或”包括相关联的所列项中的任何一个以及任何两个或更多个的任何组合。
尽管在此可使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语来描述各种构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分不应被这些术语所限制。相反，这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分进行区分。因此，在不脱离示例的教导的情况下，在此描述的示例中所称的第一构件、第一组件、第一区域、第一层或第一部分也可被称为第二构件、第二组件、第二区域、第二层或第二部分。
在说明书中，当元件(诸如，层、区域或基底)被描述为“在”另一元件上、“连接到”或“结合到”另一元件时，该元件可直接“在”另一元件上、直接“连接到”或“结合到”另一元件，或者可存在介于其间的一个或多个其它元件。相反，当元件被描述为“直接在”另一元件上、“直接连接到”或“直接结合到”另一元件时，可不存在介于其间的其它元件。
在此使用的术语仅用于描述各种示例，并不将用于限制公开。除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式也意在包括复数形式。术语“包含”、“包括”和“具有”说明存在叙述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。
除非另有定义，否则在此使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与由本公开所属领域的普通技术人员在理解本公开之后通常理解的含义相同的含义。除非在此明确地如此定义，否则术语(诸如，在通用词典中定义的术语)应被解释为具有与它们在相关领域的上下文和本公开中的含义一致的含义，并且不应被理想化或过于形式化地解释。
此外，在示例的描述中，当认为公知的相关结构或功能的详细描述将引起对本公开的模糊解释时，将省略这样的详细描述。
图1是示出现有的风力发电机组的功率提升(power boost)方法的示例的功率曲线图。参照图1，在风力发电机组启动之后，其输出功率可以逐渐提高到额定功率Pn，此时风速为v1。随着风速进一步提高，风力发电机组可以进入功率提升模式，并在功率提升模式下运行。在功率提升模式下，风力发电机组的输出功率可随着风速的提高最终提高到功率提升水平Pb，此时风速为v2。其后，当风速保持在[v2，v3]区间之内时，风力发电机组的输出功率可保持在功率提升水平Pb。当风速提高到高于v3时，风力发电机组的输出功率开始从功率提升水平Pb下降，并且当风速达到v4时，风力发电机组退出功率提升模式，返回额定工作模式。其后，当风速保持在[v4，v5]区间之内时，风力发电机组的输出功率可保持在额定功率Pn。当风速提高到高于v5时，风力发电机组退出额定功率模式，并且其输出功率开始从额定功率Pn下降。其后，当风速提高到v6时，风力发电机组将在最高风速下运行。一旦风速提高到高于最高风速v6，风力发电机组将会顺桨停机。
图2是示出现有的风力发电机组的功率提升方法的另一示例的功率曲线图。参照图2，在风力发电机组启动之后，其输出功率可以逐渐提高到额定功率Pn，此时风速为v8。随后，当风速保持在[v8，v9]区间之内时，风力发电机组将在额定工作模式下运行，其输出功率可保持在额定功率Pn。随着风速进一步提高，风力发电机组可以进入功率提升模式，并在功率提升模式下运行。在功率提升模式下，风力发电机组的输出功率可随着风速的提高最终提高到功率提升水平Pb，此时风速为v10。其后，当风速保持在[v10，v11]区间之内时，风力发电机组的输出功率可保持在功率提升水平Pb。当风速提高到高于v11时，风力发电机组的输出功率开始从功率提升水平Pb下降，并且当风速达到v12时，风力发电机组退出功率提升模式，返回额定工作模式。其后，当风速保持在[v12，v13]区间之内时，风力发电机组的输出功率可保持在额定功率Pn。当风速提高到高于v13时，风力发电机组退出额定功率模式，并且其输出功率开始从额定功率Pn下降。其后，当风速提高到v14时，风力发电机组将在最高风速下运行。一旦风速提高到高于最高风速v14，风力发电机组将会顺桨停机。
如上所述的功率提升方法需要在功率提升与结构化载荷/热量之间进行平衡，以避免过多的结构化载荷/热量导致风力发电机组的电气部件损毁。然而，即使采用如图2所示的功率提升方法将功率提升模式的运行区间从风力发电机组承受的最高推力范围移开，在风速提高的过程中，风力发电机组仍将承受相当高的结构化载荷。
图3是示出根据本公开的实施例的风力发电机组的功率提升方法的流程图。根据本公开的实施例的风力发电机组的功率提升方法可由风力发电机组的主控制器和/或设置在风力发电机组中的任何专用控制器执行。
参照图3，在步骤S301中，获取风力发电机组的运行参数及其机位点的风参数(例如，机位点可以为风力发电机轮毂处)。根据本公开的实施例，获取的运行参数和风参数均与风力发电机组承受的载荷相关。例如，风力发电机组的运行参数可包括风力发电机组的塔顶加速度和三支叶片的叶片力矩，而风力发电机组的机位点的风参数可包括湍流强度。如上所述的运行参数和风参数仅为示例，但是本公开不限于此，也可以使用其他任何与风力发电机组承受的载荷相关的运行参数和风参数。这里，塔顶加速度可以指垂直方向的塔顶加速度、水平方向的塔顶加速度，并且可以指垂直方向的塔顶加速度和水平方向的塔顶加速度二者。可选择地，可在风力发电机组以常规工作模式运行期间以及在风力发电机组以功率提升模式运行期间，获取风力发电机组的运行参数及其机位点的风参数。这意味着，根据本公开的实施例的风力发电机组的功率提升方法可在风力发电机组的常规工作模式(例如但不限于以额定功率运行的额定工作模式)和功率提升模式下执行。
在步骤S302中，基于获取的运行参数和风参数，计算风力发电机组的载荷冲击(load impact)。换言之，可基于获取的运行参数和风参数，计算受到获取的运行参数和风参数影响的风力发电机组所承受的载荷。如上所述，运行参数可包括塔顶加速度和三支叶片的叶片力矩，而风参数可包括湍流强度。根据本公开的实施例，为了减少计算风力发电机组的载荷冲击(load impact)时可能产生的噪声，可以对获取的运行参数和风参数(即，塔顶加速度、三支叶片的叶片力矩、湍流强度)进行滤波(例如但不限于低通滤波)。然后，基于滤波后的运行参数和风参数来计算风力发电机组的载荷冲击。
在计算风力发电机组的载荷冲击时，可通过对塔顶加速度进行非对称滤波(asymmetric filtering)，确定第一冲击分量，通过对三支叶片的叶片力矩进行非对称滤波，确定第二冲击分量，并且通过对湍流强度进行非对称滤波，确定第三冲击分量。然后，可将第一冲击分量、第二冲击分量与第三冲击分量的加权和确定为所述载荷冲击。
图4是示出根据本公开的实施例的计算风力发电机组的载荷冲击的方法的流程图。
在步骤S401中，可根据第一时间因数计算预设期间前的塔顶加速度的非对称滤波的值所对应的第一结果，并将第一结果与当前的塔顶加速度的绝对值的最大值，确定为当前的第一冲击分量。具体地讲，可根据如下等式(1)计算第一冲击分量。
h(att)[n]＝max(α1·h(att)[n-1],abs(att[n])) (1)
在等式(1)中，att表示塔顶加速度，h()表示非对称滤波函数，h(att)[n]表示第n时刻的塔顶加速度的非对称滤波的值(即，第n时刻的第一冲击分量)，α1表示第一时间因数，h(att)[n-1]表示第n-1时刻的塔顶加速度的非对称滤波的值，abs(att[n])表示第n时刻的塔顶加速度的绝对值。根据本公开的实施例，非对称滤波可以是基于有限长单位冲激响应滤波(FIR)的非对称滤波，其具体形式可以由本领域技术人员根据实际需要来设置，本公开对此不做任何限定。第一时间因数α1可以为大于0且小于1。通常，第一时间因数α1可为小于1但接近于1的数。通过等式(1)计算第一冲击分量可以说明，第一冲击分量可以随着塔顶加速度的增大而快速上升，但是其下降速度非常缓慢。
在步骤S402中，可根据第二时间因数计算预设期间前的三支叶片的叶片力矩的非对称滤波的值所对应的第二结果，并将第二结果与当前的三支叶片的叶片力矩的最大值的绝对值的最大值，确定为当前的第二冲击分量。具体地讲，可根据如下等式(2)计算第二冲击分量。
i(Mb)[n]＝max(α2·i(Mb)[n-1],max(abs(Mb[n]))) (2)
在等式(2)中，Mb表示三支叶片的叶片力矩，i()表示非对称滤波函数，i(Mb)[n]表示第n时刻的三支叶片的叶片力矩(示例性地，三支叶片的叶片力矩构成的矢量)的非对称滤波的值(即，第n时刻的第二冲击分量)，α2表示第一时间因数，i(Mb)[n-1]表示第n-1时刻的三支叶片的叶片力矩的非对称滤波的值max(abs(Mb[n]))表示第n时刻的三支叶片的叶片力矩的最大值的绝对值。非对称滤波函数i()和h()可以是形式相同的非对称滤波函数，但是二者的滤波器系数可彼此不同。第二时间因数α2可以为大于0且小于1。通常，第二时间因数α2可为小于1但接近于1的数。第一时间因数α1与第二时间因数α2可彼此相同或不同。通过等式(2)计算第二冲击分量可以说明，第二冲击分量可随着三支叶片的叶片力矩的最大值的增大而快速上升，但是其下降速度非常缓慢。
在步骤S403中，根据第三时间因数计算预设期间前的湍流强度的非对称滤波的值所对应的第三结果，并将所述第三结果与当前的湍流强度的最大值，确定为当前的第三冲击分量。具体地讲，可根据如下等式(3)计算第三冲击分量。
j(tL)[n]＝max(α3·j(tL)[n-1],tL[n]) (3)
在等式(3)中，tL表示湍流强度，j()表示非对称滤波函数，j(tL)[n]表示第n时刻的湍流强度的非对称滤波的值(即，第n时刻的第三冲击分量)，α3表示第三时间因数，j(tL)[n-1]表示第n-1时刻的湍流强度的非对称滤波的值，tL[n]表示第n时刻的湍流强度。非对称滤波函数i()、h()、j()可以是形式相同的非对称滤波函数，但是它们的滤波器系数可彼此不同。第三时间因数α3可以为大于0且小于1。通常，第三时间因数α3可为小于1但接近于1的数。第一时间因数α1、第二时间因数α2、第三时间因数α3可彼此相同或不同。通过等式(3)计算第三冲击分量可以说明，第三冲击分量可随着湍流强度的增大而快速上升，但是其下降速度非常缓慢。
在通过等式(1)、等式(2)和等式(3)计算得到第一冲击分量、第二冲击分量和第三冲击分量之后，在步骤S204中，可通过以下等式(4)将第一冲击分量、第二冲击分量与第三冲击分量的加权和计算为载荷冲击Z。
Z＝kh·h(att)+ki·i(Mb)+kj·j(tL) (4)
在等式(4)中，h(att)、i(Mb)、j(tL)分别表示第一冲击分量、第二冲击分量和第三冲击分量，kh、ki、kj分别表示第一冲击分量、第二冲击分量和第三冲击分量的权重。根据本公开的实施例，权重kh、ki、kj可以任意设置，只要满足以下条件：权重kh可设置为使得kh·h(att)在0和1之间取值，权重ki可设置为使得ki·i(Mb)在0和1之间取值，权重kj可设置为使得kj·j(tL)在0和1之间取值。
根据本公开的实施例，步骤S401、S402、S403的顺序仅是示例，上述步骤可以同时执行，或者可以以与本实施例中描述的顺序不同的顺序来执行。
返回参照图3，在步骤S303中，响应于计算的载荷冲击满足预设条件，控制风力发电机组在功率提升模式下运行。
根据本公开的实施例，当计算的载荷冲击满足预设条件时，首先可通过预先确定的功率提升关系确定用于功率提升的功率参考值、转速参考值和扭矩参考值中的至少二者。这里，功率提升关系可以是如图2所示的功率提升曲线，或者是其他形式的功率映射关系。例如，功率提升关系可反映风速或桨距角与功率参考值、转速参考值和/或扭矩参考值之间的对应关系。可选择地，可基于预定时间段内的风速平均值或桨距角平均值，通过功率提升关系确定用于功率提升的功率参考值、转速参考值和扭矩参考值中的至少二者。此外，响应于计算的载荷冲击小于预设阈值，可确定计算的载荷冲击满足预设条件。对于预设阈值的取值范围，本公开不做具体限制，只要预设阈值可小于风力发电机组的极限载荷即可。
随后，可基于确定的功率参考值、转速参考值和扭矩参考值中的至少二者，控制风力发电机组在功率提升模式下运行。具体地讲，可基于功率参考值、转速参考值和扭矩参考值中的至少二者，通过变桨机构调整风力发电机组的叶片桨距角或者通过转换器调整发电机扭矩来控制风力发电机组在功率提升模式下运行。例如，可基于功率参考值和转速值，通过变桨机构调整风力发电机组的叶片桨距角来控制风力发电机组在功率提升模式下运行。又例如，可基于功率参考值和扭矩参考值通过转换器调整风力发电机组的发电机扭矩来控制风力发电机组在功率提升模式下运行。注意，以上描述仅为示例，也可以基于功率参考值、转速参考值和扭矩参考值的其他组合，通过调整风力发电机组的叶片桨距角或者发电机扭矩来控制风力发电机组在功率提升模式下运行。
然而，响应于计算的载荷冲击不满足预设条件，可基于风力发电机组的额定功率和/或额定转速，控制风力发电机组在常规工作模式下运行。例如，当计算的载荷冲击大于上述预设阈值时，可控制风力发电机组在常规工作模式下运行。即，当计算的载荷冲击大于上述预设阈值时，可禁用风力发电机组的功率提升模式，而启用风力发电机组的常规工作模式。
根据本公开的实施例的风力发电机组的功率提升方法，通过在风力发电机组承受的载荷过高的情况下禁用功率提升，能够使得功率提升策略在更大的风速范围内使用。这样，既能提高风力发电机组的发电效率，又能保护风力发电机组的电气部件不会由于过高的载荷而损坏。
图5是示出根据本公开的实施例的风力发电机组的功率提升装置的框图。根据本公开的实施例的风力发电机组的功率提升装置可以是风力发电机组的主控制器(或者作为主控制器的一部分)，并且/或者可以是设置在风力发电机组中的任何专用控制器。
参照图5，根据本公开的实施例的风力发电机组的功率提升装置500包括参数获取单元501、冲击计算单元502和控制单元503。
参数获取单元501可获取风力发电机组的运行参数及其机位点的风参数。如上所述，运行参数和风参数均与风力发电机组承受的载荷相关。例如，运行参数可包括风力发电机组的塔顶加速度和三支叶片的叶片力矩，风参数包括湍流强度。可选择地，参数获取单元501可在风力发电机组以常规工作模式运行期间以及在风力发电机组以功率提升模式运行期间，获取风力发电机组的运行参数及其机位点的风参数。此外，参数获取单元501可获取塔顶加速度、叶片力矩以及湍流强度，并对获取的塔顶加速度、叶片力矩以及湍流强度进行滤波。
冲击计算单元502可基于运行参数和风参数，计算风力发电机组的载荷冲击。具体地讲，冲击计算单元502可通过对塔顶加速度进行非对称滤波，确定第一冲击分量，通过对三支叶片的叶片力矩进行非对称滤波，确定第二冲击分量，通过对湍流强度进行非对称滤波，确定第三冲击分量，并将第一冲击分量、第二冲击分量与第三冲击分量的加权和确定为载荷冲击。进一步讲，冲击计算单元502可根据第一时间因数计算预设期间前的塔顶加速度的非对称滤波的值所对应的第一结果，并将第一结果与当前的塔顶加速度的绝对值的最大值，确定为当前的第一冲击分量。冲击计算单元502可根据第二时间因数计算预设期间前的三支叶片的叶片力矩的非对称滤波的值所对应的第二结果，并将第二结果与当前的三支叶片的叶片力矩的最大值的绝对值的最大值，确定为当前的第二冲击分量。冲击计算单元502可根据第三时间因数计算预设期间前的湍流强度的非对称滤波的值所对应的第三结果，并将第三结果与当前的湍流强度的最大值，确定为当前的第三冲击分量。例如，冲击计算单元502可通过上述等式(1)、等式(2)和等式(3)计算第一冲击分量、第二冲击分量和第三冲击分量。
控制单元503可响应于计算的载荷冲击满足预设条件，控制所述风力发电机组在功率提升模式下运行。例如，当计算的载荷冲击小于预设阈值时，控制单元503可确定计算的载荷冲击满足预设条件。这里，预设阈值小于风力发电机组的极限载荷。更具体地讲，控制单元503可响应于计算的载荷冲击满足预设条件，首先通过预先确定的功率提升关系确定用于功率提升的功率参考值、转速参考值和扭矩参考值中的至少二者。可选择地，控制单元503可基于预定时间段内的风速平均值或桨距角平均值，通过功率提升关系确定用于功率提升的功率参考值、转速参考值和扭矩参考值中的至少二者。
进一步讲，控制单元503可基于功率参考值、转速参考值和扭矩参考值中的至少二者，控制风力发电机组在功率提升模式下运行。例如，控制单元503可基于功率参考值、转速参考值和扭矩参考值中的至少二者，通过变桨机构调整风力发电机组的叶片桨距角或者通过转换器调整发电机扭矩来控制风力发电机组在功率提升模式下运行。另一方面，响应于计算的载荷冲击不满足预设条件，控制单元503可基于风力发电机组的额定功率和/或额定转速，控制力发电机组在常规工作模式下运行。
图6是示出根据本公开的实施例的风力发电机组的功率提升装置与主控制器、风力发电机控制拓扑图。在图6中，功率提升装置610被示出为主控制器600的一部分。然而，本公开不限于此，功率提升装置610可以是风力发电机组的主控制器自身，并且/或者可以是设置在风力发电机组中的任何专用控制器。
参照图6，风力发电机的主控制器600可包括功率提升装置610和处理器620(即，现有主控制器)。处理器620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***(SoC)、微处理器、专用集成电路(ASIC)等。
功率提升装置610可从风力发电机650获取用于计算风力发电机组的载荷冲击所需的运行参数和风参数f。如上所述，运行参数和风参数f可包括塔顶加速度、三支叶片的叶片力矩和湍流强度。可选择地，运行参数和风参数f可以是经过滤波的运行参数和风参数。另一方面，功率提升装置610还可从风力发电机650获取用于通过功率提升关系确定功率参考值和转速参考值所需的参数e，例如，参数e可包括预定时间段内的风速平均值或桨距角平均值。
功率提升装置610可计算用于功率提升的功率参考值a和转速参考值b，并将功率参考值a和转速参考值b提供给处理器620，以便处理器620执行功率提升操作。这里，功率参考值a和转速参考值b中的一个可以被替换为扭矩参考值。
处理器620可输出用于控制风力发电机650的运行的控制信号c，例如，控制信号c可包括叶片桨距角或者发电机扭矩。另一方面，处理620可从风力发电机650获取各种运行参数和风参数d，以监测风力发电机650的运行状态。如上所述，各种运行参数和风参数d可包括发电机转速、桨距角、塔顶加速度、三支叶片的叶片力矩和风速等。
图7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。
参照图7，根据本公开的实施例的控制器700包括处理器710和存储器720。如上所述，处理器710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***(SoC)、微处理器、专用集成电路(ASIC)等。存储器720可存储将由处理器710执行的计算机程序。存储器720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710执行存储器720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功率提升方法。
可选择地，控制器700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700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。
根据本公开的实施例的风力发电机组的功率提升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功率提升方法。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***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。
根据本公开的实施例，还可提供一种计算机程序产品。所述计算机程序产品可从通信网络下载和/或存储在计算机可读存储介质上，并且所述计算机程序产品可包括用于实现如上所述的风力发电机组的功率提升方法的程序代码指令。
根据本公开的实施例，还可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，可实现如上所述的风力发电机组的功率提升方法。
根据本公开的实施例的风力发电机组的功率提升方法和装置及风力发电机组，通过在风力发电机组承受的载荷过高的情况下禁用功率提升，能够使得功率提升策略在更大的风速范围内使用，这样一方面可以有效地提高风力发电机组的发电效率，一方面可以确保风力发电机组的电气部件不会由于过大的载荷而导致损毁。
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。

Claims (16)

1.一种风力发电机组的功率提升方法，其特征在于，所述功率提升方法包括：
获取所述风力发电机组的运行参数及其机位点的风参数，其中，所述运行参数和所述风参数均与风力发电机组承受的载荷相关；
基于所述运行参数和所述风参数，计算所述风力发电机组的载荷冲击；
响应于计算的载荷冲击满足预设条件，控制所述风力发电机组在功率提升模式下运行。
2.如权利要求1所述的功率提升方法，其特征在于，在所述风力发电机组以常规工作模式运行期间以及在所述风力发电机组以功率提升模式运行期间，获取所述风力发电机组的运行参数及其机位点的风参数。
3.如权利要求1或2所述的功率提升方法，其特征在于，响应于计算的载荷冲击不满足预设条件，基于所述风力发电机组的额定功率和/或额定转速，控制所述风力发电机组在常规工作模式下运行。
4.如权利要求1所述的功率提升方法，其特征在于，所述运行参数包括所述风力发电机组的塔顶加速度和三支叶片的叶片力矩，所述风参数包括湍流强度。
5.如权利要求4所述的功率提升方法，其特征在于，获取所述风力发电机组的运行参数及其机位点的风参数的步骤包括：
获取所述塔顶加速度、所述叶片力矩以及所述湍流强度，并对获取的所述塔顶加速度、所述叶片力矩以及所述湍流强度进行滤波。
6.如权利要求4所述的功率提升方法，其特征在于，基于所述运行参数和所述风参数，计算所述风力发电机组的载荷冲击的步骤包括：
通过对所述塔顶加速度进行非对称滤波，确定第一冲击分量；
通过对所述三支叶片的叶片力矩进行非对称滤波，确定第二冲击分量；
通过对所述湍流强度进行非对称滤波，确定第三冲击分量；
将第一冲击分量、第二冲击分量与第三冲击分量的加权和确定为所述载荷冲击。
7.如权利要求5所述的功率提升方法，其特征在于，通过对所述塔顶加速度进行非对称滤波，确定第一冲击分量的步骤包括：
根据第一时间因数计算预设期间前的塔顶加速度的非对称滤波的值所对应的第一结果，并将所述第一结果与当前的塔顶加速度的绝对值的最大值，确定为当前的第一冲击分量。
8.如权利要求5所述的功率提升方法，其特征在于，通过对所述三支叶片的叶片力矩进行非对称滤波，确定第二冲击分量的步骤包括：
根据第二时间因数计算预设期间前的所述三支叶片的叶片力矩的非对称滤波的值所对应的第二结果，并将所述第二结果与当前的三支叶片的叶片力矩的最大值的绝对值的最大值，确定为当前的第二冲击分量。
9.如权利要求5所述的功率提升方法，其特征在于，通过对所述湍流强度进行非对称滤波，确定第三冲击分量的步骤包括：
根据第三时间因数计算预设期间前的湍流强度的非对称滤波的值所对应的第三结果，并将所述第三结果与当前的湍流强度的最大值，确定为当前的第三冲击分量。
10.如权利要求1所述的功率提升方法，其特征在于，响应于计算的载荷冲击小于预设阈值，确定计算的载荷冲击满足预设条件，
其中，所述预设阈值小于所述风力发电机组的极限载荷。
11.如权利要求1所述的功率提升方法，其特征在于，响应于计算的载荷冲击满足预设条件，控制所述风力发电机组在功率提升模式下运行的步骤包括：
响应于计算的载荷冲击满足预设条件，通过预先确定的功率提升关系确定用于功率提升的功率参考值、转速参考值和扭矩参考值中的至少二者；
基于所述功率参考值、转速参考值和扭矩参考值中的至少二者，控制所述风力发电机组在功率提升模式下运行。
12.如权利要求10所述的功率提升方法，其特征在于，基于所述功率参考值、转速参考值和扭矩参考值中的至少二者，控制所述风力发电机组在功率提升模式下运行的步骤包括：
基于所述功率参考值、转速参考值和扭矩参考值中的至少二者，通过变桨机构调整风力发电机组的叶片桨距角或者通过转换器调整发电机扭矩来控制所述风力发电机组在功率提升模式下运行。
13.一种风力发电机组的功率提升装置，其特征在于，所述功率提升装置包括：
参数获取单元，被配置为：获取所述风力发电机组的运行参数及其机位点的风参数，其中，所述运行参数和所述风参数均与风力发电机组承受的载荷相关；
冲击计算单元，被配置为：基于所述运行参数和所述风参数，计算所述风力发电机组的载荷冲击；
控制单元，被配置为：响应于计算的载荷冲击满足预设条件，控制所述风力发电机组在功率提升模式下运行。
14.一种可从通信网络下载和/或存储在计算机可读存储介质上的计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品包括用于实现如权利要求1至12中任意一项所述的功率提升方法的程序代码指令。
15.一种计算装置，其特征在于，所述计算装置包括：
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12中任意一项所述的功率提升方法。
16.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括如权利要求15所述的计算装置。
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