專利名稱：一種風電機組低電壓穿越控制系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力系統領域，具體涉及一種風電機組低電壓穿越控制系統。
背景技術：
當前我國的風力發電已經進入了一個大規模發展階段，為保證電力系統安全穩定運行，要求并網運行的風電機組必須具備低電壓穿越能力，即在電網發生一定程度的擾動或故障時，風電機組仍能夠保持并網運行，避免大面積脫網對電網造成沖擊。IEC標準推薦采用基于阻抗分壓原理的斷路器投切電抗器式電壓跌落裝置，在風電機組并網點實際產生電壓跌落，檢測風電機組的低電壓穿越能力。

實用新型內容針對現有技術的不足，本實用新型提供一種風電機組低電壓穿越控制系統，用于控制電壓跌落發生裝置的其余部件，在風電場對風電機組進行低電壓穿越能力測試。本實用新型提供一種風電機組低電壓穿越控制系統，其改進之處在于，所述系統包括數據采集系統、監控系統和中央處理系統；所述中央處理系統分別與所述數據采集系統和監控系統連接。其中，所述監控系統包括就地監控系統和遠程監控系統；所述就地監控系統和遠程監控系統分別與所述中央處理系統連接。其中，所述就地監控系統包括安全防護組件、狀態信號指示系統和電抗器測溫系統；
所述安全防護組件包括門限開關和緊急停止按鈕；所述狀態信號指示包括信號指示燈；所述電抗器測溫系統包括紅外線測溫探頭。其中，所述遠程監控系統包括連接的服務器和液晶屏。其中，所述數據采集系統包括傳感器。其中，所述中央處理系統包括智能控制器；所述智能控制器采用Renesas公司工業級32位總線微控制器。其中，所述門限開關型號為施耐德XCE-145。其中，所述信號指示燈型號為施耐德XVB-C。其中，所述紅外線測溫探頭型號為IRTP300MS-TR。與現有技術比，本實用新型的有益效果為:(I)控制系統自動化程度高。系統通過邏輯操作，實現不同測試階段的自動控制，整個測試過程簡易高效，可有效避免人為誤操作，降低測試風險。(2)控制系統穩定性強。控制系統對測試系統中開關柜組合、電抗器組合等關鍵部件的實時運行監控，可靠預防運行故障，提高測試系統穩定性。(3)控制系統具備極強的安全防護功能。控制系統設計了嚴謹周密的安全鏈防護體系，通過狀態指示及安全鏈緊急停機的方式，從主動及被動兩方面均作了嚴格的安全防護措施。

圖1為現有技術中風電機組電壓跌落裝置一次主接線圖。圖2為本實用新型提供的風電機組低電壓穿越控制系統示意圖。圖3為本實用新型提供的智能控制器前面板設計。圖4為本實用新型提供的自動控制邏輯流程圖一。圖5為本實用新型提供的自動控制邏輯流程圖二。圖6為本實用新型提供的自動控制邏輯流程圖三。圖7為本實用新型提供的自動控制邏輯流程圖四。圖8為本實用新型提供的跌落測試動作時序圖。圖9為本實用新型提供的安全防護組件邏輯圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步的詳細說明。本實施例的風電機組電壓跌落裝置一次主接線圖如圖1所示，其主要包括開關柜和電抗器，電抗器包括短路電抗器和限流電抗器。通過本實施例的控制系統對電壓跌落裝置控制，對風電機組進 行低電壓穿越能力測試。本實施例的控制系統邏輯上包括數據采集系統、就地監控系統、遠程監控系統及中央處理系統等四個部分，如附圖2所示。中央處理系統分別與數據采集系統、就地監控系統和遠程監控系統連接；數據采集系統采集被測風電機組的電氣量與狀態量；就地監控系統對測試設備運行狀態進行監控與指示；中央處理系統采集風電機組及測試設備的運行狀態并進行集中運算處理，同時與遠程監控系統進行測試數據及三遙信息的交互傳輸。其中:I中央處理系統設計中央處理系統智能控制器實現測試設備運行狀態信息和測試風電機組運行狀態信息的采集，通過對相應信息的邏輯判斷與處理，實現測試設備智能邏輯控制。1.1中央處理系統智能控制器硬件設計智能控制器硬件平臺核心采用先進的Renesas公司工業級32位總線微控制器，集成度高，抗干擾能力強，運行速度快，功耗低。控制器使用采用獨立的ADI公司14位A/D轉換采樣芯片，實現模擬量采集。結構設計方面，控制器內部各板卡強弱電回路、開入開出回路合理布局，采用槽軌插拔式安裝，方便板卡的更換與維護。采用高屏蔽性的電位一體機箱，電氣隔離和電磁屏蔽設計符合國際標準，確保裝置的硬件系統具有極高的抗干擾能力。采用高分辨率液晶屏幕顯示，清晰度高，顯示內容全面直觀；薄膜按鍵美觀耐用，使現場實時觀察、維護、操作方便可行。智能控制器前面板設計如附圖3所示。智能控制器性能參數如下:1、通訊接口:RS232 ;[0041]2、6 路 0-100V 電壓信號；3、6 路 4_20mA 電流信號；4、20路開關量輸入通道；5、36路開關量輸出通道；6、模擬采樣精度0.5% ；7、通道階躍響應時間<10ms ;通道同步時間〈1ms ；1.2中央處理系統智能控制器軟件設計中央處理系統智能控制器軟件設計全面涵蓋了測試設備多方面的應用需求，從安全、穩定、便捷、實用等角度出發，從安全閉鎖防護到自動邏輯控制，都做了深入完善的架構設計。為實現測試過程的自動化控制，智能控制器操作系統中嵌入了四組自動控制邏輯，包括:“進集裝箱操作控制邏輯”、“風電機組準備并網控制邏輯”、“風電機組并網控制邏輯”、“啟動電壓跌落測試控制邏輯”。依據測試設定參數，自動控制系統判斷測試設備所處狀態，通過控制邏輯自動將測試設備調整至設定的運行狀態，并最終自動完成整個低電壓穿越的測試過程。2就地監控系統設計就地監控系統主要實現與開關柜組合和電抗器的信息交互與控制。就地監控系統包括安全防護組件、狀態信號指示系統和電抗器測溫系統；就地監控系統采集電壓跌落裝置中全部開關柜組合的開關位置，并能在就地對開關柜進行獨立遙控操作。同時，就 地監控系統監測開關柜絕緣氣體壓力、溫度、濕度等運行參數，并可以對溫濕度進行主動干預與調節，維護開關柜運行環境。就地監控系統的電抗器測溫系統，通過3路紅外線測溫探頭實時監測電抗器的本體溫度。當電抗器溫度超高后，就地監控系統告警并自動終止測試設備運行，保證電抗器運行安全。其紅外測溫探頭的型號可為IRTP300MS-TR。就地監控系統的安全防護組件，包括4組自動電控門限開關與一組緊急停止按鈕。當測試設備運行時，任何誤操作觸發門限開關動作后，安全防護組件立即啟動，斷開測試設備與電網間的供電開關，將測試設備從高壓電網中脫離，確保測試人員與測試設備的安全。緊急停止按鈕用于任何情況下的手動緊急切出操作，增加測試設備的安全可控性。安全防護組件邏輯見附圖9。本實施例的門限開關型號為施耐德XCE-145。就地監控系統設計狀態信號指示系統，通過判斷開關柜組合中各個開關的分合位置，將測試設備分位四種運行狀態，即“進集裝箱操作狀態”、“風機準備并網狀態”、“風機并網發電狀態”及“系統緊急停止狀態”，并分別用綠閃、橙色、紅色以及紅閃四種信號燈分別指示，測試人員可以根據信號燈判斷測試所處的系統運行狀態，增強測試設備安全可視性。本實施例的狀態信號指示系統為信號指示燈，其型號為施耐德XVB-C。3遠程監控系統包括服務器和液晶顯示屏，通過遠程監控系統，測試人員可以在遠離高壓測試設備的地方對測試設備進行監測與控制，從地理隔離的層面保證了測試人員的絕對安全。遠程監控系統通過RS232通訊模式與智能控制器交互通訊，通訊系統穩定可靠。為了減少高壓設備的電磁干擾對通訊設備的影響，遠程監控系統采用了多模光纖作為傳輸媒介，徹底隔離電磁干擾，提高了遠程監控系統的抗干擾性。為力爭操作便捷實用，遠程監控軟件將控制系統中實時信息全部集成在一個主界面顯示。主界面中顯示的測試設備一次電路圖中，包含所有斷路器、隔離刀閘及接地刀閘的分合位置，每個開關位置均可以獨立遙控操作。主界面中還包括:(I)實時顯示6路電壓二次值的對話框，其用于判斷電網電壓運行水平；(2)實時顯示溫度的溫度框Tf T3，其用于監控測試設備主要功能器件電抗器的實時溫度，防止其超溫損壞；(3)緊急事項報警框，用于監視影響設備運行安全的重要信號狀態，當出現安全故障時，報警框警示操作人員立即停止試驗，進行安全檢查，確保測試設備運行安全；(4)智能控制器軟件設計了獨立的控制對話框，以防止誤操作。控制界面中邏輯控制部分包含4種邏輯自動控制操作方式，分別執行不同的自動邏輯控制，使測試設備自動完成整個測試動作。跌落測試參數設置框中，可以由操作員設定自動邏輯控制中各個時序的操作時長，方便進行不同類型的跌落測試。4數據采集系統
數據采集系統的主要功能如下:(I)數據采集。采用24位高速數據采集設備，采樣率高達200KHz，采集設備配備16路采集通道，用以采集風電機組電流、電壓、風速、轉速、槳矩角以及開關狀態等多種數據，依據采集數據的特征，采集通道可以分別獨立設置濾波器類型及通帶范圍。采集的數據可利用多窗口進行監視，具有移動光標顯示數據功能。通過通道的數學計算，可顯示處理后的實時值、平均值、有效值等多種數據類型。(2)數據存儲與導出。可選電平、時間、頻率為觸發信號，觸發記錄采集數據。觸發條件可選沿觸發、濾波沿觸發、脈沖寬度觸發、斜率觸發、窗觸發及窗與脈沖寬度組合等多種觸發方式。也可手動觸發。啟動文件存儲。文件可以多種格式輸出:Text、Excel、Flexpro、Matlab、Famos、Wave等格式。存儲容量高達500GB。(3)數據分析與輸出。所有測試數據實時存儲，可以重放，選擇，分析，打印。數據采集系統可為傳感器。根據上述控制系統，本實施例提出一種控制方案，進行測試時，所述中央處理系統控制開關柜組合，通過控制斷路器實現限流電抗器與短路電抗器的投入與退出，在風電機組并網點制造出電壓跌落狀態，并通過所述就地監控系統監控開關柜組合的運行狀態、電抗器實時溫度、安全防護組件狀態和狀態信號指示，并將監控的數據傳給所述中央處理系統；所述數據采集系統采集風電機組的測試數據并傳給所述中央處理系統，通過數據分析，判斷風電機組是否具備低電壓穿越能力。中央處理系統控制開關柜組合的過程中，中央處理系統先判斷測試設備的狀態，通過邏輯控制調整至電壓跌落狀態。本實施例的測試設備分為進集裝箱操作狀態、風機準備并網狀態、風機并網發電狀態和系統緊急停止狀態。根據相應的狀態，中央處理系統進行相應的邏輯控制，用于模擬風電場的電壓跌落，其邏輯控制如圖4-圖7所示，包括:對于進集裝箱操作控制邏輯:[0075]斷開斷路器CB3、CB2和CBl ;斷開隔離刀閘S2和SI ；閉合接地刀閘G2和Gl ;且閉合斷路器CB2和CBl ;對于風電機組準備并網控制邏輯:斷開接地刀閘G2和Gl ；斷開斷路器CB3、CB2和CBl ；閉合隔離刀閘S2和SI ;且閉合斷路器CB2 ；對于風電機組并網控制邏輯:斷開斷路器CB3;且閉合斷路器CBl ；對于啟動電壓跌落控制邏輯:延時啟動測試時間tl ；斷開斷路器CB2 ；延時限流電抗器投入時間t2 ；閉合斷路器CB3;延時短路電抗器投入時間t3 ；斷開斷路器CB3 ；延時限流電抗器退出時間t4 ;且閉合斷路器CB2。通過上述控制，電壓跌落裝置的電抗器動作時序如圖8所示。當模擬出風電場的電壓跌落的現象后，數據采集系統采集風電機組的相關測試數據，包括發電機轉子側R點的三相電壓、三相電流，變流器直流側C點直流電壓，網側變流器L點三相電流、風電機組出口處T點三相電壓、三相電流，非電量有風速信號Vwind，風電機組槳矩角q，發電機機械轉速ωι.，風電機組并網開關S的分合位置信號，通過數據分析，判斷風電機組是否具備低電壓穿越能力。最后應當說明的是:以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本實用新型的具體實施方式
進行修改或者等同替換，而未脫離本實用新型精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。
權利要求1.一種風電機組低電壓穿越控制系統，其特征在于，所述系統包括數據采集系統、監控系統和中央處理系統；所述中央處理系統分別與所述數據采集系統和監控系統連接。
所述監控系統包括就地監控系統和遠程監控系統； 所述就地監控系統和遠程監控系統分別與所述中央處理系統連接。
所述就地監控系統包括安全防護組件、狀態信號指示系統和電抗器測溫系統； 所述安全防護組件包括門限開關和緊急停止按鈕； 所述狀態信號指示包括信號指示燈； 所述電抗器測溫系統包括紅外線測溫探頭。
2.如權利要求1所述的控制系統，其特征在于，所述遠程監控系統包括連接的服務器和液晶屏。
3.如權利要求1所述的控制系統，其特征在于，所述數據采集系統包括傳感器。
4.如權利要求1所述的控制系統，其特征在于，所述門限開關的型號為施耐德XCE-145。
5.如權利要求1所述的控制系統，其特征在于，所述信號指示燈的型號為施耐德XVB-C0
6.如權利要求1所述 的控制系統，其特征在于，所述紅外線測溫探頭的型號為IRTP300MS-TR。
專利摘要本實用新型公開了一種風電機組低電壓穿越控制系統，包括數據采集系統、監控系統和中央處理系統；所述中央處理系統分別與所述數據采集系統和監控系統連接。通過控制系統控制電壓跌落裝置中的硬件，在風電場對風電機組進行低電壓穿越能力測試。本實用新型控制系統自動化程度高、穩定性強并且具備極強的安全防護功能。
文檔編號G05B19/418GK203101930SQ20122039749
公開日2013年7月31日 申請日期2012年8月10日 優先權日2012年8月10日
發明者孫勇, 王瑞明, 秦世耀, 陳晨, 王偉 申請人:中國電力科學研究院, 中電普瑞張北風電研究檢測有限公司, 國家電網公司