[發明專利]一種用于風力發電系統的狀態監測方法以及裝置

有效

• 申請號: 201610021395.2
• 申請日: 2016-01-13
• 公開（公告）號: CN105587476B
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 翟慶志;羅李;吳洋;陳龍;肖雨田
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;F03D17/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 李相雨

技術領域

本發明涉及風力發電領域，具體地，涉及一種用于風力發電系統的狀態監測方法以及裝置。

背景技術

一般情況下，風力發電系統工作環境惡劣，不具備使用大量人力資源進行現場值守的條件。因此，需要采取高度自動化、智能化的監控系統和通信手段來保證風力發電系統的安全穩定運行。具體地，需要實時向控制中心進行數據傳輸并進行智能化控制，那么就需要具有較高可靠性的智能監控系統。

目前，占市場主流的廠商生產的風電機組，大部分都有配套自身機型的監測與控制系統。但是，這些監控系統相互之間一般不兼容，通用性不強。因此，有多家國內外的風電裝備公司致力于第三方的監控和數據采集(SCADA)系統開發。

現有的風力發電系統的監測方法中有利用主軸傳感器、齒輪箱傳感器采集振動、溫度等機械狀態信號，但是，機械狀態信號只能反映齒輪箱等部件的機械故障，很難準確反映出風力發電系統中電壓、電流及功率的情況，也有文獻利用風電機組的輸出功率與轉速信號來進行狀態健康監測，但測量三相交流總功率時，不僅有電壓和電流傳感器的誤差，還有測量方法(三表法、兩表法)誤差。

現有的風力發電系統的監控方法中，一般都是從機側或網側采集交流參數。但是，從機側采集交流數據時，會面臨因風速變化導致發電機的輸出電壓、電流頻率的變化，即采集到的數據是頻率變化的交流參數；從網側采集交流數據時，會面臨因整流逆變等設備產生的諧波影響，即采集到的數據是含諧波的交流參數，并且由于風速變化會導致交流參數的幅值、相位波動，會給采樣精度和風力發電系統的可靠性帶來一定的困難。

對于并網發電的風電機組，由于風力發電機的輸出電壓、功率具有較大的波動性，風力發電機的出口需經過整流器和逆變器后才可接入交流電網。其中，整流器稱為機側變流器，逆變器稱為網側變流器，直流母線即為機側變流器與網側變流器之間的直流環節。

圖1是單臺風電機組的風力發電系統的示意圖。如圖1所示，展現了只考慮單臺永磁同步發電機組的直驅風力發電系統的結構。變流環節中的直流母線，是連接發電機和電網的中間橋梁，是總功率流動的必經之路。風速、機側變流器、網側變流器、負載等環節的變化，均會給直流母線側的各電量帶來一定的波動。在風力發電系統的功率供需不平衡和非正常運行等情況下，直流母線側的電壓值和電流值也有對應的變化。

現有的有關風力發電系統的直流母線側的研究包括：直流母線的電壓控制研究、直流母線系統的建模與仿真、直流母線側的諧波分析與電壓補償研究等。但是，目前還沒有針對直流母線側的電壓和電流的波動情況與風力發電系統的運行狀態的對應關系的相關分析與研究，也沒有通過采集直流母線側的電壓電流參數來對風力發電系統進行功率計算和狀態監測的方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于風力發電系統的狀態監測方法以及裝置。其中，所述方法能夠為風力發電系統的控制與調度提供有益的參考。

為了實現上述目的，本發明提供一種用于風力發電系統的狀態監測方法。所述方法包括：獲取所述風力發電系統的直流母線側在預設時間段的開始時間的第一電壓值和在預設時間段的結束時間的第二電壓值；在判斷所述第一電壓值和所述第二電壓值處于所述風力發電系統的網側變流器所允許的范圍內的情況下，根據所述第一電壓值和所述第二電壓值計算得到預設時間段內的電壓變化率；以及根據所述電壓變化率判斷所述風力發電系統的功率供需平衡關系，從而實現所述風力發電系統的狀態監測。

可選地，所述獲取所述風力發電系統的直流母線側在預設時間段的開始時間的第一電壓值和在預設時間段的結束時間的第二電壓值，具體包括：在開始時間的第一時間段內，采集所述風力發電系統的直流母線側的n個電壓值；求取所述n個電壓值的平均值，得到所述風力發電系統的直流母線側在預設時間段的開始時間的第一電壓值；在結束時間的第二時間段內，采集所述風力發電系統的直流母線側的m個電壓值；求取所述m個電壓值的平均值，得到所述風力發電系統的直流母線側在預設時間段的結束時間的第二電壓值，其中，n和m分別為常數。

可選地，所述根據所述電壓變化率判斷所述風力發電系統的功率供需平衡關系，從而實現所述風力發電系統的狀態監測，具體包括：在所述電壓變化率大于零的情況下，判斷所述風力發電系統的功率供需平衡關系為所述風力發電系統供應的功率大于所述風力發電系統負載所需求的功率；在所述電壓變化率小于零的情況下，判斷所述風力發電系統的功率供需平衡關系為所述風力發電系統供應的功率小于所述風力發電系統負載所需求的功率。