一种风电机组高电压穿越控制方法、装置及设备与流程

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种风电机组高电压穿越控制方法、装置及设备。

背景技术：

随着风电机组在电网中应用比重的大幅提高，风电机组的高电压穿越问题也越来越凸显。在工作过程中，风电场并网接入的高压线路可能发生过电压，导致风电场负载的突减，同时，大容量电容补偿器的投入也会引起电网电压的骤升。如果上述过电压的情况不加以控制，可能造成风电机组电控系统的损坏，同时也可能对电网产生功率冲击，造成电力系统的暂态不稳定。

目前，通常采用外置的电压监视器来反馈高电压信号，进而控制可控开关模块或者外置接触器切断电网向风电机组中变桨系统的供电，这样，在变桨系统与电网脱网的情况下，变桨系统切换至后备电源系统向变桨电机供电，从而使风力发电机组在不与电网脱离的情况下，实现高电压穿越。但现有的方法中，外置电压监视器等的过程比较繁琐，并且，当电压监视器出现故障时，风电机组的安全仍无法得到有效保障。

技术实现要素：

为了克服现有技术不足，现提出一种风电机组高电压穿越控制方法、装置及设备，有效解决了变桨系统的高电压穿越问题，提高了风电机组的安全性。

本发明提出了一种风电机组高电压穿越控制方法、装置及设备，其中，一种风电机组高电压穿越控制方法，上述方法包括：

当监测到电网电压达到第一预设条件时，启动电阻分压的方式使变桨驱动器所在的直流回路电压降低；

当监测到电网电压达到第二预设条件时，切断变桨驱动器和主控系统之间的连接，使变桨驱动器利用后备电源提供的电能进行紧急顺桨；

当监测到电网电压恢复到正常工作电压范围值时，连通变桨驱动器和主控系统之间的连接，使变桨驱动器利用电网提供的电能工作。

进一步的，第一预设条件为电网电压在正常工作电压范围值的1.2倍到1.3倍之间；或者，第一预设条件为电网电压达到正常工作电压范围值的1.3倍，且，电网电压为正常工作电压范围值的1.3倍的时间持续不到2秒；

上述启动电阻分压的方式使变桨驱动器所在的直流回路电压降低的步骤，包括：

断开变桨驱动器内整流器和制动斩波器之间的第一连接开关，实现整流器和制动斩波器之间压降电阻的串联，其中，第一连接开关和压降电阻均连接在整流器和制动斩波器之间，且，第一连接开关和压降电阻并联。

进一步的，第二预设条件为电网电压超过正常工作电压范围值的1.3倍，且，电网电压超过正常工作电压范围值的1.3倍的时间持续2秒以上；

上述切断变桨驱动器和主控系统之间的连接，使变桨驱动器利用后备电源提供的电能进行紧急顺桨的步骤，包括：

断开变桨驱动器和主控系统之间的第二连接开关，使变桨驱动器断开与电网之间的连接；

连通变桨驱动器和后备电源之间的第三连接开关，使变桨驱动器从后备电源获取电能进行紧急顺桨。

进一步的，连通变桨驱动器和主控系统之间的连接，使变桨驱动器利用电网提供的电能工作的步骤，包括：

断开变桨驱动器和后备电源之间的第三连接开关，使变桨驱动器断开与后备电源之间的连接；

连通变桨驱动器和主控系统之间的第二连接开关，使变桨驱动器从电网获取电能进行工作。

进一步的，第一连接开关为旁通继电器。

进一步的，第二连接开关和第三连接开关均为接触器。

进一步的，压降电阻为ptc电阻。

其中，一种风电机组高电压穿越控制装置包括：

第一控制模块，用于当监测到电网电压达到第一预设条件时，启动电阻分压的方式使变桨驱动器所在的直流回路电压降低；

第二控制模块，用于当监测到电网电压达到第二预设条件时，切断变桨驱动器和主控系统之间的连接，使变桨驱动器利用后备电源提供的电能进行紧急顺桨；

第三控制模块，用于当监测到电网电压恢复到正常工作电压范围值时，连通变桨驱动器和主控系统之间的连接，使变桨驱动器利用电网提供的电能工作。

一种风电机组高电压穿越控制设备，包括：主控系统、变桨驱动器和后备电源，其中，变桨驱动器中包括整流器、制动斩波器和逆变单元；

主控系统，用于接入电网的三相电源；

变桨驱动器内整流器，用于将三相电源的交流电转换为直流电；

变桨驱动器内制动斩波器，用于对直流电进行电压变换，以给变桨驱动器内逆变单元提供电能；

变桨驱动器上存储有计算机程序，计算机程序在被运行时执行上述任一项的方法；

后备电源，用于在变桨驱动器与主控系统断开主电源时为变桨驱动器提供电能。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的风电机组高电压穿越控制方法中采用双级动作来解决风电机组变桨系统高电压穿越的问题，具体的第一级动作为：当电网电压在正常工作电压范围值的1.2倍与1.3倍之间；或者，电网电压达到正常工作电压范围值的1.3倍，但持续时间不超过2秒的情况下，变桨系统启动电阻分压的方式来降低所在直流回路的电压，与现有的外置电压监视器来反馈高电压信号的方式相比，简单便捷，能够在变桨系统不脱网的情况下，承受1.3倍的持续高压，作为变桨系统高电压穿越的第一级动作，变桨系统可保证变桨驱动器正常运行。具体的第二级动作为：切断变桨驱动器和主控系统之间的连接，使变桨驱动器利用后备电源提供的电能进行紧急顺桨，从而简单有效的解决变桨系统高电压穿越问题，同时保护电网更高幅值的过电压对变桨系统造成的冲击损坏，保证风电机组的安全。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

通过参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，可以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，这样，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种风电机组高电压穿越控制方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种风电机组高电压穿越控制方法中涉及的变桨驱动器的电路图；

图3为本发明实施例提供的一种风电机组高电压穿越控制装置的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

考虑到现有的风电机组变桨系统的高电压穿越控制方法中，外置电压监视器等设备的过程繁琐，并且，当外置设备出现故障时，风电机组的安全仍无法得到有效保障的问题，本发明实施例提供了一种风电机组高电压穿越控制方法、装置及设备；该技术可采用相应的软件和硬件实现，以下对本发明实施例进行详细介绍。

实施例一：

首先，参照图1来描述用于实现本发明实施例的风电机组高电压穿越控制方法，这里先介绍下风电机组变桨系统高电压穿越的控制机制如下：

由变桨系统驱动器（简称变桨驱动器）自身判断输入侧主电源电压（简称电网电压）是否为高电压穿越信号。若是高电压穿越信号，则区分电压范围在多少倍的过压范围，并根据过压范围的多少来执行不同的动作，具体包括以下步骤：

步骤s101：当监测到电网电压达到第一预设条件时，启动电阻分压的方式使变桨驱动器所在的直流回路电压降低。

在现有的变桨系统中，电网的三相电源从输入侧输入后经整流器后转换为直流电，直流电经制动斩波器实现电压变换，进而供给变桨系统工作。本实施例中为了有效抵御电压的波动，在整流器和制动斩波器之间加入了“可拆卸”的电阻，如图2所示，即电阻r和开关k。

当电网电压在正常工作电压范围值的1.0倍到1.2倍之间时，变桨系统在正常工作电压范围内正常工作，即变桨系统内部不做任何动作，变桨系统按照主控系统下发的命令正常运行。

当电网电压达到上述第一预设条件，即电网电压在正常工作电压范围值的1.2倍到1.3倍之间；或者，第一预设条件为电网电压达到正常工作电压范围值的1.3倍，且，电网电压为正常工作电压范围值的1.3倍的时间持续不到2秒；在上述两种情况下，变桨系统需保护其他功能器件，例如，24v开关电源、充电器、升压器、制动斩波器等。此时，变桨驱动器启动电阻分压的方式使变桨驱动器所在的直流回路电压降低的步骤，包括：

断开变桨驱动器内整流器和制动斩波器之间的第一连接开关，实现整流器和制动斩波器之间压降电阻的串联，其中，第一连接开关（如图2中的开关k）和压降电阻（如图2中的电阻r）均连接在整流器和制动斩波器之间，并且，第一连接开关和压降电阻并联。

需要说明的是，上述第一连接开关为旁通继电器。与其它类型的开关相比，旁通继电器允许通过的电流较大，使用寿命长。

上述压降电阻为ptc电阻。压降电阻是一个自保护ptc电阻，阻值根据温度的升高而升高，在高欧姆状态的残余电流小于10ma，电阻不会损坏。电网电压高于480vac，断开旁通继电器，压降电阻会切换到高欧姆状态，直流回路电压下降到低压水平。

在穿越时间为2s内时，变桨驱动器会不中断的工作。如果电网电压回到正常的范围（＜480vac），旁通继电器会闭合，变桨系统回到正常的状态。否则安全链会断开，变桨驱动器会将桨叶移动到90°位置。

步骤s102：当监测到电网电压达到第二预设条件时，切断变桨驱动器和主控系统之间的连接，使变桨驱动器利用后备电源提供的电能进行紧急顺桨。

当电网电压持续升高，直到达到上述第二预设条件，即电网电压超过正常工作电压范围值的1.3倍，并且，电网电压超过正常工作电压范围值的1.3倍的时间持续2秒以上时，电网电压会对变桨系统造成不利影响,严重时甚至会损坏变桨系统。

在上述情况下，切断变桨驱动器和主控系统之间的连接，使变桨驱动器利用后备电源提供的电能进行紧急顺桨的步骤，具体包括：

（1）断开变桨驱动器和主控系统之间的第二连接开关，使变桨驱动器断开与电网之间的连接。在实施过程中，断开主控系统内供变桨系统电源的第二连接开关，使变桨系统与电网脱网。

（2）连通变桨驱动器和后备电源之间的第三连接开关，使变桨驱动器从后备电源获取电能进行紧急顺桨。在实施过程中，变桨系统切换至后备电源工作模式，完成紧急顺桨，保证机组安全停机。

进一步的，上述第二连接开关和第三连接开关均为接触器。接触器是指工业电中利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器。接触器可快速切断交流与直流主回路，并且，可频繁地接通与大电流控制电路的装置，其不仅能接通和切断电路，而且还具有低电压释放保护作用。接触器控制容量大，适用于频繁操作和远距离控制,是自动控制系统中的重要元件之一。

步骤s103：当监测到电网电压恢复到正常工作电压范围值时，连通变桨驱动器和主控系统之间的连接，使变桨驱动器利用电网提供的电能工作。

这里需要补充说明的是，上述正常工作电压范围值即为风电机组变桨系统在正常工作时所需要的电压值，在不同的风力发电场景下正常工作电压范围值的具体数值也会有所波动。

在上述情况下，连通变桨驱动器和主控系统之间的连接，使变桨驱动器利用电网提供的电能工作的步骤，具体包括：

（1）断开变桨驱动器和后备电源之间的第三连接开关，使变桨驱动器断开与后备电源之间的连接，进而在保证变桨系统正常工作的前提下，能够有效节约后备电源的电能储备。

（2）连通变桨驱动器和主控系统之间的第二连接开关，使变桨驱动器从电网获取电能进行工作，从而实现变桨系统的自我调节。

上述一种风电机组高电压穿越控制方法通过上述操作步骤，可以使风电机组变桨系统在全电压范围内过压均能得到有效控制，且在电网电压在1.3倍电压范围内波动，变桨系统可实现自我调节，无需切换至后备电源进行顺桨停机，与现有的处理方法相比，省去了安装外置设备的繁琐过程，方便快捷的解决了变桨系统高电压穿越问题，有效保证了风电机组的安全运行。

实施例二：

本发明实施例提供的一种风电机组高电压穿越控制设备包括：主控系统、变桨驱动器和后备电源，其中，变桨驱动器内包括整流器（如图2中的标号1所示）、制动斩波器（如图2中的标号2所示）和逆变单元；

主控系统，用于接入电网的三相电源；

变桨驱动器内整流器，用于将电网的三相电源的交流电转换为直流电；

这里需要说明的是，如图2所示，为了保证直流母线降压前的电气回路的正常工作，整流桥中六个二极管（vrrm）允许的反复峰值反向电压为1600v，输入侧压敏电阻的可承受560v电压，时间不低于3s。

变桨驱动器内制动斩波器，用于对直流电进行电压变换，以给变桨驱动器内的逆变单元提供电能；

变桨驱动器上存储有计算机程序，计算机程序在被运行时执行上述任一项的方法；

后备电源，用于在变桨驱动器与主控系统断开主电源时为变桨驱动器提供电能。

实施例三：

对应于上述方法实施例，参见图3所示的一种风电机组高电压穿越控制装置，该装置包括：

第一控制模块，用于当监测到电网电压达到第一预设条件时，启动电阻分压的方式使变桨驱动器所在的直流回路电压降低；

第二控制模块，用于当监测到电网电压达到第二预设条件时，切断变桨驱动器和主控系统之间的连接，使变桨驱动器利用后备电源提供的电能进行紧急顺桨；

第三控制模块，用于当监测到电网电压恢复到正常工作电压范围值时，连通变桨驱动器和主控系统之间的连接，使变桨驱动器利用电网提供的电能工作。

本实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。