风力发电机组控制方法和风力发电机组与流程

本发明涉及新能源领域，具体涉及一种风力发电机组的高压保护控制方法，以及采用此控制方法的风力发电机组。

背景技术：

风力发电机组将风能转化为电能，并传输给风电场电网。由于风电场电网处于电网末端，而电网稳定性较差，容易出现电压过高的情况。目前已有高电压穿越标准，但高电压保护主要针对发电系统设计，与发电系统并行的辅助供电系统也需要考虑高电压击穿的影响，以保护相关设备的安全。目前针对风力发电机组辅助供电系统的高电压保护都相对简单，遇到电压检测过程中的信号波动，往往容易导致高压保护的误触发，引起风力发电机组不必要的停机，降低了发电量。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供的风力发电机组控制方法，通过实时检测辅助供电系统输入端的电压值以控制辅助供电系统的连接状态，保证辅助供电系统的可靠运行。具体包括如下方案：

一种风力发电机组控制方法，包括如下步骤：

将发电系统通过变压器与风电场电网连接，以实现电能交互；

将辅助供电系统连接到变压器，并在辅助供电系统的输入端实时检测电压值；

将实时检测的电压值与预设的断电条件进行匹配判定；

若匹配判定成功，则断开变压器与辅助供电系统的连接。

其中，所述断电条件包括：

实时检测的电压值高于辅助供电系统最高耐受电压，和/或

实时检测的电压值高于辅助供电系统高穿标准电压，且变频器脱网。

其中，在所述断开变压器与辅助供电系统的连接之后，还包括：

采用蓄电装置对辅助供电系统中的主控检测装置继续供电；

主控检测装置继续对辅助供电系统的输入端实时检测电压值；

将实时检测的电压值与预设的合闸条件进行匹配判定；

若匹配判定成功，则恢复变压器与辅助供电系统的连接。

其中，所述合闸条件包括：

实时检测的电压值低于辅助供电系统高穿标准电压。

本申请还涉及一种风力发电机组，包括风电场电网、变压器、发电系统和辅助供电系统，所述风电场电网与变压器连接，所述变压器的输出端分别与发电系统和辅助供电系统连接，所述变压器与所述辅助供电系统之间还串联有主开关，所述辅助供电系统包括主控检测装置和蓄电装置，所述主控检测装置实时检测所述辅助供电系统输入端的电压值，所述发电系统包括变频器，所述风力发电机组采用上述的风力发电机组控制方法进行控制。

其中，所述辅助供电系统包括辅助变压器，所述辅助变压器设置于所述主控检测装置和所述主开关之间。

其中，所述辅助供电系统还包括变桨装置、液压润滑冷却装置、偏航电机、测试监控加热装置。

其中，所述蓄电装置还在所述主开关断开后对所述液压润滑冷却装置和所述测试监控加热装置进行供电。

其中，所述发电系统还包括发电机。

其中，所述主开关包括分闸线圈、合闸线圈以及控制电路，所述控制电路用于控制所述分闸线圈或所述合闸线圈工作，以保证所述主开关处于断开或连通的状态。

本发明提供的风力发电机组控制方法，先将发电系统通过变压器连接到风电场电网实现电能交互，然后再将辅助供电系统接入变压器，利用辅助供电系统对发电系统进行辅助控制。在辅助供电系统的输入端实时检测电压值，并将实时检测的电压值与预设的断电条件进行匹配判定。当匹配判定成功后，断开变压器与辅助供电系统的连接。通过在辅助供电系统输入端检测电压值，可以实时获知辅助供电系统的输入电压高低。然后根据输入电压高低进行判定，可以更精确的控制辅助供电系统的电压，避免频繁停机，保证风力发电机组的发电量。

而本发明提供的风力发电机组，因为采用了上述的控制方法进行控制，可以避免因为电压值检测精度不高而造成的高压保护误触发缺陷。同样保证了风力风电机组的发电量。

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为本发明风力发电机组的框架示意图；

图2为本发明风力发电机组控制方法的流程图；

图3为本发明风力发电机组控制方法另一实施例的流程图；

图4为本发明风力发电机组控制方法的逻辑图；

图5为本发明风力发电机组中主开关的示意图。

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。

请参阅图1所示的本申请风力发电机组100，以及图2所示的本申请风力发电机组控制方法。本申请风力发电机组100包括风电场电网10、变压器20、发电系统30和辅助供电系统40。其中风电场电网10位于风力发电机组100的末端，发电系统30用于采集风能并转化为电能，与风电场电网10进行电能交互。风电场电网10和辅助供电系统40都与变压器20连接，其中风电场电网10通过变压器20与发电系统30实现电能互换，辅助供电系统40从变压器20处获得电能以维持各组件的工作，保证风力发电机组100的正常运行。具体的，辅助供电系统40用于提供风力发电机组100工作所必须的变桨控制、润滑冷却、偏航电机控制以及传感监控等辅助功能。变压器20的输出端分别与发电系统30和辅助供电系统40连接。变压器20的输出端对应到辅助供电系统40的输入端，同时也对应到变频器31的输出端。变压器20与辅助供电系统40之间还串联有主开关50。可以理解的，主开关50为控制辅助供电系统40与变压器20通断电的开关，主开关50也可以直接设置在辅助供电系统40中。辅助供电系统40包括主控检测装置41和蓄电装置42，主控检测装置41用于实时检测辅助供电系统40输入端的电压值。发电系统30还包括变频器31。本申请风力发电机组控制方法包括如下步骤：

s10、将发电系统30通过变压器20与风电场电网10连接，以实现电能交互；

s20、将辅助供电系统40连接到变压器20，并在辅助供电系统40的输入端实时检测电压值v0；

s30、将实时检测的电压值v0与预设的断电条件进行匹配判定；

s40、若匹配判定成功，则断开变压器20与辅助供电系统40的连接。

具体的，在发电系统30采集电能之后，需要将电能通过变压器20传递给风电场电网10。将发电系统30通过变压器20与风电场电网10连接，可以实现发电系统30和风电场电网10之间的电能交互。变压器20多为箱式变压器。变压器20的输入端即为与风电场电网10连接的一端，变压器20的输出端即为与发电系统30和辅助供电系统40连接的一端。辅助供电系统的主控检测装置41在辅助供电系统40的输入端实时检测电压值v0，即为在变压器20的低电压侧检测辅助供电系统40的电压。在该处检测电压可以得到辅助供电系统40更精确的电压输入值，即辅助供电系统40输入端的电压值v0。然后，将电压值v0与预设的断电条件进行匹配判定，一旦满足断电条件，立即断开主开关50，使得变压器20处的电压不能输送到辅助供电系统40中，避免辅助供电系统40被高压击穿损害。其中，断电条件包括：

实时检测的电压值v0高于辅助供电系统40最高耐受电压v2，和/或

实时检测的电压值v0高于辅助供电系统40高穿标准电压v1，且变频器31脱网。

具体的，对于辅助供电系统40而言，其高穿标准电压v1通常低于最高耐受电压v2。因此在判断是否满足断电条件的过程中，如果将高穿标准电压v1设定为断电条件，很可能存在辅助供电系统40依然可以继续工作，但因为实时检测的电压值v0高于辅助供电系统40的高穿标准电压v1而停机的情况。这种情况下风力发电机组100并不一定必须停机，很多时候没有必要。此时，因为变频器31的处理速度快于辅助供电系统40的主控检测装置41，因此如果辅助供电系统40输入端的电压值v0超过辅助供电系统40的最高耐受电压v2，则变频器31也会脱网。即引入变频器31作为辅助判断机制，可以在v1＜v0＜v2的情况下，因为检测到变频器31没有脱网，而继续维持辅助供电系统40的工作。此时因为v0＜v2，也可以判断到实时检测的电压值v0其实不会影响到辅助供电系统40的正常工作。因此，采用本发明的控制方法，可以避免在v1＜v0＜v2的情况下形成的辅助供电系统40的误触发情况，使得辅助供电系统40能减少停机次数，保证风力发电机组100正常工作，提高发电效率。

请参见图3，在步骤s40、断开变压器20与辅助供电系统40的连接之后，本方法还包括：

s50、采用蓄电装置42对辅助供电系统40中的主控检测装置41继续供电；

s60、主控检测装置41继续对辅助供电系统40输入端实时检测电压值v0；

s70、将实时检测的电压值vo与预设的合闸条件进行匹配判定；

s80、若匹配判定成功，则恢复变压器20与辅助供电系统40的连接。

具体的，因为辅助供电系统40还包括有蓄电装置42（通常为ups），因此在辅助供电系统40处的主开关50断开之后，蓄电装置42还可以提供主控检测装置41一定时间的电能，以使得主控检测装置41继续维持工作，并实时检测辅助供电系统40输入端实时电压值v0。前述中提到，风电场电网10处的电压通常处于波动状态，当实时电压值v0超过辅助供电系统40最高耐受电压v2之后，通常会在一段时间后回落。而回落之后的电压已经满足辅助供电系统40的工作需要，无需再持续高压保护。因此，可以将实时的电压值v0与预设的合闸条件进行匹配判定，并在判定成功后通过控制主开关50来恢复变压器20与辅助供电系统40的连接。其中，合闸条件包括：

实时检测的电压值v0低于辅助供电系统高穿标准电压v2。

可以理解的，在恢复对辅助供电系统40进行供电的时候，只要电压值v0低于高穿标准电源v2一个条件就足够。此时不需要再引入变频器41作为判断标准，也可以满足辅助供电系统40正常工作的需要。

由此，本申请控制方法的全过程逻辑图可以参见图4，通过检测辅助供电系统40输入端的实时电压值v0，并引入断电条件进行判断，可以更精准的控制辅助供电系统40与变压器20的电性连接动作。然后，通过继续检测辅助供电系统40输入端的实时电压值v0，并根据合闸条件进行判断，可以实现辅助供电系统40的自动合闸，保护辅助供电系统40更有效的工作，避免误触发高压保护的情况。

请看回图1，辅助供电系统40还包括有辅助变压器43，辅助变压器43设置于主控检测装置41和主开关50之间。辅助变压器43用于调节辅助供电系统40输入端传来的电压，使其更稳定的适应主控检测装置41的使用需求。进一步，辅助供电系统40还包括调整风电场电网10中桨叶旋转角度的变桨装置44、提供风力发电机组100液压动力、润滑和冷却功能的液压润滑冷却装置45、用于调整风电发电机组100中风轮迎风方向的偏航电机46、以及负责风力发电机组100整机测试、监控包括加热等功能的测试监控加热装置47。这些组件也连接于辅助变压器43，由辅助变压器43提供稳定的工作电源。当然，在断开变压器20与辅助供电系统40的连接之后，还可以采用蓄电装置42对液压润滑冷却装置45和测试监控加热装置47进行供电，保证整个辅助供电系统40部分功能不会因为辅助供电系统40的输入端电压波动而停止工作，进而维持风力发电机组100的正常工作，提高发电效率。当然，在蓄电装置42功率足够的情况下，蓄电装置42还可以对变桨装置44和偏航电机46进行供电，进一步保障风力发电机组100的正常工作。

在图1的实施例中，发电系统30还包括发电机32。发电机32通过变频器31连接于变压器20的输出端。可以理解的，变频器31在变压器20输出端的电压值vo过高时可以通过脱网来保护发电机32。

请参见图5，主开关50包括有分闸线圈51、合闸线圈52以及控制电路53。控制电路53用于控制分闸线圈51工作以实现主开关50的断开，或控制电路53控制合闸线圈52工作，以实现主开关50的导通。分闸线圈51与合闸线圈52通过硬件互锁，使得控制电路53的具体工作状态只有单独断开或单独导通两种情况，避免主开关50因为逻辑错误而造成意外短路或者断路的现象。

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。