CN111373620B - 风力发电厂的重复性故障保护 - Google Patents

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Abstract

一种用于运行连接到电力网络的风力涡轮发电机、以解决由至少一个电路断路器在短路之后自动重新闭合所引起的所述电力网络上的重复性电压故障的方法。该方法包括：识别所述电力网络的电压水平与所述网络的正常运行电压水平的偏差；确定所识别的偏差是否满足自动重新闭合的标准；以及如果满足自动重新闭合的标准，则以重复性故障模式运行所述风力涡轮发电机。在以重复性故障模式运行风力涡轮发电机时，所述方法包括：从所述偏差监测所述电压水平的恢复；将电压的恢复分类为至少强恢复或弱恢复中的一种；以及根据恢复的类别实施穿越协议。

Description

风力发电厂的重复性故障保护
技术领域
本公开涉及保护和控制可再生能源工厂的方法和***。更具体地，本公开涉及在电力网络故障、尤其是重复性电力网络故障期间保护风力发电厂的方法。
背景技术
风力发电厂以及其他可再生能源发电厂被期望符合它们所连接的电力网络的特定要求。通常包括多个风力涡轮发电机并且还被称为风电站或风电场的风力发电厂各自连接到电力网络或“电网”。在电力网络处，在正常运行条件下，从每个风力发电厂输出到网络的电力由电厂控制***或控制器(PPC)控制。在异常运行条件下，例如在电网故障期间，风力涡轮发电机受到风力涡轮机控制器实施的低压穿越(LVRT)和故障穿越(FRT)保护方案的保护。PPC和风力涡轮机控制器均执行传输***运营商(TSO)或者特定国家的电网互连要求或“电网规则”所设定的运行限制和要求，以实现电力供应的连续性。
建立电力供应的连续性对于电网运行和控制尤为重要。当发生瞬态故障时，会对这种连续性提出显著的挑战，发生瞬态故障会导致电压骤降，同时发生故障的线路或设备会通过断开故障周围的电路断路器而临时离线。瞬态故障通常只是临时事件，例如绝缘子上的飞弧或电力线上的自清除故障，并且许多电力网络的优选方法是在预定义的时间延迟后自动重新闭合跳闸的断路器，以增加电力供应的可用性。如果在断路器重新闭合时故障仍未完全清除，则可能会有第二次电压骤降，并且该故障成为重复性故障。直到故障清除为止，可能会有多次骤降。风力涡轮发电机被期望在这种临时故障中保持连接到电力网络。
如前所述，在外部故障情况下，通过LVRT保护方案来保护每个风力涡轮发电机免受超出其容许极限的电压偏差的影响。该保护方案运行以在故障期间跟踪预定义的曲线，并被设定为针对该曲线以下的任何电压偏差将涡轮机断开连接。涡轮机应在所有其他时间保持连接到网络。如果达到穿越阈值，将重置LVRT保护方案，以准备好用于将来的故障。
但是，即使涡轮机设计和LVRT保护方案与电力网络的要求相协调，重复性故障情况仍是风力发电厂运行中的问题。更精确地，由于LVRT保护方案的配置没有将重复性故障考虑在内，因此运行常规的LVRT保护方案可能导致风力涡轮发电机与电力网络的不希望的断开连接。即使将LVRT保护方案配置为符合与重复性故障有关的网络要求，由于其他保护***优先于LVRT保护方案运行，还是可能会导致冲突。该冲突影响LVRT保护方案以及其他保护方案为风力涡轮发电机提供足够保护的能力，因此可能使风力涡轮发电机容易受到损坏。
鉴于上述问题，需要对风力涡轮发电机进行能够在重复性故障期间充分地运行并且不影响常规LVRT保护方案的运行的保护。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种用于运行连接到电力网络的风力涡轮发电机、以解决由至少一个电路断路器在短路之后自动重新闭合所引起的所述电力网络上的重复性电压故障的方法。该方法包括：识别所述电力网络的电压水平与所述网络的正常运行电压水平的偏差；确定所识别的偏差是否满足自动重新闭合的标准；以及如果满足自动重新闭合的标准，则以重复性故障模式运行所述风力涡轮发电机。在以重复性故障模式运行风力涡轮发电机时，所述方法包括：从所述偏差监测所述电压水平的恢复；将电压的恢复分类为至少强恢复或弱恢复中的一种；以及根据恢复的类别实施穿越协议。
通过实施与常规的低压穿越模式分离的重复性故障模式，该方法提供了能够基于恢复的特征来解决多次电压骤降的保护协议。特别地，通过对恢复进行分类，该方法在重复性故障的整个过程中保护发电机，同时保持符合新的发电厂必须满足的电网要求。
此外，由于确定偏差是否满足特定标准并且仅在满足标准时才进入重复性故障模式，因此上述方法不影响常规的低压穿越模式。因此，该方法用作低压穿越模式的增强，对现有硬件仅有很小的改动或没有改动。因此，有利地，该方法可以容易地在现有工厂和新工厂中实施。
该偏差可以包括电力网络故障。确定偏差是否满足自动重新闭合的标准可以包括将故障后的电压水平与预先确定的重新闭合阈值进行比较。
通过使用重新闭合阈值，应当注意，重复性故障很有可能在电路断路器被配置为自动重新闭合的情况下发生。以所描述的方式比较电压水平确保了该方法能够与现有的电力网络平稳地集成。
对电压的恢复进行分类可以包括对恢复施加一个或多个测试，使得如果其通过该测试或每个测试，则将恢复分类为强恢复，而如果其未通过该测试中的一个或多个，则将恢复分类为弱恢复。
优选地，该方法包括三个测试，并且仅当其通过三个测试中的每一个时，该恢复才会被分类为强恢复。
除非该恢复通过特定测试，否则其会被分类为弱恢复，从而对电压恢复实施严格的方法。在涉及弱恢复的情况下，如果不实施正确的协议，则可能会对发电机产生一定的危险，因此，仅在恢复通过该测试或每个测试的情况下才将其分类为强恢复的步骤确保了可以优先考虑保护发电机。
所述至少一个测试可以包括将电压水平与第一电压阈值进行比较。如果电压水平在预先确定的第一时间段中超过第一电压阈值，则可以通过该测试。如果电压水平在预先确定的第一时间段结束时超过第一电压阈值，则可以通过该测试。
有益地，在时间段内将电压水平与阈值进行比较充分指示了恢复的速度和大小。特定时间段内的电压的恢复可能是电网和/或发电厂的状态的函数，因此其可以被用作恢复的计量或度量。
所述至少一个测试可以包括将电压水平与第二电压阈值进行比较。如果电压水平在预先确定的第二时间段中超过第二电压阈值，则可以通过该测试。如果电压水平在预先确定的第二时间段结束时超过第二电压阈值，则可以通过该测试。
在某些时间段内实施两级电压阈值对于计算效率以及在恢复未通过所述测试中的一个或多个的情况下实施穿越协议的速度很有用。可以顺序地执行所述测试，使得未通过第一测试将导致恢复被分类为弱(恢复)。
第二电压阈值可以大于第一电压阈值。第二电压阈值可以是小于发电机的运行电压的上限电压阈值。第二电压阈值可以等于预先确定的重新闭合阈值。第一电压阈值可以是下限电压阈值，并且可以由用户确定。第一电压阈值可以替代地由预先确定的电网要求来设定，或者可以基于工厂或电网的监测参数而自适应。
第一时间段和第二时间段可以是并发的并且具有相等的长度。因此，可以同时执行电压水平与第一阈值和第二阈值的比较。
所述至少一个测试可以包括：将电压水平与第三电压阈值进行比较，并且在预先确定的第三时间段内对电压水平等于第三电压阈值的次数进行计数。如果计数为零或偶数，则可以通过该测试。如果在预先确定的时间段结束时电压水平大于第三电压阈值，则可以通过该测试。
对与第三阈值相交的次数进行计数提供了初始恢复后电压水平的稳定性指示。不稳定且因此较弱的恢复可以具有奇数次计数，其中在第三时间段结束时电压水平低于第三阈值。这可以指示恢复已经下降到其应有的水平以下，并且有利地允许在存在不稳定的情况下保护发电机。
第二电压阈值和第三电压阈值可以相同。第三时间段可以跟随第一时间段或第二时间段中的至少一个。可以在将电压水平与第一阈值或第二阈值进行比较之后执行电压水平与第三电压阈值的比较。只有在通过了前两个比较测试的情况下，才可以执行电压水平与第三电压阈值的比较。
该方法可以进一步包括确定电压偏差是否满足低压标准。该方法还可以包括：如果满足低压标准，则进入低压模式，该低压模式被配置为与重复性故障模式并发地运行。运行并发的低压模式和重复性故障模式提供了额外的保护层，并在重复性故障情况下使用现有协议来帮助保护发电机。
如果电压恢复被分类为弱恢复，则实施穿越协议的步骤可以包括终止重复性故障模式并且仅以低压模式运行风力涡轮发电机。因此，该方法在存在弱恢复的情况下首先且首要地保护发电机。
如果电压恢复被分类为强恢复，则实施穿越协议的步骤可以包括改变低压模式以解决随后的电压骤降。改变低压模式可以是特别有用的功能，因为它允许限制低压模式的运行。可以停止重复性故障期间由于低压模式的运行而导致的发电机与电网的断开连接。
改变低压模式可以包括在自动重新闭合之前重新启动低压模式，以防止风力涡轮发电机在另一个电压偏差事件中断开连接。
在电压恢复是强(恢复)的情况下，通过以上述方式改变低压模式，该方法将有益地识别出发电机在低压模式下不太可能处于危险之中，因此用于确保在发生又一电压偏差时不会发生断开连接。该过程提高了发电机维持符合电网要求的可能性。
该方法可以包括识别又一电压偏差，以及相对于该又一电压偏差以重复性故障模式运行风力涡轮发电机。这样，该方法可用于在整个重复性故障过程中而不仅是在第一偏差中保护发电机。
该方法可以包括：如果电压水平返回到正常运行水平，则终止重复性故障模式。
根据本发明的另一方面，提供了一种可以包括被配置为执行上述方法的风力涡轮机控制器的风力涡轮发电机。
根据本发明的另一方面，提供了一种可从通信网络下载和/或存储在机器可读介质上的计算机程序产品，其包括用于实施上述方法的程序代码指令。
在本申请的范围内，明确的意图是，可以独立地或以任何组合采用在前述段落中和/或在以下描述和附图中阐述的各个方面、实施例、示例和替代方案以及尤其是其各个特征。
附图说明
现在将参考附图仅以举例的方式描述本发明的一个或多个实施例，其中：
图1是风力发电厂及其与电网的连接的示意图；
图2是示出电力网络重复性故障期间典型的重新闭合顺序的图表；
图3是示出使用常规保护方法的风力涡轮发电机的电压恢复的图表；
图4是根据本发明实施例的控制方法的框图；
图5是显示图4的控制方法的流程图；
图6a是示出风力涡轮发电机的强电压恢复的图表；
图6b是示出响应于图6a中所示的恢复而重置低压穿越协议的图表；
图7是示出风力涡轮发电机的弱电压恢复的图表；
图8是示出风力涡轮发电机的替代的强电压恢复的图表；以及
图9是示出风力涡轮发电机的替代的弱电压恢复的图表。
具体实施方式
图1显示了一种典型的架构，其中风力发电厂(WPP)连接到作为更广泛的电力网络的一部分的主传输电网。如本领域技术人员将理解的那样，WPP包括至少一个风力涡轮发电机(WTG)，并且也被称为风电站或风电场。示出的示例仅是代表性的，并且本领域技术人员将理解，关于风力发电厂和用于其他可再生能源的发电厂两者，其他特定架构也是可能的。因此，本发明大体上还涉及可再生能源发电厂，而不是如所示实施例中的那样特定于风力发电厂。另外，本领域技术人员将理解，也在下面描述的方法、***和技术可以适用于电力网络的许多不同配置。此外，风力发电厂和电力网络的部件是常规的，因此对本领域技术人员将是熟悉的。
图1示出了结合有WPP 12的电力网络10。WPP 12包括多个WTG 14。单个WTG也是可能的。多个WTG 14中的每一个将风能转换成电能，该电能作为有功电流从WTG 14传递到主传输网络或主电网16，以进行分配。收集器网络17在WPP 12和主电网16之间延伸。
WTG 14中的每一个与相应的WTG控制器15相关联。在一些实施例中，一组WTG可以共享单个、半集中式的WTG控制器，使得存在比WTG少的WTG控制器。WTG控制器15可以被视为能够以本文规定的方式运行WTG 14的计算机***。
在WPP 12的正常运行期间，WTG控制器15进行运行以实施从发电厂控制器(PPC)32接收的有功和无功电流请求。在异常条件下，例如在电网故障期间，WTG控制器15进行运行以满足预先确定的网络要求，以及用于保护WTG 14免受任何潜在有害条件的影响。
WTG 14既生成有功电流又生成无功电流，并且被运行以支持主电网16的电压水平。主电网16通常具有对电压支持的特定要求，特别是在电压从常规运行条件偏离期间，WPP 12被要求遵守该特定要求。在各种故障或电压偏差的整个过程中(包括在重复性故障期间)，WPP 12将被期望保持连接到电网16。
重复性故障是指电压水平不止一次地“骤降”或下降到某个阈值以下、并且不返回到正常运行水平的故障。初始，在电压水平从正常运行水平迅速降低的情况下，可能会发生故障。通常，电压水平会恢复到接近常规水平。但是，在某些情况下，会发生重复性故障，其中电压水平未完全恢复到故障前的水平，而是发生第二次骤降，其中电压在部分恢复后又迅速下降。在恢复之前，重复性故障可能会有多次骤降。重复性故障也可以通过时间段来定义，例如其中在第一次故障之后的预定义时间段内发生第二次电压骤降。这样的时间段可以使用电网内***的运行知识来量化。举例来说，预定义时间段可以是一秒，但是这应该理解为不是限制性的。
更具体地，由于发电厂或电网内的保护***的自动运行，当未及时清除短路以防止电网上发生多次电压骤降时，会发生重复性故障。常规的保护***在多次电压骤降和重复性故障期间可能无意间将WPP 12与电网16断开连接，其解决多次骤降的适应性可能导致在其它故障期间对WPP 12的保护的效率低下。具有根据本发明的方法运行的WTG 14的WPP12被配置为通过在下一次骤降之前重置常规保护***来解决重复性故障，只要电网16的条件足够好以支持强电压恢复即可。
返回图1，WPP 12的每个WTG 14都连接到链接WTG 14的本地电网(未示出)。WPP 12又适当地经由馈电线20连接到收集器总线18。收集器总线18可以处于适合于相对短距离的电力传输的中间电压水平，例如在10kV至150kV的区域中，最通常在110kV至150kV之间。收集器总线18还可以为多个风力发电厂提供公共耦合点(PCC)，尽管为简单起见，此处仅示出单个WPP 12。
收集器母线18通过传输线24连接到主升压变压器22。主变压器22又通过另一传输线28在互连点(PoI)26处连接到主电网16。PoI 26是WPP 12和主电网16之间的接口。
尽管可能需要收集器总线18跨越多达约100km的距离，但是主电网16可以是国际、国家或地区电网(例如大不列颠国家电网)，因此其可能需要跨越多达约250km或更长的距离。因此，主电网16的电压水平可以比收集器总线18的电压水平高得多，以实现更好的传输效率。
诸如传输线和馈电线20、24、28之类的连接线可各自包括保护***30，以保护各个部件在极端条件下或之后免受损坏。例如，设想在每条线中包括至少一个适当的电路断路器。
在下文中，除非另有说明，否则应假定对所连接的部件的引用或部件之间的连接包括如上所述的合适的馈电线或传输线。
发电厂控制器(PPC)32在测量点(PoM)34处连接到电力网络10，并且还直接连接到WPP 12。PPC 32的作用是用作WPP 12和电网运营商或传输***运营商(TSO)36之间的命令和控制接口。TSO 36负责向PPC 32指示主电网16的需求和要求。PPC 32在其用作命令和控制接口时解释TSO 36要求的电力输送需求并管理WPP 12中的WTG 14，以满足这些要求，同时考虑其他运行因素(例如电网故障和输出或测量电网电压的突变)。
PPC 32是用于执行如上所述的控制和命令的合适的计算机***，并且因此结合有处理模块38、连接模块40、存储模块42和感测模块44。
为了监测和调节WPP 12的输出并正确地解释电力需求，PPC 32在PoM 34处连接到主变压器22和PoI 26之间的传输线28。PPC 32被配备为测量各种参数，所述参数包括将由WPP 12在PoI 26处提供给主电网16的代表电力输出。由于PoM 34不在PoI 26处，因此所测量的参数仅是代表性的，因为PoM 34和PoI 26之间以及PoM 34和PPC 32之间的线路中的损耗可能对测量结果有影响。可以进行适当的补偿以弥补损耗，以确保测量结果是准确的。
另外，PPC 32测量电力输出的参数(例如频率和电压)，以及WPP 12和主电网16之间的无功电流交换以及主电网16的电压水平。PPC 32将测量的参数与特定的电网要求进行比较，并相应地将控制命令传送到WPP 12的特定部件。WPP 12能够响应于从PPC 32接收的命令而改变其无功电流输出。
PPC 32以合适的方式将控制命令传送给WTG控制器15，或直接传送给WTG 14。应当注意，图1是示意图，因此未明确示出控制命令的传递方式。然而，应当认识到，可以提供合适的电缆以将PPC 32和WTG 14或WTG控制器15互连。该互连可以是直接或“点对点”连接，或者可以是以合适的协议(例如CAN总线或以太网)运行的局域网(LAN)的一部分。而且，应当理解，除了使用电缆之外，可以通过适当的无线网络(例如在WiFi TM或ZigBee TM标准(分别为IEEE802.11和802.15.4)下运行的无线网络)来无线地传输控制命令。
除其他部件外，主电网16结合有传输线45，用于将WPP 12和其他连接的发电厂提供的电力传输到终端用户(未示出)。为了安全起见，主电网16还沿着每条传输线45以一定间隔结合有呈多个自动重新闭合电路断路器46形式的保护装置。这些线路断路器46(也称为“重新闭合器”)进行运行以防止***10在发生导致突然和意外的电压变化(例如短路)的事件的情况下受损。通过断开线路断路器46以隔离传输线45中发生短路的部段来实现这种保护。线路断路器46在断开线路断路器46之后经过预先确定的时间段之后自动重新闭合被隔离的线45，以便在故障之后尽快使线45恢复在线。
图1的图仅应视为电力网络的代表。电力网络和发电厂的替代配置是已知的，并且可以预期，除了图1中所示和所述的部件之外或作为其替代，可以并入其他已知的部件。这样的改变将在技术人员的能力范围内。例如，根据包括在多个风力涡轮机中的涡轮机的数量，预计变电站或额外的变压器将被并入风力发电厂。
如关于图1所讨论的那样，主电网16结合有多个线路断路器46，如果在线45的部段上发生故障事件(例如短路)，则该线路断路器46运行以隔离传输线45的该部段。线路断路器46或其他电路断路器还可以用于对该线路部段进行维护。短路导致电网16的电压水平骤降，并且这些骤降也反映在电网16和WPP 14之间的PoI 26处的电压水平中。一旦线路断路器46将传输线45的短路部段与电网16的其余部分隔离，电压水平就可以恢复。
由于导致短路的事件通常是临时的，或者至少是半永久性的，因此该事件可以迅速自我清除，从而允许在断电后通过重新闭合线路断路器46将传输线45的隔离的、断开连接的部段重新连接到电网16的其余部分来使线45恢复“在线”。在断电之后经过预先确定的时间段后，线路断路器46自动重新闭合，从而使线路可以离线达尽可能短的时间。如果事件已经清除，则可以将电网16的电压恢复到普通水平。通常，该时间段大约为1.5秒，这是由电网运行***指定的。
然而，如果事件还没有清除，则通过线路断路器46重新闭合传输线45的受影响部段将简单地将短路重新连接到电网16，从而引起电压水平的另一次骤降。然后，线路断路器46再次断开，并且一旦经过该时间段，则尝试再次重新闭合。这会导致多次电压骤降或所谓的“重复性故障”，并且会在整个网络中看到。
例如，短路可能是由于杂散的树枝短暂接触传输线而引起的。当树从线路移开时，问题将被去除，线路将清除以恢复在线，因此自动重新闭合将成功。如果树枝保持与传输线接触，则通过线路断路器将线路的受影响部段重新闭合只会导致另一次电压骤降。在解决问题并清除故障之前，将发生多次电压骤降。
为了处理重复性故障，电力网络互连要求或电网规范具有所连接的WPP 12应当满足以便合规的特定标准。不合规可能导致对发电厂运营商(特别是对现有发电厂的运营商)处以罚款。新的发电厂必须合规。这些标准的一个示例在图2的％电压-时间图表中示出，其显示了在自动重新闭合传输线45期间对发电单元(即WTG 14)的要求。WTG控制器15和/或PPC 32被期望在重复性故障期间运行WTG 14以符合这些标准。
在图2中，短路事件在0秒(也可以称为“t1”)处发生。在此事件之前，假定WTG 14在其正常运行范围内运行，该正常运行范围在期望电压的90％和110％之间(也可以写为0.9和1.1每单位电压(pu)之间)。
如本领域技术人员将理解的那样，每单位电压是相对于用作参考的基值的电压的表达。使用每单位***使得可以跨变压器和其他部件(其可能会改变值的数量级)将值标准化。
在0秒处，发生短路，并且电网16的电压水平下降到0％或0pu的电压。类似地，WTG14的电压水平也将下降。在0.16秒或“t2”之后，线路断路器46起作用以隔离短路并断开，此后，每个WTG 14被期望在其端子处恢复到其故障前的电压水平。如本领域技术人员将理解的那样，WTG的端子是该WTG 14与其本地电网(未示出)的连接点。
线路断路器46被配置为一旦受影响的线45断开后经过1.5秒的时间段(即t2之后1.5秒)就自动重新闭合受影响的线45。由于故障尚未自我清除，因此在第一次发生短路后1.66秒发生第二次电压骤降。线路断路器46进行响应以在0.16秒后重新隔离受影响的线45并且重新断开。
在图2的示例中，假定故障在第二次骤降之后就清除了，因此当线路断路器46第二次断开之后1.5秒的时间处(在3.32秒处)重新闭合线45时，不存在另一次骤降。相反，期望的是WTG 14将继续提供至少维持80％的电压水平的有功功率，然后在10秒之后(在11.82秒处)返回到90％和110％的电压水平之间的普通运行。
应当理解，图2所示的时间仅用作示例。可以适当地使用其他值。发生线路的断开或重新闭合之前的持续时间特定于每个主电网16。
图3示出了与图2类似的图表，其上重叠有常规的低压穿越(LVRT)保护方案曲线的示例。该曲线指示了端子电压水平，在该端子电压水平以上，应通过WTG控制器15或PPC 32将WTG 14保持连接到电网16或其本地电网(未示出)。如果电压水平下降到曲线以下，则WTG14应该“跳闸”并断开连接，以保护WTG 14免受持续的低压条件的影响。
初始地，LVRT曲线跟踪故障，并且在线路断开后的短时间段内，在预定义的时间段内从0pu线性地增加到0.8pu。曲线的相对缓慢且稍微延迟的上升意味着WTG 14的断开连接条件通常必须构成导致持续的低压的主要故障。一旦端子电压达到预定义的退出阈值(在此示例中略低于0.9pu)，就不再需要LVRT曲线，因此可以有效地“重置”以准备好用于随后的故障。
通常，当故障仅导致单次骤降时，WTG 14的端子电压被预期会远在LVRT曲线之前上升到0.8pu以上，这意味着WTG 14根据需要保持连接到电网。可以预期，端子电压然后会上升到退出阈值，以“重置”LVRT曲线。
相反，在多次骤降的情况下，即使WTG 14应该保持连接到电网，第二次或随后的骤降的存在也会导致在LVRT曲线以下的电压下降，因此将导致WTG 14断开连接。
在某些情况下，为了处理多次骤降，LVRT曲线退出阈值已降低到异常低的水平，以便LVRT曲线在第二次骤降之前重置。但是，这也可能导致WTG 14暴露于损伤，因为退出阈值应被设定为接近正常运行条件。在这种情况下，也可能会中断欠压保护方案。
因此，本发明提出了一种“如何最好地解决多次电压骤降”的问题的解决方案。本发明利用了可附加于LVRT保护方案运行、并且与LVRT保护方案集成以在重复性故障情况期间为WTG提供足够的保护的保护方案。特别地，本发明利用电压的恢复作为控制方法的输入，以实时地并且在骤降之间的时间段中令人满意地预测是否有必要重置LVRT曲线以准备好用于第二次或随后的骤降，以及预测重置曲线是否可能会使WTG遭受危险。
在图4中示出了将本发明结合到现有的WTG保护方案100中的表示。在图4中，通过低压保护方案102、欠压保护方案104和过压保护方案106来查询输入电压Us。结合有LVRT曲线108和计时器110的低压保护方案102现在包括根据RFRT重置方法200运行、与计时器110通信的“重复性故障穿越”(RFRT)重置保护模块115。低压、欠压或过压保护***102、104、106中的任何一个都可以基于输入电压Us输出跳闸信号。
因此，可以看出，本发明不中断保护方案102、104、106中的任何一个的运行，而是通过对端子电压Us(其由WTG 14观察到)提供新的、额外的检查来补充LVRT保护102。注意，欠压保护方案104和过压保护方案106不是本文描述的发明构思的重点，而是出于上下文概览和完整性的目的而被包括在本讨论中。类似地，超越模块120、AGO触发器122和用于选择低压、欠压或AGO的开关124仅被提供用于上下文。
因此，将理解，RFRT重置保护模块115提供了附加于和补充可以在WTG或发电厂控制器中提供的现有保护功能的功能。
模块115和低压保护***102根据其运行的RFRT重置方法200在WTG 14或PPC 32中实施为一种运行模式，其可以称为RFRT模式，或更简单地称为“重复性故障模式”。如果识别出与主电网16的正常运行电压水平的电压偏差或偏移，并且如果确定该偏差满足发生自动重新闭合传输线45的标准，则进入重复性故障模式。如果确定了偏差满足标准，则进入该模式并监测电压的恢复，并根据预先确定的措施将其分类为一个类别，并实施正确的响应。正确的响应采用穿越协议的形式。
换句话说，模式和方法200被实施为运行WTG 14以解决由自动重新闭合所引起的重复性故障，并且重复性故障模式用于平衡允许重复性故障和保护WTG免受电网条件不足的影响之间的折衷的目的。在已经识别出电压水平的偏差并且确定可能发生重复性故障的情况下，如果电网条件足以确保WTG的安全，则可以应对重复性故障。但是，WTG的安全优先于解决重复性故障，因此不稳定的电网条件可以通过已建立的LVRT保护方案来解决。
为了提供足够的保护，在决定穿越协议之前，应考虑在骤降之后达到的电压水平、达到该电压水平的速度以及端子处电压水平的稳定性。这些“测试”可以形成分类的基础。
尽管有可能该方法也可以由PPC、由中间控制器或由远程控制器执行，但优选地在相应的WTG控制器处对每个独立的WTG执行重复性故障模式。
图5示出了可用于如上所述的在故障之后对电压水平的恢复进行分类的方法的示例。图5的方法200将电压恢复分类为以下两个类别中的一个：“弱恢复”或“强恢复”。弱电压恢复指示电压的恢复不足并且可能不稳定，并且这种不稳定性可能会损坏WTG 14。因此，在弱恢复期间，将根据常规的LVRT保护方案来控制WTG 14。强恢复指示电压的恢复是稳定的，并且足以允许LVRT保护方案重置以解决重复性故障。
如果识别出已经发生电压水平从正常运行电压的偏差，则开始图5的方法200，并且尽管此处未示出，但是该步骤还可以形成该方法的初始步骤。一旦方法200已经开始，则通过在时间t1处将电压已骤降到的水平Uretained与下限电压阈值LVT进行比较，来确定202偏差是否满足自动重新闭合的标准。LVT是由主电网16的运营商设定的预先确定的水平，并且是电压必须骤降到该水平以下才能实施自动重新闭合的水平。LVT也可以由电网运营商基于电网的条件进行改变。该值的任何变化将由TSO 36传送给PPC 32和WTG控制器15。
如果在该步骤202中确定LVT没有与电压水平交叉，则遵循204普通的LVRT过程。实施LVRT保护方案的阈值被假定为高于LVT。
如果通过该步骤202确定Uretained小于LVT，则实施206重复性故障穿越(RFRT)序列或重复性故障模式，并且根据其运行WTG 14。重复性故障模式和LVRT保护方案串联运行，并且重复性故障模式可以被视为增强了LVRT保护方案。重复性故障模式可以基于方法200在任意点处终止。
在激活206重复性故障模式之后，在时间t2和时间t3之间执行208恢复的第一测试、也叫第一分析208。时间t2是通过断开线路断路器46隔离受影响的传输线45的点，因此对于WTG控制器15来说将是一个已知变量。时间t2通常是相对于时间t1计算的，并且由电网运营商根据电网条件来设定。时间t3也是固定的时间段，并且相对于t1设定。时间t3是根据需要针对WTG 14、WPP 12或电网16确定的，并且是可变的，使得可以基于***10的条件和运营商的要求来改变时间t3，如将在后面讨论的那样。
返回方法200的第一分析208，将恢复电压Urecovery与LVT进行比较，以识别骤降之后在t2和t3之间的时间段内电压水平是否已经返回到该阈值以上。Urecovery是在t2之后去除第一次骤降后获得的实际测量的电压水平。如果恢复电压在t2和t3之间的任何点处高于低压阈值，则执行第二分析210。如果在t2和t3之间的整个时间内，电压都没有达到LVT以上的水平，则将电压恢复分类为212弱(恢复)，终止重复性故障模式，并遵循204常规LVRT方案。
在识别出恢复电压在t2和t3之间的时间段内(即在识别出故障的线路的断开与***出于对恢复进行分类的目的而设定的时间段之间)恢复电压高于低压阈值时，执行第二测试、也叫第二分析210。第二分析210识别恢复电压何时首次与上限电压阈值(UVT)交叉。UVT是大于LVT但小于LVRT方案的退出阈值的预先确定的阈值。可以根据电网条件或根据WPP运行或互连来设定UVT。UVT可以由TSO 36或WPP运营商指定。
所测量的从t2到UVT的首次交叉的时间被标记为trecovery*。如果trecovery*小于t3-t2，则执行第三分析或测试214。如果trecovery*大于t3-t2，则将电压恢复分类212为弱(恢复)，终止重复性故障模式，并且遵循204常规的LVRT方案。因此，该第二分析210处理恢复的速度。
如果前两个分析208、210已经识别出电压恢复不是弱(恢复)，则执行第三分析214。第三分析214识别UVT处的电压恢复的稳定性。通过考虑电压水平在UVT周围的振荡运动，可以在通过线路断路器46重新闭合线路之前监测和确定恢复的稳定性。
第三分析214包括在时间t3与时间t4之间的时间段中对UVT与恢复电压的交叉进行计数216。换句话说，这意味着每当Urecovery＝UVT时，计数就会增加，只要交叉发生在t3和t4之间即可。时间t4是计算为在线路断路器46重新闭合线45的时间略靠前的时间。由于重新闭合的时间相对于t2和t1是已知的，因此可以将t4设定为恰好在该重新闭合之前。
由于在第三分析214之前电压水平已经超过UVT，因此随后的交叉将使电压水平低于UVT。类似地，在该步骤处根据第三分析214的计数的所有奇数次交叉将是电压的骤降，而偶数编号的交叉将指示电压水平在UVT附近上升。因此，第三分析214还包括识别计数是否为偶数整数的步骤218。如果计数不是偶数，则在下一次电压骤降之前，电压水平将低于UVT，并且电压恢复被分类212为弱(恢复)。如果计数是0或偶数，则电压恢复在紧接下一次骤降之前高于UVT，并且电压恢复可以被220分类为强恢复。由于电压恢复是强(恢复)，因此可以适应重复性故障，因此在t4处将LVRT曲线重置222，以使下一次骤降不会使WTG断开连接。
因此，更一般地，可以将重复性故障模式视为执行对恢复的检测、将恢复分类为诸如强恢复或弱恢复等的类别、以及根据穿越协议实施WTG 15的运行。应当注意，尽管此处只讨论了强恢复和弱恢复，但是结合更多类别以允许基于***条件采取不同的操作可能是有用的。
图6至图9示出了不同恢复的示例。图6和图8示出了将电压恢复分类为强(恢复)的不同场景，而图7和图9示出了将电压恢复分类为弱(恢复)的场景。
在图6至图9的每一个中，在t1处发生故障，并且从运行电压的电压偏差足以满足在图5的方法200的第一步骤202中设定的标准。也就是说，在图6至图9中的每一个中，激活206重复性故障模式并根据图5的步骤遵循该重复性故障模式。
此外，在图6a至图9中的每一个中，假定线路断路器46在t2处断开，并且由于隔离了短路而导致电压恢复。还假设在t4之后不久发生重新闭合。最后，这些图仅涉及第一次骤降后的恢复，因此，第二次骤降的恢复被示出为理想情况，其中电压水平立即返回到高于UVT的水平，并保持在该水平持续一段时间，然后在设定的时间段之后返回故障前的水平。应当理解，如果在第二次骤降之后故障仍未清除，则可能发生多次骤降，因此可以根据需要多次重复图5的方法200。
初始地关注图6a，参考图5，在t1处发生电压偏差，重复性故障模式被激活206，并且线路断路器46在t2处断开，如上所述。在t2和t3之间示出电压恢复。电压恢复与LVT交叉，因此通过图5的第一测试208。UVT也被电压恢复交叉，并且是在t3之前交叉，这意味着通过图5的重复性故障模式的第二测试210。最终，直到t4，相同的电压水平维持在UVT以上，因此恢复电压为UVT的计数为0。因此，通过最终测试214，并且可以将恢复分类220为强(恢复)。在这种情况下，尽管在图6a中未示出，但是在t4处将LVRT曲线重置222。WTG 14将在第二次骤降过程中保持连接。
图6b示出了重置LVRT曲线的效果。在图6b中，图6a的电压水平由虚线示出，而LVRT曲线以实线示出。可以看出，在t4处或者在t4和第二次骤降之间，LVRT曲线被重置到其最低点，并且在LVRT曲线缓慢上升之前重新开始计数。
在图6a和图7中还示出了在t2和t3之间的阴影区域。该阴影区域指示初始恢复应通过以便被视为强(恢复)的区域。如果恢复不位于此区域中，则无论以后的恢复如何，该恢复都将被自动视为弱(恢复)。
在图7中，在t1处发生电压偏差，并且线路断路器46在t2处断开。恢复达到LVT，因此通过第一测试210。但是，在t3之后才达到UVT，因此恢复时间大于t3-t2。未通过第二测试212，并且恢复被分类212为弱(恢复)。可以看出，弱初始恢复落在阴影区域之外。因此，在这种情况下，LVRT曲线在第二次骤降之前不会重置，并且第二次骤降会导致LVRT曲线跳闸以及WTG 14断开连接。
图8示出了强恢复，其中在高于UVT的初始恢复之后出现了振荡。可以看出，在t2和t3之间的电压水平的恢复通过了重复性故障模式的第一和第二测试208、210，并且在t3和t4之间，电压水平两次等于UVT，一次是在下降到UVT以下时并且另一次是在返回到UVT以上时。因此，由于UVT＝Urecovery的计数为2，因此恢复被分类220为强(恢复)。在第二次骤降之前，在t4处将LVRT重置222。WTG 14将在第二次骤降过程中保持连接。
最后，图9示出了初始强恢复，其随后在t3和t4之间变弱。可以看出，初始恢复落在电网的阴影部分内，并通过重复性故障模式的前两个测试208、210。但是，由于电压水平在t3和t4之间振荡并在t4处落到UVT以下，因此UVT＝Urecovery的计数为3。因此，该恢复被分类212为弱(恢复)，并且LVRT曲线不被重置。相反，遵循204常规的LVRT保护方案，并且第二次骤降将导致LVRT曲线跳闸以及WTG 14断开连接。
基于运营商的要求，可以改变t3来实施分配强恢复的更严格或不那么严格的要求。例如，如果电网被视为强电网，那么恢复应该是快速而稳定的，因此可以降低t3。时间t3也可以根据电网条件来设定，或者可以在WPP 12的安装期间预先确定，以解决WPP 12与主电网16之间的互连。
此外，虽然t3相对于t1是固定的，但是在一些实施例中可以包括附加时间t2a。时间t2a表示恢复与UVT初始交叉的点。如果使用了该附加时间，则在t2a与t4之间而不是t3与t4之间执行第三分析步骤。这在非常不稳定的电网条件下(其中电压可能会在t3之前再次骤降到UVT以下)尤其有用。
在不脱离所附权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可以对以上示例进行许多修改。

Claims (16)

1.一种用于运行连接到电力网络的风力涡轮发电机、以解决由至少一个电路断路器在短路之后自动重新闭合所引起的所述电力网络上的重复性电压故障的方法，所述方法包括：
识别所述电力网络的电压水平与所述网络的正常运行电压水平的偏差；
确定所识别的偏差是否满足自动重新闭合的标准；以及
如果满足自动重新闭合的标准，则以重复性故障模式运行所述风力涡轮发电机，其中在以重复性故障模式运行所述风力涡轮发电机时，所述方法包括：
从所述偏差监测所述电压水平恢复；
将所述电压水平恢复分类为至少强恢复或弱恢复中的一种；以及根据恢复的类别实施穿越协议，
其中，对所述电压水平恢复进行分类包括对所述恢复施加一个或多个测试，使得如果其通过所述测试或每个测试，则将所述恢复分类为强恢复，而如果其未通过所述测试中的一个或多个，则将所述恢复分类为弱恢复。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述偏差包括电力网络故障，并且确定所述偏差是否满足自动重新闭合的标准包括：将所述故障之后的电压水平与预先确定的重新闭合阈值进行比较。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个测试包括将所述电压水平与第一电压阈值进行比较，并且其中如果所述电压水平在预先确定的第一时间段中超过所述第一电压阈值，则通过所述测试。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述至少一个测试包括将所述电压水平与第二电压阈值进行比较，并且其中如果所述电压水平在预先确定的第二时间段中超过所述第二电压阈值，则通过所述测试。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第二电压阈值大于所述第一电压阈值。
6.根据权利要求4或权利要求5所述的方法，其中，所述第一时间段和第二时间段是并发的并且具有相等的长度。
7.根据权利要求4或权利要求5所述的方法，其中，所述至少一个测试包括：将所述电压水平与第三电压阈值进行比较，并且在预先确定的第三时间段内对所述电压水平等于所述第三电压阈值的次数进行计数，并且其中如果所述计数为零或偶数，则通过所述测试。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第二电压阈值和第三电压阈值是相同的。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第三时间段跟随所述第一时间段或所述第二时间段中的至少一个。
10.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，包括：
确定所述偏差是否满足低压标准；以及
如果满足所述低压标准，则进入低压模式，所述低压模式被配置为与所述重复性故障模式并发地运行，其中：
如果所述电压水平恢复被分类为弱恢复，则实施穿越协议的步骤包括终止所述重复性故障模式并且仅以低压模式运行所述风力涡轮发电机。
11.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，包括：
确定所述偏差是否满足低压标准；
如果满足所述低压标准，则进入低压模式，所述低压模式被配置为与所述重复性故障模式并发地运行，并且其中：
如果所述电压水平恢复被分类为强恢复，则实施穿越协议的步骤包括改变所述低压模式以解决随后的电压骤降。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，改变所述低压模式包括在自动重新闭合之前重新启动所述低压模式，以防止所述风力涡轮发电机在另一电压偏差的事件中被断开连接。
13.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，包括：识别又一电压偏差，并且相对于所述又一电压偏差以重复性故障模式运行所述风力涡轮发电机。
14.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，包括：如果所述电压水平返回到正常运行水平，则终止重复性故障模式。
15.一种包括风力涡机轮控制器的风力涡轮发电机，所述风力涡轮机控制器被配置为执行根据权利要求1-14中任一项所述的方法。
16.一种可从通信网络下载和/或存储在机器可读介质上的计算机程序产品，其包括用于实施根据权利要求1-14中任一项所述的方法的程序代码指令。
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