CN110082613A - 一种风电变流器主电路连接状态检测系统及检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种风电变流器主电路连接状态检测系统及检测方法，将待测的风电变流器中的所有变流单元中的同相支路接入风电变流器主电路连接状态检测系统的电流回路，开启所有变流单元中的同相支路，使风电变流器主电路连接状态检测系统的电流回路导通，监测所有变流单元的同相支路的电网侧电流和发电机侧电流是否均衡，如果出现电流不均衡现象即可判断为连接状态变差。本发明可以自动检测风电变流器主电路连接状态，在连接状态变差时及时提醒维护，降低维护保养费用，尤其适用于不便于进行人工检测的海上风电机组。

Description

一种风电变流器主电路连接状态检测系统及检测方法
技术领域
本发明涉及一种风电变流器主电路连接状态检测系统及检测方法。
背景技术
海上风电靠近负荷中心使大规模海上风电成为可能。海上风电机组朝着大容量大型化方向发展，需要5MW以上甚至10MW以上风电变流器。
为了降低损耗以及降低度电成本，海上风电机组通常将发电机、风电变流器、变压器和高压柜放置在机舱内。随着发电的工作过程，机舱不可避免的存在各种震动或者晃动情况，故相应的电气柜连接部分存在松动的可能性，电气连接松动后，连接部位阻抗变大，发热严重设置烧毁电气柜体。
现有大容量海上兆瓦级风电变流器大多采用模块化设计，即由许多小功率或者中等功率的变流单元并联实现输出大功率。现有的变流器结构拓扑如图1所示。图中示例N为变流单元个数，N≥2。多个变流单元并联在电网和发电机组之间，在电网侧，变流单元通过并网断路器连接变压器，在发电机组侧，变流单元通过机侧开关连接发电机组。以3MW容量变流器为例，国内外变流器厂家大多由2～6个这样的变流单元组成，变流单元的具体电路如图2所示，变流单元包含三相回路，每相回路都包含整流逆变电路。
风电变流器主电路连接部位的离线检测手段有红外成像仪、红外温枪等手段。如安排例行巡检则需要人工到电气柜体前检查，海上大容量风电变流器在高空中机舱位置，到达变流器柜体位置需要具备出海条件，并且爬到风机机舱，而且设备运行时，离线检测也存在触电等危险因素。
主回路连接部位在线状态检测，可以通过布置螺丝螺母位置处传感器，实时检测温度等变量判断连接状态，此方法会存在绝缘风险以及布控点不够全面等问题。
发明内容
本发明提供一种风电变流器主电路连接状态检测系统及检测方法，可以自动检测风电变流器主电路连接状态，在连接状态变差时及时提醒维护，降低维护保养费用，尤其适用于不便于进行人工检测的海上风电机组。
为了达到上述目的，本发明提供一种风电变流器主电路连接状态检测系统，包含：
测试电源，其与风电变流器中每一个变流单元中的每一相回路都组成电流回路；
测试电阻，其串联在测试电源与变流单元的电流回路中。
所述的测试电源为交流电源或直流电源。
所述的测试电源复用风电变流器中的直流源。
所述的测试电阻采用外接电阻，或者复用风电变流器中的斩波电阻。
变流单元位于电网侧的一端通过并网断路器的下口连接测试电源，变流单元位于机侧的一端通过机侧开关靠近变流单元的一侧连接测试电源。
当变流单元共直流母线时，测试电源的一端接到直流母线一端，测试电源的另一端接到并网断路器的下口或机侧开关靠近变流单元的一侧。
本发明还提供一种风电变流器主电路连接状态检测方法，利用如权利要求1-6中任意一项所述的风电变流器主电路连接状态检测系统进行检测，包含以下步骤：
步骤S1、风电变流器启动前，断开并网断路器和机侧开关；
步骤S2、将待测的风电变流器中的所有变流单元中的同相支路接入风电变流器主电路连接状态检测系统的电流回路；
所述的同相支路是指全部是A相回路，或者全部是B相回路，或者全部是C相回路；
步骤S3、开启所有变流单元中的同相支路，使风电变流器主电路连接状态检测系统的电流回路导通，监测所有变流单元的同相支路的电网侧电流和发电机侧电流是否均衡，如果出现电流不均衡现象即可判断为连接状态变差。
所述的将所有变流单元中的同相支路接入风电变流器主电路连接状态检测系统的电流回路的方法包含以下步骤：
当变流单元没有共直流母线时，所有的变流单元的同相支路位于电网侧的一端通过并网断路器的下口连接测试电源或测试电阻，变流单元的同相支路位于机侧的一端通过机侧开关靠近变流单元的一侧连接测试电阻或测试电源；
当变流单元共直流母线时，所有的变流单元的同相支路位于电网侧的一端通过并网断路器的下口连接测试电源或测试电阻，测试电阻或测试电源连接直流母线的一端，或者，所有的变流单元的同相支路位于机侧的一端通过机侧开关靠近变流单元的一侧连接测试电阻或测试电源，测试电源或测试电阻连接直流母线的一端。
所述的开启变流单元中支路的方法包含以下步骤：使变流单元中同相支路中的整流逆变电路导通。
所述的电流不均衡现象包含且不限于以下几种：
1、支路电流的电网侧电流值的最大值或最小值超过阈值，或者支路电流的发电机侧电流值的最大值或最小值超过阈值；
2、当接入风电变流器主电路连接状态检测系统的电流回路中的变流单元的支路数量为2时，两支路同一位置处的电流最大值与电流最小值的比值超过设计阈值；
3、当接入风电变流器主电路连接状态检测系统的电流回路中的变流单元的支路数量大于2时，支路中同一位置处的电流最大值与电流最小值的方差值或标准差大于设计阈值。
本发明可以自动检测风电变流器主电路连接状态，在连接状态变差时及时提醒维护，降低维护保养费用，尤其适用于不便于进行人工检测的海上风电机组。
附图说明
图1是背景技术中风电变流器的电路图。
图2是图1中变流单元的电路图。
图3是本发明提供的一种风电变流器主电路连接状态检测系统的电路图。
图4是一个实施例中对两个变流单元进行检测的示意图。
图5是图4正常连接时变流单元支路的电网侧电流值波形图。
图6是图4正常连接时变流单元支路的机侧电流值波形图。
图7是图4连接状态变差时变流单元支路的电网侧电流值波形图。
图8是图4连接状态变差时变流单元支路的机侧电流值波形图。
图9是另一个实施例中对共直流母线的两个变流单元进行检测的示意图。
图10是图9连接状态变差时变流单元支路的电流值波形图。
具体实施方式
以下根据图2～图10，具体说明本发明的较佳实施例。
如图3所示，本发明提供一种风电变流器主电路连接状态检测系统，包含：
测试电源1，其与风电变流器中每一个变流单元中的每一相回路都组成电流回路；
测试电阻R，其串联在测试电源1与变流单元的电流回路中。
在本发明的实施例中，所述的测试电源1可以采用交流电源也可以采用直流电源，较佳地，是采用直流电源。所述的测试电源1可以采用外接电源，也可以直接复用风电变流器中的直流源，比如：复用软启整流回路形成的直流源，该软启整流回路是风电变流器的内部电路，在风电变流器启动过程中形成直流电路，对直流母线进行充电。
如图3所示，在本发明的一个实施例中，变流单元位于电网侧的一端可以通过并网断路器的下口连接测试电源，变流单元位于机侧的一端可以通过机侧开关靠近变流单元的一侧连接测试电源。断路器有两端，靠近负载侧(或者远离电网侧)为下口，靠近电网侧(或者远离负载侧)为上口。
在本发明的另一个实施例中，当变流单元共直流母线时，测试电源1的一端接到直流母线一端，测试电源1的另一端接到并网断路器的下口或机侧开关靠近变流单元的一侧。
在本发明的另一个实施例中，所述的测试电阻R可以采用外接电阻，也可以直接复用风电变流器中的斩波电阻。
大功率风电变流器存在等效并联环节，多个变流单元并联在电网和发电机组之间，每个变流单元的A相回路(或B相回路，或C相回路)为一个支路，支路阻抗相等，流过电流相等，如果支路阻抗不等，则电流与其阻抗成反比。
风电变流器主回路的阻抗很小，为毫欧级别，主回路中铜排与铜排、铜排与电缆等连接位置正常情况下的阻抗几乎为0。因震动或晃动等连接情况变差时，阻抗变化也为毫欧级别。
如图2所示，以2并联支路为例，正常情况下每个变流单元的支路阻抗为0.001Ω，流经总电流为100A时，每个支路流经50A。当一个支路因连接松动，阻抗变为0.002Ω时，则一个支路电流变为66.7A，另一个支路电流变为33.3A，可以较为明显的判断出连接状态变差的回路。
因此，本发明提供一种风电变流器主电路连接状态检测方法，在风电变流器启动前进行检测，避免出现带病工作情况。所述的检测方法包含以下步骤：
步骤S1、风电变流器启动前，断开并网断路器和机侧开关；
步骤S2、将待测的风电变流器中的所有变流单元中的同相支路接入风电变流器主电路连接状态检测系统的电流回路；
所述的同相支路是指全部是A相回路，或者全部是B相回路，或者全部是C相回路；
步骤S3、开启所有变流单元中的同相支路，使风电变流器主电路连接状态检测系统的电流回路导通，监测所有变流单元的同相支路的电网侧电流和发电机侧电流是否均衡，如果出现电流不均衡现象即可判断为连接状态变差。
可以按照顺序依次检测风电变流器中所有变流单元的A相支路、B相支路和C相支路，也可以随机打乱顺序检测风电变流器中所有变流单元的A相支路、B相支路和C相支路，A相支路、B相支路和C相支路的检测方法都是一样的。
以A相回路为例，步骤S2中，所述的将所有变流单元中的同相支路接入风电变流器主电路连接状态检测系统的电流回路的方法具体包含以下步骤：
当变流单元没有共直流母线时，所有的变流单元的A相回路位于电网侧的一端通过并网断路器的A相下口连接测试电源或测试电阻，变流单元的A相回路位于机侧的一端通过A相机侧开关靠近变流单元的一侧连接测试电阻或测试电源；
当变流单元共直流母线时，所有的变流单元的A相回路位于电网侧的一端通过并网断路器的A相下口连接测试电源或测试电阻，测试电阻或测试电源连接直流母线的一端，或者，所有的变流单元的A相回路位于机侧的一端通过A相机侧开关靠近变流单元的一侧连接测试电阻或测试电源，测试电源或测试电阻连接直流母线的一端。
所述的测试电源自动连接变流单元，形成电流回路，无需人工干预。
仍以A相回路为例，步骤S3中，所述的开启变流单元中支路的方法具体包含以下步骤：
使变流单元中A相回路中的整流桥的上桥臂或下桥臂导通。
如图3所示，在本发明的一个实施例中，通过风电变流器控制系统打开电网侧变流单元的A相上桥臂IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)脉冲和机侧A相上桥臂IGBT脉冲，占空比100％，这样就构建了并联回路。
在本发明的一个实施例中，通过风电变流器自带的霍尔电流传感器来监测所有变流单元的同相支路的电网侧电流值和发电机侧电流值，所述的电流值不限于数值、平均值、有效值等等。
所述的电流不均衡现象包含且不限于以下几种：
1、支路电流的电网侧电流值的最大值或最小值超过阈值，或者支路电流的发电机侧电流值的最大值或最小值超过阈值；所述的阈值根据实际测试进行设定；
2、当接入风电变流器主电路连接状态检测系统的电流回路中的变流单元的支路数量为2时，两支路同一位置处的电流最大值与电流最小值的比值超过设计阈值；所述的阈值根据实际测试进行设定；
3、当接入风电变流器主电路连接状态检测系统的电流回路中的变流单元的支路数量大于2时，支路中同一位置处的电流最大值与电流最小值的方差值或标准差大于设计阈值；所述的阈值根据实际测试进行设定。
上述三种判断方法可以任意选择一种进行检测，也可以同时选择任意两种进行检测，甚至同时使用三种方法进行检测，以保证检测的准确性。
当变流单元共直流母线时，本发明提供的一种风电变流器主电路连接状态检测方法的检测结果更为准确。
如图4所示，在本发明的一个实施例中，以2个变流单元为例，4个工作的IGBT发占空比100％脉冲，测试电源给定1000V，两个支路的内部阻抗均为0.001Ω，测试阻抗为1Ω。正常情况下，每个支路电流应为500A，如图5和图6所示，电网侧变流器与电机侧变流器电流均衡。IgridA1代表电网侧变流器A相支路1电流，单位A(安培)；IgridA2代表电网侧变流器A相支路2电流，单位A(安培)；IgenA1代表电机侧变流器A相支路1电流，单位A(安培)；IgenA2代表电机侧变流器A相支路2电流，单位A(安培)。
当连接情况变差，其中第一组变流单元因连接问题，阻抗值由0.002Ω变为0.003Ω，即因连接带来阻抗变化0.001Ω时，如图7和图8所示，电网侧变流器与电机侧变流器电流发生不均衡。电网侧变流器A相支路1的电流变为400A，电网侧变流器A相支路2的电流变为600A。电机侧变流器A相支路1的电流变为400A，电机侧变流器A相支路2的电流变为600A。
如图9所示，在本发明的另一个实施例中，仍以2个变流单元为例，这两个变流单元共直流母线。当连接情况变差，如图10所示，电网侧变流器与电机侧变流器电流发生不均衡。电机侧变流器回路阻抗由0.001Ω变为0.002欧姆时，IgridA1与IgridA2相等均为500A，电网侧变流器电流还是保持均衡，IgenA1(333A)与IgenA2(666A)不等，电机侧变流器支路电流不均衡。
本发明可以自动检测风电变流器主电路连接状态，在连接状态变差时及时提醒维护，降低维护保养费用，尤其适用于不便于进行人工检测的海上风电机组。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种风电变流器主电路连接状态检测系统，其特征在于，包含：
测试电源，其与风电变流器中每一个变流单元中的每一相回路都组成电流回路；
测试电阻，其串联在测试电源与变流单元的电流回路中。
2.如权利要求1所述的风电变流器主电路连接状态检测系统，其特征在于，所述的测试电源为交流电源或直流电源。
3.如权利要求2所述的风电变流器主电路连接状态检测系统，其特征在于，所述的测试电源复用风电变流器中的直流源。
4.如权利要求1所述的风电变流器主电路连接状态检测系统，其特征在于，所述的测试电阻采用外接电阻，或者复用风电变流器中的斩波电阻。
5.如权利要求1所述的风电变流器主电路连接状态检测系统，其特征在于，变流单元位于电网侧的一端通过并网断路器的下口连接测试电源，变流单元位于机侧的一端通过机侧开关靠近变流单元的一侧连接测试电源。
6.如权利要求1所述的风电变流器主电路连接状态检测系统，其特征在于，当变流单元共直流母线时，测试电源的一端接到直流母线一端，测试电源的另一端接到并网断路器的下口或机侧开关靠近变流单元的一侧。
7.一种风电变流器主电路连接状态检测方法，利用如权利要求1-6中任意一项所述的风电变流器主电路连接状态检测系统进行检测，其特征在于，包含以下步骤：
步骤S1、风电变流器启动前，断开并网断路器和机侧开关；
步骤S2、将待测的风电变流器中的所有变流单元中的同相支路接入风电变流器主电路连接状态检测系统的电流回路；
所述的同相支路是指全部是A相回路，或者全部是B相回路，或者全部是C相回路；
步骤S3、开启所有变流单元中的同相支路，使风电变流器主电路连接状态检测系统的电流回路导通，监测所有变流单元的同相支路的电网侧电流和发电机侧电流是否均衡，如果出现电流不均衡现象即可判断为连接状态变差。
8.如权利要求7所述的风电变流器主电路连接状态检测方法，其特征在于，所述的将所有变流单元中的同相支路接入风电变流器主电路连接状态检测系统的电流回路的方法包含以下步骤：
当变流单元没有共直流母线时，所有的变流单元的同相支路位于电网侧的一端通过并网断路器的下口连接测试电源或测试电阻，变流单元的同相支路位于机侧的一端通过机侧开关靠近变流单元的一侧连接测试电阻或测试电源；
当变流单元共直流母线时，所有的变流单元的同相支路位于电网侧的一端通过并网断路器的下口连接测试电源或测试电阻，测试电阻或测试电源连接直流母线的一端，或者，所有的变流单元的同相支路位于机侧的一端通过机侧开关靠近变流单元的一侧连接测试电阻或测试电源，测试电源或测试电阻连接直流母线的一端。
9.如权利要求7所述的风电变流器主电路连接状态检测方法，其特征在于，所述的开启变流单元中支路的方法包含以下步骤：使变流单元中同相支路中的整流逆变电路导通。
10.如权利要求7所述的风电变流器主电路连接状态检测方法，其特征在于，所述的电流不均衡现象包含以下几种：
1、支路电流的电网侧电流值的最大值或最小值超过阈值，或者支路电流的发电机侧电流值的最大值或最小值超过阈值；
2、当接入风电变流器主电路连接状态检测系统的电流回路中的变流单元的支路数量为2时，两支路同一位置处的电流最大值与电流最小值的比值超过设计阈值；
3、当接入风电变流器主电路连接状态检测系统的电流回路中的变流单元的支路数量大于2时，支路中同一位置处的电流最大值与电流最小值的方差值或标准差大于设计阈值。
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