CN111835031A - 风力发电机组变流器网侧断路器及机侧开关控制策略 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种风力发电机组变流器网侧断路器及机侧开关控制策略，包括如下步骤：S1、获取风电机组状态，判断风电机组当前状态；S2、当前状态为机组处于故障状态时,判断故障是否为变流器故障；S3、若为变流器故障，则变流器不再响应主控系统的转矩指令，并分断网侧断路器；S4、若为非变流器故障，则变流器继续响应主控系统的转矩指令，主控系统判断发生的故障类型并分别以对应的降载速率控制变流器减载，变流器根据对应故障类型控制网侧变流器的调制及控制网侧断路器的分断。该策略可以保证风力发电机组在安全稳定运行的前提下，最大限度的减少变流器网侧断路器及机侧开关的分合闸次数，延长断路器的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电领域，具体涉及一种风力发电机组变流器网侧断路器及机侧开关控制策略。
背景技术
风电变流器是风力发电机组的核心部件之一，网侧断路器作为变流器与箱变的连接器件，其主要作用是：一是正常情况下接通和断开风力发电机组与箱变的连接；二是在风力发电机组变流器系统发生严重故障时能迅速切断故障电流，使变流器从电网解列，防止事故扩大。然而，断路器的控制策略通常由变流器厂根据变流器内部故障等级分类，自行约定了与故障等级相对应的分断策略，这就导致了不同的变流器厂商对断路器的控制策略存在差异性，使得变流器网侧断路器和/或机侧开关在某些工况下的分合闸次数较多，缩短了器件的使用寿命，使其不能更好的适应风力发电机组实际应用需求。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供的一种风力发电机组变流器网侧断路器及机侧开关控制策略，保证风力发电机组在安全稳定运行的前提下，最大限度的减少变流器网侧断路器和/或机侧开关的分合闸次数，延长器件的使用寿命。
为了实现上述目的，本发明通过如下技术方案来实现：本发明提供一种风力发电机组变流器网侧断路器及机侧开关控制策略，包括如下步骤：
S1、获取风电机组状态，判断风电机组当前状态；
S2、当前状态为机组处于故障状态时，判断故障是否为变流器故障；
S3、若为变流器故障，则变流器不再响应主控系统的转矩指令，并分断网侧断路器；
S4、若为非变流器故障，则变流器继续响应主控系统的转矩指令，主控系统判断发生的故障类型并分别以对应的降载速率控制变流器减载，变流器根据对应故障类型控制网侧变流器的调制及控制网侧断路器的分断。
进一步，在步骤S1中获取风电机组状态判断风电机组当前状态，还包括：
当前状态为启动过程中时，首先变流器辅助电上电，变流器柜内的温度、湿度自检，温度、湿度满足启机条件后，变流器与主控系统建立通讯，变流器进入待机状态；
风电机组其余启机条件满足后，主控系统下发风电机组启机指令，变流器执行软启动程序，网侧断路器闭合；
主控系统在接收到网侧断路器闭合信号后，发送网侧变流器调制指令，网侧变流器开始工作，然后发送机侧变流器调制指令，机侧变流器开始工作后执行并网，完成并网。
进一步，在步骤S3中，若当前为变流器故障，还包括：
判断当前故障是否为变流器紧急停机故障；
若当前故障为变流器紧急停机故障，则，网侧变流器和机侧变流器停止发波，直接分断网侧断路器及机侧开关；
若当前故障为非紧急停机故障，则，变流器按照非紧急停机故障的降载速率降载直至转矩值降至不大于20%额定转矩值，然后机侧变流器停止调制，紧接着网侧变流器停止调制，网侧断路器断开。
进一步，在步骤S4中，若为非变流器故障，还包括，判断当前故障类型，所述故障类型包括快速停机故障、紧急停机故障和其他故障。
进一步，在步骤S4中，当前故障为非变流器故障然后判断当前故障类型，包括，
当前故障为紧急停机故障，变流器按照主控系统紧急停机故障对应的减载速率降载直至机组转矩值降至不大于20%额定转矩值，然后主控系统撤销机侧变流器调制指令，机侧变流器停止调制；
当前故障为快速停机故障，变流器按照主控系统快速停机故障对应的减载速率降载直至机组转矩值降至不大于20%额定转矩值，然后主控系统撤销机侧变流器调制指令，机侧变流器停止调制；
当前故障为其他故障，变流器按照主控系统正常停机故障对应的减载速率降载直至机组转矩值降至不大于20%额定转矩值，然后主控系统撤销机侧变流器调制指令，机侧变流器停止调制。
进一步，在步骤S4中，当前故障为非变流器故障然后判断当前故障类型，还包括，
当不启用网侧调制功能时， 变流器反馈机侧变流器已经停止调制，紧接着主控系统撤销网侧变流器调制指令，网侧变流器停止调制，网侧断路器断开；
当启用网侧调制功能时，变流器反馈机侧变流器已经停止调制，此时保持网侧变流器仍处于调制状态，网侧断路器不分断，等待风力发电机组再次并网，延时预定时间后机组仍未并网，则主控系统撤销网侧变流器调制指令，网侧变流器停止调制，网侧断路器断开。
进一步，所述机侧开关为隔离开关和/或负荷开关和/或接触器和/或断路器。
进一步，步骤S1中获取风电机组状态判断风电机组当前状态，还包括，当风力发电机组处于维护模式或人工停机模式时，变流器直接分断网侧断路器。
本发明的有益效果：本发明提供一种风力发电机组变流器网侧断路器及机侧开关控制策略，包括如下步骤：S1、获取风电机组状态，判断风电机组当前状态；S2、当前状态为机组处于故障状态时，判断故障是否为变流器故障；S3、若为变流器故障，则变流器不再响应主控系统的转矩指令，并分断网侧断路器；S4、若为非变流器故障，则变流器继续响应主控系统的转矩指令，主控系统判断发生的故障类型并分别以对应的降载速率控制变流器减载，变流器根据对应故障类型控制网侧变流器的调制及控制网侧断路器的分断。该策略可以保证风力发电机组在安全稳定运行的前提下，最大限度的减少变流器网侧断路器及机侧开关的分合闸次数，延长器件的使用寿命。
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为本发明提供的风力发电机组变流器网侧断路器及机侧开关控制策略的流程示意图；
图2为本发明提供的风力发电机组变流器网侧断路器及机侧开关控制策略的运行过程中的控制流程图；
图3为本发明提供的风力发电机组变流器网侧断路器及机侧开关控制策略的故障状态的控制流程图。
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1~3，本发明提供一种风力发电机组变流器网侧断路器及机侧开关控制策略，包括如下步骤：
S1、获取风电机组状态，判断风电机组当前状态；
S2、当前状态为机组处于故障状态时，判断故障是否为变流器故障；
S3、若为变流器故障，则变流器不再响应主控系统的转矩指令，并分断网侧断路器；
S4、若为非变流器故障，则变流器继续响应主控系统的转矩指令，主控系统判断发生的故障类型并分别以对应的降载速率控制变流器减载，变流器根据对应故障类型控制网侧变流器的调制及控制网侧断路器的分断。
在发生变流器故障时，由变流器判断故障类型；在发生非变流器故障时，由主控系统判断故障类型，此时变流器配合主控系统执行减载停机过程。
其中，网侧断路器属于网侧变流器的一个部件与电网连接；机侧开关是机侧变流器的一个部件与发电机连接；变流器包括机侧变流器和网侧变流器，网侧断路器为整台变流器与电网的连接部件。
进一步，在步骤S1中获取风电机组状态判断风电机组当前状态，还包括：
当前状态为启动过程中时，首先变流器辅助电上电，变流器柜内的温度、湿度自检，温度、湿度满足启机条件后，变流器与主控系统建立通讯，变流器进入待机状态；
风电机组其余启机条件满足后，主控系统下发风电机组启机指令，变流器执行软启动程序，网侧断路器闭合；
主控系统在接收到网侧断路器闭合信号后，发送网侧变流器调制指令，网侧变流器开始工作，然后发送机侧变流器调制指令，机侧变流器开始工作后执行并网，完成并网。
具体的，风电机组启机过程中，变流器辅助电上电，变流器首先执行自检程序，判断变流器零部件温度，柜体内温、湿度是否满足启机条件，如果不满足，则启动变流器加热除湿功能，直到零部件及柜内温度满足启机条件。
如满足，则执行控制电上电程序，变流器建立与主控系统的总线通讯，变流器进入待机状态，等待主控系统启机指令。
此时如果风力发电机组其余启机条件满足（如：发电机转速已经达到并网转速），主控系统会自动下发风电机组启机指令，当变流器接收到主控系统启机指令后，变流器执行软启动程序，完成变流器直流母线充电过程，同时网侧断路器完成闭合动作，断路器闭合后其闭合状态通过反馈触点反馈至主控系统，告知主控系统断路器已经完成闭合动作。
紧接着，主控系统在接收到变流器网侧断路器反馈已闭合的状态后，会自动下发网侧变流器调制指令，这时网侧变流器开始工作；紧接着下发机侧变流器调制指令，机侧变流器开始工作，执行并网动作，机侧开关合闸状态反馈主控系统，主控系统在接收到机侧开关的合闸反馈信号后，确定机组并网成功，变流器开始跟踪主控系统下发的转矩指令，执行相应的发电任务。至此，变流器完成启机过程。
进一步，在步骤S3中，若当前为变流器故障，还包括：
判断当前故障是否为变流器紧急停机故障；
若当前故障为变流器紧急停机故障，则，网侧变流器和机侧变流器停止发波，直接分断网侧断路器及机侧开关；
若当前故障为非紧急停机故障，则，变流器按照非紧急停机故障的降载速率降载直至转矩值降至不大于20%额定转矩值，然后机侧变流器停止调制，紧接着网侧变流器停止调制，网侧断路器断开。优选地，转矩值降至0N.m后，机侧变流器再停止调制。
机组在运行过程中一旦发生故障需要停机时，需要根据所发生故障的故障等级，执行不同的停机策略，具体的：风力发电机组在运行的过程中发生故障，首先判断是否是变流器发生故障，如果是变流器故障，则变流器将故障状态（可以是故障位或状态字等）上传主控系统，可以通过通讯上传或硬件上传，同时变流器不再响应主控系统的转矩指令，变流器根据所发生的故障自动判断是否属于变流器紧急停机故障，执行的控制策略如下：
如果发生的是变流器紧急停机故障，则：网侧变流器和机侧变流器停止发波（即网侧变流器和机侧变流器停止调制），变流器发出分断网侧断路器及机侧开关的指令，直接分断网侧断路器及机侧开关，防止故障面扩大，造成更大的经济损失。
如果发生的是非紧急停机故障，则按照变流器运行程序设定的降载速率执行减载停机策略，此时降载速率可由变流器程序设定，直至机组转矩值由机组故障时刻的某一个值降至不大于20%额定转矩值，机侧变流器停止调制，此时机侧开关可以分断，也可以不分断，由每家变流器供应商确定的控制逻辑进行判断。紧接着网侧变流器停止调制，网侧断路器断开。优选地，转矩值降至0N.m后，机侧变流器再停止调制。
进一步，在步骤S4中，若为非变流器故障，还包括，判断当前故障类型，所述故障类型包括快速停机故障、紧急停机故障和其他故障。
进一步，在步骤S4中，当前故障为非变流器故障然后判断当前故障类型，包括，
当前故障为紧急停机故障，变流器按照主控系统紧急停机故障对应的减载速率降载直至机组转矩值降至不大于20%额定转矩值，然后主控系统撤销机侧变流器调制指令，机侧变流器停止调制；优选地，转矩值降至0N.m后，主控系统再撤销机侧变流器调制指令，机侧变流器停止调制。
当前故障为快速停机故障，变流器按照主控系统快速停机故障对应的减载速率降载直至机组转矩值降至不大于20%额定转矩值，然后主控系统撤销机侧变流器调制指令，机侧变流器停止调制；优选地，转矩值降至0N.m后，主控系统再撤销机侧变流器调制指令，机侧变流器停止调制。
当前故障为其他故障，变流器按照主控系统正常停机故障对应的减载速率降载直至机组转矩值降至不大于20%额定转矩值，然后主控系统撤销机侧变流器调制指令，机侧变流器停止调制。优选地，转矩值降至0N.m后，主控系统再撤销机侧变流器调制指令，机侧变流器停止调制。
具体的，如果为非变流器故障，则要判断发生的故障是否属于除变流器外的其他系统发生的紧急停机故障、快速停机故障或其他故障，对应控制策略如下：
如果是紧急停机故障，则变流器按照主控系统紧急停机故障对应程序设定的减载速率执行减载停机策略，此时降载速率可由主控程序设定，直到机组转矩值由机组故障时刻的某一个值降至不大于20%额定转矩值，此时主控系统撤销机侧变流器调制指令，机侧变流器停止调制，此时机侧开关可以分断，也可以不分断，由每家变流器供应商确定的控制逻辑进行判断。此种工况下针对网侧断路器的控制，需要说明的是，根据具体需求，主控系统可以撤销网侧变流器调制指令，网侧变流器停止调制，网侧断路器断开；也可以保持网侧变流器处于调制状态，即网侧断路器不分断。优选地，转矩值降至0N.m后，主控系统再撤销机侧变流器调制指令，机侧变流器停止调制。具体策略如下：
不启用“网侧调制功能”时， 变流器反馈机侧变流器已经停止调制，紧接着主控系统撤销网侧变流器调制指令，网侧变流器停止调制，网侧断路器断开。
启用“网侧调制功能”时，变流器反馈机侧变流器已经停止调制，此时保持网侧变流器仍处于调制状态，网侧断路器不分断，等待风力发电机组再次并网（等待时间可以人为设定，如4小时），延时时间结束时机组仍未并网，则主控系统撤销网侧变流器调制指令，网侧变流器停止调制，网侧断路器断开。
此控制策略可以避免风电机组在小风阶段（即：风速在机组切入风速附进波动），由于风速较小导致网侧断路器的频繁投入、切出；也可以避免机组停机后，在较短的时间内随着风速的增加，机组满足并网运行条件再次并网时网侧断路器的频繁投入、切出，最大限度的减少变流器网侧断路器及机侧开关的分合闸次数，延长断路器使用寿命。
如果是快速停机故障，则变流器按照主控系统快速停机故障对应程序设定的减载速率执行减载停机策略，直到机组转矩值由机组故障时刻的某一个值降至不大于20%额定转矩值，此时主控系统撤销机侧变流器调制指令，机侧变流器停止调制，此时机侧开关可以分断，也可以不分断，由每家变流器供应商确定的控制逻辑进行判断。此种工况下针对网侧断路器的控制，需要说明的是，根据具体需求，主控系统可以撤销网侧变流器调制指令，网侧变流器停止调制，网侧断路器断开；也可以保持网侧变流器处于调制状态，即网侧断路器不分断。优选地，转矩值降至0N.m后，主控系统再撤销机侧变流器调制指令，机侧变流器停止调制。具体策略如下：
不启用“网侧调制功能”时， 变流器反馈机侧变流器已经停止调制，紧接着主控系统撤销网侧变流器调制指令，网侧变流器停止调制，网侧断路器断开。
启用“网侧调制功能”时，变流器反馈机侧变流器已经停止调制，此时保持网侧变流器仍处于调制状态，网侧断路器不分断，等待风力发电机组再次并网（等待时间可以人为设定，如4小时），延时时间结束时机组仍未并网，则主控系统撤销网侧变流器调制指令，网侧变流器停止调制，网侧断路器断开。
此控制策略可以避免风电机组在小风阶段（即：风速在机组切入风速附进波动），由于风速较小导致网侧断路器的频繁投入、切出；也可以避免机组停机后，在较短的时间内随着风速的增加，机组满足并网运行条件再次并网时网侧断路器的频繁投入、切出，最大限度的减少变流器网侧断路器及机侧开关的分合闸次数，延长断路器使用寿命。
如果故障既非紧急停机也非快速停机故障则为其他故障，则变流器按照主控系统正常停机故障对应程序设定的减载速率执行减载停机策略，直到机组转矩值由机组故障时刻的某一个值降至不大于20%额定转矩值，此时主控系统撤销机侧变流器调制指令，机侧变流器停止调制，此时机侧开关状态可以分断，也可以不分断，由变流器控制逻辑进行判断。此种工况下针对网侧断路器的控制，需要说明的是，根据具体需求，主控系统可以撤销网侧变流器调制指令，网侧变流器停止调制，网侧断路器断开；也可以保持网侧变流器处于调制状态，即网侧断路器不分断。优选地，转矩值降至0N.m后，主控系统再撤销机侧变流器调制指令，机侧变流器停止调制。具体策略如下：
不启用“网侧调制功能”时， 变流器反馈机侧变流器已经停止调制，紧接着主控系统撤销网侧变流器调制指令，网侧变流器停止调制，网侧断路器断开。
启用“网侧调制功能”时，变流器反馈机侧变流器已经停止调制，此时保持网侧变流器仍处于调制状态，网侧断路器不分断，等待风力发电机组再次并网（等待时间可以人为设定，如4小时），延时程序设定的时间后机组仍未并网，则主控系统撤销网侧变流器调制指令，网侧变流器停止调制，网侧断路器断开。
此控制策略可以避免风电机组在小风阶段（即：风速在机组切入风速附进波动），由于风速较小导致网侧断路器的频繁投入、切出；也可以避免机组停机后，在较短的时间内随着风速的增加，机组满足并网运行条件再次并网时网侧断路器的频繁投入、切出，最大限度的减少变流器网侧断路器及机侧开关的分合闸次数，延长断路器使用寿命。
进一步，所述机侧开关为隔离开关和/或负荷开关和/或接触器和/或断路器。
进一步，步骤S1中获取风电机组状态判断风电机组当前状态，还包括，当风力发电机组处于维护模式或人工停机模式时，变流器直接分断网侧断路器，确保维护人员生命财产安全。
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 (8)
1.一种风力发电机组变流器网侧断路器及机侧开关控制策略，其特征在于，包括如下步骤：
S1、获取风电机组状态，判断风电机组当前状态；
S2、当前状态为机组处于故障状态时,判断故障是否为变流器故障；
S3、若为变流器故障，则变流器不再响应主控系统的转矩指令，并分断网侧断路器；
S4、若为非变流器故障，则变流器继续响应主控系统的转矩指令，主控系统判断发生的故障类型并分别以对应的降载速率控制变流器减载，变流器根据对应故障类型控制网侧变流器的调制及控制网侧断路器的分断。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组变流器网侧断路器及机侧开关控制策略，其特征在于：在步骤S1中获取风电机组状态判断风电机组当前状态，还包括：
当前状态为启动过程中时，首先变流器辅助电上电，变流器柜内的温度、湿度自检，温度、湿度满足启机条件后，变流器与主控系统建立通讯，变流器进入待机状态；
风电机组其余启机条件满足后，主控系统下发风电机组启机指令，变流器执行软启动程序，网侧断路器闭合；
主控系统在接收到网侧断路器闭合信号后，发送网侧变流器调制指令，网侧变流器开始工作，然后发送机侧变流器调制指令，机侧变流器开始工作后执行并网，完成并网。
3.根据权利要求1所述的风力发电机组变流器网侧断路器及机侧开关控制策略，其特征在于：在步骤S3中，若当前为变流器故障，还包括：
判断当前故障是否为变流器紧急停机故障；
若当前故障为变流器紧急停机故障，则，网侧变流器和机侧变流器停止发波，直接分断网侧断路器及机侧开关；
若当前故障为非紧急停机故障，则，变流器按照非紧急停机故障的降载速率降载直至转矩值降至不大于20%额定转矩值，然后机侧变流器停止调制，紧接着网侧变流器停止调制，网侧断路器断开。
4.根据权利要求1所述的风力发电机组变流器网侧断路器及机侧开关控制策略，其特征在于：在步骤S4中，若为非变流器故障，还包括，判断当前故障类型，所述故障类型包括快速停机故障、紧急停机故障和其他故障。
5.根据权利要求4所述的风力发电机组变流器网侧断路器及机侧开关控制策略，其特征在于：在步骤S4中，当前故障为非变流器故障然后判断当前故障类型，包括，
当前故障为紧急停机故障，变流器按照主控系统紧急停机故障对应的减载速率降载直至机组转矩值降至不大于20%额定转矩值，然后主控系统撤销机侧变流器调制指令，机侧变流器停止调制；
当前故障为快速停机故障，变流器按照主控系统快速停机故障对应的减载速率降载直至机组转矩值降至不大于20%额定转矩值，然后主控系统撤销机侧变流器调制指令，机侧变流器停止调制；
当前故障为其他故障，变流器按照主控系统正常停机故障对应的减载速率降载直至机组转矩值降至不大于20%额定转矩值，然后主控系统撤销机侧变流器调制指令，机侧变流器停止调制。
6.根据权利要求5所述的风力发电机组变流器网侧断路器及机侧开关控制策略，其特征在于：在步骤S4中，当前故障为非变流器故障然后判断当前故障类型，还包括，
当不启用网侧调制功能时， 变流器反馈机侧变流器已经停止调制，紧接着主控系统撤销网侧变流器调制指令，网侧变流器停止调制，网侧断路器断开；
当启用网侧调制功能时，变流器反馈机侧变流器已经停止调制，此时保持网侧变流器仍处于调制状态，网侧断路器不分断，等待风力发电机组再次并网，延时预定时间后机组仍未并网，则主控系统撤销网侧变流器调制指令，网侧变流器停止调制，网侧断路器断开。
7.根据权利要求1~6任一项所述的风力发电机组变流器网侧断路器及机侧开关控制策略，其特征在于：所述机侧开关为隔离开关和/或负荷开关和/或接触器和/或断路器。
8.根据权利要求1~6任一项所述的风力发电机组变流器网侧断路器及机侧开关控制策略，其特征在于：步骤S1中获取风电机组状态判断风电机组当前状态，还包括，当风力发电机组处于维护模式或人工停机模式时，变流器直接分断网侧断路器。
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