CN112013980B - 制动电阻过温检测方法、装置、存储介质 - Google Patents

制动电阻过温检测方法、装置、存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种制动电阻过温检测方法、装置、存储介质。该方法包括：获得风力发电机组直流母线回路中制动电阻的实时阻值；若实时阻值大于第一电阻保护阈值，则确定制动电阻发生过温故障；其中，第一电阻保护阈值由电网瞬时冲击后制动电阻可达到的极限温升以及预设的制动电阻的阻值与温升的对应关系确定。采用本发明实施例中的技术方案，能够在不使用温度传感器和线缆的前提下，对制动电阻进行实时过温保护。

Description

制动电阻过温检测方法、装置、存储介质
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种制动电阻过温检测方法、装置、存储介质。
背景技术
当电网电压出现波动时，风力发电机组的能量无法完全输送至电网，多余能量需要由直流母线回路中的制动电阻转换为热能消耗掉。制动电阻在遇到电网短时冲击工况(比如高电压穿越或者低电压穿越)时，会释放近10MJ能量，导致制动电阻温度急剧升高，若没有足够时间冷却至室温，当电网再次波动，热累计会不断增加，影响风力发电机组的安全运行，因此，对制动电阻进行实时过温保护十分重要。
现有技术中，主要通过温度传感器(比如热敏电阻或者热电偶等)测量制动电阻的温度，当测量温度超过预设温度阈值(固定值)时，对制动电阻实施过温保护。
但是，对于电网短时冲击工况而言，采用温度传感器的测量方式存在测量结果滞后和不准确的问题，且由于电网短时冲击工况下的电压可能大于1200V，需要温度传感器及其连接线缆满足绝缘性能和耐高压性能，导致成本增加。
发明内容
本发明实施例提供了一种制动电阻过温检测方法、装置、存储介质，能够在不使用温度传感器和线缆的前提下，对制动电阻进行实时过温保护。
第一方面，本发明实施例提供一种制动电阻过温检测方法，该方法包括：
获得风力发电机组直流母线回路中制动电阻的实时阻值；
若实时阻值大于第一电阻保护阈值，则确定制动电阻发生过温故障；
其中，第一电阻保护阈值由电网瞬时冲击后制动电阻可达到的极限温升以及预设的制动电阻的阻值与温升的对应关系确定。
在第一方面的一种可能的实施方式中，在获得风力发电机组直流母线回路中制动电阻的实时阻值的步骤之后，该方法还包括：获得制动电阻的实时温升；若实时阻值大于第一电阻保护阈值且实时温升大于预设温升阈值，则确定制动电阻发生过温故障。
在第一方面的一种可能的实施方式中，实时温升根据风力发电机组的发电机输出功率、网侧有功输出功率以及低电压穿越时长确定。
在第一方面的一种可能的实施方式中，实时阻值根据风力发电机组的发电机输出功率、网侧有功输出功率以及制动电阻的电压启动阈值确定。
在第一方面的一种可能的实施方式中，预设的制动电阻的阻值与温升的对应关系的表达式为：
R1＝R0×(1+λΔT)
其中，R1为制动电阻的实时阻值，R0制动电阻的额定阻值，λ为制动电阻的温度系数，ΔT为制动电阻的温升。
在第一方面的一种可能的实施方式中，在对风力发电机组执行停机操作的步骤之后，该方法还包括：若制动电阻发生过温故障且持续预设时长，则对风力发电机组执行停机操作；若实时阻值小于第二电阻保护阈值，则对风力发电机组执行启机操作，第二电阻保护阈值小于第一电阻保护阈值。
第二方面，本发明实施例提供一种制动电阻过温检测装置，该装置包括：
实时阻值获得模块，用于获得风力发电机组直流母线回路中制动电阻的实时阻值；
第一过温故障确定模块，用于若实时阻值大于第一电阻保护阈值，则确定制动电阻发生过温故障；
其中，第一电阻保护阈值由电网瞬时冲击后制动电阻可达到的极限温升以及预设的制动电阻的阻值与温升的对应关系确定。
在第二方面的一种可能的实施方式中，该装置还包括：实时温升获得模块，用于获得制动电阻的实时温升；第二过温故障确定模块，用于若实时阻值大于第一电阻保护阈值且实时温升大于预设温升阈值，则确定制动电阻发生过温故障。
在第二方面的一种可能的实施方式中，该装置还包括：风机运行控制模块，用于若制动电阻发生过温故障且持续预设时长，则对风力发电机组执行停机操作；以及若实时阻值小于第二电阻保护阈值，则对风力发电机组执行启机操作，第二电阻保护阈值小于第一电阻保护阈值。
在第二方面的一种可能的实施方式中，该装置设置在风力发电机组的主控制器中。
第三方面，本发明实施例提供一种存储介质，其上存储有程序，其中，程序被处理器执行时实现如上所述的制动电阻过温检测方法。
由上可知，与现有技术中的需要温度传感器(比如热敏电阻或者热电偶等)测量制动电阻的温度，并比较测量温度与预设温度阈值的方式来确定制动电阻是否发生过温故障不同，本发明实施例是通过获得制动电阻的实时阻值，并比较实时阻值和第一电阻保护阈值的方式来确定制动电阻是否发生过温故障，从而能够在不使用温度传感器和线缆的前提下，实现对制动电阻的实时过温保护，降低因环境严苛导致硬件传感器易故障而带来的维护成本。
附图说明
从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
图1为本发明一实施例提供的制动电阻过温检测方法的流程示意图。
图2为本发明另一实施例提供的制动电阻过温检测方法的流程示意图。
图3为本发明一实施例提供的制动电阻过温检测装置的结构示意图。
图4为本发明另一实施例提供的制动电阻过温检测装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。
随着电网对风力发电机组的高电压穿越和低电压穿越能力的要求越来越高，提高制动电阻过温检测的准确性和可靠性变得越来越重要。
基于此，本发明实施例提供一种制动电阻过温检测方法、装置、存储介质，采用本发明实施例中的技术方案，能够在不使用温度传感器和线缆的前提下，对制动电阻进行实时过温保护。
图1为本发明一实施例提供的制动电阻过温检测方法的流程示意图。如图1所示，该制动电阻过温检测方法包括：步骤101至步骤102。
在步骤101中，获得风力发电机组直流母线回路中制动电阻的实时阻值Rt。
在步骤102中，若实时阻值Rt大于第一电阻保护阈值R1，则确定制动电阻发生过温故障。
其中，第一电阻保护阈值R1由电网瞬时冲击后制动电阻可达到的极限温升以及预设的制动电阻的阻值与温升的对应关系确定。
在一示例中，预设的制动电阻的阻值R与温升ΔT的对应关系的表达式为：
R＝R0×(1+λ×ΔT) (1)
其中，R0为制动电阻在指定环境温度(比如20℃)下的额定阻值，λ为制动电阻的温度系数。
以304不锈钢电阻材料为例，假设λ为1000ppm/℃，R0为1Ω，则有：
制动电阻的温度为120℃，即ΔT＝100℃时，R＝1×(1+0.001000×100)＝1.1Ω；
制动电阻的温度为220℃，即ΔT＝200℃时，R＝1×(1+0.001000×200)＝1.2Ω；
制动电阻的温度为720℃，即ΔT＝700℃时，R＝＝1×(1+0.001000×700)＝1.7Ω。
由上可知，制动电阻为304不锈钢材料时，制动电阻的阻值R随温升ΔT的变化规律为：温度每升高100℃阻值R增加10％。
同理也可推导出，制动电阻为316不锈钢材料时，制动电阻的阻值R随温升ΔT的变化规律为：温度每升高100℃阻值R增加8％。
因此，可以根据制动电阻的实际运行工况及周围器件的要求，通过电网瞬时冲击后制动电阻可达到的极限温升ΔTlim查表对应阻值R随温升ΔT的变化规律，得到第一电阻保护阈值R1。风电变流器以此极限温升ΔTlim对应的阻值作为过温保护阈值，能够避免电网波动时制动回路频繁启动导致制动电阻因热累计烧毁，或者将周围元器件和电缆烧毁。
比如，若系统保护要求制动电阻瞬时冲击后温升≤720℃，即极限温升为700℃，则可以查表对应阻值R随温升ΔT的变化规律，得到ΔT＝700℃时对应的阻值为1.7Ω，并将1.7Ω作为第一电阻保护阈值R1。
具体实施时，可以计算得到制动电阻的实时阻值Rt，若Rt≥1.7Ω时，则确定制动电阻发生过温故障，此时控制软件会报出“制动电阻过温故障”，为保证系统安全风力发电机组将执行故障停机操作。
由上可知，与现有技术中的需要温度传感器(比如热敏电阻或者热电偶等)测量制动电阻的温度，并比较测量温度与预设温度阈值的方式来确定制动电阻是否发生过温故障不同，本发明实施例是通过获得制动电阻的实时阻值Rt，并比较实时阻值Rt和第一电阻保护阈值R1的方式来确定制动电阻是否发生过温故障，从而能够在不使用温度传感器和线缆的前提下，实现对制动电阻的实时过温保护，降低因环境严苛导致硬件传感器易故障而带来的维护成本。
在一个可选实施例中，若制动电阻发生过温故障且持续预设时长，则对风力发电机组执行停机操作，以对制动电阻进行实时过温保护。
在一个可选实施例中，还可以根据式(1)中的制动电阻的阻值R随温升ΔT的变化规律确定制动电阻的冷却保护值(即第二电阻保护阈值R2，R2＜R1)，若所述实时阻值Rt小于R2，则对所述风力发电机组执行启机操作。也就是说，当软件计算到制动电阻冷却至室温时，再次启动风力发电机组，从而避免因电网瞬时波动导致风力发电机组停机后，长期停机造成的发电量损失。
图2为本发明另一实施例提供的制动电阻过温检测方法的流程示意图。图2与图1的不同之处在于，在图1中的步骤101之后，还包括图2中的步骤103和步骤104。
在步骤103中，获得制动电阻的实时温升ΔTt。
在步骤104中，若实时阻值Rt大于第一电阻保护阈值R1且实时温升ΔTt大于预设温升阈值(比如700℃)，则确定制动电阻发生过温故障。
与图1相比，该实施例针对制动电阻的过温故障判定增加了温升限定条件，即在制动电阻的实时阻值Rt大于第一电阻保护阈值R1的前提下，实时温升ΔTt大于预设温升阈值(比如700℃)，才能够确定制动电阻发生过温故障，从而提高了过温故障判定的准确性，避免因过温故障误判引起的风力发电机组停机带来的发电量损失。
电网波动工况主要包括低电压穿越工况和高电压穿越工况。
低电压穿越工况或者高电压穿越工况下，实时阻值Rt可以根据风力发电机组的发电机输出功率、网侧有功输出功率以及制动电阻的电压启动阈值确定。
具体地，实时阻值Rt表达式可以为：
其中，Pgen为发电机输出功率，Pgrid_n为网侧有功输出功率，Udc为制动电阻的电压启动阈值。
低电压穿越工况或者高电压穿越工况下，实时温升ΔTt可以根据风力发电机组的发电机输出功率、网侧有功输出功率以及低电压穿越时长确定。
具体地，实时温升ΔTt的表达式可以为：
Q＝(Pgen-Pgrid_L)×t (4)
其中，Q为制动的电阻的吸收能量，m为制动电阻的质量，C为制动电阻的比热容，Pgen为发电机输出功率，Pgrid_n为网侧有功输出功率，t为低电压穿越时长t，跌落后的电压标幺值U与低电压穿越时长的关系可表达为：
t＝2.941U+0.5(0＜U＜0.5) (5)
从式(3)可以看出，制动电阻温升ΔTt与制动电阻质量m相关，而m可能因设计加工制造误差存在偏差，当m存在误差时，利用实时温升ΔTt和预设温升阈值进行过温故障判定时会存在误判定的情况，因此，本发明实施针对制动电阻的过温故障增加了阻值限定条件，即在实时温升ΔTt大于预设温升阈值(比如700℃)的前提下，制动电阻的实时阻值Rt大于第一电阻保护阈值R1，才能够确定制动电阻发生过温故障，从而提高了过温故障判定的准确性。
上文提到的参数中，C、m和λ为已知量，Pgen由发电机额定功率确定，Pgrid_L需要计算才能得出。
低电压穿越工况下Pgrid_L的计算表达式为：
Iq＝In×Ir (8)
其中，U为跌落后的电压标幺值，Un为网侧额定电压，Ip为网侧有功电流，Imax为网侧最大电流，Iq为网侧无功电流，In为网侧额定电流，Ir为变流器的无功电流标幺值。
高电压穿越工况时，制动回路需要泄放的功率与直流母线电压值、电网电压、感抗电压参数有关。
高电压穿越工况下Pgrid_H的计算表达式为：
Pgrid_H＝Us×Ipmax (10)
Us＝1.x×Un (11)
其中，Us为高电压穿越1.x倍工况时的网侧电压，Un为网侧额定电压(比如690V)，Ipmax为变流器逆变回路最大有功电流。
具体地，可以根据网侧电抗器感值L和网侧无功电流最大值Idmax，计算电抗器电压Uq，根据直流母线电压利用率计算网侧功率模块逆变侧电压有效值Uc，根据变流器逆变侧电压矢量三角形关系，计算得到网侧逆变回路电压差值再根据ΔUp计算出变流器逆变回路最大有功电流Ipmax。
需要说明的是，由于低电压穿越工况引起的电网波动幅度更大，制动电阻需要消耗更多的能量，因此，与高电压穿越工况相比，低电压穿越工况下对制动电阻进行实时温度保护更为重要。
如上所述，本发明实施例能够通过软件控制计算制动电阻的实时阻值，对制动电阻进行实时温度保护，使其满足风力发电机组的所有高电压穿越工况和低电压穿越工况，即能够保证电网异常波动时，机组不脱网连续运行，又能够降低制动电阻及其周围器件的失效率，保证风力发电机组的可靠运行。
图3为本发明一实施例提供的制动电阻过温检测装置的结构示意图，图1中的解释说明可以应用于本实施例。
如图3所示，该制动电阻过温检测装包括：实时阻值获得模块301(其具有与步骤101对应的功能)和第一过温故障确定模块302(其具有与步骤102对应的功能)。
其中，实时阻值获得模块301用于获得风力发电机组直流母线回路中制动电阻的实时阻值。
第一过温故障确定模块302用于若实时阻值大于第一电阻保护阈值，则确定制动电阻发生过温故障。
其中，第一电阻保护阈值由电网瞬时冲击后制动电阻可达到的极限温升以及预设的制动电阻的阻值与温升的对应关系确定。
与现有技术中的需要温度传感器(比如热敏电阻或者热电偶等)测量制动电阻的温度，并比较测量温度与预设温度阈值的方式来确定制动电阻是否发生过温故障不同，本发明实施例是通过实时阻值获得模块301获得制动电阻的实时阻值，第一过温故障确定模块302是通过比较实时阻值和第一电阻保护阈值的方式来确定制动电阻是否发生过温故障，从而能够在不使用温度传感器和线缆的前提下，实现对制动电阻的实时过温保护，降低因环境严苛导致硬件传感器易故障而带来的维护成本。
图4为本发明另一实施例提供的制动电阻过温检测装置的结构示意图，图2中的解释说明可以应用于本实施例。
图4与图3的不同之处在于，图4中的制动电阻过温检测装置还包括：实时温升获得模块303(其具有与步骤103对应的功能)和第二过温故障确定模块304(其具有与步骤104对应的功能)。
其中，实时温升获得模块303用于获得制动电阻的实时温升。
第二过温故障确定模块304用于若实时阻值大于第一电阻保护阈值且实时温升大于预设温升阈值，则确定制动电阻发生过温故障。
该实施例针对制动电阻的过温故障判定增加了温升限定条件，第二过温故障确定模块304在制动电阻的实时阻值Rt大于第一电阻保护阈值R1的前提下，实时温升ΔTt大于预设温升阈值(比如700℃)，才能够确定制动电阻发生过温故障，从而提高了过温故障判定的准确性，避免因过温故障误判引起的风力发电机组停机带来的发电量损失。
在一些实施例中，制动电阻过温检测装置还包括风机运行控制模块305(参见图4)，用于若所述制动电阻发生过温故障且持续预设时长，则对所述风力发电机组执行停机操作；以及若所述实时阻值小于第二电阻保护阈值，则对所述风力发电机组执行启机操作，所述第二电阻保护阈值小于所述第一电阻保护阈值。
需要说明的是，本发明实施例中的制动电阻过温检测装置可以设置在风力发电机组的主控制器中，从而不需要变更任何硬件，也可以是具有独立运算功能的逻辑器件，此处不进行限定。
本发明实施例还提供一种存储介质，其上存储有程序，程序被处理器执行时实现如上所述的制动电阻过温检测方法。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于装置实施例而言，相关之处可以参见方法实施例的说明部分。本发明实施例并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。本领域的技术人员可以在领会本发明实施例的精神之后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明实施例的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
本发明实施例可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明实施例的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明实施例的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明实施例的范围之中。

Claims (10)

1.一种制动电阻过温检测方法，其特征在于，包括：
获得风力发电机组直流母线回路中制动电阻的实时阻值；
若所述实时阻值大于第一电阻保护阈值，则确定所述制动电阻发生过温故障；
若所述制动电阻发生过温故障且持续预设时长，则对所述风力发电机组执行停机操作；
其中，所述第一电阻保护阈值由电网瞬时冲击后所述制动电阻可达到的极限温升以及预设的所述制动电阻的阻值与温升的对应关系确定；
所述实时阻值根据所述风力发电机组的发电机输出功率、网侧有功输出功率以及所述制动电阻的电压启动阈值确定；
在电网波动工况处于低电压穿越工况时，网侧有功输出功率Iq＝In*Ir；
U为跌落后的电压标幺值，Un为网侧额定电压，Ip为网侧有功电流，Imax为网侧最大电流，Iq为网侧无功电流，In为网侧额定电流，Ir为变流器的无功电流标幺值；
在电网波动工况处于高电压穿越工况时，网侧有功输出功率Pgrid_H＝Us*Ipmax，Us＝1.x*Un，Ipmax为变流器逆变回路最大有功电流，Us为高电压穿越1.x倍工况时的网侧电压，Un为网侧额定电压。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述获得风力发电机组直流母线回路中制动电阻的实时阻值的步骤之后，所述方法还包括：
获得所述制动电阻的实时温升；
若所述实时阻值大于所述第一电阻保护阈值且所述实时温升大于预设温升阈值，则确定所述制动电阻发生过温故障。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述实时温升根据所述风力发电机组的发电机输出功率、网侧有功输出功率以及低电压穿越时长确定；
实时温升Q＝(Pgen-Pgrid_L)×t，Q为制动电阻的吸收能量，m为制动电阻的质量，C为制动电阻的比热容，Pgen为风力发电机组的输出功率，t为穿越时长。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设的制动电阻的阻值与温升的对应关系的表达式为：
R1＝R0×1+λΔT
其中，R1为所述制动电阻的实时阻值，R0所述制动电阻的额定阻值，λ为所述制动电阻的温度系数，ΔT为所述制动电阻的温升。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述对所述风力发电机组执行停机操作的步骤之后，所述方法还包括：
若所述实时阻值小于第二电阻保护阈值，则对所述风力发电机组执行启机操作，所述第二电阻保护阈值小于所述第一电阻保护阈值。
6.一种制动电阻过温检测装置，其特征在于，包括：
实时阻值获得模块，用于获得风力发电机组直流母线回路中制动电阻的实时阻值；
第一过温故障确定模块，用于若所述实时阻值大于第一电阻保护阈值，则确定所述制动电阻发生过温故障；
风机运行控制模块，用于若所述制动电阻发生过温故障且持续预设时长，则对所述风力发电机组执行停机操作；
其中，所述第一电阻保护阈值由电网瞬时冲击后所述制动电阻可达到的极限温升以及预设的所述制动电阻的阻值与温升的对应关系确定；
所述实时阻值根据所述风力发电机组的发电机输出功率、网侧有功输出功率以及所述制动电阻的电压启动阈值确定；
在电网波动工况处于低电压穿越工况时，网侧有功输出功率Iq＝In*Ir；
U为跌落后的电压标幺值，Un为网侧额定电压，Ip为网侧有功电流，Imax为网侧最大电流，Iq为网侧无功电流，In为网侧额定电流，Ir为变流器的无功电流标幺值；
在电网波动工况处于高电压穿越工况时，网侧有功输出功率Pgrid_H＝Us*Ipmax，Us＝1.x*Un，Ipmax为变流器逆变回路最大有功电流，Us为高电压穿越1.x倍工况时的网侧电压，Un为网侧额定电压。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
实时温升获得模块，用于获得所述制动电阻的实时温升，其中实时温升Q＝(Pgen-Pgrid_L)×t，Q为制动电阻的吸收能量，m为制动电阻的质量，C为制动电阻的比热容，Pgen为风力发电机组的输出功率，t为穿越时长；
第二过温故障确定模块，用于若所述实时阻值大于所述第一电阻保护阈值且所述实时温升大于预设温升阈值，则确定所述制动电阻发生过温故障。
8.根据权利要求6所述的装置，所述风机运行控制模块，还用于若所述实时阻值小于第二电阻保护阈值，则对所述风力发电机组执行启机操作，所述第二电阻保护阈值小于所述第一电阻保护阈值。
9.根据权利要求6-8任一项所述的装置，其特征在于，所述装置设置在风力发电机组的变流器的控制器中。
10.一种存储介质，其上存储有程序，其中，程序被处理器执行时实现如权利要求1-4任一项所述的制动电阻过温检测方法。
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