CN104166052B - 一种风电机组变桨***超级电容容值的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种风电机组变桨***超级电容容值的检测方法，变桨***由控制器控制，变桨***包括变桨驱动器、超级电容，变桨***通过现场总线与控制器通信。超级电容容值的检测方法包括以下步骤：断开变桨***供电；超级电容给变桨***供电，直至超级电容电压降低至第一设定值，桨叶收桨至停机位置；给变桨***供电，并给超级电容充电至第二设定值；计算超级电容容值；根据超级电容计算容值进行逻辑判断，判断计算容值是否满足设定条件。本发明实现了超级电容容值的自动检测，提高了风电机组运行的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种风电机组变桨***超级电容容值的检测方法，属于风力发电变桨***技术领域。
背景技术
近年来，随着风电机组的总装机容量的持续攀升，业界对风电机组性能及运行可靠性的要求也逐步提高。变桨***作为风电机组控制***的核心子***之一，其主要功能有两点：一是，正常运行时，根据风速的变化调节桨距角，实现功率的调节和控制；二是，当风机出现故障时，快速收桨至停机位置，实现气动刹车，保证风电机组的安全。这其中的第二点功能尤为重要，因为它是关乎风电机组运行的安全及可靠性，是其他一切的基础。
对于变桨***而言，当电网电压正常时，驱动变桨电机收桨的动力是通过电网整流后来提供的；当电网电压跌落或者断电时，需要后备电源给变桨驱动器提供直流电压，实现叶片安全顺桨，达到安全运行的目的。
变桨***的后备电源，目前主要有超级电容和蓄电池两种。相对于蓄电池方案，超级电容具有使用寿命长、功率密度高、响应时间快、充放电效率高和温度特性好的优势。在风电机组尤其是大兆瓦风电机组变桨***的后备电源中，应用非常广泛。
目前采用超级电容作为后备电源的变桨***，其充电方式主要有两种：一是采用RC充电电路，如图1所示。变桨驱动器通过一个DO点控制充电接触器K1，直接将驱动器母线电压直接经充电电阻对超级电容充电。当电容电压值达到一定值之后，断开充电接触器，超级电容自然放电，当其电压值降低到特定值之后，会再次闭合充电接触器，对其充电。保证超级电容的电压始终保持在一个合理的范围内波动。
另外一种充电方式为充电器充电，如图2所示。为了充分利用超级电容器的储能特性，充电器一般会采用灵活的组合充电方式：在低压时采用大电流恒流充电，随着超级电容器端电压的升高改变为递减恒流充电或恒压限流充电方式，直至设定电压，此后，采用浮充的方式保证超级电容电压始终维持在设定的电压值上。
但是随着超级电容的使用周期的增加，其容值会逐步降低。此时，虽然电压保持不变，但其实际储存的能量已经随着容值的降低而减少了。当超级电容所储存的能量不足以保证叶片完成一次收桨时，风电机组在出现电网掉电或者相关故障情况下，就无法正常收桨，存在飞车的风险。
而当前，绝大多数的控制***仅对超级电容的电压值进行监测，对其容值根本不做判断或者是仅在例行维护时进行手动检测，这就降低了风电机组运行的可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供一种风电机组变桨***超级电容容值的检测方法，用以解决电容容值不做判断或手动检测超级电容引起的风电机组运行可靠性低的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括：一种风电机组变桨***超级电容容值的检测方法，变桨***由控制器控制，控制器通过现场总线控制连接变桨***。
超级电容容值的检测方法包括以下步骤：
1).超级电容给变桨***供电，直至超级电容电压降低至第一设定值，桨叶收桨至停机位置；
2).换电网给变桨***供电，并将超级电容充电至第二设定值；
3).计算超级电容容值；
4).根据超级电容计算容值进行逻辑判断，判断计算容值是否满足设定条件。
进一步的，在超级电容给变浆***供电前断开电网给变浆***的供电。
进一步的，在超级电容满足自检条件时，控制器控制超级电容自动开始检测。
进一步的，变桨***包括变桨驱动器、超级电容，控制器通过变桨驱动器控制超级电容容值的检测，控制器的核心部件是微处理器或者PLC。
进一步的，变桨驱动器包括整流电路、滤波电容、逆变器；整流电路连接三相交流电，逆变电路连接桨叶驱动电机；超级电容连接在逆变电路的两端。
进一步的，计算超级电容容值的方法有两种应用情况：第一种应用情况是采用RC充电，计算方法是根据变桨驱动器直流母线电压、第一设定值、第二设定值、充电电阻、记录的充电时间进行计算；第二种应用情况是采用充电器充电，计算方法是根据变桨驱动器直流母线电压、记录的充电电流、记录的充电时间进行计算。
进一步的，设定条件是计算的实际容值与标称容值之间的偏差是否大于一定值；或者其实际存储能量是否满足一次顺桨所需的最大能量要求。
本发明是在维持原有硬件***不变的基础上，通过控制器的控制和计算来实现电容容值自动测量，并根据检测的电容容值进行逻辑判断；本发明不额外增加成本，而且提高了风电机组运行的可靠性。
附图说明
图1是超级电容采用RC充电方式的示意图；
图2是超级电容采用充电器充电的示意图；
图3是超级电容容值检测方法流程图；
图4是RC充电曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
本发明提供一种风电机组变桨***超级电容容值的检测方法，变桨***由控制器控制，控制器通过现场总线控制连接变桨***。
超级电容容值的检测方法包括以下步骤：
1).超级电容给变桨***供电，直至超级电容电压降低至第一设定值，桨叶收桨至停机位置；
2).换电网给变桨***供电，并将超级电容充电至第二设定值；
3).计算超级电容容值；
4).根据超级电容计算容值进行逻辑判断，判断计算容值是否满足设定条件。
基于以上技术方案，为了便于表述，以控制器为主控PLC，主控PLC通过CANopen控制连接变桨***，单个桨叶为具体实施方式。但是本发明不局限于下述的具体实施方式。
如图3所示，本发明是在超级电容满足自检条件时，控制器控制超级电容自动开始检测。对主控PLC进行设置，在风电机组启动后，若满足超级电容容值检测条件时，如变桨***第一次上电、检测周期到了或者对风电机组进行维护之后，主控PLC控制超级电容进入自动检测状态，主控PLC断开变桨***的400V供电。此时，主控PLC通过变桨驱动器换超级电容供电。变桨驱动器包括整流电路、滤波电容、逆变器，整流电路连接三相交流电，逆变电路连接桨叶驱动电机，超级电容连接在逆变电路的两端。
主控PLC通过变桨驱动器控制桨叶在特定角度α1、α2之间来回转动，特定角度α1、α2选取在靠近顺桨的位置，角度不能选择太小，否则会造成风轮转速过快，对风电机组的安全带来隐患。同时，主控PLC通过变桨驱动器实时监测超级电容的电压值，当桨叶的超级电容电压值小于预先设定的某一电压参数值V时，主控PLC控制桨叶收桨至停机完成。
上述的目的就是为了消耗超级电容的电压值，这些步骤对于超级电容的容值检测是必须的。
图1所示的是采用RC充电的方案，此时超级电容容值的计算步骤如下：
停机完成并延时一段时间后，主控PLC下发充电启动命令给变桨驱动器，驱动器通过DO点控制充电接触器K1吸合，开始对超级电容充电。记录下此时超级电容的电压值V1，即充电起始电压，并同时开启计时器对充电时间进行计时。当电容电压充至设定电压值V2，即充电结束电压时，主控PLC下发停止充电命令给变桨驱动器，驱动器通过DO点断开接触器K1，计时器停止计时，计时器的计时时间为Δt，即充电时间。RC充电曲线示意图如图4所示。
由RC充电原理：
可得：
在这里，Ve为变桨驱动器直流母线电压，Vt＝V2为充电结束电压值，V0＝V1为充电起始电压值，这些值均由变桨驱动器采集后通过CANopen通讯上传给主控PLC。t＝△t为充电时间，R＝R1为充电电阻阻值。主控PLC按照公式(2)做相关运算处理，即可得出超级电容的实际容值C。
图2所示的是采用充电器充电的方案，超级电容容值的计算步骤如下：
停机完成并延时一段时间后，主控PLC下发充电启动命令给变桨驱动器，驱动器通过DO点控制充电器的使能输入，充电器开始对超级电容进行充电，直至充电至设定电压值。
同时，由变桨驱动器记录下充电电流I、电容电压U以及充电时间t，通过CANopen通讯上传给主控PLC。
由：
Q＝CU＝It (3)
可得：
主控PLC按照公式(4)做相关运算处理，即可得出超级电容的实际容值C。
根据以上的两种方法计算得到的实际容值与其标称值相比较，当其偏差过大，比如偏差值大于标称值的10％时，或由实际容值计算出来的实际储存能量低于一次收桨所需的最大能量时，则由主控PLC做出相应的故障告警，表示超级电容存在问题，需要检修或更换。若容值及存储能量均满足要求，表示后备电源正常，则启机运行。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种风电机组变桨***超级电容容值的检测方法，其特征在于，所述变桨***由控制器控制，所述控制器通过现场总线控制连接变桨***；
所述超级电容容值的检测方法包括以下步骤：
1).超级电容给变桨***供电，直至超级电容电压降低至第一设定值，桨叶收桨至停机位置；
2).换电网给变桨***供电，并将超级电容充电至第二设定值，并记录充电时间；
3).计算超级电容容值；
4).根据超级电容计算容值进行逻辑判断，判断计算容值是否满足设定条件。
2.根据权利要求1所述的风电机组变桨***超级电容容值的检测方法，其特征在于，在超级电容给变浆***供电前断开电网给变浆***的供电。
3.根据权利要求2所述的风电机组变桨***超级电容容值的检测方法，其特征在于，在超级电容满足自检条件时，控制器控制超级电容自动开始检测。
4.根据权利要求3所述的风电机组变桨***超级电容容值的检测方法，其特征在于，所述变桨***包括变桨驱动器、超级电容，控制器通过所述变桨驱动器控制超级电容容值的检测，控制器的核心部件是微处理器或者PLC。
5.根据权利要求4所述的风电机组变桨***超级电容容值的检测方法，其特征在于，所述变桨驱动器包括整流电路、滤波电容、逆变器；整流电路连接三相交流电，逆变电路连接桨叶驱动电机；超级电容连接在逆变电路的两端。
6.根据权利要求5所述的风电机组变桨***超级电容容值的检测方法，其特征在于，所述计算超级电容容值的方法有两种应用情况：第一种应用情况是采用RC充电，计算方法是根据所述变桨驱动器直流母线电压、第一设定值、第二设定值、充电电阻、记录的充电时间进行计算；第二种应用情况是采用充电器充电，计算方法是根据变桨驱动器直流母线电压、记录的充电电流、记录的充电时间进行计算。
7.根据权利要求6所述的风电机组变桨***超级电容容值的检测方法，其特征在于，所述设定条件是计算的实际容值与标称容值之间的偏差是否大于一定值；或者其实际存储能量是否满足一次顺桨所需的最大能量要求。
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