CN117856671A - 一种制动回路能量泄放时长的确定方法及装置 - Google Patents

一种制动回路能量泄放时长的确定方法及装置 Download PDF

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CN117856671A CN202211214089.2A CN202211214089A CN117856671A CN 117856671 A CN117856671 A CN 117856671A CN 202211214089 A CN202211214089 A CN 202211214089A CN 117856671 A CN117856671 A CN 117856671A
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潘亚萍
王国梁
高保峰
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Beijing Goldwind Science and Creation Windpower Equipment Co Ltd
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Abstract

本申请涉及一种制动回路能量泄放时长的确定方法及装置，所述制动回路包括制动电阻，其中，方法包括：实时获取制动电阻的温漂后功率和制动电阻的电阻带温升；根据制动电阻的温漂后功率和电阻带温升，确定第一时长和第二时长，其中，第一时长为制动电阻的温漂后功率达到预设制动功率所需的时长，第二时长为电阻带温升达到温升阈值所需的时长；获取第一时长和第二时长中的最小值作为目标时长，目标时长为制动回路支持能量泄放的时长。通过上述方式，可以对制动回路的能量泄放能力进行评估，从而采用制动回路对过大的叶根及塔底弯矩极限载荷进行能量泄放，避免过大的叶根及塔底弯矩极限载荷，提高风机的机械寿命，保障风机的长期安全运行。

Description

一种制动回路能量泄放时长的确定方法及装置
技术领域
本申请涉及风电技术领域，特别是涉及一种制动回路能量泄放时长的确定方法及装置。
背景技术
随着风力发电技术发展，机组功率越来越大，叶片长度逐步增加，风机在大功率及满发工况下的停机方式对于叶根载荷及塔底弯矩载荷等的影响越来越大，成为风机安全运行、降本设计的制约因素。
目前，当风机出现急停工况时，风机停机控制方式是：安全链断开，变流器闭锁脉冲，电机侧与电网侧断路器均断开，由变桨系统独立完成风机刹车停机。
采用上述停机方式时，在大功率及满发工况下，容易造成过大的叶根及塔底弯矩极限载荷，基于此，可采用制动回路对风机过大的载荷进行泄放，制动回路的能量泄放能力是否满足需求尤为重要，因此，有必要设计一种制动回路能量泄放评估方法，以解决如何评估制动回路的能量泄放能力的问题。
申请内容
本申请实施例提供一种制动回路能量泄放时长的确定方法及装置，以对制动回路的能量泄放能力进行评估，从而在过大的叶根及塔底弯矩极限载荷的情况下，采用制动回路对过大的叶根及塔底弯矩极限载荷进行能量泄放，避免过大的叶根及塔底弯矩极限载荷，提高风机的机械寿命，保障风机的长期安全运行。
第一方面，根据本申请实施例提出了一种制动回路能量泄放时长的确定方法，所述制动回路包括制动电阻，所述方法包括：
实时获取所述制动电阻的电阻带温升和所述制动电阻的温漂后功率；
根据所述制动电阻的电阻带温升和所述制动电阻的温漂后功率，确定第一时长和第二时长，其中，所述第一时长为所述制动电阻的温漂后功率达到预设制动功率所需的时长，所述第二时长为所述电阻带温升达到温升阈值所需的时长；
获取所述第一时长和所述第二时长中的最小值作为目标时长，所述目标时长为所述制动回路支持能量泄放的时长。
根据本申请实施例的一个方面，所述制动回路还包括制动单元，所述方法还包括：
实时获取所述制动单元的制动功率；
根据所述制动单元的制动功率确定第三时长，其中，所述第三时长为所述制动单元的制动功率达到所述预设制动功率所需的时长；
获取所述第一时长、第二时长和第三时长中的最小值作为所述目标时长。
根据本申请实施例的一个方面，所述方法还包括：
获取风力发电机组在特殊工况下进行能量泄放所需的第四时长，所述特殊工况包括机组急停工况和/或计划外掉电工况；
将所述目标时长减去所述第四时长的值作为第五时长，所述第五时长是所述制动回路用于为所述风力发电机组中除风机之外的其他的设备提供制动能力的时长。
根据本申请实施例的一个方面，实时获取所述制动电阻的温漂后功率的步骤，包括：
获取所述制动电阻的电阻带温度和变流器直流母线电压；
根据所述制动电阻的电阻值、所述电阻带温度、温漂系数和电阻值设计误差，确定所述制动电阻温漂后的阻值；
根据所述变流器直流母线电压和所述制动电阻温漂后的阻值，确定所述制动电阻的温漂后功率。
根据本申请实施例的一个方面，实时获取所述制动单元的制动功率的步骤，包括：
根据所述制动电阻的温漂后功率和经验系数，确定所述制动单元的制动功率。
第二方面，根据本申请实施例提供一种制动回路能量泄放时长的确定装置，所述制动回路包括制动电阻，所述装置包括：
第一获取模块，用于实时获取所述制动电阻的电阻带温升和所述制动电阻的温漂后功率；
第一确定模块，用于根据所述制动电阻的电阻带温升和所述制动电阻的温漂后功率，确定第一时长和第二时长，其中，所述第一时长为所述制动电阻的温漂后功率达到预设制动功率所需的时长，所述第二时长为所述电阻带温升达到温升阈值所需的时长；
第二确定模块，用于获取所述第一时长和所述第二时长中的最小值作为目标时长，所述目标时长为所述制动回路支持能量泄放的时长。
根据本申请实施例的一个方面，所述制动回路还包括制动单元，所述装置还包括：
第二获取模块，用于实时获取所述制动单元的制动功率；
第三确定模块，用于根据所述制动单元的制动功率确定第三时长，其中，所述第三时长为所述制动单元的制动功率达到所述预设制动功率所需的时长；
第四确定模块，用于获取所述第一时长、第二时长和第三时长中的最小值作为所述目标时长。
根据本申请实施例的一个方面，所述装置还包括：
第三获取模块，用于获取风力发电机组在特殊工况下进行能量泄放所需的第四时长，所述特殊工况包括机组急停工况和/或计划外掉电工况；
第五确定模块，用于将所述目标时长减去所述第四时长的值作为第五时长，所述第五时长是所述制动回路用于为所述风力发电机组中除风机之外的其他的设备提供制动能力的时长。
根据本申请实施例的一个方面，所述第一获取模块，包括：
获取子模块，用于获取所述制动电阻的电阻带温度和变流器直流母线电压；
第一确定子模块，用于根据所述制动电阻的电阻值、所述电阻带温度、温漂系数和电阻值设计误差，确定所述制动电阻温漂后的阻值；
第二确定子模块，用于根据所述变流器直流母线电压和所述制动电阻温漂后的阻值，确定所述制动电阻的温漂后功率。
根据本申请实施例的一个方面，所述第二获取模块，具体用于：
根据所述制动电阻的温漂后功率和经验系数，确定所述制动单元的制动功率。
第三方面，根据本申请实施例提出了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如第一方面所述的制动回路能量泄放时长的确定方法。
第四方面，根据本申请实施例提出了一种评估设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述处理器执行时实现如第一方面所述的制动回路能量泄放时长的确定方法。
本申请实施例提供的制动回路能量泄放时长的确定方法及装置，所述制动回路包括制动电阻，其中，方法包括：实时获取所述制动电阻的电阻带温升和所述制动电阻的温漂后功率；根据所述制动电阻的电阻带温升和所述制动电阻的温漂后功率，确定第一时长和第二时长，其中，所述第一时长为所述制动电阻的温漂后功率达到预设制动功率所需的时长，所述第二时长为所述电阻带温升达到温升阈值所需的时长；获取所述第一时长和所述第二时长中的最小值作为目标时长，所述目标时长为所述制动回路支持能量泄放的时长。通过上述方法，可以对制动回路的能量泄放能力进行评估，从而在过大的叶根及塔底弯矩极限载荷的情况下，采用制动回路对过大的叶根及塔底弯矩极限载荷进行能量泄放，避免过大的叶根及塔底弯矩极限载荷，提高风机的机械寿命，保障风机的长期安全运行。
附图说明
下面将参考附图来描述本申请示例性实施例的特征、优点和技术效果。
图1是本申请一个实施例提供的制动回路能量泄放时长的确定方法的流程图；
图2是本申请一个实施例提供的功率与时长的关系曲线图；
图3是本申请一个实施例提供的制动回路能量泄放时长的确定装置的结构图之一；
图4是本申请一个实施例提供的制动回路能量泄放时长的确定装置的结构图之二；
图5是本申请一个实施例提供的制动回路能量泄放时长的确定装置的结构图之三。
具体实施方式
下面将详细描述本申请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，以便提供对本申请的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请的更好的理解。
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1所示，本申请实施例提供一种制动回路能量泄放时长的确定方法，制动回路包括制动电阻，包括：
步骤101，实时获取制动电阻的电阻带温升和制动电阻的温漂后功率。
步骤102，根据制动电阻的电阻带温升和制动电阻的温漂后功率，确定第一时长和第二时长，其中，第一时长为制动电阻的温漂后功率达到预设制动功率所需的时长，第二时长为电阻带温升达到温升阈值所需的时长。
步骤103，获取第一时长和第二时长中的最小值作为目标时长，目标时长为制动回路支持能量泄放的时长。
上述中，预设制动功率可根据实际情况进行设置，例如，预设制动功率可以是风力发电机组需要的制动功率。如图2所示的曲线图，图中标号11所示为制动电阻的温漂后功率与时长之间的关系曲线，图中标号22所示为电阻带温升曲线，该曲线也可以理解为风力发电机组需要的全功率与时长之间的关系曲线，图中标号T1所示为第一时长，标号T2所示为第二时长。在本实施例中，温升阈值优选为450K，温升阈值也可以选取其他值，在此不做限定。
在本实施例中，制动回路的评估标准包括制动电阻的评估标准，即通过对制动电阻的温漂后功率和电阻带温升进行评估，来确定制动回路支持能量泄放的能力，可以简化评估计算过程，提高评估效率。
另外，通过实时获取制动电阻的温漂后功率和制动电阻的电阻带温升，可获得实时的目标时长，从而获得实时的制动回路支持能量泄放能力，可有效保障制动回路支持能量泄放能力的准确性和可靠性。
本实施例中，通过对制动回路支持能量泄放的时长进行评估，可以获知制动回路支撑能量泄放的能力，从而在过大的叶根及塔底弯矩极限载荷的情况下，采用制动回路对过大的叶根及塔底弯矩极限载荷进行能量泄放，避免过大的叶根及塔底弯矩极限载荷，提高风机的机械寿命，保障风机的长期安全运行。
进一步地，本申请实施例还提供一种计算目标时长的方式，具体如下：
制动回路还包括制动单元，方法还包括：实时获取制动单元的制动功率；根据制动单元的制动功率确定第三时长，其中，第三时长为制动单元的制动功率达到预设制动功率所需的时长；获取第一时长、第二时长和第三时长中的最小值作为目标时长。
如图2所示的曲线图，图中标号T3所示为第三时长。进一步地，根据制动电阻的温漂后功率和经验系数，可确定制动单元的制动功率，其中，经验系数可以是一个大于1的数，例如，经验系数的取值范围可以是1.05-1.15，优选为1.1。
在本实施例中，对制动回路的评估包括对制动电阻评估和对制动单元评估，对制动电阻评估包括对制动电阻的温漂后功率和电阻带温升进行评估，对制动单元评估包括对制动单元的制动功率进行评估。
具体为：获取制动电阻的温漂后功率达到预设制动功率所需的第一时长，电阻带温升达到温升阈值所需的第二时长，以及制动单元的制动功率达到预设制动功率所需的第三时长，从获取的这三个时长中，选择一个最小的时长作为目标时长，该目标时长就是制动回路支持能量泄放的时长。
制动单元通过电缆连接在变流器直流母线上，并通过电缆连接制动电阻，组成制动回路，制动单元用于在异常工况下消耗变流器直流母线多余的能量，抑制变流器母线电压升高，保证变流器的运行安全。
制动单元在半母线电压平衡控制(中性点控制过程)、直流总母线电压超出阈值(故障穿越过程)、硬件直流过压、以及变流器直流母线放电等工况下投入运行，对直流系统多余能量进行泄放。
制动单元和制动电阻通过电缆连接，当制动单元内的绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)导通时，制动电阻开始工作，制动电阻可将能量以发热的形式释放，从而实现能量泄放。
在本实施例中，通过对制动电阻和制动单元进行评估，可以使得对制动回路的评估更加全面和完善，可提高对制动回路支持能量泄放能力评估的准确度。
在本申请一实施例中，获取制动电阻的温漂后功率，包括：
获取制动电阻的电阻带温度和变流器直流母线电压；
根据制动电阻的电阻值、电阻带温度、温漂系数和电阻值设计误差，确定制动电阻温漂后的阻值；
根据变流器直流母线电压和制动电阻温漂后的阻值，确定制动电阻的温漂后功率。
具体的，可根据式(1)，确定制动电阻温漂后的阻值R：
其中，R1为20℃时的电阻值，T为电阻带温度，k为温漂系数，e为电阻值设计误差。温漂系数可根据制动电阻的材料确定，例如，R1为0.44，e可以是±5％，k可以是固定值1080ppm/℃，可以根据如式(2)计算获得：
k＝(0.0000002×T4-0.0002×T3-0.0745×T2-13.652×T+2106.2 (2)
可根据式(3)，确定制动电阻温漂后的功率P：
其中，U为母线电压，R2为制动电阻温漂后的阻值。
在本申请一实施例中，方法还包括：获取风力发电机组在特殊工况下进行能量泄放所需的第四时长，特殊工况包括机组急停工况和/或计划外掉电工况；
将目标时长减去第四时长的值作为第五时长，第五时长是制动回路用于为风力发电机组中除风机之外的其他的设备提供制动能力的时长。
具体的，在变流器无故障工况下的制动降载(Resistance Safe，R-Safe)支撑能力主要满足两个工况：机组急停工况以及计划外掉电工况。
例如，在急停工况下，R-Safe执行过程中，由于变流器网侧断路器断开，网侧停调，无法将有功功率馈网，因此可以按照网侧发生零电压穿越进行评估。制动回路按照第四时长和第五时长执行能量泄放，并对执行能量泄放的制动单元和制动电阻进行测量，根据测量结果可知，在0.5秒的时间内，制动单元消耗机侧产生的能量，制动模块(制动单元位于制动模块中)最高温度140℃，制动电阻最高温度144℃，制动电阻初始阻值0.44Ω，温漂后阻值0.53Ω，均满足设计要求。
又例如，计划外掉电工况下，风力发电机组无法在第一时间识别，一般先按照低穿处理，当低穿超时之后才能够报低穿超时故障停机，计划外掉电工况需要在执行R-Safe之前叠加一个低穿工况，低穿工况和R-Safe工况都需要制动回路的制动电阻进行能量的消耗。
通过仿真计算可知，0.3pu低穿跌落1.4s后，剩下0.075S可以执行R-safe，变流器能够满足R-Safe所需要的功率，制动电阻阻值：0.592Ω，温度336℃(40度环境温度)，小于制动电阻允许的最高温度490℃。
制动回路在对风力发电机组进行能量泄放之后，若还有提供制动能力的剩余能量，则可以将该剩余能量用于风力发电机组中除风机之外的其他设备的制动。
按照本申请中提供的评估标准，对不同机型的泄放能力评估结果如表1所示：
表1
根据上述数据分析，测试结果满足测试要求。
如图3所示，本申请实施例还提供一种制动回路能量泄放时长的确定装置，制动回路包括制动电阻，装置包括：
第一获取模块301，用于实时获取制动电阻的电阻带温升和制动电阻的温漂后功率；
第一确定模块302，用于根据制动电阻的电阻带温升和制动电阻的温漂后功率，确定第一时长和第二时长，其中，第一时长为制动电阻的温漂后功率达到预设制动功率所需的时长，第二时长为电阻带温升达到温升阈值所需的时长；
第二确定模块303，用于获取第一时长和第二时长中的最小值作为目标时长，目标时长为制动回路支持能量泄放的时长。
本实施例中的装置，通过对制动回路支持能量泄放的时长进行评估，可以获知制动回路支撑能量泄放的能力，从而在过大的叶根及塔底弯矩极限载荷的情况下，采用制动回路对过大的叶根及塔底弯矩极限载荷进行能量泄放，避免过大的叶根及塔底弯矩极限载荷，提高风机的机械寿命，保障风机的长期安全运行。
进一步地，如图4所示，制动回路还包括制动单元，装置还包括：第二获取模块304，用于实时获取制动单元的制动功率；第三确定模块305，用于根据制动单元的制动功率确定第三时长，其中，第三时长为制动单元的制动功率达到预设制动功率所需的时长；第四确定模块306，用于获取第一时长、第二时长和第三时长中的最小值作为目标时长。
进一步地，如图5所示，装置还包括：第三获取模块307，用于获取风力发电机组在特殊工况下进行能量泄放所需的第四时长，特殊工况包括机组急停工况和/或计划外掉电工况；第五确定模块308，用于将目标时长减去第四时长的值作为第五时长，第五时长是制动回路用于为风力发电机组中除风机之外的其他的设备提供制动能力的时长。
进一步地，第一获取模块301，包括：获取子模块，用于获取制动电阻的电阻带温度和变流器直流母线电压；第一确定子模块，用于根据制动电阻的电阻值、电阻带温度、温漂系数和电阻值设计误差，确定制动电阻温漂后的阻值；第二确定子模块，用于根据变流器直流母线电压和制动电阻温漂后的阻值，确定制动电阻的温漂后功率。
进一步地，第二获取模块304，具体用于：根据制动电阻的温漂后功率和经验系数，确定制动单元的制动功率。
制动回路能量泄放时长的确定装置可用于执行上述实施例中的制动回路能量泄放时长的确定方法，且能达到相同的技术效果，具体可参见方法实施例中的有关记载，为避免重复，这里不再赘述。
本申请实施例还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现上述中的制动回路能量泄放时长的确定方法。
本申请实施例还提供一种评估设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述处理器执行时实现如上述制动回路能量泄放时长的确定方法。
虽然已经参考优选实施例对本申请进行了描述，但在不脱离本申请的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (12)

1.一种制动回路能量泄放时长的确定方法，其特征在于，所述制动回路包括制动电阻，方法包括：
实时获取所述制动电阻的电阻带温升和所述制动电阻的温漂后功率；
根据所述制动电阻的电阻带温升和所述制动电阻的温漂后功率，确定第一时长和第二时长，其中，所述第一时长为所述制动电阻的温漂后功率达到预设制动功率所需的时长，所述第二时长为所述电阻带温升达到温升阈值所需的时长；
获取所述第一时长和所述第二时长中的最小值作为目标时长，所述目标时长为所述制动回路支持能量泄放的时长。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制动回路还包括制动单元，所述方法还包括：
实时获取所述制动单元的制动功率；
根据所述制动单元的制动功率确定第三时长，其中，所述第三时长为所述制动单元的制动功率达到所述预设制动功率所需的时长；
获取所述第一时长、第二时长和第三时长中的最小值作为所述目标时长。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取风力发电机组在特殊工况下进行能量泄放所需的第四时长，所述特殊工况包括机组急停工况和/或计划外掉电工况；
将所述目标时长减去所述第四时长的值作为第五时长，所述第五时长是所述制动回路用于为所述风力发电机组中除风机之外的其他的设备提供制动能力的时长。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，实时获取所述制动电阻的温漂后功率的步骤，包括：
获取所述制动电阻的电阻带温度和变流器直流母线电压；
根据所述制动电阻的电阻值、所述电阻带温度、温漂系数和电阻值设计误差，确定所述制动电阻温漂后的阻值；
根据所述变流器直流母线电压和所述制动电阻温漂后的阻值，确定所述制动电阻的温漂后功率。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，实时获取所述制动单元的制动功率的步骤，包括：
根据所述制动电阻的温漂后功率和经验系数，确定所述制动单元的制动功率。
6.一种制动回路能量泄放时长的确定装置，其特征在于，所述制动回路包括制动电阻，所述装置包括：
第一获取模块，用于实时获取所述制动电阻的电阻带温升和所述制动电阻的温漂后功率；
第一确定模块，用于根据所述制动电阻的电阻带温升和所述制动电阻的温漂后功率，确定第一时长和第二时长，其中，所述第一时长为所述制动电阻的温漂后功率达到预设制动功率所需的时长，所述第二时长为所述电阻带温升达到温升阈值所需的时长；
第二确定模块，用于获取所述第一时长和所述第二时长中的最小值作为目标时长，所述目标时长为所述制动回路支持能量泄放的时长。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述制动回路还包括制动单元，所述装置还包括：
第二获取模块，用于实时获取所述制动单元的制动功率；
第三确定模块，用于根据所述制动单元的制动功率确定第三时长，其中，所述第三时长为所述制动单元的制动功率达到所述预设制动功率所需的时长；
第四确定模块，用于获取所述第一时长、第二时长和第三时长中的最小值作为所述目标时长。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
第三获取模块，用于获取风力发电机组在特殊工况下进行能量泄放所需的第四时长，所述特殊工况包括机组急停工况和/或计划外掉电工况；
第五确定模块，用于将所述目标时长减去所述第四时长的值作为第五时长，所述第五时长是所述制动回路用于为所述风力发电机组中除风机之外的其他的设备提供制动能力的时长。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一获取模块，包括：
获取子模块，用于获取所述制动电阻的电阻带温度和变流器直流母线电压；
第一确定子模块，用于根据所述制动电阻的电阻值、所述电阻带温度、温漂系数和电阻值设计误差，确定所述制动电阻温漂后的阻值；
第二确定子模块，用于根据所述变流器直流母线电压和所述制动电阻温漂后的阻值，确定所述制动电阻的温漂后功率。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二获取模块，具体用于：
根据所述制动电阻的温漂后功率和经验系数，确定所述制动单元的制动功率。
11.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如权利要求1至5中任一项所述的制动回路能量泄放时长的确定方法。
12.一种评估设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述处理器执行时实现如权利要求1至5中任一项所述的制动回路能量泄放时长的确定方法。
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