变换器的控制方法及系统、风电系统与流程

本发明属于故障检测领域，特别涉及一种变换器的控制方法及系统、风电系统。

背景技术：

随着人们对于电力资源需求的不断增加，开发风力发电变得尤为重要。由于海上风电资源丰富，潜在开发量大，引起了研究人员和企业的广泛关注。目前海上直驱风电机组容量呈现大容量和大型化趋势发展，现有的海上风电直驱变流器容量在5mw以上甚至10mw以上，相应的配套变流器输出电流范围应为5200a或12000a以上。传统的由单功率模块组成的变流器功率等级已无法满足现有需求，常用的需要由多个功率模块并联进行控制。然而海上风机运行环境恶劣，电流传感器检测容易出现相应故障现象。相较于传统单功率模块的变流器，多功率模块并联的变流器中电流传感器较多，故障率较高。

针对以上因电流传感器故障影响整个系统可靠性的问题，常用的解决方法是直接停掉整个系统，但是对于海上大功率变流器，其运维成本较高，整个控制系统停掉会带来较大的成本损失。现有文献中，有提出针对双馈风力发电机中单个功率模块的定转子电流传感器故障判断方法，但是该方法判断电流传感器故障需要复杂的控制模型，对微处理器性能要求较高，且该方法仅限于对故障的判断，对于后续的故障处理仍然没有很好的处理手段。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中电流传感器故障影响整个系统可靠性且故障处理难的缺陷，提供一种变换器的控制方法及系统、风电系统。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种变换器的控制方法，所述控制方法应用于并联型变换器，所述并联型变换器中每个变换器的每相分别设置一个电流传感器，所述控制方法包括以下步骤：

s1、通过所述电流传感器获取相电流数据；

s2、根据所述相电流数据判断对应的电流传感器是否故障，若是，则执行步骤s3和步骤s4；

s3、获取故障电流传感器的所属相，并根据与所述所属相同相的至少一个无故障电流传感器的相电流数据计算得到一电流修正值；

s4、使用所述电流修正值替换所述所属相中故障电流传感器的相电流数据。

较佳地，所述根据所述相电流数据判断对应的电流传感器是否故障的步骤具体包括：

根据所述相电流数据得到一特征值；

判断所述特征值是否超出一电流阈值。

较佳地，所述变换器包括多种运行工况，所述根据所述相电流数据判断对应的电流传感器是否故障的步骤具体包括：

根据所述相电流数据确定所述变换器的当前运行工况，以及一特征值；

根据所述当前运行工况得到一电流阈值；

判断所述特征值是否超出所述电流阈值。

较佳地，若所述特征值超出所述电流阈值，所述步骤s2还包括：

判断所述特征值超出所述电流阈值的持续时间是否超出一检测时间阈值，若是，则执行所述步骤s3和所述步骤s4。

较佳地，步骤s2还包括：

对所述故障电流传感器置标志位；

步骤s4具体包括：

检测所述所属相中任意电流传感器是否有标志位，若有，则使用所述电流修正值替换有标志位的电流传感器检测得到的相电流数据。

较佳地，步骤s3具体包括：

对所述所属相中所述无故障电流传感器的相电流数据进行均值处理，得到所述电流修正值。

较佳地，所述变换器包括变流器、逆变器和整流器中的任意一个。

一种变换器的控制系统，所述控制系统应用于并联型变换器，所述并联型变换器中每个变换器的每相分别设置一个电流传感器，所述控制系统包括第一判断模块、计算模块和替换模块；

所述电流传感器用于获取相电流数据；

所述第一判断模块用于根据所述相电流数据判断对应的电流传感器是否故障，若是，则调用所述计算模块；

所述计算模块用于获取故障电流传感器的所属相，并根据与所述所属相同相的至少一个无故障电流传感器的相电流数据计算得到一电流修正值；

所述替换模块用于使用所述电流修正值替换所述所属相中故障电流传感器的相电流数据。

较佳地，所述第一判断模块包括一计算单元；

所述计算单元用于根据所述相电流数据得到一特征值；

所述第一判断模块用于判断所述特征值是否超出一电流阈值。

较佳地，所述变换器包括多种运行工况，所述第一判断模块包括工况确定单元、计算单元和电流阈值确定单元；

所述工况确定单元用于根据所述相电流数据确定所述变换器的当前运行工况；

所述计算单元用于根据所述相电流数据得到一特征值；

所述电流阈值确定单元用于根据所述当前运行工况得到一电流阈值；

所述第一判断模块用于判断所述特征值是否超出所述电流阈值。

较佳地，所述控制系统还包括第二判断模块；

在所述第一判断模块的判断结果为是时，所述第二判断模块用于判断所述特征值超出所述电流阈值的持续时间是否超出一检测时间阈值，若是，则调用所述计算模块。

较佳地，所述控制系统还包括标志位设置模块和检测模块；

所述标志位设置模块用于对所述故障电流传感器置标志位；

所述检测模块用于检测所述所属相中任意电流传感器是否有标志位，若有，则调用所述替换模块；

所述替换模块用于使用所述电流修正值替换有标志位的电流传感器检测得到的相电流数据。

较佳地，所述计算模块用于对所述所属相中所述无故障电流传感器的相电流数据进行均值处理得到所述电流修正值。

较佳地，所述变换器包括变流器、逆变器和整流器中的任意一个。

一种风电系统，采用上述的变换器的控制方法实现。

本发明的积极进步效果在于：本发明用于变换器中电流传感器出现故障后的控制方法，首先采样电流传感器检测到的所有电流信号，判断出是否该电流传感器出现故障，然后对检测到的故障电流信号，使用修正电流信号代替，最后保证系统的正常运行。当本发明的变换器的控制方法用于风电系统中时，能够有效提升风电系统的运行稳定性和可靠性，即当系统中出现某电流传感器故障时不需要马上进行紧急停机，而可以继续正常运行，减小不必要的海上运维次数，降低海上运维成本，提高风电系统运行效率。

附图说明

图1为本发明实施例1的变换器的控制方法的流程图。

图2为本发明实施例1的变换器的控制方法中步骤30的流程图。

图3为本发明实施例2的变换器的控制方法的流程图。

图4为本发明实施例3的变换器的控制方法的流程图。

图5为本发明实施例3的风力发电系统的示意框图。

图6为本发明实施例4的变换器的控制系统的模块示意图。

图7为本发明实施例5的变换器的控制系统的模块示意图。

图8为本发明实施例6的变换器的控制系统的模块示意图。

具体实施方式

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。

实施例1

一种变换器的控制方法，特别的在需要使用大量电流传感器的并联变换器系统中，所述变换器包括所述变换器包括变流器、逆变器和整流器中的任意一个，也即所述控制方法应用于并联型变换器，所述并联型变换器中每个变换器的每相分别设置一个电流传感器，如图1所示，所述电流传感器用于检测变换器的输出电流，所述控制方法包括：

步骤10、预设电流阈值；需要说明的是，该阈值可以设定为阈值范围，也可以设定为误差阈值范围，也即对检测到的电流数据是否在正常阈值范围内进行判定；

步骤20、通过所述电流传感器获取相电流数据；

步骤30、根据所述相电流数据判断对应的电流传感器是否故障，若是，则执行步骤40；

步骤40、获取故障电流传感器的所属相，并根据与所述所属相同相的至少一个无故障电流传感器的相电流数据计算得到一电流修正值；较佳的，对所有无故障电流传感器的相电流数据进行计算以得到更优的电流修正值。

步骤50、使用所述电流修正值替换所述所属相中故障电流传感器的相电流数据。

其中，参见图2，步骤30具体包括：

步骤301、根据所述相电流数据得到一特征值；

步骤302、判断所述特征值是否超出所述电流阈值。

另外，步骤40具体包括：

对所述所属相中所述无故障电流传感器的相电流数据进行均值处理，得到所述电流修正值。需要说明的是，电流修正值的计算可根据实际使用进行调整，比如通过加权求值计算。

本实施例中，通过电流传感器检测得到所有电流信号，判断出是否该电流传感器出现故障，然后对检测到的故障电流信号，使用修正电流信号代替，最后保证系统的正常运行。当本发明的变换器的控制方法用于风电系统中时，能够有效提升风电系统的运行稳定性和可靠性，即当系统中出现某电流传感器故障时不需要马上进行紧急停机，而可以继续正常运行，减小不必要的海上运维次数，降低海上运维成本，提高风电系统运行效率。

实施例2

本实施例的变换器的控制方法是在实施例1的基础上进一步改进，如图3所示，所述变换器包括多种运行工况，风机的运行工况包括但不限于风机处于稳态运行状态、风机处于动态运行状态、或风机处于电流不平衡运行状态，步骤10具体包括：

步骤101、预设不同运行工况下的电流阈值；

进一步的，参见图3，步骤20之后，所述控制方法还包括：

步骤21、根据所述相电流数据确定所述变换器的当前运行工况；具体地，例如根据相电流数据的特征值确定所述变换器的当前运行工况。

进一步的，步骤30中，根据所述当前运行工况的电流阈值进行判断。

另外，参见图3，步骤50之前，所述控制方法还包括：

步骤41、对所述故障电流传感器置标志位；需要说明的是，进一步检测得到电流数据正常之后，要清零该标志位；

进一步的，参见图3，步骤50具体包括：

步骤501、检测所述所属相中任意电流传感器是否有标志位，若有，则执行步骤502；

步骤502、使用所述电流修正值替换有标志位的电流传感器检测得到的相电流数据。

本实施例中，将正常的电流数据及修正后的电流数据送入坐标变换并通过电流环调节得到调制波，最后送入到主动均流模块，进而进行后续的系统控制。

实施例3

本实施例的变换器的控制方法是在实施例1的基础上进一步改进，如图4所示，步骤10之后，所述控制方法还包括：

步骤11、预设检测时间阈值；

进一步的，参见图4，步骤30中，若判断结果为是，则先执行步骤31；

步骤31、判断所述特征值超出所述电流阈值的持续时间是否超出所述检测时间阈值，若是，再执行步骤40。

举个具体事例进一步阐述本发明的方案：

参见图5，图5为本发明一风力发电系统的示意框图，图中，l_g1至l_gn为发电机侧电抗器，l_n1至l_nn为电网侧电抗器，ct_g1至ct_gn为发电机侧电流传感器，ct_n1至ct_nn为电网侧电流传感器，gen_1至gen_n为发电机侧功率模块，net_1至net_n为电网侧功率模块；

根据以上风机所处不同运行状态，分别设定相应的误差阈值和检测时间阈值。比如：当ioc＝1时，表明风机处于稳态运行状态下；当ioc＝2时，表明风机处于动态运行状态下，此时可能会出现特征值突变情况；当ioc＝3时，表明处于电流不平衡运行状态下，此时也可能出现特征值突变情况；

通过电流传感器检测机网两端的相电流数据，即电流实时值，同时将检测到的相电流数据送入微处理器内，微处理器根据电流所属相将输入进来的相电流数据分为三组，即a、b、c三相相电流数据，然后分别在每相中对输入进来的每个相电流数据进行特征值处理(该特征值处理包括但不限于有效值处理，滑动平均值处理，均方值处理等)，并得到相应的特征值。

以a相的故障处理模块作用为例进行说明，电流信号采取滑动窗口求取平均值的计算方式，滑动平均值公式如下所示：

式中，1a表示第1个功率模块a相的电流传感器检测到的相电流数据，i1a,aver表示其n个采样点的平均值的绝对值，k表示当前k时刻，k-n表示k时刻之前的n个时刻。

值得注意的是：式中的k不是固定值，是一个随着时间变化而实时变化的参数值，呈现实时连续性；i1a,aver不是呈现周期性变化的数值，而是随着程序的运行实时变化的平均值；

然后，结合风机所处不同运行工况进行综合判断每个特征值是否超出设定的电流阈值，当特征值未超出电流阈值时，表明当前相的电流传感器检测进来的电流信息满足范围之内，清零标志位；当特征值超出电流阈值时，并且持续时间超过检测时间阈值时，表明功率模块的当前相的电流传感器检测进来的电流信息是不符合要求，设定输出该相电流数据的相为故障相，并对该相上的电流传感器置标志位。

在当前k时刻，计算iip至i(i+m)p之间的均值，计算公式如下所示：

式中，m表示m个健康电流传感器检测到的相电流数据，iip,k为k时刻p相第i个健康电流传感器检测到的相电流数据，ip,aver表示在当前时刻p相的m个健康电流传感器检测到的相电流数据的平均值。

实际操作中，通过标志位检测执行后续的进一步控制，当检测到iflag＝0时，表明所有电流传感器检测到的信号均为健康信号，满足控制需求，将当前时刻采样值直接输出；当检测到iflag＝1时，表明至少有一个电流传感器检测到的信号出现故障，通过计算得到的ip,aver然后用其代替具体故障电流传感器的输出电流数据。

本实施例中，当检测得到的电流数据超出阈值范围时，要进步对时间参数进行判定，也即进一步判断持续时间是否超过检测时间阈值，若是，才确定当前电流传感器检测进来的电流数据是不符合要求的。

实施例4

一种变换器的控制系统，所述变换器包括所述变换器包括变流器、逆变器和整流器中的任意一个，所述控制系统应用于并联型变换器，所述并联型变换器中每个变换器1的每相分别设置一个电流传感器3，如图6所示，所述控制系统包括预设模块2、第一判断模块4、计算模块5和替换模块6；

所述预设模块2用于预设电流阈值；需要说明的是，该阈值可以设定为阈值范围，也可以设定为误差阈值范围，也即对检测到的电流特征值是否在正常阈值范围内进行判定；

所述电流传感器3用于获取相电流数据；

所述第一判断模块4用于根据所述相电流数据判断对应的电流传感器3是否故障，若是，则调用所述计算模块5；

所述计算模块5用于获取故障电流传感器的所属相，并根据与所述所属相同相的至少一个无故障电流传感器的相电流数据计算得到一电流修正值；

所述替换模块6用于使用所述电流修正值替换所述所属相中故障电流传感器的相电流数据。

其中，所述第一判断模块4包括一计算单元401；

所述计算单元401用于根据所述相电流数据得到一特征值；

所述第一判断模块4用于判断所述特征值是否超出所述电流阈值。

另外，所述计算模块5用于对所述所属相中至少一个无故障电流传感器的相电流数据进行均值处理得到所述电流修正值。需要说明的是，电流修正值的计算可根据实际使用进行调整，比如通过加权求值计算。

本实施例中，通过电流传感器检测到得到所有电流信号，判断出是否该电流传感器出现故障，然后对检测到的故障电流信号，使用修正电流信号代替，最后保证系统的正常运行。当该变换器的控制系统运用于风电系统中时，能够有效提升风电系统的运行稳定性和可靠性，即当系统中出现某电流传感器故障时不需要马上进行紧急停机，而可以继续正常运行，减小不必要的海上运维次数，降低海上运维成本，提高风电系统运行效率。

实施例5

本实施例的变换器的控制系统是在实施例4的基础上进一步改进，如图7所示，所述变换器1包括多种运行工况，风机的运行工况包括但不限于风机处于稳态运行状态、风机处于动态运行状态、或风机处于电流不平衡运行状态，所述第一判断模块还包括工况确定单元402和电流阈值确定单元403；

所述预设模块2用于预设不同运行工况下的电流阈值；

所述工况确定单元402用于根据所述相电流数据确定所述变换器的当前运行工况；

所述电流阈值确定单元403用于根据所述当前运行工况得到当前运行工况的电流阈值；

所述第一判断模块4用于根据所述当前运行工况的电流阈值进行判断。

本实施例中，所述控制系统还包括标志位设置模块7和检测模块8；

所述标志位设置模块7用于对所述故障电流传感器置标志位；需要说明的是，进一步检测得到电流数据正常之后，要清零该标志位；

所述检测模块8用于检测所述所属相中任意电流传感器3是否有标志位，若有，则调用所述替换模块6；

所述替换模块6用于使用所述电流修正值替换有标志位的电流传感器检测得到的相电流数据。

本实施例中，将正常的电流数据及修正后的电流数据送入坐标变换并通过电流环调节得到调制波，最后送入到主动均流模块，进而进行后续的系统控制。

实施例6

本实施例的变换器的控制系统是在实施例4的基础上进一步改进，如图8所示，所述控制系统还包括第二判断模块9；

所述预设模块2还用于预设检测时间阈值；

在所述第一判断模块4的判断结果为是时，所述第二判断模块9用于判断所述特征值超出所述电流阈值的持续时间是否超出所述检测时间阈值，若是，则调用所述计算模块5执行计算所述电流修正值的动作。

本实施例中，当检测得到的电流数据超出阈值范围时，要进步对时间参数进行判定，也即进一步判断持续时间是否超过检测时间阈值，若是，才确定当前电流传感器检测进来的电流数据是不符合要求的。

实施例7

一种风电系统，采用上述实施例1至3中任一个所述的变换器的控制方法实现，能够有效提升风电系统的运行稳定性和可靠性，即当系统中出现某电流传感器故障时不需要马上进行紧急停机，而可以继续正常运行，减小不必要的海上运维次数，降低海上运维成本，提高风电系统运行效率。

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。