CN112018805A - 一种风电机组变桨系统高电压穿越能力的评估方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种风电机组变桨系统高电压穿越能力的评估方法及系统，包括：对变桨系统内相关元器件的耐压能力进行资料审核，判断相关元器件是否可在不小于阈值电压情况下工作时间不小于阈值时间，若是，则进行下一步，若否，则评估不合格，终止评估；在不小于阈值电压下对变桨系统进行交互信号校核，判断是否能产生正常交互信号，若是，则进行下一步，若否，则评估不合格，终止评估；对变桨系统进行高电压穿越性能平台测试，判断测试过程中是否会出现顺桨或无法正常工作的情况，若是，评估不合格，若否，评估合格；本发明通过资料审核和工厂测试对风电机组变桨系统高电压穿越能力进行综合评估，节省了人力物力，缩短评估周期，评估结果可信度好。

Description

一种风电机组变桨系统高电压穿越能力的评估方法及系统
技术领域
本发明涉及新能源接入与控制技术领域，具体涉及一种风电机组变桨系统高电压穿越能力的评估方法及系统。
背景技术
近年来，高比例风电并网运行给电力系统安全稳定运行带来了巨大挑战。多起大规模风电脱网事故表明，在低电压故障恢复过程中往往会伴随高电压的出现。风电场实际运行中也可能出现谐振过电压、操作过电压等电压的问题。此外，随着高压直流输电项目逐步投入运行，在大容量直流输入送端电网，特高压直流输电系统存在着换相失败与直流闭锁的风险，直流系统故障后未及时退出的滤波器会向电网注入大量无功，造成送端换流站近区暂态电压骤升。若短期内故障恢复，而此时滤波器由于故障切除而未能及时投入，有可能产生瞬时电压骤降及电压波动，临近风电机组可能出现电压问题。
变桨系统是风电机组电控系统的重要组成部分，在调节功率、实现不同控制策略、配合高电压故障穿越等方面发挥着重要的作用。变桨系统的正常运行对风电机组的安全稳定运行十分重要，故对变桨系统高电压运行能力进行评估具有重要意义。高电压过程会导致风电机组供电系统电压升高，进而导致变桨系统直流母线电压升高，且在高电压恢复后还可能出现瞬时电压下降，这就需要变桨系统具备故障电压穿越能力。
通过高电压穿越现场测试的风电机组，在更换变桨系统部件后，无法简单确定其变桨系统是否具备高电压穿越能力，且再次进行风电机组高电压穿越现场测试成本高，费时费力。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种风电机组变桨系统高电压穿越能力的评估方法，包括：
对变桨系统内相关元器件的耐压能力进行资料审核，判断相关元器件是否可在不小于阈值电压情况下工作时间不小于阈值时间，若是，则进行下一步，若否，则评估不合格，终止评估；
在不小于阈值电压下对变桨系统进行交互信号校核，判断是否能产生正常交互信号，若是，则进行下一步，若否，则评估不合格，终止评估；
对变桨系统进行高电压穿越性能平台测试，判断测试过程中是否会出现顺桨情况，若是，评估不合格，若否，评估合格。
优选的，所述相关元器件包括：变桨控制器、变桨驱动器、变桨电机、后备电源充电机、各轴柜的加热器、各轴柜的除湿器、变桨系统内部供电用变压器和后备电源。
优选的，所述阈值电压为130％额定电压。
优选的，所述阈值时间为0.5秒或制造商设定值。
优选的，所述对变桨系统进行高电压穿越性能平台测试，包括：
变桨电机在预设第一工况和第二工况下以固定速度在0°～90°之间连续匀速运行；
变桨电机在所述第一工况和第二工况下以渐变速度在10°～50°之间连续以正弦波变速运行；
变桨电机桨距角保持在开桨状态附近，给出超过130％额定电压并超过阈值时间，并导致变桨系统顺桨；
重复以上步骤两次并记录过程数据。
优选的，所述第一工况为：
100％额定电压下工作5秒；
110％额定电压下工作10秒；
120％额定电压下工作1秒；
130％额定电压下工作0.5秒；
20％额定电压下工作0.625秒；
100％额定电压下工作5秒。
优选的，所述第二工况为：
100％额定电压下工作5秒；
130％额定电压下工作10秒；
0％额定电压下工作3秒；
100％额定电压下工作5秒。
优选的，所述过程数据包括：
三相供电电压、位置指令、速度指令、实际位置、实际速度、直流母线电压、后备电源电容电压、驱动器输出电流、故障信号等的变化曲线；
计算位置指令与实测值的差值、速度指令与实际速度的差值、后备电源典型放充电时间和后备电源满容量时能够完成变桨电机紧急顺桨的次数；
后备电源在放充电过程中的温度变化。
优选的，所述对变桨系统进行交互信号校核，包括：变桨控制器与主控制器交互信号校核、变桨控制器与变桨驱动器交互信号校核和变桨控制器与后备电源交互信号校核。
基于同一设计思想，本发明还提供了一种风电机组变桨系统高电压穿越能力的评估系统，包括：资料审核模块、交互信号校核模块和平台测试模块；
所述资料审核模块，用于对变桨系统内相关元器件的耐压能力进行资料审核，判断相关元器件是否可在不小于阈值电压情况下工作时间不小于阈值时间，若是，则调用所述交互信号校核模块，若否，则评估不合格，终止评估；
所述交互信号校核模块，用于在不小于阈值电压下对变桨系统进行交互信号校核，判断是否能产生正常交互信号，若是，则调用所述平台测试模块，若否，则评估不合格，终止评估；
所述平台测试模块，用于对变桨系统进行高电压穿越性能平台测试，判断测试是否会出现脱网情况，若是，评估不合格，若否，评估合格。
优选的，所述平台测试模块包括：第一测试单元、第二测试单元和第三测试单元；
所述第一测试单元，用于变桨电机在预设第一工况下以固定速度在0°～90°之间连续匀速运行；
所述第二测试单元，用于变桨电机所述在第一工况下以渐变速度在10°～50°之间连续以正弦波变速运行；
所述第三测试单元，用于变桨电机桨距角保持在开桨状态附近，给出超过130％额定电压并超过阈值时间，并导致变桨系统顺桨。
与最接近现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提供了一种风电机组变桨系统高电压穿越能力的评估方法及系统，包括：对变桨系统内相关元器件的耐压能力进行资料审核，判断相关元器件是否可在不小于阈值电压情况下工作时间不小于阈值时间，若是，则进行下一步，若否，则评估不合格，终止评估；在不小于阈值电压下对变桨系统进行交互信号校核，判断是否能产生正常交互信号，若是，则进行下一步，若否，则评估不合格，终止评估；对变桨系统进行高电压穿越性能平台测试，判断测试过程中是否会出现顺桨或无法正常工作的情况，若是，评估不合格，若否，评估合格；本发明通过资料审核和工厂测试对风电机组变桨系统高电压穿越能力进行综合评估，节省了人力物力，缩短评估周期，评估结果可信度好。
附图说明
图1：本发明的风电机组变桨系统高电压穿越能力评估方法流程图；
图2：本发明的风电机组变桨系统高电压穿越能力评估流程示意图；
图3：本发明的工厂测试示意图；
图4：本发明的风电机组变桨系统高电压穿越能力评估系统基本结构图；
图5：本发明的风电机组变桨系统高电压穿越能力评估系统详细结构图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
本发明提供了一种风电机组变桨系统高电压穿越能力的评估方法，如图1所示，包括：
对变桨系统内相关元器件的耐压能力进行资料审核，判断相关元器件是否可在不小于阈值电压情况下工作时间不小于阈值时间，若是，则进行下一步，若否，则评估不合格，终止评估；
在不小于阈值电压下对变桨系统进行交互信号校核，判断是否能产生正常交互信号，若是，则进行下一步，若否，则评估不合格，终止评估；
对变桨系统进行高电压穿越性能平台测试，判断测试是否会出现顺桨或无法正常工作的情况，若是，评估不合格，若否，评估合格。
所述相关元器件包括：变桨控制器、变桨驱动器、变桨电机、后备电源充电机、各轴柜的加热器、各轴柜的除湿器、变桨系统内部供电用变压器、后备电源和直流母线。
所述阈值电压为130％额定电压。
所述阈值时间为0.5秒或制造商设定值。
所述对变桨系统进行高电压穿越性能平台测试，包括：
变桨电机在预设第一工况和第二工况下以固定速度在0°～90°之间连续匀速运行；
变桨电机所述在第一工况和第二工况下以渐变速度在10°～50°之间连续以正弦波变速运行；
变桨电机桨距角保持在开桨状态附近，给出超过130％额定电压并超过阈值时间，并导致变桨系统顺桨。
重复以上步骤两次并记录过程数据。
所述第一工况为：
100％额定电压下工作5秒；
110％额定电压下工作10秒；
120％额定电压下工作1秒；
130％额定电压下工作0.5秒；
20％额定电压下工作0.625秒；
100％额定电压下工作5秒。
所述第二工况为：
100％额定电压下工作5秒；
130％额定电压下工作10秒；
0％额定电压下工作3秒；
100％额定电压下工作5秒。
所述过程数据包括：
三相供电电压、位置指令、速度指令、实际位置、实际速度、直流母线电压、后备电源电容电压、驱动器输出电流、故障信号等的变化曲线；
计算位置指令与实测值的差值、速度指令与实际速度的差值、后备电源典型放充电时间和后备电源满容量时能够完成变桨电机紧急顺桨的次数；后备电源在放充电过程中的温度变化。
所述对变桨系统进行交互信号校核，包括：变桨控制器与主控制器交互信号校核、变桨控制器与变桨驱动器交互信号校核和变桨控制器与后备电源交互信号校核。
具体的，本发明提供一种风电机组变桨系统高电压穿越能力的评估方法，主要针对已完成高电压穿越现场测试的同系列风电机组，在叶片长度变化(载荷力矩变化)、变桨系统控制器变化、变桨系统驱动器变化、变桨电机变化、变桨系统后备电源变化后进行风电机组变桨系统的评估。(1)采用资料审核的方法对变桨系统中相关元器件的耐压能力进行查验，查验变桨系统相关元器件的正常工作电压是否可以达到或超过1.3Un(Un指额定电压)；(2)在完成第一步耐压能力查验且所有元器件均满足1.3Un工作电压时可继续正常工作至少0.5s的要求后，需要评估高电压故障(及高低电压)过程中变桨系统内不同部件间的交互信号是会否受到高电压的影响，可根据变桨系统对位置指令和速度指令的跟踪响应情况做出判断；(3)在完成第一步和第二步的校核后，就需要通过实际的工厂测试，验证待评估变桨系统的高电压穿越能力及其后备电源的运行可靠性；(4)在完成步骤1～步骤3后，根据验证和测试结果，完成待评估变桨系统高电压穿越能力综合评估。变桨系统高电压穿越能力评估流程如图2所示。
耐压能力评估，核验变桨系统内相关元件的技术指标，包括：
(1)变桨系统供电电源可正常工作的电压运行范围，包括：变桨控制器、变桨驱动器、变桨电机、后备电源充电机等的电压运行范围；
(2)变桨系统中重要辅助器件的工作电压范围，包括：各轴柜的加热器、除湿器和变桨系统内部供电用变压器等)；
(3)后备电源输出电压范围、变桨电机运行电压范围、直流母线电压运行范围等。
变桨系统交互信号校核，变桨控制器与主控制器、变桨控制器与变桨驱动器、变桨控制器与后备电源之间交互信号核对。
(1)提供主控制器、变桨控制器、变桨驱动器和后备电源之间的交互信号清单及交互信号说明；
(2)在变桨电机不运行的情况下，给待评估变桨系统提供1.3Un的供电电压，验证其是否可进入正常初始化和工作状态，此时通过给变桨控制器模拟指令的方式，核对变桨控制器、变桨驱动器和后备电源之间交互信号是否正确；评判方法：查看模拟指令下达后，变桨控制器、变桨驱动器是否正确接收到该指令，同时判断后备电源与变桨控制器间的交互信号是否正常。
高电压穿越性能平台测试，通过工厂测试，验证变桨系统在供电电压升高或先升高后降低情况下的响应能力(是否会执行紧急指令等)，同时也能验证在安全链断开时变桨系统是否可以正常顺桨，以及后备电源容量是否充裕(如可连续顺桨次数)等关键指标。主要步骤如下：
(1)通过工厂测试平台中的对拖电机(费待测系统元件)给出变桨电机可正常工作的最大扭矩(扭矩大小通常为配套变桨电机额定力矩)，模拟变桨系统带动叶片转动时所需的力矩；
(2)通过模拟主控制器给出位置指令和速度指令，在使得变桨电机以固定速度在0°～90°(匀速)之间连续运行，测试高电压及高低电压对变桨系统指令执行过程的影响，具体测试工况如表1和表2所示；
(3)通过模拟主控制器给出位置指令和速度指令，在使得变桨电机以渐变速度在10°～50°(正弦波，变速)之间连续运行，测试高电压及高低电压对变桨系统指令执行过程的影响，具体测试工况如表1和表2所示；
(4)通过模拟主控制器给出位置指令，在变桨电机桨距角保持在0°(开桨状态)附近，使得变桨系统的供电电压和持续时间超过阈值电压和阈值时间，例如给出135％Un且持续12s。测试由于幅值和持续时间超限而导致顺桨过程(故障时应完成紧急收桨)后备电源和变桨系统的运行情况；
(5)记录测试过程中的三相供电电压、位置指令、速度(限速)指令、实际位置、实际速度、直流母线电压、后备电源电容电压、驱动器输出电流、故障信号等的变化曲线；并计算后备电源典型放充电时间和后备电源满容量时能够完成变桨电机紧急顺桨的次数，并记录后备电源在放充电过程中的温度变化；
(6)上述步骤(2)、(3)、(4)均需要连续重复2次，要求连续2次试验均不出现脱网情况，否则试验失败，记录测试结果。较差的作为测试结果。
Figure BDA0002589278370000081
表1第一工况
Figure BDA0002589278370000082
表2第二工况
工厂测试平台主要由变桨控制器、变桨电机驱动器、变桨电机和模拟风电机组主控制器、扭矩传感器等主要部分组成，其构成和连接关系如图3所示。工厂测试平台的主要作用是模拟叶片(在不同风速下)转动过程中需要的最大力矩。
本发明的有益效果
通过资料审核和工厂测试后进行综合评估，免于再次进行风电机组高电压穿越现场测试，节省人力物力，降低经济成本和时间成本；
不受高低电压穿越检测设备短缺和现场运行工况的限制，减少等待时间，缩短评估周期；
可以全面验证待评估变桨系统的耐压能力、指令响应能力和后备电源供电可靠性等关键指标，实现变桨系统高电压穿越能力的快速综合评估，测试工况覆盖面广，评估结果可信度高；
该方法具有良好的扩展性，方便根据需要扩充评估项目和评估指标；
可为风电机组制造商更换变桨系统相关元器件提供选型参考和依据。
实施例2
本发明提供了一种风电机组变桨系统高电压穿越能力的评估方法，下面通过一个示例进行说明。
(1)根据厂家提供的变桨系统元器件参数表，核对其供电电源的工作电压范围是否大于或等于130％Un；根据厂家提供的变桨系统与主控制器、变桨驱动器和后备电源的信号交互点表和参数设置，核对其相关参数设置的运行范围(上下门限值等)；
(2)工厂测试前，根据设备铭牌、实际参数设定值审核制造商提供资料的一致性；
(3)根据图3所示，搭建工厂测试平台；
(4)根据表1列出的测试工况进行高低电压联合测试，每个工况连续进行2次测试，取其中较差的结果作为最终结果；
(5)根据表2列出的测试工况进行紧急顺桨(后备电源响应)测试，每个工况连续进行2次测试，取其中较差的结果作为最终结果；
(6)记录上述测试过程中的三相供电电压、位置指令、速度(限速)指令、实际位置、实际速度、直流母线电压、后备电源电容电压、驱动器输出电流、故障信号等的变化曲线；并计算位置指令与实测值间的差值、速度指令与实际速度间的差值、后备电源典型放充电时间和后备电源满容量时能够完成变桨电机紧急顺桨的次数，以及后备电源在放充电过程中的温度变化；
(7)根据资料审核和工厂测试结果，给出变桨系统高电压穿越能力的综合评估结果。
实施例3
基于同一发明构思，本发明还提供了一种风电机组变桨系统高电压穿越能力的评估系统，由于这些设备解决技术问题的原理与风电机组变桨系统高电压穿越能力的评估方法相似，重复之处不再赘述。
该系统基本结构如图4所示，包括：资料审核模块、交互信号校核模块和平台测试模块；
所述资料审核模块，用于对变桨系统内相关元器件的耐压能力进行资料审核，判断相关元器件是否可在不小于阈值电压情况下工作时间不小于阈值时间，若是，则调用所述交互信号校核模块，若否，则评估不合格，终止评估；
所述交互信号校核模块，用于在不小于阈值电压下对变桨系统进行交互信号校核，判断是否能产生正常交互信号，若是，则调用所述平台测试模块，若否，则评估不合格，终止评估；
所述平台测试模块，用于对变桨系统进行高电压穿越性能平台测试，判断测试过程中是否会出现顺桨情况，若是，评估不合格，若否，评估合格。
风电机组变桨系统高电压穿越能力的评估系统详细结构如图5所示。
所述平台测试模块包括：第一测试单元、第二测试单元和第三测试单元；
所述第一测试单元，用于变桨电机在预设第一工况和第二工况下以固定速度在0°～90°之间连续匀速运行；
所述第二测试单元，用于变桨电机所述在第一工况和第二工况下以渐变速度在10°～50°之间连续以正弦波变速运行；
所述第三测试单元，用于变桨电机桨距角保持在开桨状态附近，给出超过130％额定电压并持续一段时间。所述资料审核模块审核的相关元器件包括：变桨控制器、变桨驱动器、变桨电机、后备电源充电机、各轴柜的加热器、各轴柜的除湿器、变桨系统内部供电用变压器和后备电源。
所述交互信号校核模块的交互信号校核包括：变桨控制器与主控制器交互信号校核、变桨控制器与变桨驱动器交互信号校核和变桨控制器与后备电源交互信号校核。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (11)

1.一种风电机组变桨系统高电压穿越能力的评估方法，其特征在于，包括：
对变桨系统内相关元器件的耐压能力进行资料审核，判断相关元器件是否可在不小于阈值电压情况下工作时间不小于阈值时间，若是，则进行下一步，若否，则评估不合格，终止评估；
在不小于阈值电压下对变桨系统进行交互信号校核，判断是否能产生正常交互信号，若是，则进行下一步，若否，则评估不合格，终止评估；
对变桨系统进行高电压穿越性能平台测试，判断测试过程中是否会出现顺桨或无法正常工作的情况，若是，评估不合格，若否，评估合格。
2.如权利要求1所述的一种风电机组变桨系统高电压穿越能力的评估方法，其特征在于，所述相关元器件包括：变桨控制器、变桨驱动器、变桨电机、后备电源充电机、各轴柜的加热器、各轴柜的除湿器、变桨系统内部供电用变压器和后备电源。
3.如权利要求1所述的一种风电机组变桨系统高电压穿越能力的评估方法，其特征在于，所述阈值电压为130％额定电压。
4.如权利要求1所述的一种风电机组变桨系统高电压穿越能力的评估方法，其特征在于，所述阈值时间为0.5秒或制造商设定值。
5.如权利要求2所述的一种风电机组变桨系统高电压穿越能力的评估方法，其特征在于，所述对变桨系统进行高电压穿越性能平台测试，包括：
变桨电机在预设第一工况和第二工况下以固定速度在0°～90°之间连续匀速运行；
变桨电机在所述第一工况和第二工况下以渐变速度在10°～50°之间连续以正弦波变速运行；
变桨电机桨距角保持在开桨状态附近，给出超过130％额定电压并超过阈值时间，并导致变桨系统顺桨；
重复以上步骤两次并记录过程数据。
6.如权利要求5所述的一种风电机组变桨系统高电压穿越能力的评估方法，其特征在于，所述第一工况为：
100％额定电压下工作5秒；
110％额定电压下工作10秒；
120％额定电压下工作1秒；
130％额定电压下工作0.5秒；
20％额定电压下工作0.625秒；
100％额定电压下工作5秒。
7.如权利要求5所述的一种风电机组变桨系统高电压穿越能力的评估方法，其特征在于，所述第二工况为：
100％额定电压下工作5秒；
130％额定电压下工作10秒；
0％额定电压下工作3秒；
100％额定电压下工作5秒。
8.如权利要求5所述的一种风电机组变桨系统高电压穿越能力的评估方法，其特征在于，所述过程数据包括：
三相供电电压、位置指令、速度指令、实际位置、实际速度、直流母线电压、后备电源电容电压、驱动器输出电流和故障信号的变化曲线；
计算位置指令与实测值的差值、速度指令与实际速度的差值、后备电源典型放充电时间和后备电源满容量时能够完成变桨电机紧急顺桨的次数；后备电源在放充电过程中的温度变化。
9.如权利要求2所述的一种风电机组变桨系统高电压穿越能力的评估方法，其特征在于，所述对变桨系统进行交互信号校核，包括：变桨控制器与主控制器交互信号校核、变桨控制器与变桨驱动器交互信号校核和变桨控制器与后备电源交互信号校核。
10.一种风电机组变桨系统高电压穿越能力的评估系统，其特征在于，包括：资料审核模块、交互信号校核模块和平台测试模块；
所述资料审核模块，用于对变桨系统内相关元器件的耐压能力进行资料审核，判断相关元器件是否可在不小于阈值电压情况下工作时间不小于阈值时间，若是，则调用所述交互信号校核模块，若否，则评估不合格，终止评估；
所述交互信号校核模块，用于在不小于阈值电压下对变桨系统进行交互信号校核，判断是否能产生正常交互信号，若是，则调用所述平台测试模块，若否，则评估不合格，终止评估；
所述平台测试模块，用于对变桨系统进行高电压穿越性能平台测试，判断测试过程中是否会出现顺桨情况，若是，评估不合格，若否，评估合格。
11.如权利要求10所述的一种风电机组变桨系统高电压穿越能力的评估系统，其特征在于，所述平台测试模块包括：第一测试单元、第二测试单元和第三测试单元；
所述第一测试单元，用于变桨电机在预设第一工况下以固定速度在0°～90°之间连续匀速运行；
所述第二测试单元，用于变桨电机所述在第一工况下以渐变速度在10°～50°之间连续以正弦波变速运行；
所述第三测试单元，用于变桨电机桨距角保持在开桨状态附近，给出超过130％额定电压并超过阈值时间，并导致变桨系统顺桨。
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CN113606098A (zh) * 2021-08-23 2021-11-05 哈电风能有限公司 一种风电机组叶片气动异常检测方法、系统及存储介质

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