[發(fā)明專利]一種大型風機變槳系統用超級電容的計算方法及選型方法

有效

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• 申請日: 2020-02-13
• 公開（公告）號: CN111241708B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發(fā)明（設計）人: 耿麗紅;王朝東;劉兵強;謝金娟;武愈振;楊海鋒;王建偉;石磊
• 申請（專利權）人: 許昌許繼風電科技有限公司;許繼集團有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q50/06;F03D9/25
• 代理公司: 北京中創(chuàng)云知識產權代理事務所(普通合伙) 11837
• 代理人: 徐輝

一種大型風機變槳系統用超級電容的計算方法及選型方法，屬于風力發(fā)電技術領域。本發(fā)明通過建立風機仿真模型，計算變槳系統中變槳軸承承受的外載、傾覆力矩、軸向力、徑向合力、轉速和變槳過程中加速度；由以上參數確定變槳軸承滾道摩擦力矩；然后計算變槳軸承的驅動扭矩；根據機械轉矩、功率、能量之間的關系，計算驅動變槳軸承所需的能量；根據所需能量，由超級電容能量計算方法推導出超級電容模組的等效電容值，根據計算出的等效電容量值選定超級電容。本發(fā)明原理簡單、精度高，能夠選擇合理的超級電容，機組安全可靠性高，有利于降低系統故障率、降低風機的制造成本，延長變槳系統用超級電容的使用壽命，提高市場競爭力。

技術領域

本發(fā)明屬于風力發(fā)電技術領域，具體涉及一種大型風機變槳系統用超級電容的計算方法及選型方法。

背景技術

風力發(fā)電機變槳系統須配置一套備用電源，用來確保當電網電壓瞬間中斷時變槳系統能夠可靠工作和當電網掉電時變槳系統能夠可靠順槳。特別是風機在正常發(fā)電過程中，葉片角度處于工作位置，若此時電網掉電，為了保證風機能夠可靠停機，必須通過備用電源將葉片轉至順槳位置。電網掉電情況下風機若不及時收槳，會發(fā)生超速，超載，甚至會發(fā)生飛車事件，嚴重影響機組的安全性、可靠性。

后備電源的作用及其重要，常用的變槳用后備電源類型有超級電容、電池模塊，目前應用較多的為超級電容。超級電容的選型是后備電源設計的首要任務，現有的后備電源超級電容在選取時常根據經驗值進行估算，估算值偏大，且忽略變槳系統受力傳遞過程中的變槳軸承摩擦力，計算結果不夠準確；根據風機在模擬工況下進行載荷計算得到的超級電容等效容值進行選型，能夠減少變槳系統的故障率，提高機組的安全可靠性，同時降低機組的設計成本。

發(fā)明內容

(一)發(fā)明目的

本發(fā)明的目的是提供一種大型風力發(fā)電機組變槳系統用超級電容的計算方法及選型方法，用以進行變槳系統用超級電容的計算及選型工作，以減少變槳系統的故障率，提高機組的安全可靠性，同時降低機組的設計成本。

(二)技術方案

為解決上述問題，本發(fā)明的第一方面提供了一種大型風機變槳系統用超級電容的計算方法，包含以下步驟：

(1)根據風力發(fā)電機組的設計參數，建立風力發(fā)電機組仿真模型，求解出風力發(fā)電機組變槳系統各時間點對應的載荷，包括：葉根力矩M_z、傾覆力矩M_xy、軸向力F_z、徑向合力F_xy、變槳過程中的變槳軸承加速度α_acc、風機功率P_r和變槳實際速率β′；

(2)根據變槳軸承所承受的外載、傾覆力矩M_xy、軸向力F_z、徑向合力F_xy，計算變槳軸承摩擦力矩M_fric；

(3)根據變槳過程中的受力傳遞關系，計算變槳軸承的驅動轉矩M_act；

(4)根據轉動力矩、功率、能量之間的關系，計算驅動變槳軸承所需的能量E_backup，并進行統計分析得到驅動變槳軸承所需最大能量E_{backup_max}；

(5)根據超級電容能量計算方法，考慮損耗、超級電容衰減后，計算得到超級電容的等效電容值C。

進一步的，所述步驟(2)中變槳軸承摩擦力M_fric的計算公式為：

其中，μ為摩擦系數，M_xy為傾覆力矩，F_Z為軸向力，D_L為軸承座圈直徑，F_xy為徑向力，M_pre為軸承滾道預緊力。