CN107508320B - 一种风力发电站及其黑启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风力发电站及其黑启动方法，在无电网供电的情况下，以小功率风电机组作为整个风力发电站的黑启动源，只需要利用UPS对其控制板进行控制供电，并在风况满足要求的情况下，为相应网侧变流器提供直流母线电压；再通过网侧变流器的运行，以变压器为相应主控单元供电，进而实现相应大功率风电机组的运行；最后通过机侧变流器的运行输出所述直流母线电压，配合网侧变流器建立交流电网，带动其他发电机组启动。本方法中的该小功率风电机组，在无电网时作为整个风场的黑启动源，通过自身启动带动全部发电机组启动，形成了与火电等互补发电，提高了电网的鲁棒性；并且，在电网正常时也能够正常并网发电，产生经济效益，解决了现有技术中采用储能装置作为黑启动源导致的成本增加的问题。

Description

一种风力发电站及其黑启动方法

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种风力发电站及其黑启动方法。

背景技术

随着新能源技术的发展，新能源的装机量越来越大，对电网的贡献也慢慢变得举足轻重。虽然新能源发电厂往往从开始吊装到并网的周期较短，但是在新能源发电厂初始静调试，往往电网并没有送电，这给电站的调试带来较大的不便。并且，由于目前电站的控制等配电由电网提供，所以当电网因故障停电时所有的新能源电站均处于停机状态，给发电站造成很大损失。

现有技术中，一般采用储能装置来实现风力发电站的黑启动，即整个电网***停电以后或尚未开始供电之前，不依赖别的***帮助，通过***中具有自启动能力的机组的启动来带动无自启动能力的机组，进而逐渐扩大***供电范围，最终实现整个***的恢复的过程。

但是以储能装置作为黑启动源时，由于其被利用的频率较低，因此，相当于在一定意义上增加了成本。

发明内容

本发明提供一种风力发电站及其黑启动方法，以解决现有技术中采用储能装置作为黑启动源导致的成本增加的问题。

为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：

一种风力发电站的黑启动方法，所述风力发电站包括：N个发电机组，N为正整数；每个所述发电机组中均包括：大功率风电机组、变流单元、变压器、不间断电源UPS、主控单元及变桨单元；N个所述发电机组中的第一发电机组中还包括：小功率风电机组、不控整流桥、升压斩波模块及控制板；所述风力发电站的黑启动方法包括：

无电网供电的情况下，所述第一发电机组中的UPS为所述控制板供电，并为相应变流单元提供控制用电；

所述控制板判断风况是否满足第一预设条件；

若风况满足所述第一预设条件，则所述控制板控制所述小功率风电机组运行，以为相应变流单元提供直流母线电压；

所述第一发电机组中变流单元内的网侧变流器接收所述直流母线电压并运行，使相应变压器为相应的主控单元及变桨单元供电；

所述第一发电机组中的主控单元控制相应大功率风电机组运行；

所述第一发电机组中变流单元内的机侧变流器判断相应大功率风电机组的输出是否满足第二预设条件；

若相应大功率风电机组的输出满足所述第二预设条件，则所述第一发电机组中变流单元内的机侧变流器运行，以输出所述直流母线电压，配合相应网侧变流器提供符合要求的交流母线电压，为其他发电机组提供控制和并网用电，进而带动其他发电机组启动。

优选的，所述控制板控制所述小功率风电机组运行，包括：

所述控制板控制所述小功率风电机组启动；

所述控制板根据直流电压给定值及检测得到的直流母线电压值，通过控制所述升压斩波模块中开关的导通频率和占空比，实现直流母线电压的闭环控制。

优选的，所述第一发电机组中变流单元内的网侧变流器接收所述直流母线电压并运行，包括：

所述网侧变流器检测到所述直流母线电压达到启动阈值后，控制自身主电路启动；

所述网侧变流器根据交流电压指令值，通过控制自身主电路中开关管的导通频率和占空比，实现交流侧电压的闭环控制。

优选的，所述第一发电机组中变流单元内的机侧变流器运行，包括：

所述机侧变流器控制自身主电路启动；

所述机侧变流器根据直流电压给定值，通过控制自身主电路中开关管的导通频率和占空比，实现直流母线电压的闭环控制。

优选的，在所述第一发电机组中变流单元内的机侧变流器运行的同时，还包括：所述控制板根据所述第一发电机组中变流单元内的机侧变流器发送的通信信息，切除所述小功率风电机组；

带动其他发电机组启动之后，还包括：所述控制板根据所述第一发电机组中的主控单元发送的通信信息，控制所述小功率风电机组再次运行。

优选的，所述控制板根据所述第一发电机组中的主控单元发送的通信信息，控制所述小功率风电机组再次运行，包括：

所述控制板控制所述小功率风电机组启动；

所述控制板根据检测得到的所述升压斩波模块中的电感电流及电容电压，通过控制所述升压斩波模块中开关的导通频率和占空比，实现所述小功率风电机组的最大功率跟踪控制。

优选的，所述第一预设条件为：所述小功率风电机组的发电功率至少能够满足一台大功率风电机组的主控单元用电。

优选的，所述第二预设条件为：所述大功率风电机组的定子电压大于相应机侧变流器的启动电压。

一种风力发电站，包括：N个发电机组，N为正整数；每个所述发电机组中均包括：大功率风电机组、变流单元、变压器、UPS、主控单元及变桨单元；

其中，所述大功率风电机组、所述变流单元及所述变压器依次串联，所述变压器的第一输出端与交流母线相连，所述变压器的第二输出端分别与所述主控单元、所述变桨单元及所述UPS的供电端相连；所述UPS的电能输出端与所述变流单元的控制供电端相连；所述主控单元与所述变流单元及所述变桨单元的控制端相连；所述变桨单元与所述大功率风电机组的控制端相连；

N个所述发电机组中的第一发电机组中还包括：小功率风电机组、不控整流桥、升压斩波模块及控制板；

所述小功率风电机组、所述不控整流桥及所述升压斩波模块依次串联，所述升压斩波模块的输出端与相应变流单元内的直流母线相连；所述升压斩波模块的控制端与所述控制板相连；所述控制板分别与相应主控单元及变流单元通信相连；

所述第一发电机组中的UPS用于在无电网供电的情况下，为所述控制板供电，并为相应变流单元提供控制用电；

所述控制板用于判断风况是否满足第一预设条件；并在风况满足所述第一预设条件时，控制所述小功率风电机组运行，以为相应变流单元提供直流母线电压；

所述第一发电机组中变流单元内的网侧变流器用于接收所述直流母线电压并运行，使相应变压器为相应的主控单元及变桨单元供电；

所述第一发电机组中的主控单元用于控制相应大功率风电机组运行；

所述第一发电机组中变流单元内的机侧变流器用于判断相应大功率风电机组的输出是否满足第二预设条件；并在相应大功率风电机组的输出满足所述第二预设条件时运行，以输出所述直流母线电压，配合相应网侧变流器提供符合要求的交流母线电压，为其他发电机组提供控制和并网用电，进而带动其他发电机组启动。

优选的，所述控制板用于控制所述小功率风电机组运行时，具体用于：

所述控制板控制所述小功率风电机组启动；

所述控制板根据直流电压给定值及检测得到的直流母线电压值，通过控制所述升压斩波模块中开关的导通频率和占空比，实现直流母线电压的闭环控制。

优选的，所述第一发电机组中变流单元内的网侧变流器用于接收所述直流母线电压并运行时，具体用于：

检测到所述直流母线电压达到启动阈值后，控制自身主电路启动；

根据交流电压指令值，通过控制自身主电路中开关管的导通频率和占空比，实现交流侧电压的闭环控制。

优选的，所述第一发电机组中变流单元内的机侧变流器用于运行时，具体用于：

控制自身主电路启动；

根据直流电压给定值，通过控制自身主电路中开关管的导通频率和占空比，实现直流母线电压的闭环控制。

优选的，所述控制板还用于：

在所述第一发电机组中变流单元内的机侧变流器运行的同时，根据所述第一发电机组中变流单元内的机侧变流器发送的通信信息，切除所述小功率风电机组；

所述第一发电机组带动其他发电机组启动之后，根据所述第一发电机组中的主控单元发送的通信信息，控制所述小功率风电机组再次运行。

优选的，所述控制板用于根据所述第一发电机组中的主控单元发送的通信信息，控制所述小功率风电机组再次运行时，具体用于：

控制所述小功率风电机组启动；

根据检测得到的所述升压斩波模块中的电感电流及电容电压，通过控制所述升压斩波模块中开关的导通频率和占空比，实现所述小功率风电机组的最大功率跟踪控制。

优选的，其他发电机组中变流单元内的网侧变流器还用于执行无功功率调节和外部电源电压的下垂控制。

优选的，所述第一发电机组中的主控单元还用于：

若因对所述风力发电站进行初始静调试而出现无电网供电的情况，则在初始静调试结束且其他发电机组均停机之后，根据其他发电机组中主控单元发送的停机信息，进行黑启动源停机控制；

若因电网故障而出现无电网供电的情况，则在电网恢复正常且在其他发电机组均停机之后，根据其他发电机组中主控单元发送的停机信息，进行黑启动源停机控制；并在停机后，控制相应的大功率风电机组及小功率风电机组与其他发电机组同时正常发电。

优选的，各个发电机组中变流单元内的网侧变流器还用于：电网正常供电的情况下，检测到所述直流母线电压达到启动阈值后，控制自身主电路启动，并根据检测得到的直流母线电压，通过控制自身主电路中开关管的导通频率和占空比，实现直流母线电压的闭环控制；

各个发电机组中变流单元内的机侧变流器还用于：电网正常供电的情况下，判断相应大功率风电机组的输出满足所述第二预设条件之后，控制自身主电路启动，并根据检测得到的大功率风电机组定子电流，通过控制自身主电路中开关管的导通频率和占空比，实现电流闭环控制。

本发明提供的风力发电站的黑启动方法，在无电网供电的情况下，以小功率风电机组作为整个风力发电站的黑启动源，只需要利用UPS对其控制板进行控制供电，并在风况满足要求的情况下，为相应网侧变流器提供直流母线电压；再通过网侧变流器的运行，以变压器为相应主控单元供电，进而实现相应大功率风电机组的运行；最后通过机侧变流器的运行输出所述直流母线电压，配合网侧变流器建立交流电网，带动其他发电机组启动。本方法中的该小功率风电机组，在无电网时作为整个风场的黑启动源，通过自身启动带动全部发电机组启动，形成了与火电等互补发电，提高了电网的鲁棒性；并且，在电网正常时也能够正常并网发电，产生经济效益，解决了现有技术中采用储能装置作为黑启动源导致的成本增加的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明实施例提供的风力发电站的结构示意图；

图2是本发明另一实施例提供的风力发电站的黑启动方法的流程图；

图3是本发明另一实施例提供的风力发电站的黑启动方法的流程图；

图4是本发明另一实施例提供的风力发电站的黑启动方法的流程图；

图5是本发明另一实施例提供的风力发电站的黑启动方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本发明提供一种风力发电站的黑启动方法，以解决现有技术中采用储能装置作为黑启动源导致的成本增加的问题。

具体的，参见图1，该风力发电站包括：N个发电机组，N为正整数；每个发电机组中均包括：大功率风电机组、变流单元、变压器、UPS(Uninterruptible Power System，不间断电源)、主控单元及变桨单元；N个发电机组中的第一发电机组中还包括：小功率风电机组、不控整流桥、升压斩波模块及控制板。

该第一发电机组为N个发电机组中的任意一个，如图1所示的1#发电机组，可以视其具体应用环境而定，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

参见图2，该风力发电站的黑启动方法包括：

S101、无电网供电的情况下，第一发电机组中的UPS为控制板供电，并为相应变流单元提供控制用电；

对风力发电站进行初始静调试，或者，电网故障，都会出现无电网供电的情况，此时，可以暂时先通过发电机组内自带的UPS为控制板和相应变流单元提供控制用电，使该控制板能够实现对于当前风况的判断。

S102、控制板判断风况是否满足第一预设条件；

优选的，该第一预设条件可以是小功率风电机组的发电功率至少能够满足一台大功率风电机组的主控单元用电；如果不够，则没有必要启动该小功率风电机组；只有在该小功率风电机组的发电功率足够大，能够满足一台大功率风电机组的主控用电，才有必要启动小功率风电机组。

或者，该第一预设条件也可以是指小功率风电机组的发电功率至少能够为相应变流单元提供直流母线电压，也即，对小功率风电机组的发电功率提出了更高要求；当然，对于该条件的设置，此处不做具体限定，可以视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

若风况满足第一预设条件，则执行步骤S103；

S103、控制板控制小功率风电机组运行，以为相应变流单元提供直流母线(如图1所示的1#直流母线)电压；

该小功率风电机组的发电功率足够大，能够满足一台大功率风电机组的主控单元用电，则该小功率风电机组可以作为该风力发电站的黑启动源。

S104、第一发电机组中变流单元内的网侧变流器(如图1所示的1#网侧变流器)接收直流母线电压并运行，使相应变压器为相应的主控单元及变桨单元供电；

相应变流单元具备直流母线电压之后，即可通过网侧变流器的运行，为相应变压器的原边绕组提供交流电压，该交流电压经过变压器之后，可以由变压器的辅助绕组提供相应的电能，为主控单元、变桨单元及UPS供电。

S105、第一发电机组中的主控单元控制相应大功率风电机组运行；

主控单元具备供电电能之后，即可控制相应大功率风电机组运行，使其具有输出，以供后续判断所用。

S106、第一发电机组中变流单元内的机侧变流器判断相应大功率风电机组(如图1所示的1#大功率风电机组)的输出是否满足第二预设条件；

优选的，该第二预设条件可以是大功率风电机组的定子电压大于机侧变流器的启动电压，也即机侧变流器进行磁场定向矢量控制所要求的定子电压下限阈值；对于该启动电压的设置，此处不做具体限定，可以视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

若相应大功率风电机组的输出满足第二预设条件，则说明此时大功率风电机组能够带动机侧变流器进行磁场定向矢量控制，可以执行步骤S107；

S107、第一发电机组中变流单元内的机侧变流器运行，以输出直流母线电压，配合相应网侧变流器提供符合要求的交流母线电压，为其他发电机组提供控制和并网用电，进而带动其他发电机组启动。

该机侧变流器运行后，输出直流母线电压，配合相应网侧变流器输出合适的交流电压，使得第一发电机组能够正常发电，进而通过变压器输出幅值35kV、频率50Hz的交流母线电压，使得其他发电机组能够通过各自的变压器接收交流母线电压，再通过各自的变压器为自身提供控制和并网用电，使得其他发电机组(如图1所示的2#发电机组至n#发电机组)具备正常启动的能力。

本实施例提供的该风力发电站的黑启动方法，在无电网供电的情况下，以小功率风电机组作为整个风力发电站的黑启动源，只需要利用UPS对其控制板进行控制供电，并在风况满足要求的情况下，为相应网侧变流器提供直流母线电压；再通过网侧变流器的运行，以变压器为相应主控单元供电，进而实现相应大功率风电机组的运行；最后通过机侧变流器的运行输出直流母线电压，配合网侧变流器建立交流电网，带动其他发电机组启动。本方法中的该小功率风电机组，在无电网时作为整个风场的黑启动源，通过自身启动带动全部发电机组启动，形成了与火电等互补发电，提高了电网的鲁棒性；并且，在电网正常时也能够正常并网发电，产生经济效益，解决了现有技术中采用储能装置作为黑启动源导致的成本增加的问题。

值得说明的是，现有技术中也存在以柴油发电机和光伏电池板作为风力发电站黑启动源的方案，但是柴油发电机的供电范围小，不在整个输电线路建立电网，难以同时启动整个风场风机，对整个风场的电源支撑非常有限；而且柴油发电机需要人工搬运，干预启动过程，浪费人力物力，智能化程度低；另外，柴油发电机不仅属于耗能装置，有悖于新能源发电的理念。而采用光伏电池板作为黑启动源，其供电受限于光照条件，只有在有光照的时候才能对电网进行支撑，在夜间及存在光线遮挡时则无法实现上述黑启动。

而本实施例提供的该风力发电站的黑启动方法，其小功率风电机组仅利用自身UPS供电便可通过启动带动同一发电机组的大功率风电机组实现启动，再通过该大功率风电机组带动其他发电机组启动，进而实现整个风力发电站的并网发电，为整个电网提供电能；并且，其小功率风电机组在检测无电网供电时能够通过其控制板自动实现上述切换控制，无需人工干预，智能化程度高；另外，该小功率风电机组在电网正常时也能够正常并网发电，产生经济效益，不消耗能源，避免了现有技术中以柴油发电机作为风力发电站黑启动源的上述诸多缺点。而且本方法不需要受限于光照条件，不仅方便了风力发电站的初期静调试，提高了发电机组的并网效率，同时实现了与火电厂的互补发电，大大降低了因电网故障对下游用户造成的损失。

本发明另一实施例还提供了一种具体的风力发电站的黑启动方法，在上述实施例及图1和图2的基础之上，优选的，参见图3，步骤S103中的控制板控制小功率风电机组运行，包括：

S301、控制板控制小功率风电机组启动；

S302、控制板根据直流电压给定值及检测得到的直流母线电压值，通过控制升压斩波模块中开关的导通频率和占空比，实现直流母线电压的闭环控制。

优选的，参见图4，步骤S104中的第一发电机组中变流单元内的网侧变流器接收直流母线电压并运行，包括：

S401、网侧变流器检测到直流母线电压达到启动阈值后，控制自身主电路启动；

S402、网侧变流器根据交流电压指令值，通过控制自身主电路中开关管的导通频率和占空比，实现交流侧电压的闭环控制。

其中，交流电压指令值由电网线电压有效值Um确定，交流电压指令值可以给定为Vg＝0.82Um。

通过上述交流侧电压的闭环控制，能够得到电网线电压有效值Um，频率50Hz的恒定电网。并且，经过相应变压器给第一发电机组提供主控单元的供电电能。

优选的，参见图5，步骤S107中的第一发电机组中变流单元内的机侧变流器运行，包括：

S701、机侧变流器控制自身主电路启动；

S702、机侧变流器根据直流电压给定值，通过控制自身主电路中开关管的导通频率和占空比，实现直流母线电压的闭环控制。

另外，优选的，在步骤S107中的第一发电机组中变流单元内的机侧变流器运行的同时，该风力发电站的黑启动方法还包括：控制板根据第一发电机组中变流单元内的机侧变流器发送的通信信息，切除小功率风电机组；然后以第一发电机组作为黑启动源，为35kV的交流母线提供一个温度的参考电压，并通过各个变压器为其他发电机组提供控制和并网发电。若其他发电机组满足并网发电要求，则启动其他各个发电机组中的网侧变流器(如图1所示的2#网侧变流器至n#网侧变流器)，建立各自的直流母线(如图1所示的2#直流母线至n#直流母线)电压后，再启动相应的机侧变流器(如图1所示的2#机侧变流器至n#机侧变流器)，使相应大功率风电机组(如图1所示的2#大功率风电机组至n#大功率风电机组)实现并网发电。其中，其他发电机组中的网侧变流器执行直流电压闭环控制，机侧变流器执行电流闭环控制。

优选的，在步骤S107中的带动其他发电机组启动之后，该风力发电站的黑启动方法还包括：控制板根据第一发电机组中的主控单元发送的通信信息，控制小功率风电机组再次运行。

优选的，该控制板根据第一发电机组中的主控单元发送的通信信息，控制小功率风电机组再次运行，包括：

控制板控制小功率风电机组启动；

控制板根据检测得到的升压斩波模块中的电感电流及电容电压，通过控制升压斩波模块中开关的导通频率和占空比，实现小功率风电机组的最大功率跟踪控制。

本发明另一实施例还提供了一种风力发电站，参见图1，包括：N个发电机组，N为正整数；每个发电机组中均包括：大功率风电机组、变流单元、变压器、UPS、主控单元及变桨单元；

其中，大功率风电机组、变流单元及变压器依次串联，变压器的第一输出端与交流母线相连，变压器的第二输出端分别与主控单元、变桨单元及UPS的供电端相连；UPS的电能输出端与变流单元的控制供电端相连；主控单元与变流单元及变桨单元的控制端相连；变桨单元与大功率风电机组的控制端相连；

第一发电机组中的UPS用于在无电网供电的情况下，为控制板供电，并为相应变流单元提供控制用电；

控制板用于判断风况是否满足第一预设条件；并在风况满足第一预设条件时，控制小功率风电机组运行，以为相应变流单元提供直流母线电压；

第一发电机组中变流单元内的网侧变流器用于接收直流母线电压并运行，使相应变压器为相应的主控单元及变桨单元供电；

第一发电机组中的主控单元用于控制相应大功率风电机组运行；

第一发电机组中变流单元内的机侧变流器用于判断相应大功率风电机组的输出是否满足第二预设条件；并在相应大功率风电机组的输出满足第二预设条件时运行，以输出直流母线电压，配合相应网侧变流器提供符合要求的交流母线电压，为其他发电机组提供控制和并网用电，进而带动其他发电机组启动。

具体的工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

第一发电机组(如图1所示的1#大功率风电机组)中的大功率风电机组和小功率风电机组共用一个网侧变流器(如图1所示的1#网侧变流器)，而小功率风电机组相对于大功率风电机组的功率相差较大，所以原网侧变流器在不增加容量的基础上即可直接运行，节省成本。

优选的，控制板用于控制小功率风电机组运行时，具体用于：

控制板控制小功率风电机组启动；

控制板根据直流电压给定值及检测得到的直流母线电压值，通过控制升压斩波模块中开关的导通频率和占空比，实现直流母线电压的闭环控制。

优选的，第一发电机组中变流单元内的网侧变流器用于接收直流母线电压并运行时，具体用于：

检测到直流母线电压达到启动阈值后，控制自身主电路启动；

根据交流电压指令值，通过控制自身主电路中开关管的导通频率和占空比，实现交流侧电压的闭环控制。

优选的，第一发电机组中变流单元内的机侧变流器用于运行时，具体用于：

控制自身主电路启动；

根据直流电压给定值，通过控制自身主电路中开关管的导通频率和占空比，实现直流母线电压的闭环控制。

优选的，控制板还用于：

在第一发电机组中变流单元内的机侧变流器运行的同时，根据第一发电机组中变流单元内的机侧变流器发送的通信信息，切除小功率风电机组；

第一发电机组带动其他发电机组启动之后，根据第一发电机组中的主控单元发送的通信信息，控制小功率风电机组再次运行。

优选的，控制板用于根据第一发电机组中的主控单元发送的通信信息，控制小功率风电机组再次运行时，具体用于：

控制小功率风电机组启动；

根据检测得到的升压斩波模块中的电感电流及电容电压，通过控制升压斩波模块中开关的导通频率和占空比，实现小功率风电机组的最大功率跟踪控制。

优选的，其他发电机组中变流单元内的网侧变流器还用于执行无功功率调节和外部电源电压的下垂控制。

其他发电机组中的网侧变流器还要执行无功功率调节和外部电源电压的下垂控制，实时计算供电电源电压幅值与给定的电网线电压有效值Um的电压差，根据该电压差执行输出无功功率控制，为黑启动***提供无功功率支撑，保证供电电源电压的稳定性。

优选的，第一发电机组中的主控单元还用于：

若因对风力发电站进行初始静调试而出现无电网供电的情况，则在初始静调试结束且其他发电机组均停机之后，根据其他发电机组中主控单元发送的停机信息，进行黑启动源停机控制；

若因电网故障而出现无电网供电的情况，则在电网恢复正常且在其他发电机组均停机之后，根据其他发电机组中主控单元发送的停机信息，进行黑启动源停机控制；并在停机后，控制相应的大功率风电机组及小功率风电机组与其他发电机组同时正常发电。

也就是说，上述黑启动功能若发生在静态调试过程中，则等静态调试结束，首先执行其他发电机组的停机指令，然后执行第一发电机组的停机指令。若因发生电网故障而执行上述黑启动功能，则在上述黑启动功能过程中若电网恢复正常，也先执行其他发电机组的停机指令，再执行第一发电机组的停机指令；然后再同时启动全部发电机组，进行正常并网发电，其中的小功率风电机组在启动后，根据检测得到的升压斩波模块中的电感电流及电容电压，通过控制升压斩波模块中开关的导通频率和占空比，实现小功率风电机组的最大功率跟踪控制。

优选的，各个发电机组中变流单元内的网侧变流器还用于：电网正常供电的情况下，检测到直流母线电压达到启动阈值后，控制自身主电路启动，并根据检测得到的直流母线电压，通过控制自身主电路中开关管的导通频率和占空比，实现直流母线电压的闭环控制；

各个发电机组中变流单元内的机侧变流器还用于：电网正常供电的情况下，判断相应大功率风电机组的输出满足第二预设条件之后，控制自身主电路启动，并根据检测得到的大功率风电机组定子电流，通过控制自身主电路中开关管的导通频率和占空比，实现电流闭环控制。

其余运行原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (17)

1.一种风力发电站的黑启动方法，其特征在于，所述风力发电站包括：N个发电机组，N为大于1的正整数；每个所述发电机组中均包括：大功率风电机组、变流单元、变压器、不间断电源UPS、主控单元及变桨单元；N个所述发电机组中的第一发电机组中还包括：小功率风电机组、不控整流桥、升压斩波模块及控制板；所述风力发电站的黑启动方法包括：

无电网供电的情况下，所述第一发电机组中的UPS为所述控制板供电，并为相应变流单元提供控制用电；

所述控制板判断风况是否满足第一预设条件；

若风况满足所述第一预设条件，则所述控制板控制所述小功率风电机组运行，以为相应变流单元提供直流母线电压；

所述第一发电机组中变流单元内的网侧变流器接收所述直流母线电压并运行，使相应变压器为相应的主控单元及变桨单元供电；

所述第一发电机组中的主控单元控制相应大功率风电机组运行；

所述第一发电机组中变流单元内的机侧变流器判断相应大功率风电机组的输出是否满足第二预设条件；

若相应大功率风电机组的输出满足所述第二预设条件，则所述第一发电机组中变流单元内的机侧变流器运行，以输出所述直流母线电压，配合相应网侧变流器提供符合要求的交流母线电压，为其他发电机组提供控制和并网用电，进而带动其他发电机组启动。

2.根据权利要求1所述的风力发电站的黑启动方法，其特征在于，所述控制板控制所述小功率风电机组运行，包括：

所述控制板控制所述小功率风电机组启动；

所述控制板根据直流电压给定值及检测得到的直流母线电压值，通过控制所述升压斩波模块中开关的导通频率和占空比，实现直流母线电压的闭环控制。

3.根据权利要求1所述的风力发电站的黑启动方法，其特征在于，所述第一发电机组中变流单元内的网侧变流器接收所述直流母线电压并运行，包括：

所述网侧变流器检测到所述直流母线电压达到启动阈值后，控制自身主电路启动；

所述网侧变流器根据交流电压指令值，通过控制自身主电路中开关管的导通频率和占空比，实现交流侧电压的闭环控制。

4.根据权利要求1所述的风力发电站的黑启动方法，其特征在于，所述第一发电机组中变流单元内的机侧变流器运行，包括：

所述机侧变流器控制自身主电路启动；

所述机侧变流器根据直流电压给定值，通过控制自身主电路中开关管的导通频率和占空比，实现直流母线电压的闭环控制。

5.根据权利要求1所述的风力发电站的黑启动方法，其特征在于，在所述第一发电机组中变流单元内的机侧变流器运行的同时，还包括：所述控制板根据所述第一发电机组中变流单元内的机侧变流器发送的通信信息，切除所述小功率风电机组；

带动其他发电机组启动之后，还包括：所述控制板根据所述第一发电机组中的主控单元发送的通信信息，控制所述小功率风电机组再次运行。

6.根据权利要求5所述的风力发电站的黑启动方法，其特征在于，所述控制板根据所述第一发电机组中的主控单元发送的通信信息，控制所述小功率风电机组再次运行，包括：

所述控制板控制所述小功率风电机组启动；

所述控制板根据检测得到的所述升压斩波模块中的电感电流及电容电压，通过控制所述升压斩波模块中开关的导通频率和占空比，实现所述小功率风电机组的最大功率跟踪控制。

7.根据权利要求1至6任一所述的风力发电站的黑启动方法，其特征在于，所述第一预设条件为：所述小功率风电机组的发电功率至少能够满足一台大功率风电机组的主控单元用电。

8.根据权利要求1至6任一所述的风力发电站的黑启动方法，其特征在于，所述第二预设条件为：所述大功率风电机组的定子电压大于相应机侧变流器的启动电压。

9.一种风力发电站，其特征在于，包括：N个发电机组，N为大于1的正整数；每个所述发电机组中均包括：大功率风电机组、变流单元、变压器、UPS、主控单元及变桨单元；

其中，所述大功率风电机组、所述变流单元及所述变压器依次串联，所述变压器的第一输出端与交流母线相连，所述变压器的第二输出端分别与所述主控单元、所述变桨单元及所述UPS的供电端相连；所述UPS的电能输出端与所述变流单元的控制供电端相连；所述主控单元与所述变流单元及所述变桨单元的控制端相连；所述变桨单元与所述大功率风电机组的控制端相连；

N个所述发电机组中的第一发电机组中还包括：小功率风电机组、不控整流桥、升压斩波模块及控制板；

所述小功率风电机组、所述不控整流桥及所述升压斩波模块依次串联，所述升压斩波模块的输出端与相应变流单元内的直流母线相连；所述升压斩波模块的控制端与所述控制板相连；所述控制板分别与相应主控单元及变流单元通信相连；

所述第一发电机组中的UPS用于在无电网供电的情况下，为所述控制板供电，并为相应变流单元提供控制用电；

所述控制板用于判断风况是否满足第一预设条件；并在风况满足所述第一预设条件时，控制所述小功率风电机组运行，以为相应变流单元提供直流母线电压；

所述第一发电机组中变流单元内的网侧变流器用于接收所述直流母线电压并运行，使相应变压器为相应的主控单元及变桨单元供电；

所述第一发电机组中的主控单元用于控制相应大功率风电机组运行；

所述第一发电机组中变流单元内的机侧变流器用于判断相应大功率风电机组的输出是否满足第二预设条件；并在相应大功率风电机组的输出满足所述第二预设条件时运行，以输出所述直流母线电压，配合相应网侧变流器提供符合要求的交流母线电压，为其他发电机组提供控制和并网用电，进而带动其他发电机组启动。

10.根据权利要求9所述的风力发电站，其特征在于，所述控制板用于控制所述小功率风电机组运行时，具体用于：

所述控制板控制所述小功率风电机组启动；

所述控制板根据直流电压给定值及检测得到的直流母线电压值，通过控制所述升压斩波模块中开关的导通频率和占空比，实现直流母线电压的闭环控制。

11.根据权利要求9所述的风力发电站，其特征在于，所述第一发电机组中变流单元内的网侧变流器用于接收所述直流母线电压并运行时，具体用于：

检测到所述直流母线电压达到启动阈值后，控制自身主电路启动；

根据交流电压指令值，通过控制自身主电路中开关管的导通频率和占空比，实现交流侧电压的闭环控制。

12.根据权利要求9所述的风力发电站，其特征在于，所述第一发电机组中变流单元内的机侧变流器用于运行时，具体用于：

控制自身主电路启动；

根据直流电压给定值，通过控制自身主电路中开关管的导通频率和占空比，实现直流母线电压的闭环控制。

13.根据权利要求9所述的风力发电站，其特征在于，所述控制板还用于：

在所述第一发电机组中变流单元内的机侧变流器运行的同时，根据所述第一发电机组中变流单元内的机侧变流器发送的通信信息，切除所述小功率风电机组；

所述第一发电机组带动其他发电机组启动之后，根据所述第一发电机组中的主控单元发送的通信信息，控制所述小功率风电机组再次运行。

14.根据权利要求13所述的风力发电站，其特征在于，所述控制板用于根据所述第一发电机组中的主控单元发送的通信信息，控制所述小功率风电机组再次运行时，具体用于：

控制所述小功率风电机组启动；

根据检测得到的所述升压斩波模块中的电感电流及电容电压，通过控制所述升压斩波模块中开关的导通频率和占空比，实现所述小功率风电机组的最大功率跟踪控制。

15.根据权利要求9至14任一所述的风力发电站，其特征在于，其他发电机组中变流单元内的网侧变流器还用于执行无功功率调节和外部电源电压的下垂控制。

16.根据权利要求9至14任一所述的风力发电站，其特征在于，所述第一发电机组中的主控单元还用于：

若因对所述风力发电站进行初始静调试而出现无电网供电的情况，则在初始静调试结束且其他发电机组均停机之后，根据其他发电机组中主控单元发送的停机信息，进行黑启动源停机控制；

若因电网故障而出现无电网供电的情况，则在电网恢复正常且在其他发电机组均停机之后，根据其他发电机组中主控单元发送的停机信息，进行黑启动源停机控制；并在停机后，控制相应的大功率风电机组及小功率风电机组与其他发电机组同时正常发电。

17.根据权利要求9至14任一所述的风力发电站，其特征在于，各个发电机组中变流单元内的网侧变流器还用于：电网正常供电的情况下，检测到所述直流母线电压达到启动阈值后，控制自身主电路启动，并根据检测得到的直流母线电压，通过控制自身主电路中开关管的导通频率和占空比，实现直流母线电压的闭环控制；

各个发电机组中变流单元内的机侧变流器还用于：电网正常供电的情况下，判断相应大功率风电机组的输出满足所述第二预设条件之后，控制自身主电路启动，并根据检测得到的大功率风电机组定子电流，通过控制自身主电路中开关管的导通频率和占空比，实现电流闭环控制。

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