风力发电机组的变流器制动控制方法及装置

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组的变流器制动控制方法及装置。

背景技术

目前，在风力发电机组的变流器中的网侧变流器无法正常输出功率时，可以通过变流器的制动功能消耗多余功率。例如，当电网电压低于0.9pu，即电网发生短路故障时，由于风力发电机组的网侧电压较低，网侧变流器无法正常输出有功功率，使得变流器的直流母线电压被抬高，此时，需要开启变流器的制动功能，以通过制动电阻消耗多余的有功功率。

但是，在电网发生高电压穿越，即电网电压为电网额定电压的1.1-1.3倍时，为了保障网侧变流器可以正常向电网输出有功功率，需要避免在电网发生高压穿越时启动变流器的制动功能，因此，变流器的制动功能需要设置较高的启动电压。由于制动功能的启动电压较高且制动功能存在开启延时，在电网发生低电压穿越时，会导致变流器在启动制动功能的瞬间，存在较高的冲击电压，进而使变流器产生硬件过压故障。

发明内容

本发明实施例提供一种风力发电机组的变流器制动控制方法及装置，能够解决现有技术中变流器在启动制动功能的瞬间，存在较高的冲击电压的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种风力发电机组的变流器制动控制方法，方法包括：

获取风力发电机组的变流器的网侧电压；

提取网侧电压中的正序分量和负序分量；

根据正序分量和负序分量，确定变流器的制动启动电压值；

根据制动启动电压值，控制变流器进行制动操作。

第二方面，本发明实施例提供了一种风力发电机组的变流器制动控制装置，装置包括：

网侧电压获取模块，用于获取风力发电机组的变流器的网侧电压；

分量提取模块，用于提取网侧电压中的正序分量和负序分量；

电压确定模块，用于根据正序分量和负序分量，确定变流器的制动启动电压值；

制动控制模块，用于根据制动启动电压值，控制变流器进行制动操作。

第三方面，本发明实施例提供了一种风力发电机组的变流器制动控制设备，设备包括：处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；

处理器执行计算机程序指令时实现如第一方面所述的风力发电机组的变流器制动控制方法。

第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，计算机程序指令被处理器执行时实现如第一方面所述的风力发电机组的变流器制动控制方法。

本发明实施例的风力发电机组的变流器制动控制方法及装置，能够获取风力发电机组的变流器的网侧电压，然后提取所获取的网侧电压中的正序分量和负序分量，并根据正序分量和负序分量，确定变流器的制动启动电压值，以根据制动启动电压值，控制变流器进行制动操作。因此，本发明实施例能够根据网侧电压的正负序分量，实时计算制动启动电压值，使得制动启动电压值可以随着电网电压进行动态调整，从而在电网发生低压穿越时，能够降低变流器在启动制动功能的瞬间的冲击电压，以对变流器的硬件进行保护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，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是现有的一种风力发电机组的输电线路的线路示意图；

图2是本发明一个实施例提供的风力发电机组的变流器制动控制方法的流程示意图；

图3是本发明一个实施例提供的风力发电机组的变流器制动控制装置的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的风力发电机组的变流器制动控制设备的硬件结构示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明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发明的示例来提供对本发明更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

图1示出了现有的一种风力发电机组的输电线路的线路示意图。如图1所示，风力发电机组的发电机110的输电端子通过传输电缆与变流器120的变流器输入端连接，变流器120的变流器输出端通过传输电缆与箱变130的箱变输入端连接。

其中，变流器120包括机侧变流器121、直流母线122、制动模块123和网侧变流器124，机侧变流器121通过直流母线122与网侧变流器124连接，制动模块123连接于直流母线122的高压母线和低压母线之间，制动模块123包括制动电阻和制动单元。制动模块123可以起到在风力发电机组的网侧变流器无法正常输出功率时消耗多余功率的作用，制动单元的开启与关断完全由采集的母线电压值决定，当采集的母线电压值大于制动启动电压值时，制动单元开始工作，当采集的母线电压值低于制动关断电压值时，制动单元停止工作。其中，制动启动电压值大于制动关断电压值。

在现有的制动控制过程中，制动启动电压值和制动关断电压值均为恒定值。在电网发生高电压穿越，即电网电压为电网额定电压的1.1-1.3倍时，为了保障网侧变流器可以正常向电网输出有功功率，需要避免在电网发生高压穿越时启动变流器的制动功能，因此，变流器的制动功能需要设置较高的制动启动电压值。由于制动功能的制动启动电压值较高且制动功能存在开启延时，在电网发生低电压穿越时，会导致变流器在启动制动功能的瞬间，存在较高的冲击电压，该冲击电压随着制动消耗的有功功率的增加而增加，有功功率较大时，该冲击电压可能会导致触发变流器的硬件过压故障。若变流器发生硬件过压故障，风力发电机组将在电网发生低电压穿越期间停机，导致故障穿越失败，这不符合电网对风力发电机组的要求。此外，过高的直流电压也会引起变流器寿命的降低，甚至直接损坏变流器。

为了解决现有技术问题，本发明实施例提供了一种风力发电机组的变流器制动控制方法、装置、设备及介质。下面首先对本发明实施例所提供的风力发电机组的变流器制动控制方法进行介绍。

图2示出了本发明一个实施例提供的风力发电机组的变流器制动控制方法的流程示意图。图2所示的制动控制方法可以由图1中的变流器120的变流器控制器(图中未示出)执行。

如图2所示，该风力发电机组的变流器制动控制方法可以包括：

S210、获取风力发电机组的变流器的网侧电压；

S220、提取网侧电压中的正序分量和负序分量；

S230、根据正序分量和负序分量，确定变流器的制动启动电压值；

S240、根据制动启动电压值，控制变流器进行制动操作。

在本发明实施例中，能够获取风力发电机组的变流器的网侧电压，然后提取所获取的网侧电压中的正序分量和负序分量，并根据正序分量和负序分量，确定变流器的制动启动电压值，以根据制动启动电压值，控制变流器进行制动操作。因此，本发明实施例能够根据网侧电压的正负序分量，实时计算制动启动电压值，使得制动启动电压值可以随着电网电压进行动态调整，从而在电网发生低压穿越时，能够降低变流器在启动制动功能的瞬间的冲击电压，以对变流器的硬件进行保护。

在本发明一些实施例的S210中，变流器控制器可以获取变流器的网侧变流器的输出端电压作为变流器的网侧电压。

具体地，可以从风力发电机组的运行数据中直接获取网侧变流器的输出端电压，也可以通过电压采集装置直接采集网侧变流器的输出端电压，在此不做限制。

在本发明一些实施例的S220中，网侧电压可以为三相瞬时电压，对网侧电压进行正负序分离处理，即可以提取网侧电压中的正序分量和负序分量。

其中，对网侧电压进行正负序分离处理的方法有多种，在一些实施例中，对网侧电压进行正负序分离处理的具体方法可以包括：

采集三相网侧电压e

得到正序分量实时值e

e

e

e

其中，e

利用以下转换矩阵将三相网侧电压的正负序分量实时值，转换为两相旋转坐标系下的正负序分量：

其中，两相旋转坐标系下的正负序分量，分别为d轴正序分量

利用q轴的正序分量

最后，可利用以下公式，计算得到网侧电压的正负序分量峰值：

需要说明的是，对网侧电压进行正负序分离处理的方法还可以是其他已有的方法，在此不做限制。

在本发明一些实施例中，S230的具体方法可以包括：

获取变流器的额定无功电流、变流器的网侧滤波电抗器的电感值、网侧电压的角频率和预设补偿量；

根据正序分量、负序分量、额定无功电流、电感值、角频率和预设补偿量，确定制动启动电压值。

具体地，变流器控制器可以从风力发电机组的运行数据中直接获取变流器的额定无功电流i

其中，ω可以为2×π×50，U

在本发明实施例中，利用正序分量和负序分量计算制动启动电压值的好处在于，当网侧电压升高甚至发生高电压穿越时，制动启动电压值会平滑的上升，避免高电压穿越过程触发风力发电机组进行制动；当网侧电压降低甚至发生低电压穿越时，高电压穿越会随之下降，这样即使低电压穿越过程触发风力发电机组进行制动，制动开启的瞬间的冲击电压也会被限制在较低水平，既可保障风力发电机组能够顺利通过高低电压穿越，也可以避免直流母线的电压过高引起的变流器的器件损坏。

在本发明一些实施例的S240中，可以直接基于计算得到的制动启动电压值，控制变流器进行制动操作，即如果采集的直流母线的母线电压值大于制动启动电压值，则变流器控制器控制制动单元开始工作，以通过制动电阻消耗多余功率。

在本发明另一些实施例中，S240的具体方法还可以包括：

获取变流器的直流母线的电压设定值；

根据电压设定值对制动启动电压值进行修正，得到修正后的第一目标启动电压值；

根据第一目标启动电压值，控制变流器进行制动操作。

具体地，考虑到风力发电机组在实际运行过程中直流母线电压存在波动，为了避免由于直流母线电压的波动而触发风力发电机组进行制动，需要基于直流母线的电压设定值对制动启动电压值进行修正，并利用修正后得到的第一目标启动电压值控制变流器进行制动操作。

需要说明的是，基于第一目标启动电压值控制变流器进行制动操作的方法与上述的基于制动启动电压值控制变流器进行制动操作的方法的原理相似，在此不做赘述。

在这些实施例中，可选地，根据电压设定值对制动启动电压值进行修正得到修正后的第一目标启动电压值的具体方法可以包括：

计算制动启动电压值与电压设定值之间的电压差值；

将电压差值与预设差值进行比较；

若电压差值大于预设差值，将制动启动电压值作为第一目标启动电压值；

若电压差值小于或等于预设差值，将电压设定值与预设差值之和，作为第一目标启动电压值。

风力发电机组在实际运行过程中，一般情况下制动启动电压值需要比直流母线的电压设定值大50V，才能够避免由于直流母线电压的波动而触发风力发电机组进行制动。在一些实施例中，预设差值可以设置为50V。即如果制动启动电压值与电压设定值之间的电压差值大于50V，则直接将制动启动电压值作为第一目标启动电压值；如果制动启动电压值与电压设定值之间的电压差值小于或等于50V，则需要将直流母线的电压设定值与50V的和，作为第一目标启动电压值。

在本发明又一些实施例中，S240的具体方法还可以进一步包括：

获取变流器的制动启动最大电压值；

根据制动启动最大电压值对第一目标启动电压值进行修正，得到修正后的第二目标启动电压值；

根据第二目标启动电压值，控制变流器进行制动操作。

具体地，保护风力发电机组的硬件设施，需要设置制动启动最大电压值，作为制动启动的电压值上限，并利用制动启动最大电压值对第一目标启动电压值进行修正，再利用修正后得到的第二目标启动电压值控制变流器进行制动操作。

需要说明的是，基于第二目标启动电压值控制变流器进行制动操作的方法与上述的基于制动启动电压值控制变流器进行制动操作的方法的原理相似，在此不做赘述。

在这些实施例中，可选地，根据制动启动最大电压值对第一目标启动电压值进行修正得到修正后的第二目标启动电压值的具体方法可以包括：

若第一目标启动电压值大于制动启动最大电压值，将制动启动最大电压值作为第二目标启动电压值；

若第一目标启动电压值小于或等于制动启动最大电压值，将第一目标启动电压值作为第二目标启动电压值。

即当第一目标启动电压值大于制动启动最大电压值时，为了使制动启动电压值不超过制动启动的电压值上限，则将制动启动最大电压值作为第二目标启动电压值；当第一目标启动电压值小于或等于制动启动最大电压值时，由于第一目标启动电压值不超过制动启动的电压值上限，则可以不对其进行调整。

综上所述，本发明实施例，既能够保障高电压穿越期间，不开启风力发电机组的制动功能，也能够保障低电压穿越期间，以较低的制动启动电压开启风力发电机组的制动功能，能够在不增加硬件成本的前提下，有效降低因制动延时造成的直流母线电压瞬时冲击。

图3示出了本发明一个实施例提供的风力发电机组的变流器制动控制装置的结构示意图。图3所示的制动控制装置可以设置于图1中的变流器120的变流器控制器(图中未示出)内。

如图3所示，该风力发电机组的变流器制动控制装置可以包括：

网侧电压获取模块310，用于获取风力发电机组的变流器的网侧电压；

分量提取模块320，用于提取网侧电压中的正序分量和负序分量；

电压确定模块330，用于根据正序分量和负序分量，确定变流器的制动启动电压值；

制动控制模块340，用于根据制动启动电压值，控制变流器进行制动操作。

在本发明实施例中，能够获取风力发电机组的变流器的网侧电压，然后提取所获取的网侧电压中的正序分量和负序分量，并根据正序分量和负序分量，确定变流器的制动启动电压值，以根据制动启动电压值，控制变流器进行制动操作。因此，本发明实施例能够根据网侧电压的正负序分量，实时计算制动启动电压值，使得制动启动电压值可以随着电网电压进行动态调整，从而在电网发生低压穿越时，能够降低变流器在启动制动功能的瞬间的冲击电压，以对变流器的硬件进行保护。

在本发明一些实施例中，网侧电压获取模块310可以获取变流器的网侧变流器的输出端电压作为变流器的网侧电压。

在本发明一些实施例中，网侧电压可以为三相瞬时电压，分量提取模块320可以对网侧电压进行正负序分离处理，以提取网侧电压中的正序分量和负序分量。

在本发明一些实施例中，电压确定模块330可以包括：

参数获取单元，用于获取变流器的额定无功电流、变流器的网侧滤波电抗器的电感值、网侧电压的角频率和预设补偿量；

参数计算单元，用于根据正序分量、负序分量、额定无功电流、电感值、角频率和预设补偿量，确定制动启动电压值。

在本发明一些实施例中，制动控制模块340可以包括：

母线电压获取单元，用于获取变流器的直流母线的电压设定值；

第一电压修正单元，用于根据电压设定值对制动启动电压值进行修正，得到修正后的第一目标启动电压值；

第一制动控制单元，用于根据第一目标启动电压值，控制变流器进行制动操作。

在这些实施例中，可选地，第一电压修正单元可以包括：

差值计算单元，用于计算制动启动电压值与电压设定值之间的电压差值；

差值比较单元，用于将电压差值与预设差值进行比较；

第一电压确定单元，用于若电压差值大于预设差值，将制动启动电压值作为第一目标启动电压值；若电压差值小于或等于预设差值，将电压设定值与预设差值之和，作为第一目标启动电压值。

在本发明另一些实施例中，制动控制模块340还可以包括：

启动电压获取单元，用于获取变流器的制动启动最大电压值；

第二电压修正单元，用于根据制动启动最大电压值对第一目标启动电压值进行修正，得到修正后的第二目标启动电压值；

第二制动控制单元，用于根据第二目标启动电压值，控制变流器进行制动操作。

在这些实施例中，可选地，第二电压修正单元可以包括：

第二电压确定单元，用于若第一目标启动电压值大于制动启动最大电压值，将制动启动最大电压值作为第二目标启动电压值；若第一目标启动电压值小于或等于制动启动最大电压值，将第一目标启动电压值作为第二目标启动电压值。

需要说明的是，本发明实施例提供的风力发电机组的变流器制动控制装置能够实现图2所示的方法实施例中的各个过程和效果，并且各个过程的实现原理相同，为避免重复，这里不再赘述。

图4示出了本发明实施例提供的风力发电机组的变流器制动控制设备的硬件结构示意图。如图4所示，风力发电机组的变流器制动控制设备可以包括处理器401以及存储有计算机程序指令的存储器402。

具体地，上述处理器401可以包括中央处理器(CPU)，或者特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)，或者可以被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。

存储器402可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器402可包括硬盘驱动器(Hard Disk Drive，HDD)、软盘驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器402可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器402可在综合网关容灾设备的内部或外部。在特定实施例中，存储器402是非易失性固态存储器。在特定实施例中，存储器402包括只读存储器(ROM)。在合适的情况下，该ROM可以是掩模编程的ROM、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、电可擦除PROM(EEPROM)、电可改写ROM(EAROM)或闪存或者两个或更多个以上这些的组合。

处理器401通过读取并执行存储器402中存储的计算机程序指令，以实现上述实施例中的任意一种风力发电机组的变流器制动控制方法。

在一个示例中，风力发电机组的变流器制动控制设备还可包括通信接口403和总线410。其中，如图4所示，处理器401、存储器402、通信接口403通过总线410连接并完成相互间的通信。

通信接口403，主要用于实现本发明实施例中各模块、装置、单元和/或设备之间的通信。

总线410包括硬件、软件或两者，将风力发电机组的变流器制动控制设备的部件彼此耦接在一起。举例来说而非限制，总线可包括加速图形端口(AGP)或其他图形总线、增强工业标准架构(EISA)总线、前端总线(FSB)、超传输(HT)互连、工业标准架构(ISA)总线、无限带宽互连、低引脚数(LPC)总线、存储器总线、微信道架构(MCA)总线、外围组件互连(PCI)总线、PCI-E4press(PCI-4)总线、串行高级技术附件(SATA)总线、视频电子标准协会局部(VLB)总线或其他合适的总线或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，总线410可包括一个或多个总线。尽管本发明实施例描述和示出了特定的总线，但本发明考虑任何合适的总线或互连。

该风力发电机组的变流器制动控制设备可以执行本发明实施例中的风力发电机组的变流器制动控制方法，从而实现结合图2和图3描述的风力发电机组的变流器制动控制方法和装置。

另外，结合上述实施例中的风力发电机组的变流器制动控制方法，本发明实施例可提供一种计算机可读存储介质来实现。该计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；该计算机程序指令被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种风力发电机组的变流器制动控制方法。

需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。

以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。

还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。