CN112594128B - 风力发电机组电网缺相故障中变桨系统保护系统及方法 - Google Patents

风力发电机组电网缺相故障中变桨系统保护系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了风力发电机组电网缺相故障中变桨系统保护系统及方法，其技术方案为：包括断路器、滤波电抗器，在断路器和滤波电抗器之间增设接触器，所述接触器状态由开关电源供电的中间继电器辅助触点控制；所述中间继电器连接驱动器，驱动器能够根据直流母线电压是否超限确定输入或输出信号。本发明能够消除电网电压缺相时变桨系统造成的超速、载荷超限等隐患，提高机组安全性能和自动化程度。

Description

风力发电机组电网缺相故障中变桨系统保护系统及方法
技术领域
本发明涉及风力发电领域，尤其涉及一种风力发电机组电网缺相故障中变桨系统保护系统及方法。
背景技术
随着风电行业的快速发展，装机规模及机组容量越来越大，同步提高机组安全性能和自动化程度显得尤为重要。变桨系统作为风机实现保护功能的重要组成部分，在机组触发故障时，及时有效的完成变桨动作是设备长久稳定运行的必要条件。
受限于变桨系统驱动器多数采用进口品牌，客户更改底层程序困难，外部电源供电通断不可控及内部控制逻辑等因素，当前在运行机组的变桨系统，在电网电压缺相故障、电压短时攀升较高时(≥1.3pu)，经不可控整流桥整流，驱动器母线电压会超过保护限值，驱动器自我保护，不再执行保护动作。且在电网电压恢复正常，驱动器母线电压恢复至阈值以下时，驱动器不能及时自复位，整个变桨系统不动作持续时间可达50s，难以实现及时快速有效收桨，极易造成机组短时超速，载荷超限等问题，存在极大安全隐患。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种风力发电机组电网缺相故障中变桨系统保护系统及方法，能够消除电网电压缺相时变桨系统造成的超速、载荷超限等隐患，提高机组安全性能和自动化程度。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明的实施例提供了一种风力发电机组电网缺相故障中变桨系统保护系统，包括断路器、滤波电抗器，在断路器和滤波电抗器之间增设接触器，所述接触器状态由开关电源供电的中间继电器辅助触点控制；所述中间继电器连接驱动器，驱动器能够根据直流母线电压是否超限确定输入或输出信号。
作为进一步的实现方式，所述开关电源为24V开关电源，中间继电器和接触器与24V开关电源连接形成回路。
作为进一步的实现方式，所述中间继电器一端连接至24V开关电源的24V接线端，另一端通过接触器连接至24V开关电源的0V接线端。
作为进一步的实现方式，所述滤波电抗器通过三相整流桥连接驱动器。
第二方面，本发明实施例还提供了一种风力发电机组电网缺相故障中变桨系统保护方法，采用所述的保护系统，包括：
电网电压出现缺相故障造成驱动器母线过压故障时，驱动器输出控制信号使中间继电器失电；设定时间后接触器失电，变桨系统主电源断开；
在驱动器母线过压信号消失且系统自复位后，启动后备电源执行收桨动作，机组完成故障状态下的收桨任务。
作为进一步的实现方式，所述驱动器增设Do输出信号和驱动器直流母线过压故障自复位信号。
作为进一步的实现方式，中间继电器失电，辅助触点断开；接触器失电，辅助触点1/2、3/4、5/6分断，三相整流桥输入电源断开，驱动器母线电压下降。
作为进一步的实现方式，变桨系统主电源断开后设定时间，驱动器母线电压恢复正常；启动后备电压，完成紧急收桨，电网电压恢复正常；之后驱动器取消控制信号，接触器得电，系统主电源恢复。
作为进一步的实现方式，出现电网电压出现缺相故障时，变桨系统经三相整流桥整流，造成驱动器母线电压超过限定值，驱动器自我保护闭锁，不再执行收桨动作。
作为进一步的实现方式，若未超过限定值，采用变桨系统主电源完成收桨。
上述本发明的实施例的有益效果如下：
(1)本发明的一个或多个实施方式的电网电压因缺相骤升时，可控制分断系统主电源，启用后备电源供电，完成收桨工作；提高机组安全、稳定性能。
(2)本发明的一个或多个实施方式增设驱动器母线电压故障自复位功能，母线过压条件消失后，驱动器自行复位，执行收桨任务；有效保护驱动器整流桥和母线设备。
(3)本发明的一个或多个实施方式结合风机主控制系统电压状态位，在故障消除后及时恢复变桨系统主电源供电，解决电网电压缺相时变桨系统收桨不及时造成的失速问题。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是电网缺相故障下的相电压状态示图；
图2是电网缺相下原变桨系统动作流程图；
图3是本发明根据一个或多个实施方式的变桨系统主电源供电电路图；
图4是本发明根据一个或多个实施方式的变桨系统主电源供电控制回路图；
图5是本发明根据一个或多个实施方式的电网缺相故障时变桨系统控制逻辑；
图6是本发明根据一个或多个实施方式的电网缺相故障时驱动器母线电压变化曲线；
图7是本发明根据一个或多个实施方式的优化后的电网缺相故障下变桨动作时间曲线；
其中，1QF1.断路器；1KM1.接触器；3L1.滤波电抗器；VD1.三相整流桥；3U1.驱动器；M.变桨电机；6U1.开关电源；14K1.中间继电器。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
实施例一：
本实施例提供了一种风力发电机组电网缺相故障中变桨系统保护系统，如图3和图4所示，包括断路器1QF1、滤波电抗器3L1、三相整流桥VD1、驱动器3U1，滤波电抗器3L1通过三相整流桥(不可控三相整流桥)VD1连接驱动器3U1，驱动器3U1与变桨电机M相连。
本实施例在断路器1QF1和滤波电抗器3L1之间增设接触器1KM1，所述接触器1KM1状态由新增开关电源6U1供电的中间继电器14K1辅助触点控制。所述中间继电器14K1连接驱动器3U1，驱动器3U1能够根据直流母线电压是否超限确定输入或输出信号，从而控制整个系统主电源。
进一步的，所述开关电源6U1为24V开关电源，中间继电器14K1一端连接至24V开关电源的24V接线端，另一端通过接触器1KM1连接至24V开关电源的0V接线端，从而形成回路。
本实施例在变桨系统内增设接触器1KM1、中间继电器14K1和开关电源6U1等相关硬件、线路，通过优化控制逻辑实现变桨系统的供电电源可控及安全、及时、稳定的收桨过程。
实施例二：
本实施例提供了一种风力发电机组电网缺相故障中变桨系统保护方法，采用实施例一所述的保护系统，如图5所示，包括：
如图1所示，在电网电压因缺相或其他原因造成电压骤升、三相不平衡或过压等现象时，变桨系统经不可控三相整流桥VD1整流，造成驱动器3U1母线电压超过限定值(≥1.38pu)，如图6所示，驱动器报母线电压高故障，驱动器自我保护闭锁，不再执行收桨动作。若未超过限定值，采用变桨系统主电源完成收桨。
本实施例通过增设Do输出信号和驱动器直流母线过压故障自复位功能，中间继电器14K1失电，辅助触点断开，接触器1KM1失电，辅助触点1/2、3/4、5/6分断，如图3所示，其中的数字1～6为辅助触点标号；三相整流桥VD1输入电源断开，驱动器3U1母线电压下降(≤1.38pu)，整个过程持续时间约为1s。
在驱动器3U1母线过压信号消失且系统自复位后，变桨系统启动后备电源执行收桨动作，机组顺利完成故障状态下的收桨任务。
如图7所示，从驱动器3U1母线电压高故障消失至变桨系统重新动作，持续时间约为0.5s；从电网电压故障起始时刻至变桨系统持续有效动作，时间约为1.5s。相较于变桨系统初始电气结构、控制逻辑和动作时间，本实施例有效减少电网故障下的收桨时间(原系统故障时如图2所示，变桨系统持续不动作时间达50s)，避免了风机短时超速和载荷超限对风机造成的冲击，提高了机组安全性能，延长机组使用寿命。
本实施例的变桨系统供电电源可控；电网电压因缺相骤升时可控制分断系统主电源，启用后备电源供电，完成收桨工作。本实施例增设驱动器母线电压故障自复位功能，母线过压条件消失后，驱动器自行复位，执行收桨任务；有效保护驱动器整流桥和母线设备。本实施例结合风机主控制系统电压状态位，在故障消除后及时恢复变桨系统主电源供电。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.风力发电机组电网缺相故障中变桨系统保护方法，所述系统包括：断路器、滤波电抗器，在断路器和滤波电抗器之间增设接触器，所述接触器状态由开关电源供电的中间继电器辅助触点控制；所述中间继电器连接驱动器，驱动器能够根据直流母线电压是否超限确定输入或输出信号；
其特征在于，电网电压出现缺相故障造成驱动器母线过压故障时，驱动器输出控制信号使中间继电器失电；设定时间后接触器失电，变桨系统主电源断开；
在驱动器母线过压信号消失且系统自复位后，启动后备电源执行收桨动作，机组完成故障状态下的收桨任务；
所述滤波电抗器通过三相整流桥连接驱动器；
所述驱动器增设Do输出信号和驱动器直流母线过压故障自复位信号。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组电网缺相故障中变桨系统保护方法，其特征在于，所述开关电源为24V开关电源，中间继电器和接触器与24V开关电源连接形成回路。
3.根据权利要求2所述的风力发电机组电网缺相故障中变桨系统保护方法，其特征在于，所述中间继电器一端连接至24V开关电源的24V接线端，另一端通过接触器连接至24V开关电源的0V接线端。
4.根据权利要求1所述的风力发电机组电网缺相故障中变桨系统保护方法，其特征在于，中间继电器失电，辅助触点断开；接触器失电，辅助触点1/2、3/4、5/6分断，三相整流桥输入电源断开，驱动器母线电压下降。
5.根据权利要求4所述的风力发电机组电网缺相故障中变桨系统保护方法，其特征在于，变桨系统主电源断开后设定时间，驱动器母线电压恢复正常；启动后备电压，完成紧急收桨，电网电压恢复正常；之后驱动器取消控制信号，接触器得电，系统主电源恢复。
6.根据权利要求5所述的风力发电机组电网缺相故障中变桨系统保护方法，其特征在于，出现电网电压出现缺相故障时，变桨系统经三相整流桥整流，造成驱动器母线电压超过限定值，驱动器自我保护闭锁，不再执行收桨动作。
7.根据权利要求6所述的风力发电机组电网缺相故障中变桨系统保护方法，其特征在于，若未超过限定值，采用变桨系统主电源完成收桨。
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