发明内容
为了满足现有技术的需要,本发明提供了一种双馈风力发电机组的参数检测方法,包括:
步骤1:将试验双馈风电机组接入电网发电,通过录波设备采集双馈风力发电机组的电压信号,电流环将双馈风力发电机组的电流信号转换为电压值;
步骤2:通过风电机组的主控制器采集风向、风速、桨距角、发电机转速、发电机转矩和主控低压穿越信号;通过变流器控制器采集变流器低压穿越信号、变流器Chopper动作信号和变流器Crowbar动作信号;以及
步骤3:依据所述电流信号和所述电压信号获取双馈风力发电机的等效参数和低电压穿越响应延时时间。
优选的,所述步骤3中获取所述等效参数包括:
步骤3-1:构建双馈风力发电机的等效电路模型;
步骤3-2:依据双馈风力发电机的等效参数的铭牌值计算所述等效参数的初始值,包括定子电阻初始值Rs0、转子电阻初始值Rr0、定子漏感初始值Ls0、转子漏感初始值Lr0和定转子互感初始值Lm0;
步骤3-3:基于所述等效电路模型和等效参数的初始值,采用迭代最小二乘法获取所述等效参数的值;
优选的,所述等效电路模型包括依次连接于定子电压源正端与转子电压源正端之间的定子电阻Rs、定子漏感Ls、转子漏感Lr和转子电阻Rr;定转子互感Lm的一端连接于定子漏感Ls与转子漏感Lr的连接点,另一端分别与定子电压源负端和转子电压源负端相连;
优选的,依据所述等效电路模型获取双馈风力发电机的迭代最小二乘法参数方程为:Y(N)=φ(N)θ(N),所述N时刻等效参数的值为使得所述Y(N)趋于零的值;
其中, Us(N)为N时刻的定子电压,Ur(N)为N时刻的转子电压,Is(N)为N时刻的定子电流,Ir(N)为N时刻的转子电流;
E(N)为N时刻的定转子互感的磁动势;
优选的,通过数据矫正法获得Y(N)在不同时刻的最小值:min{Y(N)}=(φ(N)-ε(N))θ(N);其中,ε(N)为φ(N)的矫正函数; Rsd(N)、Lsd(N)、Rrd(N)、Lrd(N)和Lmd(N)为等效参数的当前矫正值;
N+1时刻的矫正函数φN+1(N+1)=φN(N+1)-εN(N+1);
优选的,所述低电压穿越响应延时时间包括变流器故障判断延时TF、变流器与主控制器的通信延时Tcom、变桨系统动作延时Tpit、Crowbar投入的判断延时Tcro、无功功率低穿控制延时TQ和有功功率低穿控制延时TP;
优选的,所述变流器故障判断延时TF为自电网故障发生时刻tF至变流器向主控制器发出低穿信号SLVRTcon时刻tLVRTcon的时间差值;其中,tF为发电机定子电压方均根值小于额定值90%时的时间值,tLVRTcon为SLVRTcon信号的上升沿的时间值;
所述变流器与主控制器的通信延时Tcom为tLVRTcon时刻至主控制器发出低穿信号SLVRT时刻tLVRT的时间差值;其中,tLVRT为SLVRT信号的上升沿的时间值;
所述变桨系统动作延时Tpit为tLVRT时刻至变桨控制系统动作时刻tpit的时间差值;其中,tpit为桨距角的角度变化的时间值;
所述Crowbar投入的判断延时Tcro为tLVRTcon时刻至Crowbar动作时刻tcro的时间差值;其中,tcro为Crowbar动作信号Scho的上升沿的时间值;
所述无功功率低穿控制延TQ为tLVRTcon时刻至风电机组发出低穿额定无功功率时刻tQ的时间差值;其中,tQ为低穿过程中无功功率值进入并维持在无功功率平均值的±10%区间内的时间值;
所述有功功率低穿控制延时TP为tLVRTcon时刻至风电机组发出低穿额定有功功率时刻tP的时间差值;其中,tP为低穿过程中有功功率值进入并维持在有功功率平均值的±10%区间内的时间值。
与最接近的现有技术相比,本发明的优异效果是:
1、本发明技术方案中,基于等效电路模型和等效参数的离线辨识值,采用迭代最小二乘法对离线辨识结果进行在线校正,既保证了辨识参数的准确性又显著提高了其运算效率;
2、本发明技术方案中,采用线性数据矫正法获得Y(N)在不同时刻的最小值,基于线性计算方法能够保证迭代计算的收敛性和计算速度;
3、本发明提供的一种双馈风力发电机组的参数检测方法,避免了由部分器件组成的实验平台所带来的误差,能够反映双馈风电机组与电网的交互影响;涵盖关键参数全面、测量方法可操作性强,简单易行;
4、本发明提供的一种双馈风力发电机组的参数检测方法,结合风电机组实际控制策略和运行模式,对低电压穿越的动作响应进一步详细分类和系统总结为六类,可使风电机组低电压穿越性能分析和优化更有针对性,并为基于检测数据的仿真模型建模提供数据支撑。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
图1示出了双馈风力发电机组接入电网后连接示意图,其中双馈风力发电机的定子端接入电网,转子端通过变流器与电网相连,变流器控制器与风电机组的主控制器相连。本实施例中双馈风力发电机组的关键参数包括直采参数和非直采参数;
直采参数是指直接由录波设备采集获得的参数,如下表所示:
1 |
发电机定子电压(A相) |
UsA |
V |
2 |
发电机定子电压(B相) |
UsB |
V |
3 |
发电机定子电压(C相) |
UsC |
V |
4 |
发电机定子电流(A相) |
IsA |
A |
5 |
发电机定子电流(B相) |
IsB |
A |
6 |
发电机定子电流(C相) |
IsC |
A |
7 |
发电机转子电压(A相) |
UrA |
V |
8 |
发电机转子电压(B相) |
UrB |
V |
9 |
发电机转子电压(C相) |
UrC |
V |
10 |
发电机转子电流(A相) |
IrA |
A |
11 |
发电机转子电流(B相) |
IrB |
A |
12 |
发电机转子电流(C相) |
IrC |
A |
13 |
变流器Crowbar电流(A相) |
IcroA |
A |
14 |
变流器Crowbar电流(B相) |
I
croB
|
A |
15 |
变流器Crowbar电流(C相) |
IcroC |
A |
16 |
变流器直流母线电压 |
UDC |
V |
17 |
变流器网侧电流(A相) |
IconA |
A |
18 |
变流器网侧电流(B相) |
IconB |
A |
19 |
变流器网侧电流(C相) |
IconC |
A |
20 |
风电机组端口电流(A相) |
IgA |
A |
21 |
风电机组端口电流(B相) |
IgB |
A |
22 |
风电机组端口电流(C相) |
IgC |
A |
非直采参数是通过风电机组的主控制器、变流器或其他设备采集后再传输给录波设备的参数,以及通过参数辨识法获得的参数,如下表所示:
1 |
风向 |
Dwind |
° |
2 |
风速 |
vwind |
m/s |
3 |
桨距角(A叶片) |
∠A |
° |
4 |
桨距角(B叶片) |
∠B |
° |
5 |
桨距角(C叶片) |
∠C |
° |
6 |
发电机转速 |
nr |
r/s |
7 |
发电机转矩 |
Tr |
Nm |
8 |
主控低电压穿越信号 |
sLVRT |
/ |
9 |
变流器低电压穿越信号 |
sLVRTcon |
/ |
10 |
变流器Chopper动作信号 |
scho |
/ |
11 |
变流器Crowbar动作信号 |
scro |
/ |
12 |
发电机定子电阻 |
Rs |
Ω |
13 |
发电机转子电阻 |
Rr |
Ω |
14 |
发电机定子漏感 |
Ls |
H |
15 |
发电机转子漏感 |
Lr |
H |
16 |
发电机定转子互感 |
Lm |
H |
17 |
变流器故障判断延时 |
tF |
ms |
18 |
变流器与主控通信延时 |
tcom |
ms |
19 |
变桨系统动作延时 |
tpit |
ms |
20 |
Crowbar投入判断延时 |
tcro |
ms |
21 |
无功功率低穿控制延时 |
tQ |
ms |
22 |
有功功率低穿控制延时 |
tP |
ms |
其中,对上述关键参数进行测量时,录波设备采用采用频率大于5kHz的设备;若被测量参数的数量超出单台录波设备的总测量数量必须同时使用多台录波设备时,对多台录波设备进行时间同步设置。不同关键参数的测量设备的选取,基于不同关键参数的数值变化范围,以保证测量的安全性和准确性;关键参数的测量位置选取基于双馈风力发电机组的实际情况确定。
本发明提供的一种双馈风力发电机组的参数检测方法,在进行参数测量操作的时,需要记录双馈风力发电机组的GPS坐标、海拔高度和实验照片等。实验照片包括整机照片、各个测量位置接线照片、各个主要部件铭牌,如双馈风力发电机、齿轮箱、叶片、变桨控制器、变频器和风电机组的主控制器等;具体步骤为:
(1)直采参数中电压信号,由测量设备采集后直接输入到录波设备中;直采参数中的电流信号,由测量设备采集后输入到电流环中转换为低电压信号,再发送到录波设备;
(2)非直采参数中的风向、风速、桨距角、发电机转速、发电机转矩和主控低压穿越信号通过风电机组的主控制器采集,输出电压模拟信号;非直采参数中的变流器低压穿越信号、变流器Chopper动作信号和变流器Crowbar动作信号通过变流器控制器采集,输出电压数字信号;
双馈风电机组控制系统中的主控制器分别与监控系统、变桨控制系统和变流器控制器相连;
①:主控制器与监控系统通信时,用于交换风力发电机的实时数据和统计数据;
②:主控制器与变桨控制系统通信时,用于对叶片进行控制,实现最大风能捕获以及恒速运行;
③:主控制器与变流器控制器通信时,用于实现有功功率和无功功率的自动调节;
变流器控制器通过现场总线与主控制器进行通信,实现风电机组的转速、有功功率和无功功率的调节;变流器控制器包括数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、人机操作界面、可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)和不间断电源(UninterruptedPower Supply,UPS)。
(3)电网发生故障时会导致双馈风电机组端口电压跌落,为了在低电压期间保证双馈风电机组与电网连接并给予电网无功支撑,双馈风电机组需要进行故障识别、控制判断以及动作实施等一系列响应。但是在实际工程中对低电压穿越的各种响应是有延时的,并且响应时间是其故障穿越性能的重要参数,所以需要对响应延时进行检测;
因此本实施例中依据步骤(1)和步骤(2)获得的电流信号、电压信号获取双馈风力发电机的等效参数和低电压穿越响应延时时间,本实施例中等效参数包括定子电阻Rs、定子漏感Ls、转子漏感Lr、转子电阻Rr和定转子互感Lm;
获取双馈风力发电机的等效参数:
①:构建如图2所示的双馈风力发电机的等效电路模型;
定子电阻Rs、定子漏感Ls、转子漏感Lr和转子电阻Rr依次连接于定子电压源Us正端与转子电压源Ur正端之间;定转子互感Lm的一端连接于定子漏感与转子漏感的连接点,另一端分别与定子电压源负端和转子电压源负端相连,E为定转子互感的磁动势。
②:依据双馈风力发电机的等效参数的铭牌值计算所述等效参数的初始值:定子电阻初始值Rs0、转子电阻初始值Rr0、定子漏感初始值Ls0、转子漏感初始值Lr0和定转子互感初始值Lm0;
③:基于等效电路模型和上述等效参数的初始值,并采用迭代最小二乘法获取等效参数的值;
依据图2列写双馈风力发电机的电压方程:
其中,Is为定子电流,Ir为转子电流,s为转差率,ωs为同步转速;双馈风力发电机稳定运行时转差率和同步转速均为常量;对式(1)进行移相变换得:
对式(2)进行矩阵形式变换得:
其中,令N时刻各项为:
Us(N)为N时刻的定子电压,Ur(N)为N时刻的转子电压,Is(N)为N时刻的定子电流,Ir(N)为N时刻的转子电流,E(N)为N时刻的定转子互感的电动势;则式(3)变换为:
Y(N)=φ(N)θ(N) (4);
④:双馈风力发电机的等效参数的值为使得式(4)中的Y(N)趋于零的值;
通过数据矫正法获得Y(N)在不同时刻的最小值:min{Y(N)}=(φ(N)-ε(N))θ(N);其中,ε(N)为φ(N)的矫正函数;
Rsd(N)、Lsd(N)、Rrd(N)、Lrd(N)和Lmd(N)为等效参数的当前矫正值,通过最小二乘法计算得到;在N+1时刻函数φN+1(N+1)=φN(N+1)-εN(N+1)。
低电压穿越的响应延时检测,本实施例中将响应延时分为六类,延时值为图3中事件发生时刻之间的差值,分别计算每一类的相应延时时间;
①:TF为变流器故障判断延时,自电网故障发生时刻tF至变流器向风电机组主控制器发出低穿信号SLVRTcon时刻tLVRTcon的时间,即TF=tLVRTcon-tF;其中,tF的判断依据为发电机定子电压方均根值小于额定值的90%时的时间值,tLVRTcon的判断依据为SLVRTcon信号变为上升沿的时间值;
②:Tcom为变流器与主控制器的通信延时,自tLVRTcon时刻至主控制器发出低穿信号SLVRT时刻tLVRT的时间,即Tcom=tLVRT-tLVRTcon;其中,tLVRT的判断依据为SLVRT信号变为上升沿的时间值;
③:Tpit为变桨系统动作延时,自tLVRT时刻至变桨系统动作即改变桨距角∠A、∠B和∠C时刻tpit的时间,即Tpit=tpit-tLVRT;其中,tpit的判断依据为桨距角的角度变化的时间值;
④:Tcro为Crowbar投入的判断延时,自tLVRTcon时刻至Crowbar动作时刻tcro的时间,即Tcro=tcro-tLVRTcon;其中,tcro的判断依据为Crowbar动作信号scho变为上升沿的时间。
⑤:TQ为无功功率低穿控制延时,自tLVRTcon时刻至风电机组发出低穿额定无功功率时刻tQ的时间,即TQ=tQ-tLVRTcon;其中,tQ的判断依据为低穿过程中无功功率值进入并维持在无功功率平均值的±10%区间内的时间值;
⑥:TP为有功功率低穿控制延时,自tLVRTcon时刻至风电机组发出低穿额定有功功率时刻tP的时间,即TP=tP-tLVRTcon;其中,tP的判断依据为低穿过程中有功功率值进入并维持在有功功率平均值的±10%区间内的时间值。
最后应当说明的是:所描述的实施例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。