CN103606964A - 一种风力发电机组及其实现低电压穿越保护的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明设计了一种风力发电机组及其实现低电压穿越保护的方法，包括连接在风力发电机组的能量出口处的机组信号跟踪系统及安装在箱式变压器的高压侧的电网信号跟踪系统，所述的机组信号跟踪系统及电网信号跟踪系统与PLC控制系统相连；所述的机组信号跟踪系统用于收集风电机组出口处的电能质量信息、分析风电机组的运行状态，并将电能质量信息及风电机组的运行状态信息反馈至PLC控制系统；所述的电网信号跟踪系统用以采集箱式变压器高压侧的电网信号、分析电网的运行状态，并将电网信号及电网的运行状态信息反馈至PLC控制系统；本发明可以适应电网波动较大地区的发电运行要求，同时可以很大程度的降低风机故障率。

Description

一种风力发电机组及其实现低电压穿越保护的方法
技术领域
本发明涉及一种风电机组及低电压穿越保护方法，尤其涉及一种带有信号跟踪系统的风力发电机组及用其实现低电压穿越保护的方法。
背景技术
随着化石能源的逐渐枯竭，人们迫切的需要开发清洁的可再生能源，风能便成为人们青睐的可再生能源之一。风力发电的原动力是风，是一种取之不尽、用之不竭、无需开采、无需运输、清洁环保的无污染，可循环利用的新能源。现如今随着大功率风电机组技术的不断完善，风力发电机向电网输送的电能已经在电网中占有举足轻重的比例。风电机组在电网中能否稳定的运行，对电网的安全有着重要的影响。
受经济发展因素的影响，许多风资源丰厚的地区，智能电网的建设仍然比较滞后，在这些特殊的地理环境下，电网会时常出现不规则的波动，所以需要大功率风力发电机组能够在各种情况下择机选择并入电网的时机，保证机组自身能够稳定的运行在电网中，同时可以向电网实时的输送必要的有功功率和无功功率。
对于一个健康的电网来说，其电压的正常波动范围应当在-90%到110%之间，其频率的正常运行范围应当在不超过2Hz的范围内波动，其不平衡度应小于5%。但是当电网处于不稳定状态时，电压的波动范围就会变为-60%到120%，频率最高会达到20Hz的浮动，不平衡度要远大于5%的临界值。
在正常的电网波动范围内，常规的风电机组都可以保证正常并网运行不出故障，但对于电网波动较为严重的地区，常规的风电机组将会出现并网瞬间机组自身的能量波动不能稳定运行，具体表现在：
1、由于电网波动过大导致机组不能正常向电网输送电能。
2、由于电网的波动速率过快导致机组变频系统的跟踪能力失效。
3、风力发电机组将会由于故障停机。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明设计了一种带有信号跟踪系统的风力发电机组，可以适应电网波动较大地区的发电运行要求，同时可以很大程度的降低风机故障率。
为了实现上述目的，本发明采用的方案为：
一种风力发电机组，包括双馈电机、箱式变压器及变压器；双馈电机通过定子与转子两路并联通道接入箱式变压器的低压侧，所述的定子通道串联定子断路器，所述的转子通道串联变流器与转子断路器，所述的箱式变压器的低压侧与两路并联通道的连接电缆上还装有断路器，箱式变压器的高压侧与电网相接，所述的变压器的高压侧接在所述的箱式变压器的低压侧与两路并联通道的连接电缆上，变压器的低压测连接PLC控制系统及其它控制系统；
所述的其它控制系统,包括大功率变流器、变桨系统、偏航系统、刹车系统、液压系统以及冷却系统。
所述的风力发电机组，还包括连接在风力发电机组的能量出口处的机组信号跟踪系统及安装在箱式变压器的高压侧的电网信号跟踪系统，所述的机组信号跟踪系统及电网信号跟踪系统与PLC控制系统相连；
所述的机组信号跟踪系统用于收集风电机组出口处的电能质量信息、分析风电机组的运行状态，并将电能质量信息及风电机组的运行状态信息反馈至PLC控制系统；
所述的电网信号跟踪系统用以采集箱式变压器高压侧的电网信号、分析电网的运行状态，并将电网信号及电网的运行状态信息反馈至PLC控制系统；
进一步的，所述的电网信号包括电压、电流及频率；
所述的PLC控制系统将机组信号跟踪系统及电网信号跟踪系统发送的电能质量信息及风电机组的运行状态信息及电网信号及电网的运行状态信息运算处理，发送控制信息至变流器，更改变流器的运行参数。
进一步的，所述的机组跟踪系统、电网跟踪系统、PLC控制系统及其它控制系统的供电电源采用直流稳压电源。
应用所述的风力发电机组实现低电压穿越保护的方法为：
1、风能通过叶轮传送能量至双馈电机，带动双馈电机的转子转动；
2、变流器对双馈电机励磁调节，使发电机定子侧产生与电网电压同幅值、同相位、同频率的电压；
3、机组跟踪监控系统的变流器失位监测任务启动，监测到失位信号后机组跟踪监控系统将失位信号反馈至PLC控制系统，PLC控制系统输出控制信息，取消发电机组此时的并网动作；
4、风电机组并网后，电网跟踪监控系统查询到电网波动，将波动信息反馈给PLC控制系统，PLC执行自我保护逻辑，切换变流器运行参数至特殊工况运行。
本发明的有益效果为：
本发明在风电机组中增加了机组信号跟踪系统，实时监控机组信号变化，使风电机组自适应择机并网时间，机组稳定地起机并网，不对变流器和双馈电机造成很大的冲击；增加了电网信号跟踪系统，实时跟踪电网变化，在电网出现波动的情况下，通过与PLC控制系统信息交互，改变变流器运行参数，始终保持风电机组稳定运行，降低机组的机械损耗。
此外，通过PLC控制系统，将机组各子系统进行综合控制，将持续独立供电系统引入机组信号跟踪系统与电网信号跟踪系统，加强了系统之间的信息交互能力，提供风电机组控制策略制定以庞大的数据基础，使得控制策略制定更为精准。
附图说明
本发明共有附图3幅：
图1为现有技术中的风电机组拓扑结构图；
图2为本发明的带有信号跟踪系统的风力发电机组的拓扑结构图；
图3为本发明的工作流程图。
具体实施方案
结合附图及具体实施方式对本发明进一步说明：
一种风力发电机组，包括双馈电机、箱式变压器及变压器；双馈电机通过定子与转子两路并联通道接入箱式变压器的低压侧，所述的定子通道串联定子断路器，所述的转子通道串联变流器与转子断路器，所述的箱式变压器的低压侧与两路并联通道的连接电缆上还装有断路器，箱式变压器的高压侧与电网相接，所述的变压器的高压侧接在所述的箱式变压器的低压侧与两路并联通道的连接电缆上，变压器的低压测连接PLC控制系统及其它控制系统；
所述的其它控制系统,包括大功率变流器、变桨系统、偏航系统、刹车系统、液压系统以及冷却系统。
所述的风力发电机组，还包括连接在风力发电机组的能量出口处的机组信号跟踪系统及安装在箱式变压器的高压侧的电网信号跟踪系统，所述的机组信号跟踪系统及电网信号跟踪系统与PLC控制系统相连；
所述的机组信号跟踪系统用于收集风电机组出口处的电能质量信息、分析风电机组的运行状态，并将电能质量信息及风电机组的运行状态信息反馈至PLC控制系统；
所述的电网信号跟踪系统用以采集箱式变压器高压侧的电网信号、分析电网的运行状态，并将电网信号及电网的运行状态信息反馈至PLC控制系统；
进一步的，所述的电网信号包括电压、电流及频率；
所述的PLC控制系统将机组信号跟踪系统及电网信号跟踪系统发送的电能质量信息及风电机组的运行状态信息及电网信号及电网的运行状态信息运算处理，发送控制信息至变流器。
进一步的，所述的机组跟踪系统、电网跟踪系统、PLC控制系统及其它控制系统的供电电源采用直流稳压电源。
应用所述的发电机组实现低电压穿越保护的方法为：
1、风能通过叶轮传送能量至双馈电机，带动双馈电机的转子转动；
2、变流器对双馈电机励磁调节，使发电机定子侧产生与电网电压同幅值、同相位、同频率的电压；
3、机组跟踪监控系统的变流器失位监测任务启动，监测到失位信号后机组跟踪监控系统将失位信号反馈至PLC控制系统，PLC控制系统输出控制信息，取消发电机组此时的并网动作；
4、风电机组并网后，电网跟踪监控系统查询到电网波动，将波动信息反馈给PLC控制系统，PLC执行自我保护逻辑，切换变流器运行参数至特殊工况运行。
风电机组控制程序设计：
（1）增加风电机组并网时的状态选择，当电网跟踪信号系统的反馈信号与机组跟踪信号系统的反馈信号与变流器自身测量信号存在误差时，就需要变流器进行参数选择，调整并网策略。
（2）增加风电机组波动工况下的状态机，当电网出现波动的时候，需要特定的状态机进行控制。
（3）对风电机组控制系统中的相关逻辑和参数进行优化，用来适应波动的电网，例如电网保护逻辑和参数、变流器保护逻辑和参数、功率控制逻辑和参数、变桨控制逻辑和参数以及整机保护参数等。

Claims (5)

1.一种风力发电机组，包括双馈电机、箱式变压器及变压器；
双馈电机通过定子与转子两路并联通道接入箱式变压器的低压侧，所述的定子通道串联定子断路器，所述的转子通道串联变流器与转子断路器，所述的箱式变压器的低压侧与两路并联通道的连接电缆上还装有断路器，箱式变压器的高压侧与电网相接，所述的变压器的高压侧接在所述的箱式变压器的低压侧与两路并联通道的连接电缆上，变压器的低压测连接PLC控制系统及其它控制系统；
所述的其它控制系统，包括大功率变流器、变桨系统、偏航系统、刹车系统、液压系统以及冷却系统；
其特征在于：还包括连接在风力发电机组的能量出口处的机组信号跟踪系统及安装在箱式变压器的高压侧的电网信号跟踪系统，所述的机组信号跟踪系统及电网信号跟踪系统与PLC控制系统相连；
所述的机组信号跟踪系统用于收集风电机组出口处的电能质量信息、分析风电机组的运行状态，并将电能质量信息及风电机组的运行状态信息反馈至PLC控制系统；
所述的电网信号跟踪系统用以采集箱式变压器高压侧的电网信号、分析电网的运行状态，并将电网信号及电网的运行状态信息反馈至PLC控制系统。
2.如权利要求1所述的一种风力发电机组，其特征在于：所述的PLC控制系统将机组信号跟踪系统及电网信号跟踪系统发送的电能质量信息及风电机组的运行状态信息及电网信号及电网的运行状态信息运算处理，发送控制信息至变流器，更改变流器的运行参数。
3.如权利要求1所述的一种风力发电机组，其特征在于：所述的机组跟踪系统、电网跟踪系统、PLC控制系统及其它控制系统的供电电源采用直流稳压电源。
4.如权利要求1或2所述的风力发电机组，其特征在于：所述的电网信号包括电压、电流及频率。
5.一种风力发电机组实现低电压穿越保护的方法，应用权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于包括如下步骤：
a、风能通过叶轮传送能量至双馈电机，带动双馈电机的转子转动；
b、变流器对双馈电机励磁调节，使发电机定子侧产生与电网电压同幅值、同相位、同频率的电压；
c、机组跟踪监控系统的变流器失位监测任务启动，监测到失位信号后机组跟踪监控系统将失位信号反馈至PLC控制系统，PLC控制系统输出控制信息，取消发电机组此时的并网动作；
d、风电机组并网后，电网跟踪监控系统查询到电网波动，将波动信息反馈给PLC控制系统，PLC执行自我保护逻辑，切换变流器运行参数至特殊工况运行。
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