风电机组变桨系统的过压保护及恢复系统和方法

摘要

本发明公开了一种风电机组变桨系统的过压保护及恢复系统和方法，风电机组变桨系统包括电动机、后备电源，过压保护及恢复系统包括变桨控制器、进线接触器、驱动器；电压检测模块检测电网的电压，当电压高于预设安全电压值时，电压检测模块生成过压指示信号，过压指示信号的维持时间大于等于第一计时周期时，变桨控制器断开进线接触器以切出电网，后备电源接入驱动器的母线。本发明采用了驱动器集成的电网电压检测，省略了外加的电压检测装置，使得系统更加简单，减少了故障点，提高了系统可靠性；并且，本发明能在电网过压恢复后，自动恢复系统供电。

权利要求

1.一种风电机组变桨系统的过压保护及恢复系统，其特征在于，风电机组变桨系统包括电动机、后备电源，所述过压保护及恢复系统包括变桨控制器、进线接触器、驱动器；

所述驱动器内集成电压检测模块；

所述电压检测模块通过所述进线接触器与电网电连接；

所述变桨控制器控制所述进线接触器吸合或断开；

所述变桨控制器与所述电压检测模块电连接；

所述驱动器分别与所述后备电源、所述电动机电连接；

所述电压检测模块检测所述电网的电压，当所述电压高于预设安全电压值时，所述电压检测模块生成过压指示信号，所述过压指示信号的维持时间大于等于第一计时周期时，所述变桨控制器断开所述进线接触器以切出所述电网，所述后备电源接入所述驱动器的母线；

所述变桨控制器断开所述进线接触器后开始计时，当计时值大于第二计时周期时，所述变桨控制器吸合所述进线接触器；

所述变桨控制器吸合所述进线接触器后将吸合次数加1，并判断所述吸合次数是否达到预设阈值，若否，则调用所述电压检测模块检测所述电网的电压，若是，则保持所述进线接触器处于断开状态，保持由所述后备电源为所述风电机组变桨系统供电；

如果所述电压小于等于所述预设安全电压值，则所述变桨控制器将所述吸合次数清零；

如果所述过压指示信号的维持时间小于等于所述第一计时周期，则所述变桨控制器将所述吸合次数清零。

2.一种风电机组变桨系统的过压保护及恢复方法，其特征在于，风电机组变桨系统包括电动机、后备电源，过压保护及恢复系统包括变桨控制器、进线接触器、驱动器；

所述驱动器内集成电压检测模块；

所述电压检测模块通过所述进线接触器与电网电连接；

所述变桨控制器控制所述进线接触器吸合或断开；

所述变桨控制器与所述电压检测模块电连接；

所述驱动器分别与所述后备电源、所述电动机电连接；

所述过压保护及恢复方法包括以下步骤：

S1、所述电压检测模块检测所述电网的电压，当所述电压高于预设安全电压值时，所述电压检测模块生成过压指示信号；

S2、判断所述过压指示信号的维持时间是否大于第一计时周期，若是，则所述变桨控制器断开所述进线接触器以切出所述电网，所述后备电源接入所述驱动器的母线；

S3、在所述变桨控制器断开所述进线接触器之后持续时间达到第二计时周期时，所述变桨控制器吸合所述进线接触器；

S4、将吸合次数加1；

S5、判断所述吸合次数是否达到预设阈值，若否，则返回步骤S1，若是，则保持所述进线接触器处于断开状态，保持由所述后备电源为所述风电机组变桨系统供电；

步骤S1还包括：

如果所述电压小于等于所述预设安全电压值，则将所述吸合次数清零；

步骤S2还包括：

如果所述过压指示信号的维持时间小于等于所述第一计时周期，则将所述吸合次数清零。

说明书

风电机组变桨系统的过压保护及恢复系统和方法

技术领域

[0001] 本发明属于风电机组变桨系统的过压保护技术领域，尤其涉及一种风电机组变桨系统的过压保护及恢复系统和方法。

背景技术

[0002] 随着大规模的风电、太阳能等新能源接入电网，给电力系统带来了许多新的挑战，其中电网过电压是一个不可避免的问题。基于安全稳定运行和控制保护的要求，我国制定了新的入网标准，也发布了风电机组高压穿越测试规程(NB/T31111‑2007)。在高穿测试规程中，要求风机在1.3倍额定输入电压时能保证不脱网持续运行200ms(毫秒)，变桨系统在此时间内也须正常运行。

[0003] 当电网电压超过了1.3倍的额定输入电压的时候，可能会损坏变桨系统的元器件。因此，需要提供一种风电机组变桨系统的过压保护方法，以解决该问题。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的过压保护采用的电网电压检测设备结构复杂、易出故障、成本增加的缺陷，提供一种风电机组变桨系统的过压保护及恢复系统和方法。

[0005] 本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

[0006] 本发明提供一种风电机组变桨系统的过压保护及恢复系统，风电机组变桨系统包括电动机、后备电源，过压保护及恢复系统包括变桨控制器、进线接触器、驱动器；

[0007] 驱动器内集成电压检测模块；

[0008] 电压检测模块通过进线接触器与电网电连接；

[0009] 变桨控制器控制进线接触器吸合或断开；

[0010] 变桨控制器与电压检测模块电连接；

[0011] 驱动器分别与后备电源、电动机电连接；

[0012] 电压检测模块检测电网的电压，当电压高于预设安全电压值时，电压检测模块生成过压指示信号，过压指示信号的维持时间大于等于第一计时周期时，变桨控制器断开进线接触器以切出电网，后备电源接入驱动器的母线。

[0013] 较佳地，变桨控制器断开进线接触器后开始计时，当计时值大于第二计时周期时，变桨控制器吸合进线接触器。

[0014] 较佳地，变桨控制器吸合进线接触器后将吸合次数加1，并判断吸合次数是否达到预设阈值，若否，则调用电压检测模块检测电网的电压。

[0015] 较佳地，如果电压小于等于预设安全电压值，则变桨控制器将吸合次数清零。

[0016] 较佳地，如果过压指示信号的维持时间小于等于第一计时周期，则变桨控制器将吸合次数清零。

[0017] 本发明还提供一种风电机组变桨系统的过压保护及恢复方法，风电机组变桨系统包括电动机、后备电源，过压保护及恢复系统包括变桨控制器、进线接触器、驱动器；

[0018] 驱动器内集成电压检测模块；

[0019] 电压检测模块通过进线接触器与电网电连接；

[0020] 变桨控制器控制进线接触器吸合或断开；

[0021] 变桨控制器与电压检测模块电连接；

[0022] 驱动器分别与后备电源、电动机电连接；

[0023] 过压保护及恢复方法包括以下步骤：

[0024] S1、电压检测模块检测电网的电压，当电压高于预设安全电压值时，电压检测模块生成过压指示信号；

[0025] S2、判断过压指示信号的维持时间是否大于第一计时周期，若是，则变桨控制器断开进线接触器以切出电网，后备电源接入驱动器的母线。

[0026] 较佳地，过压保护及恢复方法还包括以下步骤：

[0027] S3、在变桨控制器断开进线接触器之后持续时间达到第二计时周期时，变桨控制器吸合进线接触器。

[0028] 较佳地，过压保护及恢复方法还包括以下步骤：

[0029] S4、将吸合次数加1；

[0030] S5、判断吸合次数是否达到预设阈值，若否，则返回步骤S1。

[0031] 较佳地，步骤S1还包括：

[0032] 如果电压小于等于预设安全电压值，则将吸合次数清零。

[0033] 较佳地，步骤S2还包括：

[0034] 如果过压指示信号的维持时间小于等于第一计时周期，则将吸合次数清零。

[0035] 本发明的积极进步效果在于：本发明采用了驱动器集成的电网电压检测，省略了外加的电压检测装置，使得系统更加简单，减少了故障点，提高了系统可靠性；并且，本发明能在电网过压恢复后，自动恢复系统供电。

附图说明

[0036] 图1为本发明的实施例1的风电机组变桨系统的过压保护及恢复系统的示意图。

[0037] 图2为本发明的实施例1的风电机组变桨系统的过压保护及恢复系统的工作流程图。

[0038] 图3为本发明的实施例2的风电机组变桨系统的过压保护及恢复系统的示意图。

具体实施方式

[0039] 下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

[0040] 实施例1

[0041] 本实施例提供一种风电机组变桨系统的过压保护及恢复系统。参照图1所示，该风电机组变桨系统的过压保护及恢复系统包括变桨控制器101、进线接触器102、驱动器103，该驱动器103内集成电压检测模块104。电压检测模块通过进线接触器102与电网3电连接。变桨控制器101控制进线接触器102吸合或断开。

[0042] 在一种可选的实施方式中，变桨控制器101通过CANopen(一种架构在控制局域网络上的高层通信协议)总线与电压检测模块电连接。

[0043] 风电机组变桨系统包括电动机201、后备电源202，后备电源202与驱动器103电连接，驱动器103与电动机201电连接。

[0044] 电压检测模块检测电网的电压，当电压高于预设安全电压值时，电压检测模块生成过压指示信号，过压指示信号的维持时间大于等于第一计时周期时，变桨控制器101断开进线接触器102以切出电网，后备电源202接入驱动器103的母线。

[0045] 该风电机组变桨系统的过压保护及恢复系统的工作过程如图2所示：

[0046] 步骤S11、检测电网的电压。电压检测模块检测电网的电压。

[0047] 步骤S12、判断电压是否高于预设安全电压值，若是，则执行步骤S13；若否，则执行步骤S14。在一种可选的实施方式中，预设安全电压值为正常电压值的1.3倍。

[0048] 步骤S13、生成压指示信号。当电压高于预设安全电压值时，电压检测模块生成过压指示信号。

[0049] 步骤S14、将吸合次数清零，并返回步骤S11。如果电压小于等于预设安全电压值，变桨控制器101将吸合次数清零，并调用电压检测模块进行电压检测，即返回步骤S11。

[0050] 步骤S15、判断过压指示信号的维持时间是否大于等于第一计时周期，若是，则执行步骤S16；若否，则执行步骤S14。

[0051] 步骤S16、判断吸合次数是否达到预设阈值，若是，则执行步骤S21；若否，则执行步骤S17。

[0052] 步骤S17、断开进线接触器以切出电网，后备电源接入驱动器的母线。

[0053] 在初始状态下，进线接触器102处于吸合状态。作为一种可选的实施方式，过压指示信号为一高电平信号，电压检测模块通过CANopen总线将过压指示信号传输至变桨控制器101。

[0054] 在一种可选的实施方式中，当变桨控制器101接收到过压指示信号后，则从零开始计时，如果在计时值达到第一计时周期之前，过压指示信号转换为低电平，则过压指示信号的维持时间小于第一计时周期，此种情况下，因为电网的电压超出预设安全电压值所持续的时间较短，变桨控制器101将计时值清零，忽略该过压指示信号，不进行动作；如果过压指示信号维持高电平的时间大于等于第一计时周期，则变桨控制器101采取相应动作，将进线接触器102断开，并将计时值清零。

[0055] 在另一种可选的实施方式中，当变桨控制器101接收到过压指示信号后，则从零开始计时，当计时值达到第一计时周期时，变桨控制器101检测过压指示信号是否仍然保持高电平，若是，则认为过压指示信号的维持时间大于等于第一计时周期；如果此时过压指示信号为低电平，则认为过压指示信号维持高电平的时间小于第一计时周期。

[0056] 作为一种可选的实施方式，第一计时周期为3秒。

[0057] 以图1为例，只要其中任何一个电压检测模块生成的过压指示信号满足维持时间大于等于第一计时周期的条件，变桨控制器101即断开进线接触器102以切出电网，保护变桨系统电路。此时，各个后备电源202无缝接入对应的驱动器103的母线，提供收桨所需能量并将叶片收到安全位置，保证机组安全。后备电源202与驱动器103的具体连接方式，以及后备电源202无缝接入驱动器103的母线的过程，是本领域技术人员能够实现的，此处不再赘述。

[0058] 步骤S18、计断开时间。也即，在变桨控制器101断开进线接触器102后，启动计时，计进线接触器102处于断开状态的时间。

[0059] 步骤S19、判断断开时间是否达到第二计时周期，若是，则执行步骤S20；若否，则执行步骤S18。

[0060] 步骤S20、吸合进线接触器，将吸合次数加1，返回步骤S11。也即，当断开时间达到第二计时周期时，变桨控制器101吸合进线接触器102，由电网继续为风电机组变桨系统供电。然后，返回步骤S11，再次进行电网电压的检测。作为一种可选的实施方式，第二计时周期为30秒。

[0061] 步骤S21、结束。即，不再进行相应操作，保持进线接触器102处于断开状态，保持由后备电源202为为风电机组变桨系统供电。

[0062] 本实施例的风电机组变桨系统的过压保护及恢复系统可以在电网发生过压时，将进线接触器断开，以对风电机组变桨系统进行保护。然后，在合理的时间内自动将进线接触器吸合，恢复电网为风电机组变桨系统供电。如果吸合次数未达到预设阈值，而且依然存在电网过压的情况，则会再次执行断开进线接触器(保护操作)、吸合进线接触器(恢复操作)的相关步骤；依此循环，直到电网过压的情况消失，或者吸合次数达到预设阈值。如果吸合次数达到预设阈值，则说明已经进行了相应次数的保护、恢复操作，而电网依然处于过压状态，则可以认为电网长期处于过压状态，不宜采用电网为风电机组变桨系统供电，于是，变桨控制器将不再吸合进线接触器，而采用后备电源为风电机组变桨系统供电。作为一种可选的实施方式，预设阈值为3。

[0063] 基于本实施例的风电机组变桨系统的过压保护及恢复系统，当电网发生过压时，该风电机组变桨系统的过压保护及恢复系统断开进线接触器102以切出电网，对风电机组变桨系统进行保护；然后，在合理的时间内自动吸合进线接触器102，恢复电网为风电机组变桨系统供电，从而实现了保护与自动恢复的合理设置。

[0064] 进一步地，为了实现较好的保护效果和自动恢复的灵活性，该风电机组变桨系统的过压保护及恢复系统采用多次在保护(断开进线接触器102)和恢复(吸合进线接触器102)之间切换的操作方式。这样，可以避免风电机组变桨系统过长时间由过压的电网供电处于过压状态而损坏，起到良好的保护作用；还可以实现若干次自动恢复的尝试，提高保护、恢复切换的灵活性和合理性。

[0065] 由于现有技术中的变桨系统对电网过压的检测大多依赖轴柜进线处加装电压检测装置的方式实现，这会增加系统成本和电路复杂度，而且在维护中，该电压检测装置的报警触点常常发生损坏而导致误报或者不报。本实施例的风电机组变桨系统的过压保护及恢复系统基于内部集成电压检测模块的驱动器，最大程度地利用了驱动器的电压检测功能，并且结合了新的控制策略来自动恢复风电机组变桨系统的正常供电。基于此，本实施例的风电机组变桨系统的过压保护及恢复系统省去了额外的电压检测装置，使得系统更加简单，减少了故障点，提高了系统可靠性。另外，基于上述过压保护过程中的操作流程，本实施例的风电机组变桨系统的过压保护及恢复系统提高了过压保护的准确性和稳定性。

[0066] 实施例2

[0067] 本实施例提供一种风电机组变桨系统的过压保护及恢复系统。参照图3所示，本实施例的风电机组变桨系统的过压保护及恢复系统与实施例1的风电机组变桨系统的过压保护及恢复系统大致相同，区别在于，对应于每一个驱动器103，分别设置一个进线接触器102，这样，变桨控制器101根据对应的电压检测模块检测到的电压，分别对每一个进线接触器102单独进行控制，提高了过压保护及恢复的灵活性和准确性。

[0068] 实施例3

[0069] 本实施例提供一种风电机组变桨系统的过压保护及恢复方法。作为可选的实施方式，本实施例的风电机组变桨系统的过压保护及恢复方法基于实施例1或实施例2的风电机组变桨系统的过压保护及恢复系统实现。

[0070] 参照图2，该风电机组变桨系统的过压保护及恢复方法包括以下步骤：

[0071] 步骤S11、检测电网的电压。电压检测模块检测电网的电压。

[0072] 步骤S12、判断电压是否高于预设安全电压值，若是，则执行步骤S13；若否，则执行步骤S14。在一种可选的实施方式中，预设安全电压值为正常电压值的1.3倍。

[0073] 步骤S13、生成压指示信号。当电压高于预设安全电压值时，电压检测模块生成过压指示信号。

[0074] 步骤S14、将吸合次数清零，并返回步骤S11。如果电压小于等于预设安全电压值，变桨控制器将吸合次数清零，并调用电压检测模块进行电压检测，即返回步骤S11。

[0075] 步骤S15、判断过压指示信号的维持时间是否大于等于第一计时周期，若是，则执行步骤S16；若否，则执行步骤S14。

[0076] 步骤S16、判断吸合次数是否达到预设阈值，若是，则执行步骤S21；若否，则执行步骤S17。

[0077] 步骤S17、断开进线接触器以切出电网，后备电源接入驱动器的母线。

[0078] 在初始状态下，进线接触器处于吸合状态。作为一种可选的实施方式，过压指示信号为一高电平信号，电压检测模块通过CANopen总线将过压指示信号传输至变桨控制器。

[0079] 在一种可选的实施方式中，当变桨控制器接收到过压指示信号后，则从零开始计时，如果在计时值达到第一计时周期之前，过压指示信号转换为低电平，则过压指示信号的维持时间小于第一计时周期，此种情况下，因为电网的电压超出预设安全电压值所持续的时间较短，变桨控制器将计时值清零，忽略该过压指示信号，不进行动作；如果过压指示信号维持高电平的时间大于等于第一计时周期，则变桨控制器采取相应动作，将进线接触器断开，并将计时值清零。

[0080] 在另一种可选的实施方式中，当变桨控制器接收到过压指示信号后，则从零开始计时，当计时值达到第一计时周期时，变桨控制器检测过压指示信号是否仍然保持高电平，若是，则认为过压指示信号的维持时间大于等于第一计时周期；如果此时过压指示信号为低电平，则认为过压指示信号维持高电平的时间小于第一计时周期。

[0081] 作为一种可选的实施方式，第一计时周期为3秒。

[0082] 以图1为例，只要其中任何一个电压检测模块生成的过压指示信号满足维持时间大于等于第一计时周期的条件，变桨控制器即断开进线接触器以切出电网，保护变桨系统电路。此时，各个后备电源无缝接入对应的驱动器的母线，提供收桨所需能量并将叶片收到安全位置，保证机组安全。后备电源与驱动器的具体连接方式，以及后备电源无缝接入驱动器的母线的过程，是本领域技术人员能够实现的，此处不再赘述。

[0083] 步骤S18、计断开时间。也即，在变桨控制器断开进线接触器后，启动计时，计进线接触器处于断开状态的时间。

[0084] 步骤S19、判断断开时间是否达到第二计时周期，若是，则执行步骤S20；若否，则执行步骤S18。

[0085] 步骤S20、吸合进线接触器，将吸合次数加1，返回步骤S11。也即，当断开时间达到第二计时周期时，变桨控制器吸合进线接触器，由电网继续为风电机组变桨系统供电。然后，返回步骤S11，再次进行电网电压的检测。作为一种可选的实施方式，第二计时周期为30秒。

[0086] 步骤S21、结束。即，不再进行相应操作，保持进线接触器处于断开状态，保持由后备电源为为风电机组变桨系统供电。

[0087] 本实施例的风电机组变桨系统的过压保护及恢复方法可以在电网发生过压时，将进线接触器断开，以对风电机组变桨系统进行保护。然后，在合理的时间内自动将进线接触器吸合，恢复电网为风电机组变桨系统供电。如果吸合次数未达到预设阈值，而且依然存在电网过压的情况，则会再次执行断开进线接触器(保护操作)、吸合进线接触器(恢复操作)的相关步骤；依此循环，直到电网过压的情况消失，或者吸合次数达到预设阈值。如果吸合次数达到预设阈值，则说明已经进行了相应次数的保护、恢复操作，而电网依然处于过压状态，则可以认为电网长期处于过压状态，不宜采用电网为风电机组变桨系统供电，于是，变桨控制器将不再吸合进线接触器，而采用后备电源为风电机组变桨系统供电。作为一种可选的实施方式，预设阈值为3。

[0088] 基于本实施例的风电机组变桨系统的过压保护及恢复方法，当电网发生过压时，该风电机组变桨系统的过压保护及恢复方法断开进线接触器以切出电网，对风电机组变桨系统进行保护；然后，在合理的时间内自动吸合进线接触器，恢复电网为风电机组变桨系统供电，从而实现了保护与自动恢复的合理设置。

[0089] 进一步地，为了实现较好的保护效果和自动恢复的灵活性，该风电机组变桨系统的过压保护及恢复方法采用多次在保护(断开进线接触器)和恢复(吸合进线接触器)之间切换的操作方式。这样，可以避免风电机组变桨系统过长时间由过压的电网供电处于过压状态而损坏，起到良好的保护作用；还可以实现若干次自动恢复的尝试，提高保护、恢复切换的灵活性和合理性。

[0090] 由于电网1.3倍过压会直接击穿或烧毁变桨系统中的一些电气元件，所以，现有技术中，在过压后往往主动脱离电网保证系统安全；但是由于脱开电网后电网电压检测模块就无法检测到电网电压的变化，因此就无法根据电压变化重新上电恢复系统。本实施例的风电机组变桨系统的过压保护及恢复方法中，断开进线接触器以切出电网，后备电源接入驱动器的母线。也即，变桨控制器在过压后主动吸合进线接触器，再次将电压检测模块连上电网就能继续检测电网是否恢复。本实施例的风电机组变桨系统的过压保护及恢复方法通过一定的时序和控制逻辑，在系统脱网后，主动吸合进线接触器，实现过压保护后的自动恢复。

[0091] 虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。