CN111765055B - 风电机组动力回路精细化安全保护方法 - Google Patents

风电机组动力回路精细化安全保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种风电机组动力回路精细化安全保护方法，包括如下步骤：S1、分别获取机舱电缆、塔筒内扭转电缆和塔筒内固定敷设段所处环境温度和电缆标称载流量对应环境温度；S2、分别获取机舱电缆、塔筒内扭转电缆和塔筒内固定敷设段的视在功率；S3、将机舱电缆、塔筒内扭转电缆和塔筒内固定敷设段的视在功率进行比较获得最小视在功率；S4、将最小视在功率与当前单机功率进行比较，根据比较结果判断是否进行限功率发电。通过实时计算每段电缆的可传输容量，利用所得最小容量，控制整个动力回路的功率输出，实现动力回路的精细化安全保护，保障了由不同分段组成的动力回路的长期运行安全。

Description

风电机组动力回路精细化安全保护方法
技术领域
本发明涉及风力发电领域，具体涉及一种风电机组动力回路精细化安全保护方法。
背景技术
风电机组动力回路按照敷设方式与所处环境的不同可分为三段，分别为机舱电缆、塔筒内扭转电缆、塔筒内固定敷设段。机舱电缆安装在主机架与底部机舱罩中间的电缆桥架上，空间狭小，电缆间距通常小于塔筒内固定敷设段的间距，而且电缆周围环境温度通常高于塔筒内温度；塔筒内扭转电缆在初始安装状态下电缆间距通常大于塔筒内固定敷设段电缆间距，但随着偏航方位角的增大，电缆间距将变小，甚至紧靠在一起。这些因素将导致不同段电缆的载流量产生差异。
机组设计时通常参照统一工况确定动力回路传输方案，这将导致部分传输段在特定工况下载流量不足，长期运行时将损伤护套与绝缘材料，例如机舱电缆与电缆桥架、塔筒内固定敷设段与固定夹因高温出现压痕，塔筒内扭转电缆的护套与绝缘材料因高温与扭转出现龟裂现象。
同时，平台化风电机组进行功率提升后，在高温、低电压、高功率、大偏航方位角等多种极端工况叠加时可能导致动力回路过载运行，若更换动力回路传输方案，将带来采购与管理成本的上升。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供的一种风电机组动力回路精细化安全保护方法，在风电机组同一动力回路中存在不同环境与运行工况时，考虑高温、低电压、高功率、大偏航方位角等多种极端工况叠加，实现该动力回路的精细化安全保护，使用该方法后可以统一风电机组平台的动力回路选型，降低机组采购与管理成本。
为了实现上述目的，本发明通过如下技术方案来实现：本发明提供一种风电机组动力回路精细化安全保护方法，所述动力回路包括机舱电缆、塔筒内扭转电缆和塔筒内固定敷设段；所述方法包括如下步骤：S1、分别获取机舱电缆、塔筒内扭转电缆和塔筒内固定敷设段所处环境温度和电缆标称载流量对应环境温度；
S2、根据所处环境温度和标称载流量对应环境温度分别获取机舱电缆、塔筒内扭转电缆和塔筒内固定敷设段的视在功率；
S3、将机舱电缆、塔筒内扭转电缆和塔筒内固定敷设段的视在功率进行比较获得最小视在功率；
S4、将最小视在功率与当前单机功率进行比较，根据比较结果判断是否进行限功率发电。
进一步，在步骤S1中，还包括：
根据最大有功功率与无功功率、最低电网电压以及最大偏航方位角计算限功率运行最低温度；
判断机舱电缆、塔筒内扭转电缆和塔筒内固定敷设段所处环境温度任一个是否大于所述限功率运行最低温度；
当机舱电缆、塔筒内扭转电缆和塔筒内固定敷设段所处环境温度均不大于所述限功率运行最低温度时不进行限功率发电。
进一步，判断机舱电缆、塔筒内扭转电缆和塔筒内固定敷设段所处环境温度中任一个大于所述限功率运行最低温度后，还包括：确定当前机组是否触发低电压穿越；当触发低电压穿越时不进行限功率发电。
进一步，步骤S2中，电缆可传输的视在功率S计算公式如下：
Figure BDA0002574803910000021
其中：U为电网电压；N为每相电缆根数；t1为电缆标称载流量对应环境温度；T为电缆周围环境温度；t为电缆可长期运行导体温度，且t＞t1；I为单相单根电缆标称载流量。
进一步，步骤S2中，还包括：在计算塔筒内扭转电缆的视在功率时乘以一个偏航校正系数；
根据电缆间距以及偏航方位角确定偏航校正系数：偏航矫正系数
Figure BDA0002574803910000031
其中，θ1为机组运行时解缆触发偏航方位角；θ2为实时偏航方位角。
进一步，在步骤S3中，将机舱电缆、塔筒内扭转电缆和塔筒内固定敷设段的视在功率进行比较获得最小视在功率，并将最小视在功率赋值给S4，然后根据当前单机实时有功功率计算最大可发无功功率，同时将计算结果通过通讯系统传输给SCADA系统。
进一步，在步骤S4中，还包括：将最小视在功率与当前单机功率进行比较：当最小视在功率大于当前单机功率时按照主控有功功率进行发电；当最小视在功率不大于当前单机功率时机组限制发电功率以最小视在功率进行发电同时将可发无功功率限制为零。
本发明的有益效果：本发明提供一种风电机组动力回路精细化安全保护方法，所述动力回路包括机舱电缆、塔筒内扭转电缆和塔筒内固定敷设段；所述方法包括如下步骤：S1、分别获取机舱电缆、塔筒内扭转电缆和塔筒内固定敷设段所处环境温度和电缆标称载流量对应环境温度；S2、根据所处环境温度和标称载流量对应环境温度分别获取机舱电缆、塔筒内扭转电缆和塔筒内固定敷设段的视在功率；S3、将机舱电缆、塔筒内扭转电缆和塔筒内固定敷设段的视在功率进行比较获得最小视在功率；S4、将最小视在功率与当前单机功率进行比较，根据比较结果判断是否进行限功率发电。通过实时计算每段电缆的可传输容量，利用所得最小容量，控制整个动力回路的功率输出，实现动力回路的精细化安全保护，同时在优先保证机组有功功率输出的基础上控制机组无功功率输出，保障了由不同分段组成的动力回路的长期运行安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明提供的风电机组动力回路精细化安全保护方法的流程图；
图2为本发明提供的风电机组动力回路精细化安全保护方法的控制流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
请参阅图1～2，本发明提供一种风电机组动力回路精细化安全保护方法，所述动力回路包括机舱电缆、塔筒内扭转电缆和塔筒内固定敷设段；所述方法包括如下步骤：S1、分别获取机舱电缆、塔筒内扭转电缆和塔筒内固定敷设段所处环境温度和电缆标称载流量对应环境温度。
S2、根据所处环境温度和标称载流量对应环境温度分别获取机舱电缆、塔筒内扭转电缆和塔筒内固定敷设段的视在功率；电缆可传输的视在功率S计算公式如下：
Figure BDA0002574803910000041
其中：U为电网电压；N为每相电缆根数；t1为电缆标称载流量对应环境温度；T为电缆周围环境温度；t为电缆可长期运行导体温度，且t＞t1；I为单相单根电缆标称载流量；
机舱电缆可传输的是在功率
Figure BDA0002574803910000042
I1为机舱内电缆单相单根电缆标称载流量，T1为机舱电缆周围温度；
在计算塔筒内扭转电缆的视在功率时乘以一个偏航校正系数K，同时可根据电缆间距以及偏航方位角确定偏航校正系数：偏航矫正系数
Figure BDA0002574803910000051
其中，θ1为机组运行时解缆触发偏航方位角；θ2为实时偏航方位角；利用偏航方位角与电缆间距变化的线性关系确定塔筒内扭转电缆载流量偏航校正系数；
故塔筒内扭转电缆可传输的视在功率S2的计算公式如下：
Figure BDA0002574803910000052
I2为塔筒内扭转电缆单相单根电缆标称载流量，T2为塔筒内温度；
塔筒内固定敷设段可传输视在功率
Figure BDA0002574803910000053
I2为塔筒内固定敷设段单相单根电缆标称载流量。
S3、将机舱电缆的视在功率S1、塔筒内扭转电缆的视在功率S2和塔筒内固定敷设段的视在功率S3进行比较获得最小视在功率；将机舱电缆、塔筒内扭转电缆和塔筒内固定敷设段的视在功率进行比较获得最小视在功率，并将最小视在功率赋值给S4，然后根据当前单机实时有功功率P单机计算最大可发无功功率Q1，同时将计算结果通过通讯系统传输给SCADA系统。
S4、将最小视在功率与当前单机功率进行比较，根据比较结果判断是否进行限功率发电；
将最小视在功率与当前单机功率进行比较：当最小视在功率大于当前单机功率时按照主控有功功率进行发电；当最小视在功率不大于当前单机功率时机组限制发电功率以最小视在功率进行发电同时将可发无功功率限制为零。Q1计算公式如下：
Figure BDA0002574803910000054
当S4>P单机时，按照主控有功功率控制执行，同时最大可发无功功率为
Figure BDA0002574803910000061
当S4≤P单机，机组限功率S4运行，可发无功为0。即控制算法优先保证机组有功功率输出，其次为无功功率；
SCADA系统将收到的Q1与原无功分配策略所得无功指令Q2(或人工后台下发)进行对比，取其较小值命名为Q3，并下发风电机组。当Q1<Q2时，其余无功功率由其他机组或者并网点SVG承担。通过实时计算每段电缆的可传输容量，利用所得最小容量，控制整个动力回路的功率输出，实现动力回路的精细化安全保护，同时优先保证机组有功功率输出的基础上控制机组无功功率输出。
作为对上述方案的进一步改进，根据最大有功功率与无功功率、最低电网电压以及最大偏航方位角计算限功率运行最低温度；
判断机舱电缆、塔筒内扭转电缆和塔筒内固定敷设段所处环境温度任一个是否大于所述限功率运行最低温度；
当机舱电缆、塔筒内扭转电缆和塔筒内固定敷设段所处环境温度均不大于所述限功率运行最低温度时不进行限功率发电；
因出现高温天气的占比相对较小，故根据最大有功功率与无功功率、最低电网电压、最大偏航方位角可计算出限功率运行最低温度t3，即温度低于t3时不影响主控系统功率控制。故程序开始可通过判断机舱电缆周围温度T1与塔筒内温度T2是否大于t3，减少不必要的计算，提高程序运行效率。
作为对上述方案的进一步改进，判断机舱电缆、塔筒内扭转电缆和塔筒内固定敷设段所处环境温度中任一个大于所述限功率运行最低温度后，还包括：确定当前机组是否触发低电压穿越；当触发低电压穿越时不进行限功率发电。低电压穿越时，电网电压偏低将导致计算所得电缆最大可传输容量减小，过度降低机组输出后，多余能量将通过低电压穿越组件泄放，可能导致低电压穿越组件损坏。故机组触发低电压穿越时，该算法不影响主控系统功率控制。
本发明方法在风电机组同一动力回路中存在不同环境与运行工况时，考虑高温、低电压、高功率、大偏航方位角等多种极端工况叠加，实现该动力回路的精细化安全保护，统一风电机组平台的动力回路选型，降低机组采购与管理成本。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (4)

1.一种风电机组动力回路精细化安全保护方法，其特征在于，所述动力回路包括机舱电缆、塔筒内扭转电缆和塔筒内固定敷设段；所述方法包括如下步骤：
S1、分别获取机舱电缆、塔筒内扭转电缆和塔筒内固定敷设段所处环境温度和电缆标称载流量对应环境温度；
根据最大有功功率与无功功率、最低电网电压以及最大偏航方位角计算限功率运行最低温度；
判断机舱电缆、塔筒内扭转电缆和塔筒内固定敷设段所处环境温度中任一个是否大于所述限功率运行最低温度；
当机舱电缆、塔筒内扭转电缆和塔筒内固定敷设段所处环境温度均不大于所述限功率运行最低温度时不进行限功率发电；
确定当前机组是否触发低电压穿越，当触发低电压穿越时不进行限功率发电；
S2、根据所处环境温度和标称载流量对应环境温度分别获取机舱电缆、塔筒内扭转电缆和塔筒内固定敷设段的视在功率,在计算塔筒内扭转电缆的视在功率时乘以一个偏航校正系数,偏航矫正系数
Figure RE-FDA0003936299320000011
其中，θ1为机组运行时解缆触发偏航方位角；θ2为实时偏航方位角；
S3、将机舱电缆、塔筒内扭转电缆和塔筒内固定敷设段的视在功率进行比较获得最小视在功率；
S4、将最小视在功率与当前单机功率进行比较，根据比较结果判断是否进行限功率发电。
2.根据权利要求1所述的风电机组动力回路精细化安全保护方法，其特征在于：步骤S2中，电缆可传输的视在功率S计算公式如下：
Figure RE-FDA0003936299320000012
其中：U为电网电压；N为每相电缆根数；t1为电缆标称载流量对应环境温度；T为电缆周围环境温度；t为电缆可长期运行导体温度，且t＞t1；I为单相单根电缆标称载流量。
3.根据权利要求1所述的风电机组动力回路精细化安全保护方法，其特征在于：在步骤S3中，将机舱电缆、塔筒内扭转电缆和塔筒内固定敷设段的视在功率进行比较获得最小视在功率，并将最小视在功率赋值给S4，然后根据当前单机实时有功功率计算最大可发无功功率，同时将计算结果通过通讯系统传输给SCADA系统。
4.根据权利要求1所述的风电机组动力回路精细化安全保护方法，其特征在于：在步骤S4中，还包括：将最小视在功率与当前单机功率进行比较：当最小视在功率大于当前单机功率时按照主控有功功率进行发电；当最小视在功率不大于当前单机功率时机组限制发电功率以最小视在功率进行发电同时将可发无功功率限制为零。
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