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变速恒频风电机组惯性能量支撑控制方法及装置

阅读：449发布：2021-02-28

IPRDB可以提供变速恒频风电机组惯性能量支撑控制方法及装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本申请公开了一种变速恒频风电机组惯性能量控制方法、装置、设备及计算机可读存储介质，方法包括：根据机组的运行数据得到Cp-λ散点分布阵列；得到机组在惯性能量支撑过程中的Cp-λ曲线；根据Cp-λ曲线及机组在惯性能量支撑过程中的气动功率得到ΔEaero；计算机组在惯性能量支撑过程中的ΔEe和ΔEloss，并根据转速约束得到ΔEkic，且根据ΔEaero-ΔEe-ΔEloss-ΔEkic＝0得到机组在惯性能量支撑过程中的支撑时间；当机组的功率支撑时间达到支撑时间时，控制机组退出惯性能量支撑过程。本申请公开的上述技术方案，根据机组的实际运行情况来计算该机组在惯性能量支撑过程中的支撑时间，并根据支撑时间对该机组进行控制，以使得该机组能够发挥最大的支撑作用，从而达到较好的电网支撑效果，并防止机组意外停机。，下面是变速恒频风电机组惯性能量支撑控制方法及装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种变速恒频风电机组惯性能量控制方法，其特征在于，包括：

采集变速恒频风电机组在并网运行过程中的运行数据，根据所述运行数据得到Cp-λ散点分布阵列；其中，Cp为风能利用系数，λ为叶尖速比；

对局部区域中的所述Cp-λ散点分布阵列进行拟合，得到所述变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的Cp-λ曲线；

根据所述Cp-λ曲线及所述变速恒频风电机组在所述惯性能量支撑过程中的气动功率得到ΔEaero；其中，ΔEaero为叶轮吸收的风能；

计算所述变速恒频风电机组在所述惯性能量支撑过程中的ΔEe和ΔEloss，并根据转速约束得到ΔEkic，且根据ΔEaero-ΔEe-ΔEloss-ΔEkic＝0得到所述变速恒频风电机组在所述惯性能量支撑过程中的支撑时间；其中，ΔEe为所述变速恒频风电机组内除风能之外的能量转换成的输出电能，ΔEloss为机械和电气损耗，ΔEkic为惯性旋转动能；

当所述变速恒频风电机组在所述惯性能量支撑过程中的功率支撑时间达到所述支撑时间时，则控制所述变速恒频风电机组退出所述惯性能量支撑过程。

2.根据权利要求1所述的变速恒频风电机组惯性能量控制方法，其特征在于，根据所述Cp-λ曲线及所述变速恒频风电机组在所述惯性能量支撑过程中的气动功率得到ΔEaero，包括：根据所述Cp-λ曲线及得到：

其中，Paero为所述变速恒频风电机组在所述惯性能量支撑过程中的气动功率，ρ为空气密度，A为叶轮扫掠面积，V为通过叶轮的等效风速，β为桨距角，R为叶轮半径，Tspt为所述支撑时间，ωT为叶轮转速，ωT＝Gωg，G为齿轮箱速比，ωg为发电机转速，为所述变速恒频风电机组功率支撑终止状态时的叶轮转速，为所述变速恒频风电机组功率支撑起始状态时的叶轮转速。

3.根据权利要求2所述的变速恒频风电机组惯性能量控制方法，其特征在于，计算所述变速恒频风电机组在所述惯性能量支撑过程中的ΔEloss，包括：根据得到ΔEloss；

其中， η为发电效率。

4.根据权利要求3所述的变速恒频风电机组惯性能量控制方法，其特征在于，根据转速约束得到ΔEkic，包括：根据得到ΔEkic；

其中，J为转动惯量，ωg2为所述变速恒频风电机组功率支撑终止状态时的发电机转速，ωg1为所述变速恒频风电机组功率支撑起始状态时的发电机转速。

5.根据权利要求1至4任一项所述的变速恒频风电机组惯性能量控制方法，其特征在于，对局部区域中的所述Cp-λ散点分布阵列进行拟合，包括：利用最小二乘拟合对局部区域中的所述Cp-λ散点分布阵列进行拟合。

6.根据权利要求5所述的变速恒频风电机组惯性能量控制方法，其特征在于，利用最小二乘拟合对局部区域中的所述Cp-λ散点分布阵列进行拟合，包括：利用最小二乘拟合且选取二阶多项式对局部区域中的所述Cp-λ散点分布阵列进行拟合。

7.一种变速恒频风电机组惯性能量控制装置，其特征在于，包括：

采集模块，用于采集变速恒频风电机组在并网运行过程中的运行数据，根据所述运行数据得到Cp-λ散点分布阵列；其中，Cp为风能利用系数，λ为叶尖速比；

拟合模块，用于对局部区域中的所述Cp-λ散点分布阵列进行拟合，得到所述变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的Cp-λ曲线；

第一计算模块，用于根据所述Cp-λ曲线及所述变速恒频风电机组在所述惯性能量支撑过程中的气动功率得到ΔEaero；其中，ΔEaero为叶轮吸收的风能；

第二计算模块，用于计算所述变速恒频风电机组在所述惯性能量支撑过程中的ΔEe和ΔEloss，并根据转速约束得到ΔEkic，且根据ΔEaero-ΔEe-ΔEloss-ΔEkic＝0得到所述变速恒频风电机组在所述惯性能量支撑过程中的支撑时间；其中ΔEe为所述变速恒频风电机组内除风能之外的能量转换成的输出电能，ΔEloss为机械和电气损耗，ΔEkic为惯性旋转动能；

控制模块，用于当所述变速恒频风电机组在所述惯性能量支撑过程中的功率支撑时间达到所述支撑时间时，则控制所述变速恒频风电机组退出所述惯性能量支撑过程。

8.根据权利要求7所述的变速恒频风电机组惯性能量控制装置，其特征在于，所述第一计算模块包括：第一计算单元，用于根据所述Cp-λ曲线及得到：

9.一种变速恒频风电机组惯性能量控制设备，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述的变速恒频风电机组惯性能量控制方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的变速恒频风电机组惯性能量控制方法的步骤。

说明书全文

变速恒频风电机组惯性能量支撑控制方法及装置

技术领域

[0001] 本申请涉及风电机组控制技术领域，更具体地说，涉及一种变速恒频风电机组惯性能量支撑控制方法、装置、设备及计算机可读存储介质。

背景技术

[0002] 变速恒频风电机组的机械功率与电磁功率解耦、转子转速与电网频率解耦，因此，在电网频率波动时，无法表现出类似同步发电机的惯量特性，故当系统中风电接入比例增大、电网较弱时，势必会相对降低整个系统的总惯量和调频能力。为了更好地保证风电并网后系统的安全稳定运行，许多国家在其电网导则中已经对风电参与电力系统调频有了较为明确的要求和规定，其中，变速恒频风电机组提取惯性能量，参与系统频率的调节已成为一项重要而迫切的任务。

[0003] 变速恒频风电机组以变转速载荷的方式运行，其旋转动能随时变化，因而在电网频率波动时能提供的支撑能量也在时刻变化。目前，变速恒频风电机组的惯性能量支撑控制一般是通过附加转矩控制方式实现，具体为变速恒频风电机组在感受到频率波动时，以固定功率增量进行一定时间的支撑，其在整个过程中支撑的能量比较大，因此，对于电网频率稳定可以起到更好的作用。但是，目前在采用该种控制方法进行控制时，无法获知变速恒频风电机组能够支撑的惯性能量的多少，且不知变速恒频风电机组具体应该在何时退出惯性能量支撑这一过程，若退出过早，则会使变速恒频风电机组无法发挥最好的支撑性能，无法获得最好的电网支撑效果，若退出过晚，则会导致变速恒频风电机组意外停机。

[0004] 综上所述，如何对变速恒频风电机组惯性能量支撑过程进行控制，以达到较好的电网支撑效果，并防止变速恒频风电机组出现意外停机，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

[0005] 有鉴于此，本申请的目的是提供一种变速恒频风电机组惯性能量控制方法、装置、设备及计算机可读存储介质，用于对变速恒频风电机组惯性能量支撑过程进行控制，以达到较好的电网支撑效果，并防止变速恒频风电机组出现意外停机。

[0006] 为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

[0007] 一种变速恒频风电机组惯性能量控制方法，包括：

[0008] 采集变速恒频风电机组在并网运行过程中的运行数据，根据所述运行数据得到Cp-λ散点分布阵列；其中，Cp为风能利用系数，λ为叶尖速比；

[0009] 对局部区域中的所述Cp-λ散点分布阵列进行拟合，得到所述变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的Cp-λ曲线；

[0010] 根据所述Cp-λ曲线及所述变速恒频风电机组在所述惯性能量支撑过程中的气动功率得到ΔEaero；其中，ΔEaero为叶轮吸收的风能；

[0011] 计算所述变速恒频风电机组在所述惯性能量支撑过程中的ΔEe和ΔEloss，并根据转速约束得到ΔEkic，且根据ΔEaero-ΔEe-ΔEloss-ΔEkic＝0得到所述变速恒频风电机组在所述惯性能量支撑过程中的支撑时间；其中，ΔEe为所述变速恒频风电机组内除风能之外的能量转换成的输出电能，ΔEloss为机械和电气损耗，ΔEkic为惯性旋转动能；

[0012] 当所述变速恒频风电机组在所述惯性能量支撑过程中的功率支撑时间达到所述支撑时间时，则控制所述变速恒频风电机组退出所述惯性能量支撑过程。

[0013] 优选的，根据所述Cp-λ曲线及所述变速恒频风电机组在所述惯性能量支撑过程中的气动功率得到ΔEaero，包括：

[0014] 根据所述Cp-λ曲线及得到：

[0015]

[0016] 其中，Paero为所述变速恒频风电机组在所述惯性能量支撑过程中的气动功率，ρ为空气密度，A为叶轮扫掠面积，V为通过叶轮的等效风速，β为桨距角，R为叶轮半径，Tspt为所述支撑时间，ωT为叶轮转速，ωT＝Gωg，G为齿轮箱速比，ωg为发电机转速，为所述变速恒频风电机组功率支撑终止状态时的叶轮转速，为所述变速恒频风电机组功率支撑起始状态时的叶轮转速。

[0017] 优选的，计算所述变速恒频风电机组在所述惯性能量支撑过程中的ΔEloss，包括：

[0018] 根据得到ΔEloss；

[0019] 其中， η为发电效率。

[0020] 优选的，根据转速约束得到ΔEkic，包括：

[0021] 根据得到ΔEkic；

[0022] 其中，J为转动惯量，ωg2为所述变速恒频风电机组功率支撑终止状态时的发电机转速，ωg1为所述变速恒频风电机组功率支撑起始状态时的发电机转速。

[0023] 优选的，对局部区域中的所述Cp-λ散点分布阵列进行拟合，包括：

[0024] 利用最小二乘拟合对局部区域中的所述Cp-λ散点分布阵列进行拟合。

[0025] 优选的，利用最小二乘拟合对局部区域中的所述Cp-λ散点分布阵列进行拟合，包括：

[0026] 利用最小二乘拟合且选取二阶多项式对局部区域中的所述Cp-λ散点分布阵列进行拟合。

[0027] 一种变速恒频风电机组惯性能量控制装置，包括：

[0028] 采集模块，用于采集变速恒频风电机组在并网运行过程中的运行数据，根据所述运行数据得到Cp-λ散点分布阵列；其中，Cp为风能利用系数，λ为叶尖速比；

[0029] 拟合模块，用于对局部区域中的所述Cp-λ散点分布阵列进行拟合，得到所述变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的Cp-λ曲线；

[0030] 第一计算模块，用于根据所述Cp-λ曲线及所述变速恒频风电机组在所述惯性能量支撑过程中的气动功率得到ΔEaero；其中，ΔEaero为叶轮吸收的风能；

[0031] 第二计算模块，用于计算所述变速恒频风电机组在所述惯性能量支撑过程中的ΔEe和ΔEloss，并根据转速约束得到ΔEkic，且根据ΔEaero-ΔEe-ΔEloss-ΔEkic＝0得到所述变速恒频风电机组在所述惯性能量支撑过程中的支撑时间；其中，ΔEe为所述变速恒频风电机组内除风能之外的能量转换成的输出电能，ΔEloss为机械和电气损耗，ΔEkic为惯性旋转动能；

[0032] 控制模块，用于当所述变速恒频风电机组在所述惯性能量支撑过程中的功率支撑时间达到所述支撑时间时，则控制所述变速恒频风电机组退出所述惯性能量支撑过程。

[0033] 优选的，所述第一计算模块包括：

[0034] 第一计算单元，用于根据所述Cp-λ曲线及得到：

[0035]

[0036] 其中，Paero为所述变速恒频风电机组在所述惯性能量支撑过程中的气动功率，ρ为空气密度，A为叶轮扫掠面积，V为通过叶轮的等效风速，β为桨距角，R为叶轮半径，Tspt为所述支撑时间，ωT为叶轮转速，ωT＝Gωg，G为齿轮箱速比，ωg为发电机转速，为所述变速恒频风电机组功率支撑终止状态时的叶轮转速，为所述变速恒频风电机组功率支撑起始状态时的叶轮转速。

[0037] 一种变速恒频风电机组惯性能量控制设备，包括：

[0038] 存储器，用于存储计算机程序；

[0039] 处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述任一项所述的变速恒频风电机组惯性能量控制方法的步骤。

[0040] 一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述的变速恒频风电机组惯性能量控制方法的步骤。

[0041] 本申请提供了一种变速恒频风电机组惯性能量控制方法、装置、设备及计算机可读存储介质，其中，该方法包括：采集变速恒频风电机组在并网运行过程中的运行数据，根据运行数据得到Cp-λ散点分布阵列；其中，Cp为风能利用系数，λ为叶尖速比；对局部区域中的Cp-λ散点分布阵列进行拟合，得到变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的Cp-λ曲线；根据Cp-λ曲线及变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的气动功率得到ΔEaero；其中，ΔEaero为叶轮吸收的风能；计算变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的ΔEe和ΔEloss，并根据转速约束得到ΔEkic，且根据ΔEaero-ΔEe-ΔEloss-ΔEkic＝0得到变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的支撑时间；其中，ΔEe为变速恒频风电机组内除风能之外的能量转换成的输出电能，ΔEloss为机械和电气损耗，ΔEkic为惯性旋转动能；当变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的功率支撑时间达到支撑时间时，则控制变速恒频风电机组退出惯性能量支撑过程。

[0042] 本申请公开的上述技术方案，采集变速恒频风电机组在并网运行过程中的运行数据，并根据运行数据得到Cp-λ散点分布阵列，并通过Cp-λ散点分布阵列得到变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的Cp-λ曲线，然后，利用Cp-λ曲线及变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的气动功率得到叶轮吸收的风能ΔEaero，且计算变速恒频风电机组在所述惯性能量支撑过程中的ΔEe和ΔEloss，并根据转速约束得到ΔEkic，然后，根据ΔEaero-ΔEe-ΔEloss-ΔEkic＝0得到变速恒频风电机组在所述惯性能量支撑过程中的支撑时间，并根据支撑时间对变速恒频风电机组惯性能量支撑过程进行控制，即实现根据变速恒频风电机组的实际运行情况来计算得到该变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的支撑时间，并根据所计算出的支撑时间对该变速恒频风电机组进行控制，以使得变速恒频风电机组能够发挥最大的支撑作用，从而达到较好的电网支撑效果，并防止变速恒频风电机组出现意外停机。

附图说明

[0043] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

[0044] 图1为本申请实施例提供的一种变速恒频风电机组惯性能量控制方法的流程图；

[0045] 图2为本申请实施例提供的变速恒频风电机组惯性能量支撑过程的工作过程示意图；

[0046] 图3为本申请实施例提供的惯性能量支撑调节曲线的选择示意图；

[0047] 图4为本申请实施例提供的惯性能量支撑测试效果-功率曲线图；

[0048] 图5为本申请实施例提供的惯性能量支撑测试效果-转速曲线图；

[0049] 图6为本申请实施例提供的Cp-λ曲线拟合结果示意图；

[0050] 图7为本申请实施例提供的一种变速恒频风电机组惯性能量控制装置的结构示意图；

[0051] 图8为本申请实施例提供的一种变速恒频风电机组惯性能量控制设备的结构示意图。

具体实施方式

[0052] 下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

[0053] 参见图1至图5，其中，图1示出了本申请实施例提供的一种变速恒频风电机组惯性能量控制方法的流程图，图2示出了本申请实施例提供的变速恒频风电机组惯性能量支撑过程的工作过程示意图，图3示出了本申请实施例提供的惯性能量支撑调节曲线的选择示意图，图4示出了本申请实施例提供的惯性能量支撑测试效果-功率曲线图，图5示出了本申请实施例提供的惯性能量支撑测试效果-转速曲线图。本申请实施例提供的一种变速恒频风电机组惯性能量控制方法，可以包括：

[0054] S11：采集变速恒频风电机组在并网运行过程中的运行数据，根据运行数据得到Cp-λ散点分布阵列。

[0055] 其中，Cp为风能利用系数，λ为叶尖速比。

[0056] 在变速恒频风电机组并网运行时，可以实时采集变速恒频风电机组的运行数据，其中，该运行数据包括但不限于变速恒频风电机组输出功率、空气密度、叶轮转速、风速的秒级数据等，然后，可以根据变速恒频风电机组的运行数据推导其的空气动力学特性关系，具体地，可以根据所采集到的运行数据及变速恒频风电机组本身的特性参数得到Cp-λ散点分布阵列，在Cp-λ散点分布阵列中每个Cp-λ散点具体为：

[0057]

[0058] 其中，Cp为风能利用系数，λ为叶尖速比，Ploss为损耗功率，Pe为发电功率，ρ为空气密度，A为叶轮扫掠面积，V为通过叶轮的等效风速，ωT为叶轮转速，R为叶轮半径。

[0059] S12：对局部区域中的Cp-λ散点分布阵列进行拟合，得到变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的Cp-λ曲线。

[0060] 在得到Cp-λ散点分布阵列之后，可以对局部区域(具体为与变速恒频风电机组做惯性能量支撑相对应的区域)中的Cp-λ散点分布阵列进行拟合，并通过拟合得到变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的Cp-λ曲线。

[0061] S13：根据Cp-λ曲线及变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的气动功率得到ΔEaero。

[0062] 其中，ΔEaero为叶轮吸收的风能。

[0063] 然后，根据拟合得到的Cp-λ曲线及变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的气动功率得到其中，ΔEaero为叶轮吸收的风能，CP(β,λ)为风能利用系数，β为桨距角，Tspt为支撑时间。

[0064] 上述过程即是将对变速恒频风电机组的气动性能产生影响的地形、气流、温度、湿度、老化程度等多方面的因素考虑在内，以得到变速恒频风电机组的运行数据，并将变速恒频风电机组的运行数据参与到叶轮吸收的风能计算中，从而使其参与到变速恒频风电机组惯性能量支撑过程中，以最终提高支撑时间计算的准确性。

[0065] S14：计算变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的ΔEe和ΔEloss，并根据转速约束得到ΔEkic，且根据ΔEaero-ΔEe-ΔEloss-ΔEkic＝0得到变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的支撑时间。

[0066] 其中，ΔEe为变速恒频风电机组内除风能之外的能量转换成的输出电能，ΔEloss为机械和电气损耗，ΔEkic为惯性旋转动能。

[0067] 同时，计算变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的ΔEe和ΔEloss，并根据转速约束得到ΔEkic。在整个惯性能量支撑过程中，ΔEaero、ΔEe、ΔEloss和ΔEkic满足动态能量平衡关系ΔEaero-ΔEe-ΔEloss-ΔEkic＝0，而且由于则可以根据动态能量平衡关系得到变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的支撑时间：
其中，ΔEe为变速恒频风电机组内除风能之外的能量转换成的
输出电能，Pspt为支撑功率，ΔEloss为机械和电气损耗，ΔEkic为惯性旋转动能。

[0068] 需要说明的是，上述所提及的转速约束条件是由实际采集到的叶轮转速的最大值而确定的，以便于计算出风速恒频风电机组在每一运行时刻可进行功率支撑的最大惯性旋转动能(即ΔEkic)，并使该惯性旋转动能参与到惯性能量支撑过程中，以便于确定变速恒频风电机组实现最大化能量支撑效果的支撑时间，从而使得变速恒频风电机组可以发挥最大的支撑作用。

[0069] S15：当变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的功率支撑时间达到支撑时间时，则控制变速恒频风电机组退出惯性能量支撑过程。

[0070] 结合图2可知，当系统频率发生突降时，变速恒频风电机组会超额发出固定电功率支持电网，当变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的功率支撑时间达到支撑时间Tspt时，则控制变速恒频风电机组退出惯性能量支撑过程，以使得变速恒频风电机组可以在正确的时间退出惯性能量支撑这一过程，从而使得变速恒频风电机组可以发挥最大的支撑作用，达到较好的电网支撑效果，并防止变速恒频风电机组出现意外停机，从而提高变速恒频风电机组运行的可靠性。

[0071] 具体地，结合图2可知，在经过Tspt(即图2中从点2运动至点3)后，转速下降，继而输出功率下降，使得变速恒频风电机组重新加速，回调到原有状态。

[0072] 本申请公开的上述技术方案，采集变速恒频风电机组在并网运行过程中的运行数据，并根据运行数据得到Cp-λ散点分布阵列，并通过Cp-λ散点分布阵列得到变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的Cp-λ曲线，然后，利用Cp-λ曲线及变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的气动功率得到叶轮吸收的风能ΔEaero，且计算变速恒频风电机组在所述惯性能量支撑过程中的ΔEe和ΔEloss，并根据转速约束得到ΔEkic，然后，根据ΔEaero-ΔEe-ΔEloss-ΔEkic＝0得到变速恒频风电机组在所述惯性能量支撑过程中的支撑时间，并根据支撑时间对变速恒频风电机组惯性能量支撑过程进行控制，即实现根据变速恒频风电机组的实际运行情况来计算得到该变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的支撑时间，并根据所计算出的支撑时间对该变速恒频风电机组进行控制，以使得变速恒频风电机组能够发挥最大的支撑作用，从而达到较好的电网支撑效果，并防止变速恒频风电机组出现意外停机。

[0073] 本申请实施例提供的一种变速恒频风电机组惯性能量控制方法，根据Cp-λ曲线及变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的气动功率得到ΔEaero，可以包括：

[0074] 根据Cp-λ曲线及得到：

[0075]

[0076] 其中，Paero为变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的气动功率，ρ为空气密度，A为叶轮扫掠面积，V为通过叶轮的等效风速，β为桨距角，R为叶轮半径，Tspt为支撑时间，ωT为叶轮转速，ωT＝Gωg，G为齿轮箱速比，ωg为发电机转速，为变速恒频风电机组功率支撑终止状态时的叶轮转速，为变速恒频风电机组功率支撑起始状态时的叶轮转速。

[0077] 根据Cp-λ曲线及变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的气动功率得到ΔEaero的具体过程为：

[0078] 在惯性能量支撑过程中，可以认为风速保持不变，则：

[0079]

[0080] 同时，由于变速恒频风电机组在变速运行段不存在β变化对CP(β,λ)的影响，且由于CP(β,λ)连续变化，则可以近似对Cp-λ曲线中的CP进行二阶泰勒级数展开：

[0081]

[0082] 进而

[0083]

[0084]

[0085] 将使(3)和式(4)带入式(1)，同时近似认为在进行惯性能量支撑过程中转速线性下降，那么最终可得

[0086]

[0087] 其中，ωT＝Gωg，G为齿轮箱速比，ωg为发电机转速，为变速恒频风电机组功率支撑终止状态时的叶轮转速，为变速恒频风电机组功率支撑起始状态时的叶轮转速。

[0088] 本申请实施例提供的一种变速恒频风电机组惯性能量控制方法，计算变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的ΔEloss，可以包括：

[0089] 根据得到ΔEloss；

[0090] 其中， η为发电效率。

[0091] 可以根据得到ΔEloss，其中，η为发电效率，以提高ΔEloss计算的便利性。

[0092] 本申请实施例提供的一种变速恒频风电机组惯性能量控制方法，根据转速约束得到ΔEkic，可以包括：

[0093] 根据得到ΔEkic；

[0094] 其中，J为转动惯量，ωg2为变速恒频风电机组功率支撑终止状态时的发电机转速，ωg1为变速恒频风电机组功率支撑起始状态时的发电机转速。

[0095] 在根据转速约束得到ΔEkic时，具体可以利用得到ΔEkic，其中，J为转动惯量，ωg2为变速恒频风电机组功率支撑终止状态时的发电机转速，ωg1为变速恒频风电机组功率支撑起始状态时的发电机转速，以便于根据变速恒频风电机组在惯性能量支撑起始点的转速得到变速恒频风电机组的惯性旋转动能。

[0096] 本申请实施例提供的一种变速恒频风电机组惯性能量控制方法，对局部区域中的Cp-λ散点分布阵列进行拟合，可以包括：

[0097] 利用最小二乘拟合对局部区域中的Cp-λ散点分布阵列进行拟合。

[0098] 在对局部区域中的Cp-λ散点分布阵列进行拟合时，可以利用最小二乘拟合对局部区域中的Cp-λ散点分布阵列进行拟合，其具有简单、便于计算等特点。

[0099] 具体地，可以设定Cp-λ散点分布阵列在上述局部区域中的关系为f(x)＝a0+a1x+a2x2+…+aixi+Λ，为了使拟合出的Cp-λ曲线能够尽量反映所给数据的变化取值，则要求所有数据点上的残差|δi|＝|f(xi)-yi|都较小，其中，f(xi)为xi对应的拟合值，yi为xi对应的实际值。为了达到该目标，可以令残差的平方和最小，即：

[0100]

[0101] 通过上述关系得到参数估计值a0、a1、a2…ai，最终获取到Cp-λ曲线及其对应的多项式。

[0102] 本申请实施例提供的一种变速恒频风电机组惯性能量控制方法，利用最小二乘拟合对局部区域中的Cp-λ散点分布阵列进行拟合，可以包括：

[0103] 利用最小二乘拟合且选取二阶多项式对局部区域中的Cp-λ散点分布阵列进行拟合。

[0104] 在利用最小二乘拟合对局部区域中的Cp-λ散点分布阵列进行拟合时，为了简化计算过程，则可以取二阶多项式进行拟合，对应结果可以参见图6，其示出了本申请实施例提供的Cp-λ曲线拟合结果示意图，当然，也可以采用三阶多项式等对Cp-λ散点分布阵列进行拟合，本申请对多项式项数不做任何限定。

[0105] 本申请实施例还提供了一种变速恒频风电机组惯性能量控制装置，参见图7，其示出了本申请实施例提供的一种变速恒频风电机组惯性能量控制装置的结构示意图，可以包括：

[0106] 采集模块71，用于采集变速恒频风电机组在并网运行过程中的运行数据，根据运行数据得到Cp-λ散点分布阵列；其中，Cp为风能利用系数，λ为叶尖速比；

[0107] 拟合模块72，用于对局部区域中的Cp-λ散点分布阵列进行拟合，得到变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的Cp-λ曲线；

[0108] 第一计算模块73，用于根据Cp-λ曲线及变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的气动功率得到ΔEaero；其中，ΔEaero为叶轮吸收的风能；

[0109] 第二计算模块74，用于计算变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的ΔEe和ΔEloss，并根据转速约束得到ΔEkic，且根据ΔEaero-ΔEe-ΔEloss-ΔEkic＝0得到变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的支撑时间；其中，ΔEe为变速恒频风电机组内除风能之外的能量转换成的输出电能，ΔEloss为机械和电气损耗，ΔEkic为惯性旋转动能；

[0110] 控制模块75，用于当变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的功率支撑时间达到支撑时间时，则控制变速恒频风电机组退出惯性能量支撑过程。

[0111] 本申请实施例提供的一种变速恒频风电机组惯性能量控制装置，第一计算模块73可以包括：

[0112] 第一计算单元，用于根据Cp-λ曲线及得到：

[0113]

[0114] 其中，Paero为变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的气动功率，ρ为空气密度，A为叶轮扫掠面积，V为通过叶轮的等效风速，β为桨距角，R为叶轮半径，ωT为叶轮转速，Tspt为支撑时间，ωT＝Gωg，G为齿轮箱速比，ωg为发电机转速，为变速恒频风电机组功率支撑终止状态时的叶轮转速，为变速恒频风电机组功率支撑起始状态时的叶轮转速。

[0115] 本申请实施例提供的一种变速恒频风电机组惯性能量控制装置，第二计算模块74可以包括：

[0116] 第二计算单元，用于根据得到ΔEloss；

[0117] 其中， η为发电效率。

[0118] 本申请实施例提供的一种变速恒频风电机组惯性能量控制装置，第二计算模块74可以包括：

[0119] 第三计算单元，用于根据得到ΔEkic；

[0120] 其中，J为转动惯量，ωg2为变速恒频风电机组功率支撑终止状态时的发电机转速，ωg1为变速恒频风电机组功率支撑起始状态时的发电机转速。

[0121] 本申请实施例提供的一种变速恒频风电机组惯性能量控制装置，拟合模块72可以包括：

[0122] 拟合单元，用于利用最小二乘拟合对Cp-λ散点分布阵列进行拟合。

[0123] 本申请实施例提供的一种变速恒频风电机组惯性能量控制装置，拟合单元可以包括：

[0124] 拟合子单元，用于利用最小二乘拟合且选取二阶多项式对Cp-λ散点分布阵列进行拟合。

[0125] 本申请实施例还提供了一种变速恒频风电机组惯性能量控制设备，参见图8，其示出了本申请实施例提供的一种变速恒频风电机组惯性能量控制设备的结构示意图，可以包括：

[0126] 存储器81，用于存储计算机程序；

[0127] 处理器82，用于执行存储器81存储的计算机程序时可实现如下步骤：

[0128] 采集变速恒频风电机组在并网运行过程中的运行数据，根据运行数据得到Cp-λ散点分布阵列；其中，Cp为风能利用系数，λ为叶尖速比；对局部区域中的Cp-λ散点分布阵列进行拟合，得到变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的Cp-λ曲线；根据Cp-λ曲线及变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的气动功率得到ΔEaero；其中，ΔEaero为叶轮吸收的风能；计算变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的ΔEe和ΔEloss，并根据转速约束得到ΔEkic，且根据ΔEaero-ΔEe-ΔEloss-ΔEkic＝0得到变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的支撑时间；其中，ΔEe为变速恒频风电机组内除风能之外的能量转换成的输出电能，ΔEloss为机械和电气损耗，ΔEkic为惯性旋转动能；当变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的功率支撑时间达到支撑时间时，则控制变速恒频风电机组退出惯性能量支撑过程。

[0129] 本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时可实现如下步骤：

[0130] 采集变速恒频风电机组在并网运行过程中的运行数据，根据运行数据得到Cp-λ散点分布阵列；其中，Cp为风能利用系数，λ为叶尖速比；对局部区域中的Cp-λ散点分布阵列进行拟合，得到变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的Cp-λ曲线；根据Cp-λ曲线及变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的气动功率得到ΔEaero；其中，ΔEaero为叶轮吸收的风能；计算变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的ΔEe和ΔEloss，并根据转速约束得到ΔEkic，且根据ΔEaero-ΔEe-ΔEloss-ΔEkic＝0得到变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的支撑时间；其中，ΔEe为变速恒频风电机组内除风能之外的能量转换成的输出电能，ΔEloss为机械和电气损耗，ΔEkic为惯性旋转动能；当变速恒频风电机组在惯性能量支撑过程中的功率支撑时间达到支撑时间时，则控制变速恒频风电机组退出惯性能量支撑过程。

[0131] 该计算机可读存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

[0132] 本申请实施例提供的一种变速恒频风电机组惯性能量控制装置、设备及计算机可读存储介质中相关部分的说明可以参见本申请实施例提供的一种变速恒频风电机组惯性能量控制方法中对应部分的详细说明，在此不再赘述。

[0133] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。

[0134] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种实时监测风电机组运行时的风能利用偏差的方法-专利编号CN103696913B	2020-05-11	838
一种风力发电机组最大风能捕获的变桨控制方法及装置-专利编号CN104696161B	2020-05-12	1037
用于风力发电机组的故障检测方法及装置-专利编号CN105508149A	2020-05-14	327
一种风力发电机组的最大功率点跟踪方法-专利编号CN101272121B	2020-05-13	763
一种基于β锥角的风力机叶素动量修正方法-专利编号CN106762409B	2020-05-13	468
用于风力发电机组的故障检测方法及装置-专利编号CN105508149B	2020-05-12	346
一种风力发电机组最大风能捕获的变桨控制方法及装置-专利编号CN104696161A	2020-05-15	827
一种实时监测风电机组运行时的风能利用偏差的方法-专利编号CN103696913A	2020-05-11	220
一种风力发电机组的最大功率点跟踪方法-专利编号CN101272121A	2020-05-15	610
一种无风速传感器风电机组功率追踪方法-专利编号CN109356799A	2020-05-14	1006

变速恒频风电机组惯性能量支撑控制方法及装置

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