CN109861286A - 一种海上风力发电机组黑启动过程控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上风力发电机组黑启动过程控制方法，包括五个步骤：待机、启动、升速、请求电源工作及电源工作。本发明方法可以有效解决海上大型风力发电机组黑启动机组启动过程技术问题，且采用本发明方法无需额外增加设备，利用风机自身作为黑启动电源，可解决海上风电场外部失电情况下无法给设备提供运维电源问题，具有实际应用价值，有利于海上大型风力发电机组的推广。

Description

一种海上风力发电机组黑启动过程控制方法

技术领域

本发明涉及海上风力发电机组黑启动控制的技术领域，尤其是指一种海上风力发电机组黑启动过程控制方法。

背景技术

随着国家对海上风电开发的大力支持，大量海上风电机组将接入电网。但如果海上风电场外部电网失去电源联络，海上风电场将处于孤岛状态，且无法保证自己内部供电，长期停电状态下必然导致海上升压站及风力发电机组设备损坏。需在风电场失去外电源后或未上电前，给设备提供运维电源，以免设备损坏。

现有技术中，CN201510837505.8一种风力发电站及其黑启动方法采用液流电池储能系统来实现风力发系统的黑启动，整个风场失电停运后，在无法依靠其它电网送电恢复的条件下，通过液流电池系统给风场无启动能力的机组和部分负荷供电，逐步扩大系统的恢复范围。但以储能系统作为黑启动电源时，需额外在风电场增设设备增加成本，且储能设备利用率低、设备寿命及海上运行可靠性低易故障损坏。

CN201710796157.3一种风力发电站及其黑启动方法以小功率风电机组作为整个风力发电站的黑启动源，只需要利用UPS对其控制板进行控制供电，并在风况满足要求的情况下，为相应网侧变流器提供直流母线电压；再通过网侧变流器的运行，以变压器为相应主控单元供电，进而实现相应大功率风电机组的运行；最后通过机侧变流器的运行输出所述直流母线电压，配合网侧变流器建立交流电网，带动其他发电机组启动。但其需额外增加小功率风机增加设备成本，小功率风机在海上运行可靠性低易故障损坏。且该方案并未针对大功率风机机组启动过程进行赘述，仅描述了变流器启动过程，无法做到整机启动。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种安全可靠的海上风力发电机组黑启动过程控制方法。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种海上风力发电机组黑启动过程控制方法，包括以下步骤：

1)待机

机组上电后自检，完成自检无故障状态下按下启动按钮，风机的主控系统向变流器发出机侧断路器合闸请求，变流器执行机侧断路器合闸指令，机侧断路器完成合闸后，变流器向主控系统反馈机侧断路器完成合闸信号，主控系统收到机侧断路器完成合闸信号后，机组进入启动状态；

2)启动

主控系统向变桨系统发出指令，使风机叶片变桨至启动状态桨距角Angle1，变流器的机侧整流器进行调制并执行直流母线控制，使直流母线电压维持在U_dc，判断发电机转速是否达到升速状态目标值RPM1，且时间超过T1，如满足条件机组进入升速状态；

3)升速

主控系统向变桨系统发出指令，使风机叶片变桨至最小桨叶桨距角Angle2，变流器的机侧整流器进行调制并执行直流母线控制，判断发电机转速是否达到请求电源状态目标值RPM2且时间超过T2、直流母线电压是否达到U_dc.ref且时间超过T3，如同时满足这两个条件机组进入请求电源工作状态；

4)请求电源工作

主控系统向变流器发出同步指令，变流器执行网侧断路器合闸，完成合闸后向主控系统反馈完成合闸指令，并执行调制启动运行于AC-SOURCE模式，主控系统收到变流器合闸指令后，向变流器发出转矩能力值，随后变流器判断上网功率是否超过P1，且时间超过T4，若超过则给主控系统反馈AC-SOURCE模式标志位，主控系统接收到AC-SOURCE模式标志位反馈信号后进入电源工作状态；

5)电源工作

主控系统控制发电机转速维持在设定值RPM.REF，根据原有转速控制器控制结果向变桨系统发出桨距角指令，机组进入黑启动电源工作模式。

进一步，所述主控系统是风机控制系统的主体，它实现自动启动、自动调向、自动调速、自动并网、自动解列、故障自动停机、自动电缆解绕及自动记录与监控的控制、保护功能，风机正常工作逻辑控制，风机故障诊断及保护，数据采集/统计，与各个系统的数据交互控制，主要由PLC及采集装置组成；

所述变流器用于将永磁发电机输出的电流变换成与电网电压频率及相位同步的电流，实现电力变换、功率控制、转矩控制、功率因数调节、电网故障穿越、自身故障诊断及保护，主要由变流器控制器、IGBT、网侧滤波单元、直流母线支撑电容、机侧断路器、网侧断路器、机侧整流器、网侧逆变器和制动回路组成；所述机侧断路器位于永磁发电机与机侧整流器之间，其断开或闭合用于连接或分开永磁发电机与变流器；所述网侧断路器位于网侧逆变器与升压变压器之间，断开或闭合用于连接或分开变流器与升压变压器；

所述变桨系统接受主控系统下发的桨距角指令，控制变桨机构使叶片相对于平面旋转达到控制要求的位置桨距角，用于桨距调节、桨距角采集、自身异常保护和自身故障诊断及保护；所述桨距角为叶片相对水平面角度，由变桨系统通过采集设备旋转编码器通过内部计算获得，旋转编码器为增量式旋转编码器或绝对式旋转编码器；所述变桨系统分为电动变桨及液压变桨，所述电动变桨主要由变桨控制器、变桨驱动装置及变桨减速器组成，所述液压变桨主要由变桨控制器、储能罐、连杆驱动机构组成；

所述直流母线电压为变流器直流母线支撑电容两端电压，由变流器控制器采集内部计算获得；

所述发电机转速为永磁发电机实时转速值，永磁发电机实时转速值能够由变流器根据发电机机端电压采集计算获得发电机电磁转速，也能够由主控系统根据发电机接近开关采集计算获得。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

本发明方法可以有效解决海上大型风力发电机组黑启动机组启动过程技术问题，且采用本发明方法无需额外增加设备，利用风机自身作为黑启动电源，可解决海上风电场外部失电情况下无法给设备提供运维电源问题，具有实际应用价值，有利于海上大型风力发电机组的推广。

附图说明

图1为海上风力发电机组的系统结构图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本实施例所提供的海上风力发电机组黑启动过程控制方法，包括以下步骤：

1)待机

机组上电后自检，完成自检无故障状态下按下启动按钮，风机的主控系统向变流器发出机侧断路器合闸请求，变流器执行机侧断路器合闸指令，机侧断路器完成合闸后，变流器向主控系统反馈机侧断路器完成合闸信号，主控系统收到机侧断路器完成合闸信号后，机组进入启动状态。

所述主控系统是风机控制系统的主体，它实现自动启动、自动调向、自动调速、自动并网、自动解列、故障自动停机、自动电缆解绕及自动记录与监控等重要控制、保护功能，风机正常工作逻辑控制，风机故障诊断及保护，数据采集/统计，与各个系统的数据交互控制，主要由PLC及采集装置组成。

所述变流器用于将永磁发电机输出的电流变换成与电网电压频率及相位同步的电流，实现电力变换、功率控制、转矩控制、功率因数调节、电网故障穿越、自身故障诊断及保护，主要由变流器控制器、IGBT、网侧滤波单元、直流母线支撑电容、机侧断路器、网侧断路器、机侧整流器、网侧逆变器和制动回路组成；所述机侧断路器位于永磁发电机与机侧整流器之间，其断开或闭合用于连接或分开永磁发电机与变流器；所述网侧断路器位于网侧逆变器与升压变压器之间，断开或闭合用于连接或分开变流器与升压变压器。

2)启动

主控系统向变桨系统发出指令，使风机叶片变桨至启动状态桨距角Angle1，变流器的机侧整流器进行调制并执行直流母线控制，使直流母线电压维持在U_dc，判断发电机转速是否达到升速状态目标值RPM1，且时间超过T1(s)，如满足条件机组进入升速状态。

所述变桨系统接受主控系统下发的桨距角指令，控制变桨机构使叶片相对于平面旋转达到控制要求的位置桨距角，用于桨距调节、桨距角采集、自身异常保护和自身故障诊断及保护；所述桨距角为叶片相对水平面角度，由变桨系统通过采集设备旋转编码器通过内部计算获得，旋转编码器可为增量式旋转编码器或绝对式旋转编码器；所述变桨系统分为电动变桨及液压变桨，所述电动变桨主要由变桨控制器、变桨驱动装置及变桨减速器组成，所述液压变桨主要由变桨控制器、储能罐、连杆驱动机构组成。

所述直流母线电压为变流器直流母线支撑电容两端电压，由变流器控制器采集内部计算获得；所述发电机转速为永磁发电机实时转速值，单位为(转/分钟)，永磁发电机实时转速值可由变流器根据发电机机端电压采集计算获得发电机电磁转速，也可由主控系统根据发电机接近开关采集计算获得。

3)升速

主控系统向变桨系统发出指令，使风机叶片变桨至最小桨叶桨距角Angle2，变流器的机侧整流器进行调制并执行直流母线控制，判断发电机转速是否达到请求电源状态目标值RPM2且时间超过T2(s)、直流母线电压是否达到U_dc.ref且时间超过T3(s)，如同时满足这两个条件机组进入请求电源工作状态。

4)请求电源工作

主控系统向变流器发出同步指令，变流器执行网侧断路器合闸，完成合闸后向主控系统反馈完成合闸指令，并执行调制启动运行于AC-SOURCE模式，主控系统收到变流器合闸指令后，向变流器发出转矩能力值，随后变流器判断上网功率是否超过P1(kW)，且时间超过T4(s)，若超过则给主控系统反馈AC-SOURCE模式标志位，主控系统接收到AC-SOURCE模式标志位反馈信号后进入电源工作状态。

5)电源工作

主控系统控制发电机转速维持在设定值RPM.REF，根据原有转速控制器控制结果向变桨系统发出桨距角指令，机组进入黑启动电源工作模式。

以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种海上风力发电机组黑启动过程控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)待机

机组上电后自检，完成自检无故障状态下按下启动按钮，风机的主控系统向变流器发出机侧断路器合闸请求，变流器执行机侧断路器合闸指令，机侧断路器完成合闸后，变流器向主控系统反馈机侧断路器完成合闸信号，主控系统收到机侧断路器完成合闸信号后，机组进入启动状态；

2)启动

主控系统向变桨系统发出指令，使风机叶片变桨至启动状态桨距角Angle1，变流器的机侧整流器进行调制并执行直流母线控制，使直流母线电压维持在U_dc，判断发电机转速是否达到升速状态目标值RPM1，且时间超过T1，如满足条件机组进入升速状态；

3)升速

主控系统向变桨系统发出指令，使风机叶片变桨至最小桨叶桨距角Angle2，变流器的机侧整流器进行调制并执行直流母线控制，判断发电机转速是否达到请求电源状态目标值RPM2且时间超过T2、直流母线电压是否达到U_dc.ref且时间超过T3，如同时满足这两个条件机组进入请求电源工作状态；

4)请求电源工作

主控系统向变流器发出同步指令，变流器执行网侧断路器合闸，完成合闸后向主控系统反馈完成合闸指令，并执行调制启动运行于AC-SOURCE模式，主控系统收到变流器合闸指令后，向变流器发出转矩能力值，随后变流器判断上网功率是否超过P1，且时间超过T4，若超过则给主控系统反馈AC-SOURCE模式标志位，主控系统接收到AC-SOURCE模式标志位反馈信号后进入电源工作状态；

5)电源工作

主控系统控制发电机转速维持在设定值RPM.REF，根据原有转速控制器控制结果向变桨系统发出桨距角指令，机组进入黑启动电源工作模式。

2.根据权利要求1所述的一种海上风力发电机组黑启动过程控制方法，其特征在于：所述主控系统是风机控制系统的主体，它实现自动启动、自动调向、自动调速、自动并网、自动解列、故障自动停机、自动电缆解绕及自动记录与监控的控制、保护功能，风机正常工作逻辑控制，风机故障诊断及保护，数据采集/统计，与各个系统的数据交互控制，主要由PLC及采集装置组成；

所述变流器用于将永磁发电机输出的电流变换成与电网电压频率及相位同步的电流，实现电力变换、功率控制、转矩控制、功率因数调节、电网故障穿越、自身故障诊断及保护，主要由变流器控制器、IGBT、网侧滤波单元、直流母线支撑电容、机侧断路器、网侧断路器、机侧整流器、网侧逆变器和制动回路组成；所述机侧断路器位于永磁发电机与机侧整流器之间，其断开或闭合用于连接或分开永磁发电机与变流器；所述网侧断路器位于网侧逆变器与升压变压器之间，断开或闭合用于连接或分开变流器与升压变压器；

所述变桨系统接受主控系统下发的桨距角指令，控制变桨机构使叶片相对于平面旋转达到控制要求的位置桨距角，用于桨距调节、桨距角采集、自身异常保护和自身故障诊断及保护；所述桨距角为叶片相对水平面角度，由变桨系统通过采集设备旋转编码器通过内部计算获得，旋转编码器为增量式旋转编码器或绝对式旋转编码器；所述变桨系统分为电动变桨及液压变桨，所述电动变桨主要由变桨控制器、变桨驱动装置及变桨减速器组成，所述液压变桨主要由变桨控制器、储能罐、连杆驱动机构组成；

所述直流母线电压为变流器直流母线支撑电容两端电压，由变流器控制器采集内部计算获得；

所述发电机转速为永磁发电机实时转速值，永磁发电机实时转速值能够由变流器根据发电机机端电压采集计算获得发电机电磁转速，也能够由主控系统根据发电机接近开关采集计算获得。