CN108879771B - 一种海上风电场应急柴油发电机组控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了风力发电领域内的一种海上风电场应急柴油发电机组控制系统，包括供电单元和控制单元，供电单元包括连接在应急母线上的两路市电和一路应急柴油发电机组；控制单元用以控制两路市电和一路应急柴油发电机组接入、退出应急母线，控制柴油发电机组的发电工作，并控制应急母线上负载在市电与应急柴油发电机组之间的切换；本发明使得海上发电机组工作效率更高，控制更加稳定可靠，可用于海上升压站中。
Description
技术领域
本发明涉及一种柴油发电机组控制系统，特别涉及一种海上风电场应急柴油发电机组控制系统及控制方法。
背景技术
海上风电以其风速高、湍流低、环境影响小等特点成为可再生清洁能源开发重点。我国海上10m高度可开发利用的风能储量约7.5亿千瓦，随着政策扶持加大，我国近海风场海上风电开发正在大力兴起。目前，我国正在建设的近海风电大多离岸10～30km，项目规划容量为200～300MW，由多台3MW-6MW海上风机群组发电，经由海底电缆集电环节集中送电至海上升压站，再经海上升压站的主变压器升压送至岸上变电站完成电力送出。因此，海上升压站成为海上风电发电送出的至关重要环节之一。现有机组的自动化控制系统，在单机组控制方面已经相当完善，但在多机组与多电网并网的应用状态下，其逻辑控制功能不够清晰，对辅助设备的控制不够完善，对环境的监测能力不具备。
发明内容
本发明的目的是提供一种海上风电场应急柴油发电机组控制系统及控制方法，使得海上发电机组工作效率更高，控制更加稳定可靠。
本发明的目的是这样实现的：一种海上风电场应急柴油发电机组控制系统，包括供电单元和控制单元，所述供电单元包括连接在应急母线上的两路市电和一路应急柴油发电机组；所述控制单元用以控制两路市电和一路应急柴油发电机组接入、退出应急母线，控制柴油发电机组的发电工作，并控制应急母线上负载在市电与应急柴油发电机组之间的切换；
所述控制单元包括两市电并网模块和一机组并网模块，相互之间经CAN总线进行通讯，所述柴油发电机组包括设置在机房内的柴油发电机、机房进风百叶窗、机房排风百叶窗、应急柴油发电机日用油柜、自动补油控制箱以及两补油泵，所述机组并网模块与柴油发电机、机房进风百叶窗、机房排风百叶窗、应急柴油发电机日用油柜电连接，应急柴油发电机日用油柜与自动补油控制箱电连接，自动补油控制箱还与两补油泵电连接；所述机组并网模块还进行应急母线电压取样、柴油发电机机组侧电压取样、柴油发电机机组侧电流取样、控制柴油发电机机组进行发电工作并控制器接入或退出应急母线；所述市电并网模块还进行应急母线电压取样、市电侧电压取样、市电侧电流取样、控制市电接入或退出应急母线。
作为本发明的进一步限定，所述自动补油控制箱用以控制两补油泵对应急柴油发电机日用油柜进行补油工作，并接受两补油泵以及应急柴油发电机日用油柜的反馈信号，其控制信号来自机组并网模块。
作为本发明的进一步限定，所述机组并网模块还进行机房进风百叶窗、机房排风百叶窗的开关控制，并收集状态反馈数据。
作为本发明的进一步限定，所述市电、应急柴油发电机组均通过进线开关连接在应急母线上，连接市电与应急母线的进线开关的控制由对应的市电并网模块进行控制，同时将开关状态反馈给对应的市电并网模块，连接应急柴油发电机组与应急母线的进线开关的控制由机组并网模块进行控制，同时将开关状态反馈给机组并网模块。
一种海上风电场应急柴油发电机组控制方法，包括以下步骤：
S1自动模式下机组启动逻辑；
S101机组并网模块检测应急母线电压，若电压正常，则控制机组待机，若失压，则发出启动指令控制机组启动，进入步骤S102；
S102机组并网模块判断机组是否打开进风百叶窗、排风百叶窗，若未打开则进行进风百叶窗、排风百叶窗故障报警，若打开进入步骤S103；
S103机组并网模块判断机组盘车启动，启动N次，若均不能启动，则进行启动故障报警，若正常启动进入步骤S104；
S104机组并网模块判断机组输出是否达到额定功率，若未达到则机组自动停机并报警，若达到，则进入步骤S105；
S105市电并网模块判断两路市电进线开关状态，若未分闸，则发出两路市电进线开关分闸指令，控制两路进线开关分闸，若全部分闸，则进入步骤S106；
S106机组并网模块发出机组进线开关合闸指令，控制机组进线开关合闸，使得机组接入应急母线投入运行；
S2自动模式下机组停机逻辑；
S201在机组投入运行的状态下，市电并网模块分别检测两路市电是否恢复，若两路市电均未恢复，则机组继续正常运行，若检测有市电恢复，则进入步骤S202；
S202市电并网模块检测市电与应急母线是否同期，若不同期，则机组继续正常运行，若同期，则发出市电进线开关合闸指令；
S203市电并网模块检测市电进线开关是否合闸，若未合闸则进行合闸故障报警，若合闸则机组并网模块控制机组进行软卸载；
S204机组并网模块检测机组软卸载过程中负载是否低于设定值，若低于设定值，则系统发出机组进线开关分闸指令，控制机组进线开关分闸；
S205机组并网模块检测机组进线开关是否分闸，若未分闸，则进行机组分闸故障报警，若分闸，则机组进入冷却运行，并停机，同时配合关闭进风百叶窗、排风百叶窗。
作为本发明的进一步限定，S205中机组进入冷却运行时，延时n分钟，机组并网模块再检测机组是否停机，若否则机组进行停机失败报警，若是则判断是否关闭进风百叶窗、排风百叶窗，若未关闭则进行进风百叶窗、排风百叶窗故障报警，若关闭，则进组进入待机状态。
一种应急柴油发电机组控制方法，包括以下步骤：
S1试验模式下机组启动逻辑；
S101手动发出启动指令，机组执行启动程序，进入步骤S102；
S102机组并网模块判断是否打开进风百叶窗、排风百叶窗，若未打开则进行进风百叶窗、排风百叶窗故障报警，若打开进入步骤S103；
S103机组并网模块判断机组盘车启动，启动M次，若均不能启动，则进行启动故障报警，若正常启动进入步骤S104；
S104机组并网模块判断机组是否达到额定功率，若未达到则机组自动停机并报警，若达到，则进入步骤S105；
S105机组并网模块检测机组输出与应急母线是否同期，若不同期，则机组自动停机并报警，若同期，则机组并网模块发出机组进线开关合闸指令，进入步骤S106；
S106机组并网模块检测机组进线开关是否合闸，若未合闸则机组进行合闸故障报警，若合闸，则控制机组软加载至预设功率，使得机组投入运行；
S2试验模式下机组停机逻辑；
S201手动发出停机指令，机组执行停机指令，机组进行软卸载；
S202机组并网模块判断机组负载是否低于设定值，若低于设定值，则系统发出机组进线开关分闸指令，控制机组进线开关分闸；
S203机组并网模块检测机组进线开关是否分闸，若未分闸，则进行机组分闸故障报警，若分闸，则机组进入冷却运行，并停机，同时配合关闭进风百叶窗、排风百叶窗。
作为本发明的进一步限定，S203中机组进入冷却运行时，延时m分钟，机组并网模块再判断机组是否停机，若否则机组进行停机失败报警，若是则判断是否关闭进风百叶窗、排风百叶窗，若未关闭则进行进风百叶窗、排风百叶窗故障报警，若关闭，则进组进入待机状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、将通风装置与系统联动，当机组运行前或停机后，自动控制机房内通风系统运行；
2、系统集成单成机组与两路市网的不间断切换功能；机组与每路市电同期点处均设计有智能型控制模块，各模块间采用CAN总线进行通讯，各模块采集信息可在整个系统内进行广播；具有单机运行，与1路市电并网运行、与2路市电并网运行、与2路市电间实现不间断切换等功能，使得控制更加精准，提高应急电源供电的稳定性；
3、系统设计有自动运行维护功能，根据机组的运行时间和预设维护时间，系统具有自动执行机组例行运行的功能，自动补充燃料（柴油）、润滑油、冷却液功能；
4、系统通过CAN总线将采集到的机组及相关辅助设备的信息定时传输给陆上控制中心，同时，也可接收并执行陆上控制中心所发送的指令。
附图说明
图1为本发明控制系统控制原理框图。
图2为本发明中自动模式下机组启动逻辑流程图。
图3为本发明中自动模式下机组停机逻辑流程图。
图4为本发明中试验模式下机组启动逻辑流程图。
图5为本发明中试验模式下机组停机逻辑流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
如图1所示的一种海上风电场应急柴油发电机组控制系统，包括供电单元和控制单元，供电单元包括连接在应急母线上的两路市电和一路应急柴油发电机组；控制单元用以控制两路市电和一路应急柴油发电机组接入、退出应急母线，控制柴油发电机组的发电工作，并控制应急母线上负载在市电与应急柴油发电机组之间的切换；
控制单元包括两市电并网模块和一机组并网模块，相互之间经CAN总线进行通讯，柴油发电机组包括设置在机房内的柴油发电机、机房进风百叶窗、机房排风百叶窗、应急柴油发电机日用油柜、自动补油控制箱以及两补油泵，机组并网模块与柴油发电机、机房进风百叶窗、机房排风百叶窗、应急柴油发电机日用油柜电连接，应急柴油发电机日用油柜与自动补油控制箱电连接，自动补油控制箱还与两补油泵电连接，自动补油控制箱用以控制两补油泵对应急柴油发电机日用油柜进行补油工作，并接受两补油泵以及应急柴油发电机日用油柜的反馈信号，其控制信号来自机组并网模块；机组并网模块还进行应急母线电压取样、柴油发电机机组侧电压取样、柴油发电机机组侧电流取样、控制柴油发电机机组进行发电工作并控制器接入或退出应急母线，机组并网模块还进行机房进风百叶窗、机房排风百叶窗的开关控制，并收集状态反馈数据；市电并网模块还进行应急母线电压取样、市电侧电压取样、市电侧电流取样、控制市电接入或退出应急母线，市电、应急柴油发电机组均通过进线开关连接在应急母线上，连接市电与应急母线的进线开关的控制由对应的市电并网模块进行控制，同时将开关状态反馈给对应的市电并网模块，连接应急柴油发电机组与应急母线的进线开关的控制由机组并网模块进行控制，同时将开关状态反馈给机组并网模块。
实施例2
正常工作情况，控制系统在应急母线失压情况下投入运行，如图2-3所示，其控制方法为：
S1试验模式下机组启动逻辑；
S101手动发出启动指令，机组执行启动程序，进入步骤S102；
S102机组并网模块判断是否打开进风百叶窗、排风百叶窗，若未打开则进行进风百叶窗、排风百叶窗故障报警，若打开进入步骤S103；
S103机组并网模块判断机组盘车启动，启动3次，若均不能启动，则进行启动故障报警，若正常启动进入步骤S104；
S104机组并网模块判断机组是否达到额定功率，若未达到则机组自动停机并报警，若达到，则进入步骤S105；
S105机组并网模块检测机组输出与应急母线是否同期，若不同期，则机组自动停机并报警，如果在规定的时间内（预设时间，可调整），都未能调整到同期状态，这时机组就无法并入电网运行，就没继续运行的必要了；若同期，则机组并网模块发出机组进线开关合闸指令，进入步骤S106，同期：就是当发电与市电这两者的电压、频率、相位、相位角误差都达到允许的范围内时，就称此时发电与市电同期，反之为不同期（同期失败）；
S106机组并网模块检测机组进线开关是否合闸，若未合闸则机组进行合闸故障报警，若合闸，则控制机组软加载至预设功率，使得机组投入运行；
S2试验模式下机组停机逻辑；
S201手动发出停机指令，机组执行停机指令，机组进行软卸载，软卸载：就是分步缓慢卸载（能看到的状态就是机组的负载缓慢下降，同时机组运行很平稳，无负荷瞬变时，产生的电压、频率较大波动的情况）；此过程是通过降低发电机的频率和电压来实现的，转速降低时，发电机的频率就降低，有功负载就向电网转移，电压降低时，无功负载就向电网转移；
S202机组并网模块判断机组负载是否低于5%，若低于设定值，则系统发出机组进线开关分闸指令，控制机组进线开关分闸；
S203机组并网模块检测机组进线开关是否分闸，若未分闸，则进行机组分闸故障报警，若分闸，则机组进入冷却运行，延时3分钟，机组并网模块再判断机组是否停机，若否则机组进行停机失败报警，若是则判断是否关闭进风百叶窗、排风百叶窗，若未关闭则进行进风百叶窗、排风百叶窗故障报警，若关闭，则进组进入待机状态。
实施例3
当应急母线长期正常运行，机组长期闲置未能投入使用，为避免其性能受到影响，则需要定期的将机组接入应急母线，以保证其性能，如图4-5所示，其控制方法为：
S1试验模式下机组启动逻辑；
S101手动发出启动指令，机组执行启动程序，进入步骤S102；
S102机组并网模块判断是否打开进风百叶窗、排风百叶窗，若未打开则进行进风百叶窗、排风百叶窗故障报警，若打开进入步骤S103；
S103机组并网模块判断机组盘车启动，启动3次，若均不能启动，则进行启动故障报警，若正常启动进入步骤S104；
S104机组并网模块判断机组是否达到额定功率，若未达到则机组自动停机并报警，若达到，则进入步骤S105；
S105机组并网模块检测机组输出与应急母线是否同期，若不同期，则机组自动停机并报警，若同期，则机组并网模块发出机组进线开关合闸指令，进入步骤S106；
S106机组并网模块检测机组进线开关是否合闸，若未合闸则机组进行合闸故障报警，若合闸，则控制机组软加载至预设功率，使得机组投入运行；
S2试验模式下机组停机逻辑；
S201手动发出停机指令，机组执行停机指令，机组进行软卸载；
S202机组并网模块判断机组负载是否低于5%，若低于设定值，则系统发出机组进线开关分闸指令，控制机组进线开关分闸；
S203机组并网模块检测机组进线开关是否分闸，若未分闸，则进行机组分闸故障报警，若分闸，则机组进入冷却运行，延时m分钟，机组并网模块再判断机组是否停机，若否则机组进行停机失败报警，若是则判断是否关闭进风百叶窗、排风百叶窗，若未关闭则进行进风百叶窗、排风百叶窗故障报警，若关闭，则进组进入待机状态。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种海上风电场应急柴油发电机组控制方法，采用的控制系统包括供电单元和控制单元，所述供电单元包括连接在应急母线上的两路市电和一路应急柴油发电机组；所述控制单元用以控制两路市电和一路应急柴油发电机组接入、退出应急母线，控制柴油发电机组的发电工作，并控制应急母线上负载在市电与应急柴油发电机组之间的切换；
所述控制单元包括两市电并网模块和一机组并网模块，相互之间经CAN总线进行通讯，所述柴油发电机组包括设置在机房内的柴油发电机、机房进风百叶窗、机房排风百叶窗、应急柴油发电机日用油柜、自动补油控制箱以及两补油泵，所述机组并网模块与柴油发电机、机房进风百叶窗、机房排风百叶窗、应急柴油发电机日用油柜电连接，应急柴油发电机日用油柜与自动补油控制箱电连接，自动补油控制箱还与两补油泵电连接；所述机组并网模块还进行应急母线电压取样、柴油发电机机组侧电压取样、柴油发电机机组侧电流取样、控制柴油发电机机组进行发电工作并控制其接入或退出应急母线；所述市电并网模块还进行应急母线电压取样、市电侧电压取样、市电侧电流取样、控制市电接入或退出应急母线；
所述自动补油控制箱用以控制两补油泵对应急柴油发电机日用油柜进行补油工作，并接受两补油泵以及应急柴油发电机日用油柜的反馈信号，其控制信号来自机组并网模块；
所述机组并网模块还进行机房进风百叶窗、机房排风百叶窗的开关控制，并收集状态反馈数据；
所述市电、应急柴油发电机组均通过进线开关连接在应急母线上，连接市电与应急母线的进线开关的控制由对应的市电并网模块进行控制，同时将开关状态反馈给对应的市电并网模块，连接应急柴油发电机组与应急母线的进线开关的控制由机组并网模块进行控制，同时将开关状态反馈给机组并网模块；其特征在于，包括以下步骤：
S1自动模式下机组启动逻辑；
S101机组并网模块检测应急母线电压，若电压正常，则控制机组待机，若失压，则发出启动指令控制机组启动，进入步骤S102；
S102机组并网模块判断机组是否打开进风百叶窗、排风百叶窗，若未打开则进行进风百叶窗、排风百叶窗故障报警，若打开进入步骤S103；
S103机组并网模块判断机组盘车启动，启动N次，若均不能启动，则进行启动故障报警，若正常启动进入步骤S104；
S104机组并网模块判断机组输出是否达到额定功率，若未达到则机组自动停机并报警，若达到，则进入步骤S105；
S105市电并网模块判断两路市电进线开关状态，若未分闸，则发出两路市电进线开关分闸指令，控制两路进线开关分闸，若全部分闸，则进入步骤S106；
S106机组并网模块发出机组进线开关合闸指令，控制机组进线开关合闸，使得机组接入应急母线投入运行；
S2自动模式下机组停机逻辑；
S201在机组投入运行的状态下，市电并网模块分别检测两路市电是否恢复，若两路市电均未恢复，则机组继续正常运行，若检测有市电恢复，则进入步骤S202；
S202市电并网模块检测市电与应急母线是否同期，若不同期，则机组继续正常运行，若同期，则发出市电进线开关合闸指令；
S203市电并网模块检测市电进线开关是否合闸，若未合闸则进行合闸故障报警，若合闸则机组并网模块控制机组进行软卸载；
S204机组并网模块检测机组软卸载过程中负载是否低于设定值，若低于设定值，则系统发出机组进线开关分闸指令，控制机组进线开关分闸；
S205机组并网模块检测机组进线开关是否分闸，若未分闸，则进行机组分闸故障报警，若分闸，则机组进入冷却运行，并停机，同时配合关闭进风百叶窗、排风百叶窗。
2.根据权利要求1所述的一种海上风电场应急柴油发电机组控制方法，其特征在于，S205中机组进入冷却运行时，延时n分钟，机组并网模块再检测机组是否停机，若否则机组进行停机失败报警，若是则判断是否关闭进风百叶窗、排风百叶窗，若未关闭则进行进风百叶窗、排风百叶窗故障报警，若关闭，则机组进入待机状态。
3.一种海上风电场应急柴油发电机组控制方法，采用的控制系统包括供电单元和控制单元，所述供电单元包括连接在应急母线上的两路市电和一路应急柴油发电机组；所述控制单元用以控制两路市电和一路应急柴油发电机组接入、退出应急母线，控制柴油发电机组的发电工作，并控制应急母线上负载在市电与应急柴油发电机组之间的切换；
所述控制单元包括两市电并网模块和一机组并网模块，相互之间经CAN总线进行通讯，所述柴油发电机组包括设置在机房内的柴油发电机、机房进风百叶窗、机房排风百叶窗、应急柴油发电机日用油柜、自动补油控制箱以及两补油泵，所述机组并网模块与柴油发电机、机房进风百叶窗、机房排风百叶窗、应急柴油发电机日用油柜电连接，应急柴油发电机日用油柜与自动补油控制箱电连接，自动补油控制箱还与两补油泵电连接；所述机组并网模块还进行应急母线电压取样、柴油发电机机组侧电压取样、柴油发电机机组侧电流取样、控制柴油发电机机组进行发电工作并控制其接入或退出应急母线；所述市电并网模块还进行应急母线电压取样、市电侧电压取样、市电侧电流取样、控制市电接入或退出应急母线；
所述自动补油控制箱用以控制两补油泵对应急柴油发电机日用油柜进行补油工作，并接受两补油泵以及应急柴油发电机日用油柜的反馈信号，其控制信号来自机组并网模块；
所述机组并网模块还进行机房进风百叶窗、机房排风百叶窗的开关控制，并收集状态反馈数据；
所述市电、应急柴油发电机组均通过进线开关连接在应急母线上，连接市电与应急母线的进线开关的控制由对应的市电并网模块进行控制，同时将开关状态反馈给对应的市电并网模块，连接应急柴油发电机组与应急母线的进线开关的控制由机组并网模块进行控制，同时将开关状态反馈给机组并网模块，其特征在于，包括以下步骤：
S1试验模式下机组启动逻辑；
S101手动发出启动指令，机组执行启动程序，进入步骤S102；
S102机组并网模块判断是否打开进风百叶窗、排风百叶窗，若未打开则进行进风百叶窗、排风百叶窗故障报警，若打开进入步骤S103；
S103机组并网模块判断机组盘车启动，启动M次，若均不能启动，则进行启动故障报警，若正常启动进入步骤S104；
S104机组并网模块判断机组是否达到额定功率，若未达到则机组自动停机并报警，若达到，则进入步骤S105；
S105机组并网模块检测机组输出与应急母线是否同期，若不同期，则机组自动停机并报警，若同期，则机组并网模块发出机组进线开关合闸指令，进入步骤S106；
S106机组并网模块检测机组进线开关是否合闸，若未合闸则机组进行合闸故障报警，若合闸，则控制机组加载至预设功率，使得机组投入运行；
S2试验模式下机组停机逻辑；
S201手动发出停机指令，机组执行停机指令，机组进行软卸载；
S202机组并网模块判断机组负载是否低于设定值，若低于设定值，则系统发出机组进线开关分闸指令，控制机组进线开关分闸；
S203机组并网模块检测机组进线开关是否分闸，若未分闸，则进行机组分闸故障报警，若分闸，则机组进入冷却运行，并停机，同时配合关闭进风百叶窗、排风百叶窗。
4.根据权利要求3所述的一种海上风电场应急柴油发电机组控制方法，其特征在于，S203中机组进入冷却运行时，延时m分钟，机组并网模块再判断机组是否停机，若否则机组进行停机失败报警，若是则判断是否关闭进风百叶窗、排风百叶窗，若未关闭则进行进风百叶窗、排风百叶窗故障报警，若关闭，则机组进入待机状态。
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