CN116231856A - 一种风力发电机组变桨***后备电源智能监测方法及*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风力发电机组变桨***后备电源智能监测方法及***。变桨***中后备电源由超级电容模组组成，本发明通过实时计算超级电容模组的容值的方法来监测后备电源的健康状态。变桨***有两种拓扑模式，一种是后备电源实时在线运行，给变桨提供能量，一种是正常运行时后备电源备用，掉电模式下后备电源运行。本发明针对这两种模式分别设计了后备电源容值计算方法，无需人工操作，自动检测后备电源健康状态，并在后备电源亚健康时发出告警，提示需要更换后备电源模组，保证风机运行的安全性。

Description

一种风力发电机组变桨***后备电源智能监测方法及***
技术领域
本发明属于风电技术领域，涉及一种风力发电机组变桨***后备电源智能监测方法，此风电变桨***为电控***，不同于液压变桨***。
背景技术
风电装备作为一个技术密集型的战略新兴产业，风机发电的稳定性和安全性对其中的每一个部件都提出了挑战。
风电变桨***作为风机的控制***和刹车***，承担着控制与保护的双重任务。电网电压正常时，风机变桨***由电网供电，当电网掉电时，由后备电源给变桨***提供能量控制叶片顺桨到安全位置，保证风机安全。后备电源作为电网掉电后变桨***的唯一供电措施，是确保掉电情况下风机安全的关键器件，如果后备电源损坏，会造成风机无法紧急顺桨，导致严重的安全事故。
为了保证风机的安全，必须监测后备电源的健康状况。过去通常做法是通过人工攀爬风机进入轮毂，然后对变桨***后备电源进行手工测试。这种测试方法十分麻烦，且检测时停机会损失风机发电量，两次检测间隔时间三个月至半年不等，无法实时检测后备电源健康度。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种可自动检测，周期短的风电机组变桨***后备电源容值测试方法。
本发明采用如下的技术方案。
一方面，本专利提供一种风力发电机组变桨***后备电源智能监测方法，包括：
步骤1：确定当前变桨***中后备电源工作模式；
步骤2：根据后备电源工作模式计算后备电源容值；
步骤3：对于后备电源的容值，如果低于***设计容值的n倍则发出容值过低告警，如果大于***设计容值的m倍则发出容值过高告警，且m>n。
进一步地，所述后备电源工作模式包括后备电源实时在线模式以及***运行时后备电源为备用模式。
进一步地，步骤2中，当工作模式采用后备电源实时在线模式时，风机并网运行变桨，变桨***充电机和后备电源同时给***提供能量，此时充电机输出电流一部分给后备电源充电，一部分给变桨驱动器供电。
进一步地，变桨***中有当前的风速数据，当风机因风速低正常停机时，***自动进入容值计算模式；变桨控制器实时监控主控命令，主控位置控制指令变化时，即刻退出容值计算模式进入运行模式，否则等待容值检测完成再退出容值计算模式。
进一步地，在变桨***收到风机正常停机指令时关闭充电机，并在此时屏蔽相关变桨故障，利用后备电源能量顺桨，后备电源电压会下跌。
进一步地，待变桨到达安全位置电机抱闸以后，变桨***记录此时后备电源电压作为起始电压，开启充电机给后备电源充电直到充电完成，此时电压作为截止电压并取消故障屏蔽，记录充电过程中的充电电流和充电时间。
进一步地，步骤2中，当工作模式采用***运行时后备电源为备用模式时，正常运行时变桨***充电机不运行，待后备电源电压跌落到设计阈值后开启充电机，采用充电机开启时电压作为起始电压，变桨***后备电源充电完成后电压作为截止电压，记录充电过程中的充电电流和充电时间。
进一步地，所述步骤2中超级电容模组容值计算方式如下：
电容值理论计算公式为：C＝Q/U；
其中C：电容值，单位F(法拉)、Q：电荷量，单位(库伦)、U：电压；
电荷量计算公式为：Q＝i*t；
其中i：电流、t：时间；
最终容值计算方法为：
Figure SMS_1
其中i：后备电源充电电流、t：后备电源充电时间；
U1：后备电源充电截止电压、U2：后备电源充电起始电压。
进一步地，所述n的取值为0.6，m的取值为1.3。
另一方面，本专利提供一种风力发电机组变桨***后备电源智能监测***，用于实现风力发电机组变桨***后备电源智能监测方法。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，通过对后备电源充放电的过程来计算后备电源的容值，既监控了后备电源的电压值，又监控了后备电容的容值，而且计算通过控制***自动完成，周期短，精度高，不需要额外停机投入人力对后备电源进行手工检测。维护人员只需要关注变桨***的后备电源容值告警信息。此种方法无论从现场维护角度还是技术角度都比传统方法更方便和精确。
附图说明
图1是本发明一种风力发电机组变桨***后备电源智能监测方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。本申请所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明精神，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它实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明提供一种风力发电机组变桨***后备电源智能监测方法，包括以下步骤：
步骤1：确定当前变桨***中后备电源工作模式；后备电源工作模式包括后备电源实时在线模式以及***运行时后备电源为备用模式。
步骤2：根据后备电源工作模式计算后备电源容值；
当工作模式采用后备电源实时在线模式时，风机并网运行变桨，变桨***充电机和后备电源同时给***提供能量，此时充电机输出电流一部分给后备电源充电，一部分给变桨驱动器供电，在并网时无法精确计算出后备电源的容值；
变桨***中有当前的风速数据，当风机因风速低正常停机时，***自动进入容值计算模式；变桨控制器实时监控主控命令，主控位置控制指令变化时，即刻退出容值计算模式进入运行模式，否则等待容值检测完成再退出容值计算模式。
所以设计在变桨***收到风机正常停机指令时关闭充电机，并在此时屏蔽相关变桨故障，利用后备电源能量顺桨，后备电源电压会下跌，待变桨到达安全位置电机抱闸以后，变桨***记录此时后备电源电压作为起始电压，再开启充电机给后备电源充电直到充电完成；
优选地，等待后备电源电压下跌超过20V后再开启充电机；
记录此时电压作为截止电压并取消故障屏蔽，记录充电过程中的充电电流和充电时间；
超级电容模组容值计算方式如下：
电容值理论计算公式为：C＝Q/U；
其中C：电容值，单位F(法拉)、Q：电荷量，单位(库伦)、U：电压；
电荷量计算公式为：Q＝i*t；
其中i：电流、t：时间；
最终容值计算方法为：
Figure SMS_2
其中i：后备电源充电电流、t：后备电源充电时间；
U1：后备电源充电截止电压、U2：后备电源充电起始电压。
当工作模式采用***运行时后备电源为备用模式时，正常运行时变桨***充电机不运行，待后备电源电压自动跌落到设计阈值后开启充电机；
优选地，设计阈值的取值为430V；
采用充电机开启时电压作为起始电压，变桨***后备电源充电完成后电压作为截止电压，记录充电过程中的充电电流和充电时间；
超级电容模组容值计算方式如下：
电容值理论计算公式为：C＝Q/U；
其中C：电容值，单位F(法拉)、Q：电荷量，单位(库伦)、U：电压；
电荷量计算公式为：Q＝i*t。
其中i：电流、t：时间；
最终容值计算方法为：
Figure SMS_3
其中i：后备电源充电电流、t：后备电源充电时间；
U1：后备电源充电截止电压、U2：后备电源充电起始电压。
步骤3：通过以上步骤计算得出后备电源的容值，如果低于***设计容值的0.6倍则发出容值过低告警，如果大于***设计容值的1.3倍则发出容值过高告警。风机维护人员根据变桨***的后备电源告警信息对故障后备电源进行及时更换，保证风机的安全。
实施例1：
一种5.XMW风电机组的变桨***，其后备电源为第二种工作模式，后备电源设计容值为2法拉(F)，后备电源额定电压为450伏特(V)，后备电源自动跌落到430V后自动开启充电机为其充满电；
***正常工作中，变桨控制器检测到后备电源电压跌落到430V，此时开始充电，充电电流设定为恒流2安培(A)，记录充电电流为1.9A上升沿时候的后备电源电压作为起始电压U2，起始电压为431.5V，电荷量计算公式为Q＝i*t。其中i：电流、t：时间。变桨控制器根据以上公式计算电荷量：由于控制器运行周期为10毫秒(ms)，电荷量累计算法为将每周期电流反馈值乘以时间的值加起来。
后备电源电压充电快完成时，充电电流会逐渐变为0，记录充电电流为1.9A下降沿时候的后备电源电压作为截止电压U1，截止电压为448.7V，电荷量累计值为33.54库伦(C)。根据公式
Figure SMS_4
可得/>
Figure SMS_5
本次计算出的后备电源容值为1.95库伦，在正常范围内，容值正常，后备电源健康。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，通过对后备电源充放电的过程来计算后备电源的容值，既监控了后备电源的电压值，又监控了后备电容的容值，而且计算通过控制***自动完成，周期短，精度高，不需要额外停机投入人力对后备电源进行手工检测。维护人员只需要关注变桨***的后备电源容值告警信息。此种方法无论从现场维护角度还是技术角度都比传统方法更方便和精确。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风力发电机组变桨***后备电源智能监测方法，其特征在于，包括：
步骤1：确定当前变桨***中后备电源工作模式；
步骤2：根据后备电源工作模式计算后备电源容值；
步骤3：对于后备电源的容值，如果低于***设计容值的n倍则发出容值过低告警，如果大于***设计容值的m倍则发出容值过高告警，且m>n。
2.根据权利要求1所述的一种风力发电机组变桨***后备电源智能监测方法，其特征在于：
所述后备电源工作模式包括后备电源实时在线模式以及***运行时后备电源为备用模式。
3.根据权利要求1所述的一种风力发电机组变桨***后备电源智能监测方法，其特征在于：
步骤2中，当工作模式采用后备电源实时在线模式时，风机并网运行变桨，变桨***充电机和后备电源同时给***提供能量，此时充电机输出电流一部分给后备电源充电，一部分给变桨驱动器供电。
4.根据权利要求3所述一种风力发电机组变桨***后备电源智能监测方法，其特征在于：
变桨***中有当前的风速数据，当风机因风速低正常停机时，***自动进入容值计算模式；变桨控制器实时监控主控命令，主控位置控制指令变化时，即刻退出容值计算模式进入运行模式，否则等待容值检测完成再退出容值计算模式。
5.根据权利要求4所述的一种风力发电机组变桨***后备电源智能监测方法，其特征在于：
在变桨***收到风机正常停机指令时关闭充电机，并在此时屏蔽相关变桨故障，利用后备电源能量顺桨，后备电源电压会下跌。
6.根据权利要求5所述的一种风力发电机组变桨***后备电源智能监测方法，其特征在于：
待变桨到达安全位置电机抱闸以后，变桨***记录此时后备电源电压作为起始电压，开启充电机给后备电源充电直到充电完成，此时电压作为截止电压并取消故障屏蔽，记录充电过程中的充电电流和充电时间。
7.根据权利要求1所述一种风力发电机组变桨***后备电源智能监测方法，其特征在于：
步骤2中，当工作模式采用***运行时后备电源为备用模式时，正常运行时变桨***充电机不运行，待后备电源电压跌落到设计阈值后开启充电机，采用充电机开启时电压作为起始电压，变桨***后备电源充电完成后电压作为截止电压，记录充电过程中的充电电流和充电时间。
8.根据权利要求6或7所述的一种风力发电机组变桨***后备电源智能监测方法，其特征在于；
所述步骤2中超级电容模组容值计算方式如下：
电容值理论计算公式为：C＝Q/U；
其中C：电容值，单位F(法拉)、Q：电荷量，单位(库伦)、U：电压；
电荷量计算公式为：Q＝i*t；
其中i：电流、t：时间；
最终容值计算方法为：
Figure FDA0004056309000000021
其中i：后备电源充电电流、t：后备电源充电时间；
U1：后备电源充电截止电压、U2：后备电源充电起始电压。
9.根据权利要求1所述一种风力发电机组变桨***后备电源智能监测方法，其特征在于：
所述n的取值为0.6，m的取值为1.3。
10.一种风力发电机组变桨***后备电源智能监测***，其特征在于：
所述***用于实现权利要求1-9任意一项所述的风力发电机组变桨***后备电源智能监测方法。
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