CN107370344B - 一种风机变流器的斩波器自检方法及控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风机变流器的斩波器自检方法及控制器，在接收到启动指令且所述风机变流器的网侧部分控制直流母线电压稳定之后，控制直流电压环停止工作；然后控制风机变流器的网侧部分工作，使电网在预设时间内以预设电流值向所述风机变流器的直流侧进行充电，以使所述直流母线电压大于等于斩波器的导通电压；并且实时判断所述直流母线电压在预设时间内是否超出测试保护正常范围；若所述直流母线电压在预设时间内超出所述测试保护正常范围，则控制所述风机变流器停机或者输出告警信号；进而使风机变流器实现了每次开机后的斩波器自检功能，确保风机变流器每次开机后其斩波器均能正常工作，相比现有技术提高了运行可靠性。

Description

一种风机变流器的斩波器自检方法及控制器

技术领域

本发明涉及风机变流器技术领域，特别涉及一种风机变流器的斩波器自检方法及控制器。

背景技术

风机变流器作为风力发电机与电网连接的中间机构，起着电量传送的作用。当其输入与输出能量不匹配时，将会出现直流侧过压状况；而由于风机变流器所使用的电力电子器件都具有一定的耐压范围，若超过其额定电压将会导致相应器件的失效。因此在风机变流器的直流侧一般会安装一个chopper装置，即斩波器，以用于泄放风机变流器的直流侧能量，防止直流侧出现过压状况，如图1所示。

现有技术中，对于该斩波器的检测，一般是在安装到整机之前进行，或者，在出厂前进行相应的测试检验。然而，由于斩波器在风机变流器正常运行过程中是不工作的，只有在风机变流器的输入与输出能量不平衡时才会动作；因此，现有技术中当斩波器安装到整机之后，每次风机变流器开机后的正常过程中，均无法预知斩波器是否能够正常工作。而当发生电网故障，比如低电压穿越，若斩波器不能正常工作，则将导致风机变流器的低电压穿越功能失效，降低了风机变流器的可靠性。

发明内容

本发明提供一种风机变流器的斩波器自检方法及控制器，以解决现有技术中由于无法预知斩波器是否能够正常工作而导致的风机变流器可靠性低的问题。

为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：

一种风机变流器的斩波器自检方法，应用于风机变流器的控制器，所述风机变流器的斩波器自检方法包括：

在接收到启动指令且通过所述风机变流器的网侧部分控制直流母线电压稳定之后，控制直流电压环停止工作；

控制所述风机变流器的网侧部分工作，使电网在预设时间内以预设电流值向所述风机变流器的直流侧进行充电，以使所述直流母线电压大于等于斩波器的导通电压；

实时判断所述直流母线电压在预设时间内是否超出测试保护正常范围；

若所述直流母线电压在预设时间内超出所述测试保护正常范围，则控制所述风机变流器停机和/或输出告警信号。

优选的，所述控制直流电压环停止工作包括：

控制所述直流电压环内PI调节器的积分量清零。

优选的，所述控制所述风机变流器的网侧部分工作，使电网在预设时间内以预设电流值向所述风机变流器的直流侧进行充电包括：

将有功电流环的电流给定值的绝对值设定为所述预设电流值，将有功电流环的电流给定值的方向设定为与所述风机变流器的正常工作电流方向相反。

优选的，所述实时判断所述直流母线电压在预设时间内是否超出测试保护正常范围，包括：

实时判断所述直流母线电压在预设时间内是否出现过大于测试保护过压值，或者小于测试保护欠压值的情况。

优选的，在所述实时判断所述直流母线电压在预设时间内是否超出测试保护正常范围之后，还包括：

若所述直流母线电压在预设时间内未超出所述测试保护正常范围，则输出检测成功信号。

一种风机变流器的控制器，包括：

禁止单元，用于在接收到启动指令且通过风机变流器的网侧部分控制直流母线电压稳定之后，控制直流电压环停止工作；

给定单元，用于控制所述风机变流器的网侧部分工作，使电网在预设时间内以预设电流值向所述风机变流器的直流侧进行充电，以使所述直流母线电压大于等于斩波器的导通电压；

判断单元，用于实时判断所述直流母线电压在预设时间内是否超出测试保护正常范围；

输出单元，用于若所述直流母线电压在预设时间内超出所述测试保护正常范围，则控制所述风机变流器停机和/或输出告警信号。

优选的，所述禁止单元用于控制直流电压环停止工作时，具体用于：

控制所述直流电压环内PI调节器的积分量清零。

优选的，所述给定单元用于控制所述风机变流器的网侧部分工作，使电网在预设时间内以预设电流值向所述风机变流器的直流侧进行充电时，具体用于：

将有功电流环的电流给定值的绝对值设定为所述预设电流值，将有功电流环的电流给定值的方向设定为与所述风机变流器的正常工作电流方向相反。

优选的，所述判断单元用于实时判断所述直流母线电压在预设时间内是否超出测试保护正常范围时，具体用于：

实时判断所述直流母线电压在预设时间内是否出现过大于测试保护过压值，或者小于测试保护欠压值的情况。

优选的，所述输出单元还用于：

若所述直流母线电压在预设时间内未超出所述测试保护正常范围，则输出检测成功信号。

本发明提供的所述风机变流器的斩波器自检方法，在接收到启动指令且所述风机变流器的网侧部分控制直流母线电压稳定之后，控制直流电压环停止工作；然后控制风机变流器的网侧部分工作，使电网在预设时间内以预设电流值向所述风机变流器的直流侧进行充电，以使所述直流母线电压大于等于斩波器的导通电压；并且实时判断所述直流母线电压在预设时间内是否超出测试保护正常范围；若所述直流母线电压在预设时间内超出所述测试保护正常范围，则控制所述风机变流器停机或者输出告警信号；进而使风机变流器实现了每次开机后的斩波器自检功能，确保风机变流器每次开机后其斩波器均能正常工作，相比现有技术提高了运行可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，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，下面描述内的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术提供的风机变流器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的风机变流器的斩波器自检方法的流程图；

图3是本发明另一实施例提供的风机变流器的网侧部分的控制框图；

图4是本发明另一实施例提供的风机变流器的控制器的结构示意图。

具体实施方式

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作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。

本发明提供一种风机变流器的斩波器自检方法，以解决现有技术中由于无法预知斩波器是否能够正常工作而导致的风机变流器可靠性低的问题。

该风机变流器的斩波器自检方法，应用于风机变流器的控制器，具体的，风机变流器的斩波器自检方法如图2所示，包括：

S101、在接收到启动指令且通过风机变流器的网侧部分控制直流母线电压稳定之后，控制直流电压环停止工作；

风机变流器的网侧部分用于稳定直流母线电压。其直流电压控制原理如图3所示，其直流电压环通过对电压给定值V_{dc_ref}与反馈回来的直流母线电压V_dc的差值经过PI调节，由其PI调节器输出电流给定值I_{d_ref}作为有功电流环的给定，有功电流环再对电流给定值I_{d_ref}与反馈回来的电流I_{d_fed}的差值经过PI调节。

在风机变流器获得启动指令，并且通过其网侧部分控制直流母线电压稳定之后，即可执行斩波器的自检逻辑。具体的，首先需要控制直流电压环停止工作，即将直流电压环内的PI调节器禁止。优选的，可以通过控制直流电压环内PI调节器的积分量清零来实现控制直流电压环停止工作的目的。

S102、控制风机变流器的网侧部分工作，使电网在预设时间内以预设电流值向风机变流器的直流侧进行充电，以使直流母线电压大于等于斩波器的导通电压；

通过上述控制直流电压环内PI调节器的积分量清零之后，则图3中的电流给定值I_{d_ref}需要外部给定，可以通过风机变流器的控制器直接给定。

优选的，控制器可以将有功电流环的电流给定值I_{d_ref}的绝对值设定为预设电流值，将有功电流环的电流给定值I_{d_ref}的方向设定为与风机变流器的正常工作电流方向相反，以控制风机变流器的网侧部分工作，使电网能够以预设电流值向风机变流器的直流侧进行充电。较佳的，该预设电流值可以为风机变流器额定电流的20％，在具体的实际应用中，视电网允许的有功消耗而定，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

并且，控制器对于该电流给定值I_{d_ref}的给定需要持续一段预设时间T_{s_chopper}，以作为斩波器的自检测试时间；对于该预设时间T_{s_chopper}的设定，需要确保此段时间能够让电网对直流侧的充电使直流母线电压上升到大于等于斩波器的动作电压值，即其导通电压；当测试时间结束后，即可恢复风机变流器的正常控制逻辑。

S103、实时判断直流母线电压在预设时间内是否超出测试保护正常范围；

在实际应用过程中，斩波器是以直流母线电压V_dc为判断条件、按照滞环控制逻辑进行动作的。具体的，当直流母线电压V_dc高于斩波器的导通电压V_{chopper_on}时，斩波器将导通；当直流母线电压V_dc低于斩波器的关断电压V_{chopper_off}时，斩波器将关断。

本实施例中，随着电网向风机变流器直流侧的充电，使得直流母线电压上升，当直流母线电压超过斩波器的导通电压时，斩波器如果正常，则将开始按照控制逻辑进行动作，以泄放直流侧能量，防止直流母线电压继续升高至过压状态，完成斩波器的自检测试。

因此，在斩波器的自检测试期间，可以通过实时判断直流母线电压V_dc的值是否超出测试保护正常范围，来判定斩波器是否正常。具体的，当直流母线电压V_dc大于设定的斩波器的测试保护过压值V_{p_chopper}或者小于设定的斩波器的测试保护欠压值V_{L_chopper}时，则说明斩波器故障；而若直流母线电压V_dc一直处于[V_{p_chopper}，V_{L_chopper}]范围内，则说明斩波器正常。

也即，优选的，步骤S103可以具体为：实时判断直流母线电压V_dc在预设时间T_{s_chopper}内是否出现过大于测试保护过压值V_{p_chopper}，或者小于测试保护欠压值V_{L_chopper}的情况。

若直流母线电压在预设时间内超出测试保护正常范围，则执行步骤S104；

S104、控制风机变流器停机和/或输出告警信号。

若直流母线电压V_dc在预设时间T_{s_chopper}内出现过大于测试保护过压值V_{p_chopper}，或者小于测试保护欠压值V_{L_chopper}的情况，则控制器可以直接控制风机变流器故障停机，或者输出告警信息，以提示斩波器工作异常。

另外，如果在预设时间T_{s_chopper}内，也即斩波器的自检测试时间，直流母线电压V_dc一直处于[V_{p_chopper}，V_{L_chopper}]范围内，则可以认为斩波器的功能正常，完成本次自检功能，输出检测成功信号，比如给出自检成功标志。

也即，在步骤S103之后，还包括：

若直流母线电压在预设时间内未超出测试保护正常范围，则执行步骤S105；

S105、输出检测成功信号。

本实施例提供的该风机变流器的斩波器自检方法，在现有技术中风机变流器网侧部分的启动过程的基础之上，增加一个斩波器的自检测试过程，以在直流母线电压建立完成后，限制直流电压环内PI调节器的输出，将有功电流环的给定赋为一个固定电流值，用于控制风机变流器的网侧部分工作、向直流侧充电；并且通过控制自检测试时间，实现斩波器的导通关断测试。通过上述过程，能够使风机变流器在每次开机后均对其斩波器进行一次功能自检，即实现其斩波器自检功能，确保风机变流器每次开机后其斩波器均能正常工作，进而能够保证在电网故障或者其他故障时，斩波器能够满足放电需求，以保证风机变流器的稳定工作，相比现有技术提高了运行可靠性。

本发明另一实施例还提供了一种风机变流器的控制器，参见图4，包括：

禁止单元101，用于在接收到启动指令且通过风机变流器的网侧部分控制直流母线电压稳定之后，控制直流电压环停止工作；

给定单元102，用于控制风机变流器的网侧部分工作，使电网在预设时间内以预设电流值向风机变流器的直流侧进行充电，以使直流母线电压大于等于斩波器的导通电压；

判断单元103，用于实时判断直流母线电压在预设时间内是否超出测试保护正常范围；

输出单元104，用于若直流母线电压在预设时间内超出测试保护正常范围，则控制风机变流器停机或者输出告警信号。

优选的，禁止单元101用于控制直流电压环停止工作时，具体用于：

控制直流电压环内PI调节器的积分量清零。

优选的，给定单元102用于控制风机变流器的网侧部分工作，使电网在预设时间内以预设电流值向风机变流器的直流侧进行充电时，具体用于：

将有功电流环的电流给定值的绝对值设定为预设电流值，将有功电流环的电流给定值的方向设定为与风机变流器的正常工作电流方向相反。

优选的，判断单元103用于实时判断直流母线电压在预设时间内是否超出测试保护正常范围时，具体用于：

实时判断直流母线电压在预设时间内是否出现过大于测试保护过压值，或者小于测试保护欠压值的情况。

优选的，输出单元104还用于：

若直流母线电压在预设时间内未超出测试保护正常范围，则输出检测成功信号。

具体的工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种风机变流器的斩波器自检方法，其特征在于，应用于风机变流器的控制器，所述风机变流器的斩波器自检方法包括：

在接收到启动指令且通过所述风机变流器的网侧部分控制直流母线电压稳定之后，控制直流电压环停止工作；

将有功电流环的电流给定值赋为一个固定电流值，以控制所述风机变流器的网侧部分工作，使电网在预设时间内以预设电流值向所述风机变流器的直流侧进行充电，进而使所述直流母线电压大于等于斩波器的导通电压；

实时判断所述直流母线电压在预设时间内是否超出测试保护正常范围；

若所述直流母线电压在预设时间内超出所述测试保护正常范围，则控制所述风机变流器停机和/或输出告警信号。

2.根据权利要求1所述的风机变流器的斩波器自检方法，其特征在于，所述控制直流电压环停止工作包括：

控制所述直流电压环内PI调节器的积分量清零。

3.根据权利要求1所述的风机变流器的斩波器自检方法，其特征在于，所述将有功电流环的电流给定值赋为一个固定电流值，以控制所述风机变流器的网侧部分工作，使电网在预设时间内以预设电流值向所述风机变流器的直流侧进行充电包括：

将所述有功电流环的电流给定值的绝对值设定为所述预设电流值，将所述有功电流环的电流给定值的方向设定为与所述风机变流器的正常工作电流方向相反，以控制所述风机变流器的网侧部分工作，使电网在预设时间内以预设电流值向所述风机变流器的直流侧进行充电。

4.根据权利要求1所述的风机变流器的斩波器自检方法，其特征在于，所述实时判断所述直流母线电压在预设时间内是否超出测试保护正常范围，包括：

实时判断所述直流母线电压在预设时间内是否出现过大于测试保护过压值，或者小于测试保护欠压值的情况。

5.根据权利要求1至4任一所述的风机变流器的斩波器自检方法，其特征在于，在所述实时判断所述直流母线电压在预设时间内是否超出测试保护正常范围之后，还包括：

若所述直流母线电压在预设时间内未超出所述测试保护正常范围，则输出检测成功信号。

6.一种风机变流器的控制器，其特征在于，包括：

禁止单元，用于在接收到启动指令且通过风机变流器的网侧部分控制直流母线电压稳定之后，控制直流电压环停止工作；

给定单元，用于将有功电流环的电流给定值赋为一个固定电流值，以控制所述风机变流器的网侧部分工作，使电网在预设时间内以预设电流值向所述风机变流器的直流侧进行充电，进而使所述直流母线电压大于等于斩波器的导通电压；

判断单元，用于实时判断所述直流母线电压在预设时间内是否超出测试保护正常范围；

输出单元，用于若所述直流母线电压在预设时间内超出所述测试保护正常范围，则控制所述风机变流器停机和/或输出告警信号。

7.根据权利要求6所述的风机变流器的控制器，其特征在于，所述禁止单元用于控制直流电压环停止工作时，具体用于：

控制所述直流电压环内PI调节器的积分量清零。

8.根据权利要求6所述的风机变流器的控制器，其特征在于，所述给定单元用于将有功电流环的电流给定值赋为一个固定电流值，以控制所述风机变流器的网侧部分工作，使电网在预设时间内以预设电流值向所述风机变流器的直流侧进行充电时，具体用于：

将所述有功电流环的电流给定值的绝对值设定为所述预设电流值，将所述有功电流环的电流给定值的方向设定为与所述风机变流器的正常工作电流方向相反，以控制所述风机变流器的网侧部分工作，使电网在预设时间内以预设电流值向所述风机变流器的直流侧进行充电。

9.根据权利要求6所述的风机变流器的控制器，其特征在于，所述判断单元用于实时判断所述直流母线电压在预设时间内是否超出测试保护正常范围时，具体用于：

实时判断所述直流母线电压在预设时间内是否出现过大于测试保护过压值，或者小于测试保护欠压值的情况。

10.根据权利要求6至9任一所述的控制器，其特征在于，所述输出单元还用于：

若所述直流母线电压在预设时间内未超出所述测试保护正常范围，则输出检测成功信号。

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