风力发电机组的孤岛状态识别方法及装置与流程

1.本公开总体说来涉及电力技术领域，更具体地讲，涉及一种风力发电机组的孤岛状态识别方法及装置。


背景技术：

2.对于风力发电机组(以下，也简称为风机或机组)的变流器，一般采用机侧连接发电机、网侧经由箱式变压器(以下，也简称为箱变)连接电网的结构。
3.随着风机的功率越来越大，当风机网侧的箱变因故跳闸或发生风机集电线整体切除时，运行中的风机功率输送通道受阻，风机瞬间进入孤岛状态，变流器网侧lc滤波器成为其负载。此时网侧电压由风机自己建立，故障前风机输出功率越大，网侧电压上升速度和上升幅度越大；由于没有有功输送渠道，由发电机灌入直流侧的能量将由制动电阻消耗；此外，由于没有了强电网的电压，机组网侧的频率也将发生偏移，不会再稳定在工频附近。例如，5mw风机在箱变跳闸时网侧电压的瞬时值达到1300v，达到了1.77pu。
4.现有技术中通常采用被动防孤岛方式，为了防止误触发，需要延迟一段时间才能确定孤岛状态并进行保护，而较长时间的高电压，将会进入二次供电系统，严重时将会损坏风机变桨或变流的控制系统，造成机组进入失稳状态，甚至会烧毁机组的硬件。
5.因此，快速、准确地识别出风机脱离电网进入孤岛状态尤为重要。


技术实现要素：

6.本公开的示例性实施例在于提供一种风力发电机组的孤岛状态识别方法及装置，其能够快速、准确地识别出风机脱离电网进入孤岛状态。
7.根据本公开实施例的第一方面，提供一种风力发电机组的孤岛状态识别方法，包括：确定风力发电机组是否进入高电压穿越状态；当确定进入高电压穿越状态时，基于风力发电机组的有功功率值和直流母线电压值，确定风力发电机组是否脱离电网处于孤岛状态。
8.可选地，当确定进入高电压穿越状态时，基于风力发电机组的有功功率值和直流母线电压值，确定风力发电机组是否脱离电网处于孤岛状态的步骤包括：当确定进入高电压穿越状态时，确定风力发电机组在高电压穿越状态下的有功功率值相较于在进入高电压穿越状态之前的有功功率值是否满足第一预设条件；当在高电压穿越状态下的有功功率值满足第一预设条件时，确定风力发电机组的直流母线电压值是否满足第二预设条件；当直流母线电压值满足第二预设条件时，确定风力发电机组脱离电网处于孤岛状态。
9.可选地，第一预设条件包括：风力发电机组在高电压穿越状态下的有功功率值持续低于特定有功功率值的时长达到第一预设时长；和/或，第二预设条件包括：直流母线电压值超过触发开启制动电阻的电压阈值；其中，所述特定有功功率值基于在进入高电压穿越状态之前的特定时间点的有功功率值得到，所述特定时间点与进入高电压穿越状态的时间点之间间隔第二预设时长。
10.可选地，所述特定有功功率值为预设比例的所述特定时间点的有功功率值。
11.可选地，所述孤岛状态识别方法还包括：周期性地获取当前时间间隔内的有功功率平均值；在确定进入高电压穿越状态之前，将每次获取的有功功率平均值存储到特定长度的先进先出的数组；在确定进入高电压穿越状态以后，停止更新所述数组；其中，确定风力发电机组在高电压穿越状态下的有功功率值相较于在进入高电压穿越状态之前的有功功率值是否满足第一预设条件的步骤包括：当在确定进入高电压穿越状态以后存在连续预定数量个时间间隔的有功功率平均值均低于所述特定有功功率值时，确定在高电压穿越状态下的有功功率值满足第一预设条件；其中，所述特定长度基于所述时间间隔的长度和第二预设时长而确定；所述预定数量基于所述时间间隔的长度和第一预设时长而确定；所述特定有功功率值基于所述数组之中最早的有功功率平均值而确定。
12.根据本公开实施例的第二方面，提供一种风力发电机组的孤岛状态识别装置，包括：高电压穿越确定单元，被配置为确定风力发电机组是否进入高电压穿越状态；孤岛确定单元，被配置为当确定进入高电压穿越状态时，基于风力发电机组的有功功率值和直流母线电压值，确定风力发电机组是否脱离电网处于孤岛状态。
13.可选地，孤岛确定单元被配置为：当确定进入高电压穿越状态时，确定风力发电机组在高电压穿越状态下的有功功率值相较于在进入高电压穿越状态之前的有功功率值是否满足第一预设条件；当在高电压穿越状态下的有功功率值满足第一预设条件时，确定风力发电机组的直流母线电压值是否满足第二预设条件；当直流母线电压值满足第二预设条件时，确定风力发电机组脱离电网处于孤岛状态。
14.可选地，第一预设条件包括：风力发电机组在高电压穿越状态下的有功功率值持续低于特定有功功率值的时长达到第一预设时长；和/或，第二预设条件包括：直流母线电压值超过触发开启制动电阻的电压阈值；其中，所述特定有功功率值基于在进入高电压穿越状态之前的特定时间点的有功功率值得到，所述特定时间点与进入高电压穿越状态的时间点之间间隔第二预设时长。
15.可选地，所述特定有功功率值为预设比例的所述特定时间点的有功功率值。
16.可选地，所述孤岛状态识别装置还包括：有功确定单元，被配置为周期性地获取当前时间间隔内的有功功率平均值；在确定进入高电压穿越状态之前，将每次获取的有功功率平均值存储到特定长度的先进先出的数组；在确定进入高电压穿越状态以后，停止更新所述数组；其中，孤岛确定单元被配置为：当在确定进入高电压穿越状态以后存在连续预定数量个时间间隔的有功功率平均值均低于所述特定有功功率值时，确定在高电压穿越状态下的有功功率值满足第一预设条件；其中，所述特定长度基于所述时间间隔的长度和第二预设时长而确定；所述预定数量基于所述时间间隔的长度和第一预设时长而确定；所述特定有功功率值基于所述数组之中最早的有功功率平均值而确定。
17.可选地，所述孤岛状态识别装置设置在风力发电机组的变流器控制器或者主控制器中。
18.根据本公开实施例的第三方面，提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序被处理器执行时，促使所述处理器执行如上所述的风力发电机组的孤岛状态识别方法。
19.根据本公开实施例的第四方面，提供一种控制器，所述控制器包括：处理器；存储
器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，促使所述处理器执行如上所述的风力发电机组的孤岛状态识别方法。
20.可选地，所述控制器设置在风力发电机组的变流器控制器或者主控制器中。
21.根据本公开实施例的第五方面，提供一种风力发电机组，包括如上所述的孤岛状态识别装置、或如上所述的控制器。
22.根据本公开的示例性实施例的风力发电机组的孤岛状态识别方法及装置，能够综合利用网侧电压、直流侧电压以及有功功率，快速准确地判断风机脱离电网的孤岛工况，从而能够实现机组快速停机，保护机组的硬件不受损坏。
23.将在接下来的描述中部分阐述本公开总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本公开总体构思的实施而得知。
附图说明
24.通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的描述，本公开示例性实施例的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
25.图1示出根据本公开的示例性实施例的风力发电机组的孤岛状态识别方法的流程图；
26.图2示出根据本公开的示例性实施例的确定风力发电机组是否脱离电网处于孤岛状态的方法的流程图；
27.图3示出根据本公开的另一示例性实施例的风力发电机组的孤岛状态识别方法的流程图；
28.图4示出现有技术的孤岛状态识别效果的示例；
29.图5示出根据本公开的示例性实施例的孤岛状态识别效果的示例；
30.图6示出根据本公开的示例性实施例的风力发电机组的孤岛状态识别装置的结构框图。
具体实施方式
31.现将详细参照本公开的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终指的是相同的部件。以下将通过参照附图来说明所述实施例，以便解释本公开。
32.图1示出根据本公开的示例性实施例的风力发电机组的孤岛状态识别方法的流程图。
33.作为示例，风力发电机组的机侧变流器可连接到发电机、网侧变流器可经由箱式变压器连接到电网。
34.作为示例，导致风力发电机组进入孤岛状态的原因可至少包括：箱式变压器跳闸、风机集电线整体切除。应该理解，导致风力发电机组进入孤岛状态的原因还可包括其他类型的原因，本公开在此不再赘述。
35.参照图1，在步骤s10，确定风力发电机组是否进入高电压穿越hvrt状态。
36.应该理解，可通过适当的方式确定风力发电机组是否进入高电压穿越状态。仅作为示例，可当风力发电机组的网侧正序电压值超过预设电压值的持续时长达到特定时长时，确定风力发电机组进入高电压穿越状态。可根据实际情况和具体需求设置预设电压值
和特定时长的具体数值。例如，预设电压值可设置为1.13pu，特定时长可设置为5ms。
37.当在步骤s10确定进入高电压穿越状态时，执行步骤s20，基于风力发电机组的有功功率值和直流母线电压值，确定风力发电机组是否脱离电网处于孤岛状态。
38.作为示例，可当风力发电机组在高电压穿越状态下的有功功率值满足第一预设条件、且直流母线电压值满足第二预设条件时，确定风力发电机组脱离电网处于孤岛状态。
39.下面将结合图2来描述步骤s20的示例性实施例。
40.图2示出根据本公开的示例性实施例的确定风力发电机组是否脱离电网处于孤岛状态的方法的流程图。
41.参照图2，当在步骤s10确定进入高电压穿越状态时，执行步骤s201，确定风力发电机组在高电压穿越状态下的有功功率值相较于在进入高电压穿越状态之前的有功功率值是否满足第一预设条件。
42.作为示例，第一预设条件可包括：风力发电机组在高电压穿越状态下的有功功率值持续低于特定有功功率值的时长达到第一预设时长。
43.作为示例，所述特定有功功率值可基于在进入高电压穿越状态之前的特定时间点的有功功率值得到，所述特定时间点与进入高电压穿越状态的时间点之间间隔第二预设时长。
44.作为示例，所述特定有功功率值可为预设比例的所述特定时间点的有功功率值。应该理解，可根据实际情况和具体需求确定预设比例的数值，例如，可将预设比例的数值设置为30％。
45.作为示例，根据本公开的示例性实施例的风力发电机组的孤岛状态识别方法还可包括：周期性地获取当前时间间隔内的有功功率平均值；在确定进入高电压穿越状态之前，将每次获取的有功功率平均值存储到特定长度的先进先出的数组；在确定进入高电压穿越状态以后，停止更新所述数组。
46.相应地，作为示例，步骤s201可包括：当在确定进入高电压穿越状态以后存在连续预定数量个时间间隔的有功功率平均值均低于所述特定有功功率值时，确定在高电压穿越状态下的有功功率值满足第一预设条件。其中，所述特定长度基于所述时间间隔的长度和第二预设时长而确定；所述预定数量基于所述时间间隔的长度和第一预设时长而确定；所述特定有功功率值基于所述数组之中最早的有功功率平均值而确定。
47.当在步骤s201确定在高电压穿越状态下的有功功率值满足第一预设条件时，执行步骤s202，确定风力发电机组的直流母线电压值是否满足第二预设条件。
48.作为示例，当在步骤s201确定在高电压穿越状态下的有功功率值未满足第一预设条件时，可继续执行步骤s201。
49.作为示例，第二预设条件可包括：直流母线电压值超过触发开启制动电阻的电压阈值。触发开启制动电阻的电压阈值可理解为：当直流母线电压值超过该电压阈值时会触发启动制动电阻。
50.当在步骤s202确定直流母线电压值满足第二预设条件时，执行步骤s203，确定风力发电机组脱离电网处于孤岛状态。
51.作为示例，当在步骤s202确定直流母线电压值未满足第二预设条件时，可返回执行步骤s201。
52.此外，作为示例，根据本公开的示例性实施例的风力发电机组的孤岛状态识别方法还可包括：当确定风力发电机组脱离电网处于孤岛状态时，控制风力发电机组停机。例如，可通过封锁变流器的机网侧的控制脉冲来实现控制风力发电机组停机。
53.根据本公开的示例性实施例，利用变流器采集的网侧电压、有功功率和母线电压的变化情况，能够快速、准确地判断(例如，箱变跳闸时)机组脱离电网进入孤岛状态，判断的时间可由百毫秒以上降低至几十毫秒以内，从而能够实现机组的快速停机，避免网侧电压快速上升且长期过高而烧毁机组重要器件的问题。
54.图3示出根据本公开的另一示例性实施例的风力发电机组的孤岛状态识别方法的流程图。
55.参照图3，在步骤s301，每隔5ms计算一次有功功率平均值，得到这5ms的有功功率平均值。
56.在步骤s302，将在步骤s301计算得到的当前5ms的有功功率平均值存储在一个长度为20的数组中。长度为20，即最多可容纳20个有功功率平均值。
57.该数组为先入先出数组，即每存储一次有功功率平均值，其中已存储的有功功率平均值向后移一位。
58.在步骤s303，确定是否进入高穿状态。
59.当在步骤s303确定进入高穿状态时，执行步骤s304，继续每隔5ms计算一次有功功率平均值，且不再更新上述数组。换言之，在确定进入高穿状态以后，上述数组中的数据保持不变。
60.在步骤s305，将进入高穿状态以后的有功功率平均值与进入高穿状态前100ms的有功功率平均值(即数组中最早的有功功率平均值)进行对比，当在步骤s305确定进入高穿状态以后连续三个有功功率平均值均小于进入高穿状态之前100ms时的有功功率平均值的30％时，执行步骤s306，继续判断此时的母线电压的状态。
61.当在步骤s306确定此时母线电压大于制动电阻的开启电压时，执行步骤s307，确定机组进入孤岛状态，立即触发机组的停机指令。
62.需要补充说明的是，当机组进入高穿状态时，机组不一定进入了孤岛状态。并网规定中要求，因电网电压升高导致机组进入高穿后，机组输出的有功功率短时内不得低于故障前有功功率的50％，但因箱变跳闸等原因导致机组进入孤岛状态时，电压上升、机组有功完全没有输送通道，因此有功会降低至0附近。根据该特性设置判断条件，机组有功为高穿之前100ms时的有功的30％以下，才进行下一步的母线电压判断。
63.此外，考虑到不排除当机组进入高穿后，发电机的能量灌入恰好迅速降低(例如，由于叶轮的机械惯性，ms级能量的快速变化情况较少)，增加了母线电压的判断：即网侧有功输出迅速降低，且母线电压在持续升高(能量无法向电网输送，只能利用制动电阻消耗)，即可立即判断机组进入了孤岛状态，可立即触发机组停机故障，封锁变流器的机网侧的控制脉冲。
64.图4示出现有技术的孤岛状态识别效果的示例。图5示出根据本公开的示例性实施例的孤岛状态识别效果的示例。均是通过仿真软件仿真根据现有技术和本公开从发生箱变跳闸到封锁变流器的机网侧控制脉冲的时间，仿真设置2.1s时刻进入孤岛状态。在图4和图5中，横坐标指示时间，上面的图的纵坐标指示网侧三相电压值，在下面的图中，当纵坐标为
0时，指示封锁变流器的机网侧的控制脉冲；当纵坐标为1时，指示正常发送变流器的机网侧的控制脉冲。
65.可以看出，现有技术的保护延时约为65ms，网侧最大电压达到2300v附近；本公开的保护延时为22ms，网侧最大电压约为1800v左右。根据本公开的示例性实施例，综合利用网侧电压、直流侧电压以及有功的迅速跌落因素，快速判断机组的孤岛工况，实现机组快速停机，进一步保护机组的硬件不受损坏。
66.图6示出根据本公开的示例性实施例的风力发电机组的孤岛状态识别装置的结构框图。
67.如图6所示，根据本公开的示例性实施例的风力发电机组的孤岛状态识别装置包括：高电压穿越确定单元10和孤岛确定单元20。
68.具体说来，高电压穿越确定单元10被配置为确定风力发电机组是否进入高电压穿越状态。
69.孤岛确定单元20被配置为当确定进入高电压穿越状态时，基于风力发电机组的有功功率值和直流母线电压值，确定风力发电机组是否脱离电网处于孤岛状态。
70.作为示例，孤岛确定单元20可被配置为：当确定进入高电压穿越状态时，确定风力发电机组在高电压穿越状态下的有功功率值相较于在进入高电压穿越状态之前的有功功率值是否满足第一预设条件；当在高电压穿越状态下的有功功率值满足第一预设条件时，确定风力发电机组的直流母线电压值是否满足第二预设条件；当直流母线电压值满足第二预设条件时，确定风力发电机组脱离电网处于孤岛状态。
71.作为示例，第一预设条件可包括：风力发电机组在高电压穿越状态下的有功功率值持续低于特定有功功率值的时长达到第一预设时长，其中，所述特定有功功率值基于在进入高电压穿越状态之前的特定时间点的有功功率值得到，所述特定时间点与进入高电压穿越状态的时间点之间间隔第二预设时长。
72.作为示例，所述特定有功功率值可为预设比例的所述特定时间点的有功功率值。
73.作为示例，第二预设条件可包括：直流母线电压值超过触发开启制动电阻的电压阈值。
74.作为示例，所述孤岛状态识别装置还可包括：有功确定单元(未示出)，有功确定单元被配置为周期性地获取当前时间间隔内的有功功率平均值；在确定进入高电压穿越状态之前，将每次获取的有功功率平均值存储到特定长度的先进先出的数组；在确定进入高电压穿越状态以后，停止更新所述数组。
75.相应地，孤岛确定单元20可被配置为：当在确定进入高电压穿越状态以后存在连续预定数量个时间间隔的有功功率平均值均低于所述特定有功功率值时，确定在高电压穿越状态下的有功功率值满足第一预设条件；其中，所述特定长度基于所述时间间隔的长度和第二预设时长而确定；所述预定数量基于所述时间间隔的长度和第一预设时长而确定；所述特定有功功率值基于所述数组之中最早的有功功率平均值而确定。
76.作为示例，根据本公开的示例性实施例的孤岛状态识别装置可设置在风力发电机组的变流器控制器或者主控制器中。
77.应该理解，根据本公开示例性实施例的风力发电机组的孤岛状态识别装置所执行的具体处理已经参照图1至图5进行了详细描述，这里将不再赘述相关细节。
78.应该理解，根据本公开示例性实施例的风力发电机组的孤岛状态识别装置中的各个单元可被实现硬件组件和/或软件组件。本领域技术人员根据限定的各个单元所执行的处理，可以例如使用现场可编程门阵列(fpga)或专用集成电路(asic)来实现各个单元。
79.本公开的示例性实施例提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序被处理器执行时，促使所述处理器执行如上述示例性实施例所述的风力发电机组的孤岛状态识别方法。该计算机可读存储介质是可存储由计算机系统读出的数据的任意数据存储装置。计算机可读存储介质的示例包括：只读存储器、随机存取存储器、只读光盘、磁带、软盘、光数据存储装置和载波(诸如经有线或无线传输路径通过互联网的数据传输)。
80.根据本公开的示例性实施例的控制器包括：处理器(未示出)和存储器(未示出)，其中，存储器存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，促使所述处理器执行如上述示例性实施例所述的风力发电机组的孤岛状态识别方法。
81.作为示例，根据本公开的示例性实施例的控制器可设置在风力发电机组的变流器控制器或者主控制器中。
82.根据本公开的示例性实施例的风力发电机组包括：如上述示例性实施例所述的孤岛状态识别装置、或如上述示例性实施例所述的控制器。
83.虽然已表示和描述了本公开的一些示例性实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本公开的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。

技术特征：
1.一种风力发电机组的孤岛状态识别方法，其特征在于，包括：确定风力发电机组是否进入高电压穿越状态；当确定进入高电压穿越状态时，基于风力发电机组的有功功率值和直流母线电压值，确定风力发电机组是否脱离电网处于孤岛状态。2.根据权利要求1所述的孤岛状态识别方法，其特征在于，当确定进入高电压穿越状态时，基于风力发电机组的有功功率值和直流母线电压值，确定风力发电机组是否脱离电网处于孤岛状态的步骤包括：当确定进入高电压穿越状态时，确定风力发电机组在高电压穿越状态下的有功功率值相较于在进入高电压穿越状态之前的有功功率值是否满足第一预设条件；当在高电压穿越状态下的有功功率值满足第一预设条件时，确定风力发电机组的直流母线电压值是否满足第二预设条件；当直流母线电压值满足第二预设条件时，确定风力发电机组脱离电网处于孤岛状态。3.根据权利要求2所述的孤岛状态识别方法，其特征在于，第一预设条件包括：风力发电机组在高电压穿越状态下的有功功率值持续低于特定有功功率值的时长达到第一预设时长；和/或，第二预设条件包括：直流母线电压值超过触发开启制动电阻的电压阈值；其中，所述特定有功功率值基于在进入高电压穿越状态之前的特定时间点的有功功率值得到，所述特定时间点与进入高电压穿越状态的时间点之间间隔第二预设时长。4.根据权利要求3所述的孤岛状态识别方法，其特征在于，所述特定有功功率值为预设比例的所述特定时间点的有功功率值。5.根据权利要求3所述的孤岛状态识别方法，其特征在于，所述孤岛状态识别方法还包括：周期性地获取当前时间间隔内的有功功率平均值；在确定进入高电压穿越状态之前，将每次获取的有功功率平均值存储到特定长度的先进先出的数组；在确定进入高电压穿越状态以后，停止更新所述数组；其中，确定风力发电机组在高电压穿越状态下的有功功率值相较于在进入高电压穿越状态之前的有功功率值是否满足第一预设条件的步骤包括：当在确定进入高电压穿越状态以后存在连续预定数量个时间间隔的有功功率平均值均低于所述特定有功功率值时，确定在高电压穿越状态下的有功功率值满足第一预设条件；其中，所述特定长度基于所述时间间隔的长度和第二预设时长而确定；所述预定数量基于所述时间间隔的长度和第一预设时长而确定；所述特定有功功率值基于所述数组之中最早的有功功率平均值而确定。6.一种风力发电机组的孤岛状态识别装置，其特征在于，包括：高电压穿越确定单元，被配置为确定风力发电机组是否进入高电压穿越状态；孤岛确定单元，被配置为当确定进入高电压穿越状态时，基于风力发电机组的有功功率值和直流母线电压值，确定风力发电机组是否脱离电网处于孤岛状态。7.根据权利要求6所述的孤岛状态识别装置，其特征在于，所述孤岛状态识别装置设置
在风力发电机组的变流器控制器或者主控制器中。8.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机程序被处理器执行时，促使所述处理器执行如权利要求1至5中的任意一项所述的风力发电机组的孤岛状态识别方法。9.一种控制器，其特征在于，所述控制器包括：处理器；存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，促使所述处理器执行如权利要求1至5中的任意一项所述的风力发电机组的孤岛状态识别方法。10.根据权利要求9所述的控制器，其特征在于，所述控制器设置在风力发电机组的变流器控制器或者主控制器中。11.一种风力发电机组，其特征在于，包括如权利要求6至7中任一项所述的孤岛状态识别装置、或如权利要求9至10中任一项所述的控制器。

技术总结
提供了一种风力发电机组的孤岛状态识别方法及装置。所述孤岛状态识别方法包括：确定风力发电机组是否进入高电压穿越状态；当确定进入高电压穿越状态时，基于风力发电机组的有功功率值和直流母线电压值，确定风力发电机组是否脱离电网处于孤岛状态。是否脱离电网处于孤岛状态。是否脱离电网处于孤岛状态。


技术研发人员：刘佳亮 李学品 于笑
受保护的技术使用者：金风科技股份有限公司
技术研发日：2022.02.28
技术公布日：2023/9/13