CN110661287A - 一种风力发电机组黑启动电网故障穿越方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风力发电机组黑启动电网故障穿越方法，该方法主要针对采用全功率变流器并网的直驱或半直驱永磁同步风力发电机组，为机组作为黑启动电源时的电网故障穿越方法，包括：1)等待故障触发状态；2)调制闭锁状态；3)重新调制状态；4)重新建压状态；5)电源工作状态。采用本发明方法后，在高压侧断路器合闸瞬间全功率变流器出现过压或过流后，可自动执行故障穿越动作，机组依旧持续黑启动建压，实现故障穿越。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电机组黑启动控制的技术领域，尤其是指一种风力发电机组黑启动电网故障穿越方法。
背景技术
依据现有电网运行规程要求，风电场上电需进行逐级合闸反送电工作。因此，当海上风力发电机组作为黑启动电源时，网侧完成建压后，需闭合升压变压器高压断路器，投入该断路器后侧所带负载。而负载通常由该机组所在回路的集电线路海缆及改回路其它风力发电机组的升压变压器及风力发电机组负载组成，见图1。在断路器合闸瞬间，需对海缆及升压变压器进行建压充磁，并会导致较大的励磁涌流或操作过压。而常规变流器在此情况下会由于较大的励磁涌流导致报出过流故障或因操作过压报出过压故障，导致机组停机黑启动失败。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种风力发电机组黑启动电网故障穿越方法，在高压断路器合闸瞬间全功率变流器出现过压或过流后，自动执行故障穿越动作，机组依旧持续黑启动建压，实现故障穿越。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种风力发电机组黑启动电网故障穿越方法，该方法主要针对采用全功率变流器并网的直驱或半直驱永磁同步风力发电机组，为机组作为黑启动电源时的电网故障穿越方法，包括以下步骤：
1)等待故障触发状态
通过全功率变流器的变流控制器直接采集并网点三相电压有效值及三相电压瞬时值，通过全功率变流器的网侧逆变器反馈网侧三相电流有效值及三相电流瞬时值给变流控制器；所述变流控制器依据控制和通讯周期，刷新内部数据：并网点三相电压有效值、三相电压瞬时值、网侧三相电流有效值和三相电流瞬时值，并等待过压故障及过流故障触发，一但故障触发进入调制闭锁状态；
2)调制闭锁状态
变流控制器对网侧所有触发脉冲发出低电平信号，闭锁关断网侧逆变器的IGBT模块，并等待时间Tblock，Tblock时间到达后进入重新调制状态；其中，所述触发脉冲为PWM脉冲信号，用于控制IGBT模块的导通和闭锁关断，高电平信号下IGBT模块导通，低电平信号下IGBT模块闭锁关断；
3)重新调制状态
变流控制器对网侧逆变器重新开启发出脉冲信号，并控制网侧设定参考电压Uref为0，持续时间为Trestart，Trestart达到后进入重新建压状态；
4)重新建压状态
参考电压Uref从0开始重新建压达到设定目标电压Uset，建压采用设定斜率Ramp进行升压，或者参考电压Uref根据全功率变流器计算周期定步长ΔU增加直至设定电压不再上升；当变流控制器检测到并网点三相电压有效值建压达到设定值Uset，再持续时间达到Tset后进入电源工作状态；
5)电源工作状态
全功率变流器顺利完成穿越动作，进入网侧控制维持电网电压工作状态，即全功率变流器控制并网点三相电压有效值维持在Uset的工作状态。
进一步，所述过压故障包括瞬时过压故障和有效值过压故障；当变流控制器检测到任意一个三相电压瞬时值超过规定电压Uinstantover，且时间超过Tuinstantover后，即报出瞬时过压故障；当变流控制器检测到任意一个三相电压有效值超过规定电压URMSover，且持续时间超过TuRMSover，即报出有效值过压故障。
进一步，所述过电流故障包括瞬时过电流故障和有效值过电流故障；当变流控制器检测到任意一个三相电流瞬时值超过规定电流Iinstantover，且时间超过Tuinstantover，即报出瞬时过电流故障；当变流控制器检测到任意一个三相电流有效值超过规定电流IRMSover，且持续时间超过TiRMSover，即报出有效值过电流故障。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
本发明可使风力发电机组在网侧出现较大的励磁涌流或操作过压的情况下，即高压断路器合闸瞬间全功率变流器出现过压或过流情况下，自动执行故障穿越动作，实现机组依旧持续黑启动建压，实现故障穿越，从而解决风力发电机组在黑启动完成建压后，由于高压断路器投切常规变流器在此情况下会由于较大的励磁涌流，导致报出过流故障或因操作过压报出过压故障，进而使机组停机黑启动失败的问题。
附图说明
图1为现有技术黑启动风电线路拓扑图。
图2为实施例中风力发电机组的架构图。
图3为未采用本发明方法出现报过流故障的网侧电压图。
图4为未采用本发明方法出现报过流故障的网侧电流图。
图5为未采用本发明方法出现报过压故障的网侧电压图。
图6为未采用本发明方法出现报过压故障的网侧电流图。
图7为采用本发明方法后实现穿越的网侧电压图。
图8为采用本发明方法后实现穿越的网侧电流图。
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。
本实施例所提供的风力发电机组黑启动电网故障穿越方法，主要针对采用全功率变流器并网的直驱或半直驱永磁同步风力发电机组，为机组作为黑启动电源时的电网故障穿越方法，包括以下步骤：
1)等待故障触发状态
参见图2所示，通过全功率变流器的变流控制器直接采集并网点三相电压有效值及三相电压瞬时值，通过全功率变流器的网侧逆变器反馈网侧三相电流有效值及三相电流瞬时值给变流控制器，图中，变流控制器通过发送触发脉冲，实现对网侧逆变器、机侧整流器的控制。所述变流控制器依据控制和通讯周期，刷新内部数据：并网点三相电压有效值、三相电压瞬时值、网侧三相电流有效值和三相电流瞬时值，并等待过压故障及过流故障触发，一但故障触发进入调制闭锁状态。
所述过压故障包括瞬时过压故障和有效值过压故障；当变流控制器检测到任意一个三相电压瞬时值超过规定电压Uinstantover，且时间超过Tuinstantover后，即报出瞬时过压故障；当变流控制器检测到任意一个三相电压有效值超过规定电压URMSover，且持续时间超过TuRMSover，即报出有效值过压故障；常规设置可存在多个设置不同的有效值过压故障、瞬时过压故障。
所述过电流故障包括瞬时过电流故障和有效值过电流故障；当变流控制器检测到任意一个三相电流瞬时值超过规定电流Iinstantover，且时间超过Tuinstantover，即报出瞬时过电流故障；当变流控制器检测到任意一个三相电流有效值超过规定电流IRMSover，且持续时间超过TiRMSover，即报出有效值过电流故障；常规设置可存在多个设置不同的有效值过电流故障、瞬时过电流故障。
2)调制闭锁状态
变流控制器对网侧所有触发脉冲发出低电平信号，闭锁关断网侧逆变器的IGBT模块，并等待时间Tblock，Tblock时间到达后进入重新调制状态，Tblock可根据变流器控制系统设计原则改变，或根据外部负载情况改变；其中，所述触发脉冲为PWM脉冲信号，用于控制IGBT模块的导通和闭锁关断，高电平信号下IGBT模块导通，低电平信号下IGBT模块闭锁关断。
3)重新调制状态
变流控制器对网侧逆变器重新开启发出脉冲信号，并控制网侧设定参考电压Uref为0持续时间为Trestart，Trestart达到后进入重新建压状态；Trestart可根据变流器控制系统设计原则改变，或根据外部负载情况改变。
4)重新建压状态
参考电压Uref从0开始重新建压达到设定目标电压Uset，建压采用设定斜率Ramp进行升压，或者参考电压Uref根据全功率变流器计算周期定步长ΔU增加直至设定电压不再上升；当变流控制器检测到并网点三相电压有效值建压达到设定值Uset，再持续时间达到Tset后进入电源工作状态；Tset、Uset可根据变流器控制系统设计原则改变，或根据外部负载情况改变。
5)电源工作状态
全功率变流器顺利完成穿越动作，进入网侧控制维持电网电压工作状态，即全功率变流器控制并网点三相电压有效值维持在Uset的工作状态。
参见图3、4、5、6所示，未采用本实施例上述风力发电机组黑启动电网故障穿越方法，导致在高压断路器合闸瞬间全功率变流器过压和过流导致停机，黑启动过程失败。
参见图7、8所示，在使用本实施例上述风力发电机组黑启动电网故障穿越方法后，高压断路器合闸瞬间全功率变流器出现过压或过流后，自动执行故障穿越动作，机组依旧持续黑启动建压，实现故障穿越。
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 (3)
1.一种风力发电机组黑启动电网故障穿越方法，其特征在于，该方法主要针对采用全功率变流器并网的直驱或半直驱永磁同步风力发电机组，为机组作为黑启动电源时的电网故障穿越方法，包括以下步骤：
1)等待故障触发状态
通过全功率变流器的变流控制器直接采集并网点三相电压有效值及三相电压瞬时值，通过全功率变流器的网侧逆变器反馈网侧三相电流有效值及三相电流瞬时值给变流控制器；所述变流控制器依据控制和通讯周期，刷新内部数据：并网点三相电压有效值、三相电压瞬时值、网侧三相电流有效值和三相电流瞬时值，并等待过压故障及过流故障触发，一但故障触发进入调制闭锁状态；
2)调制闭锁状态
变流控制器对网侧所有触发脉冲发出低电平信号，闭锁关断网侧逆变器的IGBT模块，并等待时间Tblock，Tblock时间到达后进入重新调制状态；其中，所述触发脉冲为PWM脉冲信号，用于控制IGBT模块的导通和闭锁关断，高电平信号下IGBT模块导通，低电平信号下IGBT模块闭锁关断；
3)重新调制状态
变流控制器对网侧逆变器重新开启发出脉冲信号，并控制网侧设定参考电压Uref为0，持续时间为Trestart，Trestart达到后进入重新建压状态；
4)重新建压状态
参考电压Uref从0开始重新建压达到设定目标电压Uset，建压采用设定斜率Ramp进行升压，或者参考电压Uref根据全功率变流器计算周期定步长ΔU增加直至设定电压不再上升；当变流控制器检测到并网点三相电压有效值建压达到设定值Uset，再持续时间达到Tset后进入电源工作状态；
5)电源工作状态
全功率变流器顺利完成穿越动作，进入网侧控制维持电网电压工作状态，即全功率变流器控制并网点三相电压有效值维持在Uset的工作状态。
2.根据权利要求1所述的一种风力发电机组黑启动电网故障穿越方法，其特征在于：所述过压故障包括瞬时过压故障和有效值过压故障；当变流控制器检测到任意一个三相电压瞬时值超过规定电压Uinstantover，且时间超过Tuinstantover后，即报出瞬时过压故障；当变流控制器检测到任意一个三相电压有效值超过规定电压URMSover，且持续时间超过TuRMSover，即报出有效值过压故障。
3.根据权利要求1所述的一种风力发电机组黑启动电网故障穿越方法，其特征在于：所述过电流故障包括瞬时过电流故障和有效值过电流故障；当变流控制器检测到任意一个三相电流瞬时值超过规定电流Iinstantover，且时间超过Tuinstantover，即报出瞬时过电流故障；当变流控制器检测到任意一个三相电流有效值超过规定电流IRMSover，且持续时间超过TiRMSover，即报出有效值过电流故障。
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