CN105610183B - 一种风力发电机组高电压穿越控制装置 - Google Patents

一种风力发电机组高电压穿越控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明一种风力发电机组高电压穿越控制方法及其装置藉由采用电压监视器作为耐压器件，在变桨系统与电网脱离的情况下利用电压监视器等耐压器件承受至少2秒以上的瞬时高电压，籍而可确保风力发电机组在不与电网脱离的情况下，实现高电压穿越，防止进一步对电网造成的巨大冲击和危及风力发电机组安全事故的发生，同时本发明配合以相应的高电压穿越控制方法，能够根据电网状况实现变桨系统自动化地与电网的脱网作业。

Description

一种风力发电机组高电压穿越控制装置
技术领域
本发明涉及风力发电控制领域，尤其涉及一种应用于风力发电机组的高电压穿越控制方法及其装置。
背景技术
目前随着大规模的海上风电和陆上风电的发展，大规模的风电接入电网，因为风电系统的波动性的特点，给电力系统带来很多问题，如：电压波动、功率不平衡、谐波含量大等现象，给电力系统的稳定运行埋下隐患。
基于安全稳定运行和控制保护要求，很多国家制定了新的并网技术规定，近年来，高电压穿越已经越来越被重视，国外如美国、加拿大、澳大利亚、爱尔兰、丹麦等已经制定了详细的HVRT标准规范和技术要求。中国国家标准中，明确规定了低电压穿越(LVRT)的相关标准，高电压穿越(HVRT)的相关标准暂未正式出台。
当电网电压发生故障骤升时，如果不加以控制，可能会造成变流器和风电机组的损坏，同时也可能对电网产生功率冲击，造成电力系统的暂态不稳定，严重时可能导致局部甚至系统瘫痪，危害电网中其他设备甚至造成更严重的损失。因此，并网型风力发电设备的故障穿越能力十分重要，当电网故障或者扰动引起风电场并网点的电压升高时，风电机组能够不间断的并网运行，在必要的时候还需要对电网提供无功功率的支持，完成电网电压骤升到恢复正常过程的故障穿越。
发明内容
本发明的目的是针对上述背景技术存在的缺陷，提供一种风力发电机组高电压穿越控制装置。
为实现上述目的，本发明之一的一种风力发电机组高电压穿越控制方法，其包括：
步骤S1：由变桨控制器判断输入侧主电源的电压信号是高电压穿越信号还是低电压穿越信号，若是低电压穿越信号，则变桨控制器激活低电压穿越控制模式并进入低电压穿越控制模式；
步骤S2：若是高电压穿越信号，则变桨控制器激活高电压穿越模式并进入高电压穿越控制模式，变桨控制器进一步判断高电压状态持续的时间T1是否大于等于设定时间T，若高电压状态持续时间T1小于设定时间T，则进一步判断变桨后备电源电压是否正常，
若高电压状态持续时间T1大于等于设定时间T，则触发并进入变桨急停控制模式，同时进一步判断变桨后备电源电压是否正常；
步骤S3：若变桨后备电源电压正常，则变桨控制器控制变桨距控制系统与输入侧主电源脱离，与此同时，变桨控制器至少屏蔽掉AC\DC、后备电源充电器两类故障信号，
若变桨后备电源电压不正常，变桨控制器控制变桨距控制系统与输入侧主电源相互接通以实现向变桨距控制系统供电，与此同时，变桨控制器至少恢复AC\DC、后备电源充电器故障监测两类信号；
步骤S4：结束高电压穿越控制模式。
进一步地，所述输入侧主电源的高低电压穿越信号由所述三相电压监视器监视并将电压信号送入所述变桨控制器。
进一步地，高电压穿越信号是指电网端送入的3*400V交流电电压大于等于520V时的电压信号；低电压穿越信号是指电网端送入的3*400V交流电电压小于320V时的电压信号。
进一步地，设定时间T的时间长度为2秒以上的任何一个值。
进一步地，所述变桨后备电源的电压正常是指变桨后备电源电压至少能够满足变桨距控制系统一次收桨工作的电压，所述变桨后备电源的电压由变桨后备电源的电能换算得到。
进一步地，所述输入侧主电源为由电网端送入的3*400V交流电。
本发明之二的一种风力发电机组高电压穿越控制装置，适用于交流型风力发电机组变桨距系统，其包括一控制器，所述高电压穿越控制装置进一步包括一电压监视器、三个可控开关模块，所述电压监视器、控制器及三个由控制器控制的可控开关模块组成变桨高电压穿越控制回路；所述电压监视器连接在变桨滑环上，所述电压监视器要求能耐受大于等于600V的电压，且所述电压监视器用于监测输入侧主电源的三相交流电压信号并向控制器反馈高电压穿越信号；所述可控开关模块连接在变桨滑环上，所述电压监视器位于可控开关模块的前端，该三个所述可控开关模块用于在输入电压升高至U1≥520V且U1≥520V持续时间T1大于等于设定时间T时由所述控制器控制所述可控开关模块断开以实现输入侧主电源与变桨驱动器的断开；所述变桨驱动器通过所述的三个可控开关模块连接在变桨滑环上以获得输入侧主电源的电能。
进一步地，所述设定时间T大于等于2S
进一步地，所述高电压穿越控制回路进一步包括一温度启机控制模块，所述温度启机控制模块用于在风力发电机变桨系统柜内温度达到0℃以上且湿度在90％以下时，启动变桨系统的变桨控制功能；所述温度启机控制模块在变桨系统柜内温度低于0℃或湿度大于90％时，该温度启机控制模块处于断路状态；当变桨系统柜内温度达到0℃以上且湿度在90％以下时，该温度启机控制模块处于导通状态。
进一步地，所述高电压穿越控制回路进一步包括一旁路及锁定回路，所述旁路及锁定回路为一具有通断功能的开关，且旁路及锁定回路并联在所述温度启机控制模块上。
进一步地，所述旁路及锁定回路用于在风力发电机组变桨系统柜内温度达到0℃以上且湿度在90％以下时，将温度启机控制模块屏蔽掉，同时，风力发电机组变桨距控制系统首次上电或者因长时间停机造成变桨距控制系统无控制用电时，由风力发电机组控制器控制输入侧主电源向变桨距系统供给经转换后的控制用电，一旦变桨距控制系统上电成功，所述旁路及锁定回路将温度启机控制模块屏蔽掉。
进一步地，所述电压监视器为一三相电压监视器，所述可控开关模块至少应为一接触器或可控硅中的任意一种。
进一步地，所述控制器通过一继电器达到控制所述接触器的通断，籍而实现输入侧主电源与变桨驱动器供电回路的通断。
进一步地，所述旁路及锁定回路为接触器中的一个控制触点，该控制触点由控制器控制。
进一步地，所述控制器至少应为风力发电机组主控制器或变桨控制器中的一种。
综上所述，发明一种风力发电机组高电压穿越控制方法及其装置藉由采用电压监视器作为耐压器件，在变桨系统与电网脱离的情况下利用电压监视器等耐压器件承受至少2秒以上的瞬时高电压，籍而可确保风力发电机组在不与电网脱离的情况下，实现高电压穿越，防止进一步对电网造成的巨大冲击和危及风力发电机组安全事故的发生，同时本发明配合以相应的高电压穿越控制方法，能够根据电网状况实现变桨系统自动化地与电网的脱网作业。
附图说明
图1为本发明之一的一种风力发电机组高电压穿越控制方法流程示意图。
图2A为本发明之二的一种风力发电机组高电压穿越控制装置的第一较佳实施例一示意图。
图2B为本发明之二的一种风力发电机组高电压穿越控制装置的第一较佳实施例另一示意图。
图3A为本发明之二的一种风力发电机组高电压穿越控制装置的第二较佳实施例的一示意图。
图3B为本发明之二的一种风力发电机组高电压穿越控制装置的第二较佳实施例的另一示意图。
图4A为本发明之二的一种风力发电机组高电压穿越控制装置的第三较佳实施例的一示意图。
图4B为本发明之二的一种风力发电机组高电压穿越控制装置的第三较佳实施例的另一示意图
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及效果，以下兹例举实施例并配合附图详予说明。
请参阅图1、图2A及图2B，本发明之一的一种风力发电机组高电压穿越控制方法，包括：
步骤S1：由变桨控制器判断输入侧主电源的电压信号是高电压穿越信号还是低电压穿越信号，若是低电压穿越信号，则变桨控制器激活低电压穿越控制模式并进入低电压穿越控制模式；
步骤S2：若是高电压穿越信号，则变桨控制器激活高电压穿越模式并进入高电压穿越控制模式，变桨控制器进一步判断高电压状态持续的时间T1是否大于等于设定时间T，若高电压状态持续时间T1小于设定时间T，则进一步判断变桨后备电源电压是否正常，
若高电压状态持续时间T1大于等于设定时间T，则触发并进入变桨急停控制模式，同时进一步判断变桨后备电源电压是否正常；
步骤S3：若变桨后备电源电压正常，则变桨控制器控制变桨距控制系统与输入侧主电源脱离，与此同时，变桨控制器至少屏蔽掉AC\DC、后备电源充电器两类故障信号，以保证变桨控制器不会受到上述AC\DC、充电器等故障信号的影响，
若变桨后备电源电压不正常，变桨控制器控制变桨距控制系统与输入侧主电源相互接通以实现向变桨距控制系统供电，与此同时，变桨控制器至少恢复AC\DC、后备电源充电器故障监测两类信号，以保证变桨距控制系统能够正常工作；
步骤S4：结束高电压穿越控制模式。
在具体实施例中，设定时间T的时间长度为2秒及以上的任何一个值。
在具体实施例中，所述输入侧主电源的电压信号由所述三相电压监视器监视并将电压信号送入所述变桨控制器。
在具体实施例中，所述输入侧主电源为由电网端送入的3*400V交流电。
在具体实施例中，高电压穿越信号是指电网端送入的3*400V交流电电压大于等于520V时的电压信号；低电压穿越信号是指电网端送入的3*400V交流电电压小于320V时的电压信号。
在具体实施例中，所述变桨后备电源电压正常是指变桨后备电源电压至少能够满足变桨距控制系统收桨工作的电压，所述变桨后备电源的电压由变桨后备电源的电能换算得到。
本发明之二的一种风力发电机组高电压穿越控制装置，适用于交流型风力发电机组变桨系统，其包括一控制器及变桨驱动器，所述高电压穿越控制装置进一步包括一电压监视器、三个可控开关模块，所述控制器、电压监视器、三个由控制器控制的可控开关模块及变桨驱动器组成变桨高电压穿越控制回路；
所述电压监视器连接在变桨滑环上，所述电压监视器要求能耐受大于等于600V的电压，且所述电压监视器用于监测输入侧主电源的三相交流电压信号并向控制器反馈高电压穿越信号；
所述可控开关模块连接在变桨滑环上，所述电压监视器位于可控开关模块的前端，该三个所述可控开关模块用于在输入电压升高至U1≥520V且U1≥520V持续时间T1大于等于设定时间T时由所述控制器控制所述可控开关模块断开以实现输入侧主电源与变桨驱动器的断开；
所述变桨驱动器通过所述的三个可控开关模块连接在变桨滑环上以获得输入侧主电源的电能。
所述设定时间T大于等于2S。
所述高电压穿越控制回路进一步包括一温度启机控制模块，所述温度启机控制模块用于在风力发电机变桨系统柜内温度达到0℃以上且湿度在90％以下时，启动变桨系统的变桨控制功能；所述温度启机控制模块在变桨系统柜内温度低于0℃或湿度大于90％时，该温度启机控制模块处于断路状态；当变桨系统柜内温度达到0℃以上且湿度在90％以下时，该温度启机控制模块处于导通状态。
所述高电压穿越控制回路进一步包括一旁路及锁定回路，所述旁路及锁定回路为一具有通断功能的开关，且旁路及锁定回路并联在所述温度启机控制模块上。
所述旁路及锁定回路用于在风力发电机组变桨系统柜内温度达到0℃以上且湿度在90％以下时，将温度启机控制模块屏蔽掉，同时，风力发电机组变桨距控制系统首次上电或者因长时间停机造成变桨距控制系统无控制用电时，由风力发电机组控制器控制输入侧主电源向变桨距系统供给经转换后的控制用电，一旦变桨距控制系统上电成功，所述旁路及锁定回路将温度启机控制模块屏蔽掉。
所述控制器至少应为风力发电机组主控制器或变桨控制器中的一种。
请参阅图3A及图3B，第二较佳具体实施例中，本发明一种风力发电机组高电压穿越控制装置，其包括一变桨控制器、该高电压穿越控制装置进一步包括一高电压穿越控制回路、一三相电压监视器、三接触器、一继电器，所述三相电压监视器相当于第一较佳实施例中的电压监视器，所述接触器相当于第一较佳实施的可控开关模块，其功能均与第一较佳实施例中的电压监视器及可控开关模块相同，所述变桨控制器、三相电压监视器、三由变桨控制器控制的所述接触器、继电器及变桨驱动器组成变桨高电压穿越控制回路，所述变桨控制器通过所述继电器达到控制接触器的通断，籍而实现输入侧主电源与变桨驱动器供电回路的通断。
第二较佳实施例中，所述高电压穿越控制装置进一步包括一温度启机模块及一旁路及锁定回路模块，所述温度启机模块及所述旁路及锁定回路模块的功能及结构关系均与第一较佳实施例中相应的温度启机模块及旁路及锁定回路模块相同，且所述旁路及锁定回路为接触器中的一控制触点，该控制触点由控制器控制。
请续参阅图4A及图4B，第三较佳实施例中，本发明一种风力发电机组高电压穿越控制装置，其包括一控制器、该高电压穿越控制装置进一步包括一高电压穿越控制回路，所述高电压穿越控制回路由一电压监视器及三个可控开关模块组成，所述电压监视器用于监测输入侧主电源的三相交流电压并根据输入侧主电源的电压信号大小籍而控制输入侧主电源与变桨驱动器供电回路的通断。本较佳实施例中，所述高电压穿越控制回路进一步包括一温度启机控制模块及一旁路及锁定回路。该较佳实施例中所述的可控开关模块、温度启机控制模块及旁路及锁定回路与第一较佳实施例中的作用及结构关系均相同，不同之处在，所述电压监视器除具备监视输入侧主电源的电压信号并向外反馈高电压穿越信号外，还具有控制所述可控开关模块的通断的功能，即本第三较佳实施例，所述电压监视器不向控制器反馈高电压穿越信号进而藉由控制器控制实现对可控开关模块通断的控制，实现与输入侧主电源的通断，而是所述电压监视器通过监测送入变桨系统的电压，并根据电压的实际状况由所述电压监视自己控制可控开关模块通断。本较佳实施例中，所述可控开关模块为一接触器；所述旁路及锁定回路为接触器中的一控制触点，该控制触点由控制器控制。
所述输入侧主电源为由电网端送入的3*400V交流电。
综上所述，本发明一种风力发电机组高电压穿越控制装置藉由采用电压监视器作为耐压器件，在变桨系统与电网脱离的情况下利用电压监视器等耐压器件承受至少2秒以上的瞬时高电压，籍而可确保风力发电机组在不与电网脱离的情况下，实现高电压穿越，防止进一步对电网造成的巨大冲击和危及风力发电机组安全事故的发生，同时本发明配合以相应的高电压穿越控制方法，能够根据电网状况实现变桨系统自动化地与电网的脱网作业。
以上所述的技术方案仅为一种风力发电机组高电压穿越控制方法及其装置的较佳实施例，任何在本发明一种风力发电机组高电压穿越控制方法及其装置基础上所作的等效变换或替换都包含在本专利的权利要求的范围之内。

Claims (7)

1.一种风力发电机组高电压穿越控制装置，适用于交流型风力发电机组变桨距系统，其包括一控制器、一电压监视器、三个可控开关模块，所述电压监视器、控制器及三个由控制器控制的可控开关模块组成变桨高电压穿越控制回路；所述电压监视器连接在变桨滑环上，所述电压监视器要求能耐受大于等于600V的电压，且所述电压监视器用于监测输入侧主电源的三相交流电压信号并向控制器反馈高电压穿越信号；所述可控开关模块连接在变桨滑环上，所述电压监视器位于可控开关模块的前端，该三个所述可控开关模块用于在输入电压升高至U1≥520V且U1≥520V持续时间T1大于等于设定时间T时由所述控制器控制所述可控开关模块断开以实现输入侧主电源与变桨驱动器的断开；所述变桨驱动器通过所述的三个可控开关模块连接在变桨滑环上以获得输入侧主电源的电能，所述设定时间T大于等于2S；其特征在于：所述高电压穿越控制回路进一步包括一温度启机控制模块，所述温度启机控制模块用于在风力发电机变桨系统柜内温度达到0℃以上且湿度在90％以下时，启动变桨系统的变桨控制功能；所述温度启机控制模块在变桨系统柜内温度低于0℃或湿度大于90％时，该温度启机控制模块处于断路状态；当变桨系统柜内温度达到0℃以上且湿度在90％以下时，该温度启机控制模块处于导通状态。
2.如权利要求1所述的一种风力发电机组高电压穿越控制装置，其特征在于：所述高电压穿越控制回路进一步包括一旁路及锁定回路，所述旁路及锁定回路为一具有通断功能的开关，且旁路及锁定回路并联在所述温度启机控制模块上。
3.如权利要求2所述的一种风力发电机组高电压穿越控制装置，其特征在于：所述旁路及锁定回路用于在风力发电机组变桨系统柜内温度达到0℃以上且湿度在90％以下时，将温度启机控制模块屏蔽掉，同时，风力发电机组变桨距控制系统首次上电或者因长时间停机造成变桨距控制系统无控制用电时，由风力发电机组控制器控制输入侧主电源向变桨距系统供给经转换后的控制用电，一旦变桨距控制系统上电成功，所述旁路及锁定回路将温度启机控制模块屏蔽掉。
4.如权利要求3所述的一种风力发电机组高电压穿越控制装置，其特征在于：所述电压监视器为一三相电压监视器，所述可控开关模块至少应为一接触器或可控硅中的任意一种。
5.如权利要求4项所述的一种风力发电机组高电压穿越控制装置，其特征在于：所述控制器通过一继电器达到控制所述接触器的通断，进而实现输入侧主电源与变桨驱动器供电回路的通断。
6.如权利要求2-4任一项所述的一种风力发电机组高电压穿越控制装置，其特征在于：所述旁路及锁定回路为接触器中的一控制触点，该控制触点由控制器控制。
7.如权利要求1-4任一项所述的一种风力发电机组高电压穿越控制装置，其特征在于：所述控制器至少应为风力发电机组主控制器或变桨控制器中的一种。
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