[發(fā)明專利]風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)后備電源的智能控制系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010010368.1
• 申請(qǐng)日: 2020-01-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111156131B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王張良;俞慶;尋征軒;王洪印
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海電氣風(fēng)電集團(tuán)股份有限公司
• 主分類號(hào): F03D7/00
• 分類號(hào): F03D7/00;G01R31/40
• 代理公司: 上海元好知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31323
• 代理人: 張靜潔;徐雯瓊

本發(fā)明提供一種風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)后備電源的智能控制系統(tǒng)，包含：風(fēng)機(jī)真實(shí)需求計(jì)算模塊，連接變槳電機(jī)，用于收集風(fēng)機(jī)在風(fēng)場(chǎng)變槳的風(fēng)速數(shù)據(jù)，采集變槳電機(jī)在順槳過(guò)程中消耗的能量，計(jì)算在最大設(shè)計(jì)風(fēng)速下風(fēng)機(jī)順槳對(duì)超級(jí)電容存儲(chǔ)能量的真實(shí)需求值；超級(jí)電容實(shí)際容量計(jì)算模塊，電性連接所述超級(jí)電容，收集超級(jí)電容充放電信息，并計(jì)算超級(jí)電容當(dāng)前的實(shí)際電容量；超級(jí)電容智能控制模塊，信號(hào)連接風(fēng)機(jī)真實(shí)需求計(jì)算模塊、超級(jí)電容實(shí)際容量計(jì)算模塊，電性連接超級(jí)電容，根據(jù)所述真實(shí)需求值、超級(jí)電容當(dāng)前的實(shí)際電容量來(lái)控制超級(jí)電容的充電電壓，預(yù)測(cè)超級(jí)電容的剩余使用時(shí)間，判斷超級(jí)電容是否需要更換。本發(fā)明還提供一種風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)后備電源的智能控制方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)后備電源的智能控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)日益成熟，成本不斷下降，是目前應(yīng)用規(guī)模最大的新能源發(fā)電方式。變槳系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)(簡(jiǎn)稱風(fēng)機(jī))重要的控制和保護(hù)裝置，變槳系統(tǒng)主要由變槳驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)、后備電源組成。后備電源的任務(wù)是在電網(wǎng)異常時(shí)，為變槳系統(tǒng)提供能量，將槳葉順槳至安全位置，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的空氣制動(dòng)。如果后備電源存儲(chǔ)的能量不能滿足順槳要求，那么電網(wǎng)異常時(shí)，槳葉將不能順槳至安全位置，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致“飛車或倒塔”事故。

變槳系統(tǒng)通常采用超級(jí)電容或蓄電池作為后備電源。其中超級(jí)電容功率密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性好，目前已成為主流。超級(jí)電容存儲(chǔ)的能量主要由電容的容量和充電電壓決定。充電電壓一般設(shè)置為電容的額定電壓，在變槳系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，充電電壓一般不再變化。

超級(jí)電容容量、額定電壓的選取是變槳系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，參數(shù)選擇過(guò)大，會(huì)造成資源浪費(fèi)，增加風(fēng)機(jī)成本。選取過(guò)小，則使得變槳系統(tǒng)電網(wǎng)異常時(shí)，槳葉將不能順槳至安全位置，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致飛車或倒塔。因此，根據(jù)風(fēng)機(jī)對(duì)變槳系統(tǒng)的真實(shí)需求，選擇合適的超級(jí)電容參數(shù)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要。超級(jí)電容容量、額定電壓通常采用仿真計(jì)算得到，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)室加載測(cè)試進(jìn)行驗(yàn)證。

進(jìn)入運(yùn)行階段后，超級(jí)電容的容量是變槳系統(tǒng)的重要指標(biāo)。通常，可采用檢測(cè)超級(jí)電容電壓、變槳測(cè)試或電阻放電測(cè)試的方式來(lái)估算電容容量。當(dāng)超級(jí)電容的容量衰減到一定程度，通常為衰減20％時(shí)，需更換超級(jí)電容。

已知超級(jí)電容根據(jù)運(yùn)用條件的不同，使用壽命會(huì)有很大差異。在滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)組真實(shí)需求的同時(shí)，如何根據(jù)風(fēng)機(jī)的真實(shí)需求和超級(jí)電容容量變化來(lái)控制超級(jí)電容的充電電壓，使其使用壽命最長(zhǎng)化、可靠性最高化，尚未發(fā)現(xiàn)相關(guān)研究。目前對(duì)變槳系統(tǒng)超級(jí)電容的研究主要集中在超級(jí)電容容量的檢測(cè)和健康狀態(tài)的監(jiān)控。

對(duì)比1：CN108087209A提供了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的超級(jí)電容模組的檢測(cè)方法可通過(guò)自身系統(tǒng)的更為精確地檢測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中超級(jí)電容模組的容值，可以較為準(zhǔn)確預(yù)測(cè)電容使用壽命，為風(fēng)機(jī)的安全提供了更可靠的保障。

對(duì)比2：CN105866705A公開(kāi)了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組交流變槳系統(tǒng)后備電源容量的測(cè)量方法，可以通過(guò)遠(yuǎn)程控制方式對(duì)交流變槳系統(tǒng)后備電源能量自動(dòng)泄放，可以省略掉傳統(tǒng)的后備的泄放電阻，節(jié)約了成本；并且能對(duì)后備容量進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量。

對(duì)比3：CN106093802A公開(kāi)了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組交流變槳系統(tǒng)后備電源容量的檢測(cè)方法，通過(guò)主控命令使得當(dāng)前葉片的速度和位置變化；記錄測(cè)試時(shí)當(dāng)前后備電源的初始電壓值；測(cè)試結(jié)束，記錄當(dāng)前的后備電源最低工作電壓值以及測(cè)試時(shí)間值；計(jì)算出后備電源提供的能量值以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的能量消耗值；將驅(qū)動(dòng)電機(jī)的能量消耗值與后備電源提供的能量值的比值作為測(cè)試結(jié)果，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果的大小判定當(dāng)前后備電源容量是否異常。當(dāng)后備電源容量低于設(shè)備正常運(yùn)行范圍時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電控系統(tǒng)將對(duì)后備電源模組做出判斷需要更換模組，從而保證后備電源有足夠的容量滿足緊急順槳的需要，具有測(cè)量簡(jiǎn)單、測(cè)試周期短、測(cè)試便捷等優(yōu)點(diǎn)。

現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，主要體現(xiàn)在以下三點(diǎn)：

1)利用仿真計(jì)算得到的超級(jí)電容設(shè)計(jì)需求與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的真實(shí)需求存在一定差異。