CN102495372A - 一种风电机组变桨距***蓄电池容量检测方法 - Google Patents

Abstract

一种风电机组变桨距***蓄电池容量检测方法。所述的检测方法利用蓄电池放电时电压的变化量来判断蓄电池的健康状况，计算出蓄电池的老化率，然后通过蓄电池当前的开路电压与老化率的乘积计算出电池的容量。具体方法如下：(1)当变桨距***蓄电池放电时，检测蓄电池的端电压和放电电流；(2)在蓄电池放电过程中每隔1s记录一次蓄电池端电压的压降和放电电流，并计算压降与放电容量的比值；(3)根据压降与放电容量的比值及放电电流，查表得到蓄电池的老化率；(4)在蓄电池开路的情况下，测量蓄电池的端电压，开路电压乘以蓄电池的老化率即为当前蓄电池的容量。

Description

一种风电机组变桨距***蓄电池容量检测方法

技术领域

本发明涉及风力发电机组变桨距蓄电池容量检测方法。

背景技术

目前在风力发电的变桨距***中普遍采用蓄电池作为后备电源，在电网出现故障时由蓄电池供电，使机组顺桨。若蓄电池容量不足会导致机组在紧急情况下无法顺桨，严重时会导致机组飞车。

目前蓄电池容量检测的方法主要有三种：(1)开路电压法；(2)蓄电池内阻法，通过大电流放电测量蓄电池的内阻，内阻阻值反应蓄电池的容量。(3)电量累积法，通过电流积分计算电池的容量。

第一种方法是通过测试蓄电池的开路电压来显示蓄电池的剩余容量，其基本原理是基于蓄电池电压和剩余容量之间存在的某种已知关系。但这种方法不能检测出蓄电池的老化程度，当蓄电池老化后虽然其端电压比较高但其容量可能很低。

第二种方法是通过测试阀控铅酸蓄电池的内阻来判断蓄电池的实际容量，剩余容量和蓄电池内阻有一定的固定关系。这种方法一般需要通过大电流放电的方式来测得蓄电池的内阻，需要配置高精度大功率放电电阻，检测装置体积大，不便于安装或携带到风力发电机组的变桨距***中。

第三种方法通过电流积分计算电池容量，这种方法长期使用会产生累积误差，需要定期校准蓄电池容量，维护工作量较大，不适合应用到风电机组的变桨距***中。

CN 102074984A《在线监测电池电量的移动终端及其检测方法》提出了一种基于储能单元的电池容量检测装置和方法，其缺点是增加了储能单元，不适用于大容量电池组检测，此方法需要增加蓄电池向储能单元放电逻辑控制，不易于应用到变桨距***；CN 101814758A《用于电动助力车蓄电池组容量检测仪的放电电路》提出了一种基于电阻放电方法的蓄电池容量检测电路，放电时由功率管控制放电电流，采用功率管控制放电电流的方法增加了硬件成本。

现有的蓄电池容量检测方法由于检测电路体积大、需要增加蓄电池放电控制过程、硬件成本高等缺点，不适合应用在变桨距***中。

发明内容

本发明目的在于克服现有蓄电池容量检测方法需要增加硬件成本高、影响变桨***正常逻辑控制、检测装置体积大等缺点，提供一种风电机组变桨距***蓄电池容量检测的方法，能够在不改变变桨距***正常运行模式的基础上通过在线方式检测蓄电池的容量。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明根据蓄电池的自身特性，电池组电压与电池剩余电量成一定的关系，并根据蓄电池在不同放电电流下老化率与蓄电池安时压降VPQ之间的关系估计蓄电池的老化情况。采用可编程逻辑控制器通过蓄电池放电电压检测、蓄电池放电电流检测和蓄电池老化率计算等步骤检测蓄电池容量。

所述方法基于变桨***内的可编程逻辑控制器PLC、电压测量模块、电流测量模块、接触器，变桨电机等元器件进行容量检测，并且不改变变桨***正常的控制逻辑。

当风电机组顺桨时，所述的接触器闭合，蓄电池放电，此时可编程逻辑控制器通过电压测量模块检测蓄电池的端电压，通过电流测量模块检测蓄电池的放电电流。可编程逻辑控制器根据放电电流计算放电电量，每隔1s计算一次放电电压差与放电量的比值，即：

$\mathrm{VPQ}=\frac{\mathrm{\Δv}}{\mathrm{\ΔQ}}=\frac{v_k-v_{k-1}}{\underset{t_k}{\overset{t_{k-1}}{\∫}}i}$

上式中，定义VPQ为蓄电池安时压降，即放电1Ah电池端电压的压降，v_k为当前电池端电压，v_k-1为上一个计算周期电池电压，i为蓄电池放电电流，ΔQ为蓄电池放电电量，为电流i的积分。根据VPQ值通过查安时压降与老化率关系表得到当前蓄电池的老化率。

重复上述过程，直至放电过程结束。为了提高检测精度，将整个放电过程得到的老化率进行平均，得到电池当前的老化率。

当放电结束后，接触器断开，可编程逻辑控制器PLC通过电压测量模块测量蓄电池的开路电压，根据开路电压，老化率、电池电压与容量关系计算当前蓄电池容量。计算公式如下：

Q＝Agc×f(v)

上式中，Agc为老化率，v为蓄电池开路电压，f(v)为蓄电池容量对电压的函数，此函数由蓄电池厂商提供或蓄电池厂商提供曲线，通过拟合的方式得到。

本发明变桨***蓄电池容量在线检测方法能够在不改变变桨距***逻辑控制的前提下在线检测蓄电池的容量。本发明不增加变桨距***的硬件设备，相对其它检测方法成本低。

附图说明

图1变桨***蓄电池容量检测原理图；

图2变桨***蓄电池放电过程电压与电流曲线。

具体实施方式：

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

本发明首先根据电池特性，建立不同放电电流条件下蓄电池安时压降VPQ与老化率的关系表，存储到可编程逻辑控制器(PLC)的数据存储区中；根据电池厂商提供的新电池电压与容量关系，拟合出电压与容量的关系函数Q＝f(V)。

根据蓄电池的自身特性，电池组电压与电池剩余电量成一定的关系，并根据蓄电池在不同放电电流下老化率与蓄电池安时压降VPQ之间的关系估计蓄电池的老化情况。

如图1所示，电压测量模块111与蓄电池并联，蓄电池通过接触器K1连接到变桨电机114两端，电流测量模块112串联在主回路中，电压测量模块111和电流测量模块112的测量输出连接到PLC的模拟量输入端口。所述的电流测量模块112用于测量蓄电池的放电电流，电压采集模块111用于测量蓄电池的端电压，PLC113为蓄电池容量检测的计算单元，实现数据处理、运行等功能，变桨电机作114为蓄电池的放电负载。可编程逻辑控制器(PLC)在蓄电池对变桨电机放电时测量蓄电池的放电电流和端电压，可编程逻辑控制器每隔1s根据放电电流计算一次蓄电池的放电量，并记录这段时间的VPQ和这段时间的平均电流。PLC通过查安时压降与老化率关系表，得到目前电池的老化率。该过程持续到电池放电结束，将电池放电过程中得到的老化率数据求平均值，得到当前电池的老化率数据。

以变桨***常用的18节12V蓄电池组为例说明本发明。如图1所示，当变桨***通过电池顺桨操作时，接触器K1闭合，变桨电机由蓄电池供电顺桨，放电时的电压电流波形如图2所示。

可编程控制器从蓄电池开始放电时刻计算放出的电量，并检测电压，当放电时间达到1s时，计算VPQ，如这1s时间内，放出电量为0.007Ah，电压降为0.8V，即VPQ为114.3，平均电流25.2A，PLC通过查表得出这1s内测得的老化率。同样方法测量下1s时的老化率，直到放电过程结束。为了提高测量精度，将放电过程中得到的老化率进行求平均值，得到老化率0.65。

当接触器K1断开时，测量蓄电池端电压，如端电压为232V，此电压对应新电池容量5Ah，根据端电压与容量的关系函数f(v)和老化率计算蓄电池当前的容量：

Q＝f(v)×Agc＝5Ah*0.65＝3.25Ah。

Claims (3)

1.一种风电机组变桨距***蓄电池容量检测方法，其特征在于所述检测方法根据蓄电池在不同放电电流下老化率与蓄电池安时压降VPQ之间的关系估算蓄电池的老化情况：

当风电机组顺桨时，所述的风电机组变桨距***的接触器(K1)闭合，蓄电池放电，此时可编程逻辑控制器(PLC)通过与蓄电池并联的风电机组变桨距***电压测量模块(111)检测蓄电池的端电压，通过所述的风电机组变桨距***电流测量模块(112)检测蓄电池的放电电流；可编程逻辑控制器(PLC)根据蓄电池的放电电流计算蓄电池的放电电量，每隔1s采用以下公式计算一次放电电压差与放电量的比值：

$\mathrm{VPQ}=\frac{\mathrm{\Δv}}{\mathrm{\ΔQ}}=\frac{v_k-v_{k-1}}{\underset{t_k}{\overset{t_{k-1}}{\∫}}i}$

上式中，VPQ为蓄电池安时压降，即放电1Ah电池端电压的压降，v_k为当前电池端电压，v_k-1为上一个计算周期电池电压，i为电池放电电流，ΔQ为放电电量，为电流i的积分；再根据计算得到的蓄电池安时压降VPQ的值通过查安时压降与老化率关系表得到当前蓄电池的老化率；

重复上述过程，直至放电过程结束；

当放电结束，所述的接触器(K1)断开，可编程逻辑控制器(PLC)通过所述的电压测量模块(111)测量蓄电池的开路电压，根据所测量的开路电压，以及蓄电池老化率、电池电压与容量关系采用下式计算当前蓄电池容量：

Q＝Agc×f(v)

上式中，Agc为老化率，v为蓄电池开路电压，f(v)为蓄电池容量对电压的函数。

2.根据权利要求1所述的蓄电池容量检测方法，其特征在于所述的蓄电池当前的老化率用整个放电过程测量得到的蓄电池老化率求平均值得到。

3.根据权利要求1所述的蓄电池容量检测方法，其特征在于所述的蓄电池容量对电压的函数f(v)由蓄电池厂商提供，或根据蓄电池厂商提供曲线，通过拟合的方式得到。

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