专利名称：一种风电机组低电压穿越系统及其方法
技术领域：
本发明涉及一种风电机组低电压穿越系统及其方法，尤其涉及一种基于主动转速控制的风电机组低电压穿越系统及其方法。
背景技术：
风电机组的低电压穿越性能直接影响整个风电场的电网特性，是风电大批量上网的重要指标。低电压穿越策略的好坏对低电压穿越性能影响较大，控制效果好坏主要考虑三个方面首先，保障机组在一定的低电压幅度和时间内能不脱网运行，避免电网出现瘫痪；其次，机组能够为风电场提供足 够的无功支撑，帮助电网电压恢复正常；最后，机组在低电压穿越时保持较好的机械特性，保障轴承、塔架等机械部件的使用寿命。
发明内容
本发明旨在发明一种提供必要的无功支撑且减小对风机主要机械部件冲击的风电机组低电压穿越系统及其方法。一种风电机组低电压穿越系统，包括负荷控制模块、网侧控制模块、网侧数据模块、过压保护模块、直流侧数据模块、变浆控制模块和转矩控制模块，所说负荷控制模块的第一输出端与网侧控制模块的输入端连接、负荷控制模块的第二输出端与变浆控制模块的输入端连接，负荷控制模块的第三输出端和转矩控制模块的输入端连接，网侧控制模块的输出端与网侧数据模块的输入端连接，网侧数据模块的输出端与负荷控制模块的第一输入端连接，过压保护模块的输出端与直流侧数据模块的输入端连接，直流侧数据模块的输出端与负荷控制模块的第二输入端连接，其中，网侧数据模块用于监视网侧数据并将网侧数据传输至负荷控制模块，所述的网侧数据包括网侧电压、网侧有功电流和网侧无功电流，过压保护模块用于监视直流母线电压并将数据传输至直流侧数据模块，直流侧数据模块通过制动斩波器和制动电阻实现直流侧卸荷并将直流母线电压、直流侧卸荷数据传输至负荷控制模块，负荷控制模块用于将网侧数据和直流侧数据进行分析并对将控制信号传输至网侧控制模块、变浆控制模块和转矩控制模块，网侧控制模块用于提供有功功率和无功功率的输出并将信号传输至网侧数据模块，变桨控制模块用于接收来自负荷控制模块的控制模式指令并实现转速闭环控制，转矩控制模块用于接收来自负荷控制模块的控制模式指令并控制转矩输出。优选地，所述的控制模式指令包括正常控制模式指令和降功率控制模式指令。一种风电机组低电压穿越方法，包括下述顺序步骤
1、通过网侧数据模块监视网侧电压、网侧有功电流；
2、根据网侧电压数据通过公式Q=CXUX(U-Ut) In计算出网侧无功功率，式中C为无功支撑常数，U为网侧电压，Ut为并网点电压标常数，In为额定电流常数，Q为网侧无功功率常数，并将网侧数据传送至负荷控制模块；
3、过压保护模块实时监视直流母线电压，当电压高于设备幅值时，开启制动斩波器保护，连通直流母线与制动电阻回路，当电压低于设备幅值时，关闭制动斩波器保护，同时，过压保护模块将直流侧数据实时传递至负荷控制模块，用于机组负荷分析；
4、对网侧电压、网侧有功电流、网侧无功电流、直流母线电压和卸荷数据进行分析并判断机组负荷是否偏大当机组负荷偏大时，负荷控制模块下达降功率控制模式指令至变桨控制模块和转矩控制模块，同时下达开环转矩给定指令至转矩控制模块，变桨控制模块接收到降功率控制模式指令后，变桨控制模块单独对转速进行控制，转矩控制模块接收到降功率控制模式指令后，按照接收到的开环转矩给定指令调节转矩；当机组负荷正常时，负荷控制模块下达正常控制模式指令至变桨控制模块和转矩控制模块；变桨控制模块和转矩控制模块再接收到正常控制模式指令后，恢复正常控制。本发明的有益效果在于
1.对网侧电压、网侧有功电流、网侧无功电流、直流母线电压和卸荷数据进行分析，对低电压穿越工况下的机组负荷进行控制，发布正常控制模式指令或降功率控制模式指令，在低电压穿越时，机组能不脱网运行，并为风电场提供必要的无功支撑；
2.变浆控制模块接受到控制模式指令，当接收到降功率控制模式指令时，变桨控制模块单独实现转速闭环控制；当接收到正常控制模式指令时，变桨控制模块与转矩控制模块协同实现转速控制，稳定发电机转速，减小对风机主要机械部件的冲击。
图I为低电压穿越控制结构 图2为负荷控制模块结构 图3为过压保护模块结构 图4为网侧控制模块结构 图5为变桨控制模块和转矩控制模块结构图。
具体实施例方式下面结合实施例和附图对本发明的结构作进一步说明。实施例I
如图I所示，一种风电机组低电压穿越系统，包括负荷控制模块、网侧控制模块、网侧数据模块、过压保护模块、直流侧数据模块、变浆控制模块和转矩控制模块，所说负荷控制模块的第一输出端与网侧控制模块的输入端连接、负荷控制模块的第二输出端与变浆控制模块的输入端连接，负荷控制模块的第三输出端和转矩控制模块的输入端连接，网侧控制模块的输出端与网侧数据模块的输入端连接，网侧数据模块的输出端与负荷控制模块的第一输入端连接，过压保护模块的输出端与直流侧数据模块的输入端连接，直流侧数据模块的输出端与负荷控制模块的第二输入端连接，其中，网侧数据模块用于监视网侧数据并将网侧数据传输至负荷控制模块，所述的网侧数据包括网侧电压、网侧有功电流和网侧无功电流，过压保护模块用于监视直流母线电压并将数据传输至直流侧数据模块，直流侧数据模块通过制动斩波器和制动电阻实现直流侧卸荷并将直流母线电压、直流侧卸荷数据传输至负荷控制模块，负荷控制模块用于将网侧数据和直流侧数据进行分析并对将控制信号传输至网侧控制模块、变浆控制模块和转矩控制模块，网侧控制模块用于提供有功功率和无、功功率的输出并将信号传输至网侧数据模块，变桨控制模块用于接收来自负荷控制模块的控制模式指令并实现转速闭环控制，转矩控制模块用于接收来自负荷控制模块的控制模式指令并控制转矩输出。所述的控制模式指令包括正常控制模式指令和降功率控制模式指令。一种风电机组低电压穿越方法，其特征在于包括下述顺序步骤
1、通过网侧数据模块监视网侧电压、网侧有功电流；
2、根据网侧电压数据通过公式Q=CXUX(U-Ut) In计算出网侧无功功率，式中C为无功支撑常数，U为网侧电压，Ut为并网点电压标常数，In为额定电流常数，Q为网侧无功功率常数，并将网侧数据传送至负荷控制模块；
3、过压保护模块实时监视直流母线电压，当电压高于设备幅值时，开启制动斩波器保护，连通直流母线与制动电阻回路，当电压低于设备幅值时，关闭制动斩波器保护，同时，过压保护模块将直流侧数据实时传递至负荷控制模块，用于机组负荷分析；
4、对网侧电压、网侧有功电流、网侧无功电流、直流母线电压和卸荷数据进行分析并判断机组负荷是否偏大当机组负荷偏大时，负荷控制模块下达降功率控制模式指令至变桨控制模块和转矩控制模块，同时下达开环转矩给定指令至转矩控制模块，变桨控制模块接收到降功率控制模式指令后，变桨控制模块单独对转速进行控制，转矩控制模块接收到降功率控制模式指令后，按照接收到的开环转矩给定指令调节转矩；当机组负荷正常时，负荷控制模块下达正常控制模式指令至变桨控制模块和转矩控制模块；变桨控制模块和转矩控制模块再接收到正常控制模式指令后，恢复正常控制。实施例2
由图1、2、3可知，当电压跌落幅度较大时，网侧有功功率输出比较有限，此时剩余的能量积于直流侧，直流母线电压幅值上升。过压保护模块实时监视直流母线电压，当电压高于一定幅值时，开启制动斩波器保护，连通直流母线与制动电阻回路；当电压低于一定幅值时，关闭制动斩波器保护。同时，过压保护模块将直流侧数据实时传递至负荷控制模块，用于机组负荷分析。实施例3
由图1、2、4可知，网侧控制模块监视网侧电压、网侧有功电流、网侧无功电流等网侧数据，并将数据传递至负荷控制模块。负荷控制模块根据网侧电压计算出机组需要提供的无功功率，并下达无功功率给定指令至网侧控制模块。网侧控制模块根据指令输出无功功率，同时根据网侧器件容量控制有功功率输出。实施例4
由图1、2、5可知，负荷控制模块接收到网侧数据和直流侧数据后，对数据进行分析并判断机组负荷是否偏大。当机组负荷偏大时，负荷控制模块下达降功率控制模式指令至变桨控制模块和转矩控制模块，同时下达开环转矩给定指令至转矩控制模块；变桨控制模块接收到降功率控制模式指令后，变桨控制模块单独对转速进行控制，而不考虑转矩给定值； 转矩控制模块接收到降功率控制模式指令后，按照接收到的开环转矩给定指令调节转矩，而不采用常规的转速控制方式调节转矩。当机组负荷正常时，负荷控制模块下达正常控制模式指令至变桨控制模块和转矩控制模块；变桨控制模块和转矩控制模块再接收到正常控制模式指令后，恢复正常控制。
权利要求
1.一种风电机组低电压穿越系统，其特征在于包括负荷控制模块、网侧控制模块、网侧数据模块、过压保护模块、直流侧数据模块、变浆控制模块和转矩控制模块，所说负荷控制模块的第一输出端与网侧控制模块的输入端连接、负荷控制模块的第二输出端与变浆控制模块的输入端连接，负荷控制模块的第三输出端和转矩控制模块的输入端连接，网侧控制模块的输出端与网侧数据模块的输入端连接，网侧数据模块的输出端与负荷控制模块的第一输入端连接，过压保护模块的输出端与直流侧数据模块的输入端连接，直流侧数据模块的输出端与负荷控制模块的第二输入端连接，其中，网侧数据模块用于监视网侧数据并将网侧数据传输至负荷控制模块，所述的网侧数据包括网侧电压、网侧有功电流和网侧无功电流，过压保护模块用于监视直流母线电压并将数据传输至直流侧数据模块，直流侧数据模块通过制动斩波器和制动电阻实现直流侧卸荷并将直流母线电压、直流侧卸荷数据传输至负荷控制模块，负荷控制模块用于将网侧数据和直流侧数据进行分析并对将控制信号传输至网侧控制模块、变浆控制模块和转矩控制模块，网侧控制模块用于提供有功功率和无功功率的输出并将信号传输至网侧数据模块，变桨控制模块用于接收来自负荷控制模块的控制模式指令并实现转速闭环控制，转矩控制模块用于接收来自负荷控制模块的控制模式指令并控制转矩输出。
2.根据权利要求I所述的风电机组低电压穿越系统，其特征在于所述的控制模式指令包括正常控制模式指令和降功率控制模式指令。
3.一种风电机组低电压穿越方法，其特征在于包括下述顺序步骤 .1、通过网侧数据模块监视网侧电压、网侧有功电流； . 2、根据网侧电压数据通过公式Q=CXUX(U-Ut) In计算出网侧无功功率，式中C为无功支撑常数，U为网侧电压，Ut为并网点电压标常数，In为额定电流常数，Q为网侧无功功率常数，并将网侧数据传送至负荷控制模块； . 3、过压保护模块实时监视直流母线电压，当电压高于设备幅值时，开启制动斩波器保护，连通直流母线与制动电阻回路，当电压低于设备幅值时，关闭制动斩波器保护，同时，过压保护模块将直流侧数据实时传递至负荷控制模块，用于机组负荷分析； .4、对网侧电压、网侧有功电流、网侧无功电流、直流母线电压和卸荷数据进行分析并判断机组负荷是否偏大当机组负荷偏大时，负荷控制模块下达降功率控制模式指令至变桨控制模块和转矩控制模块，同时下达开环转矩给定指令至转矩控制模块，变桨控制模块接收到降功率控制模式指令后，变桨控制模块单独对转速进行控制，转矩控制模块接收到降功率控制模式指令后，按照接收到的开环转矩给定指令调节转矩；当机组负荷正常时，负荷控制模块下达正常控制模式指令至变桨控制模块和转矩控制模块；变桨控制模块和转矩控制模块再接收到正常控制模式指令后，恢复正常控制。
全文摘要
一种风电机组低电压穿越系统，包括负荷控制模块、网侧控制模块、网侧数据模块、过压保护模块、直流侧数据模块、变浆控制模块和转矩控制模块。一种风电机组低电压穿越方法，包括下述顺序步骤通过网侧数据模块监视网侧电压、网侧有功电流；根据网侧电压数据通过公式，计算出网侧无功功率；过压保护模块实时监视直流母线电压，用于机组负荷分析；对网侧电压、网侧有功电流、网侧无功电流、直流母线电压和卸荷数据进行分析并判断机组负荷是否偏大,下达控制模式指令至变桨控制模块和转矩控制模块。本发明的有益效果在于在低电压穿越时，机组能不脱网运行，并为风电场提供必要的无功支撑；稳定发电机转速，减小对风机主要机械部件的冲击。
文档编号H02P9/04GK102646993SQ20121012285
公开日2012年8月22日 申请日期2012年4月25日 优先权日2012年4月25日
发明者余业祥, 张勇峰, 张荣臻, 李谦, 王小平, 胡钢鑫 申请人:东方电气新能源设备(杭州)有限公司