一种风力发电机组交流变桨系统后备电源容量的检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种风力发电机组交流变桨系统后备电源容量的检测方法，步骤如下：进入容量测试模式；通过主控命令使得当前叶片的速度和位置变化；记录测试时当前后备电源的初始电压值；测试结束，记录当前的后备电源最低工作电压值以及测试时间值；计算出后备电源提供的能量值以及驱动电机的能量消耗值；将驱动电机的能量消耗值与后备电源提供的能量值的比值作为测试结果，并根据测试结果的大小判定当前后备电源容量是否异常。本发明可以远程操作，当后备电源容量低于设备正常运行范围时，风力发电机组电控系统将对后备电源模组做出判断需要更换模组，从而保证后备电源有足够的容量满足紧急顺桨的需要，具有测量简单、测试周期短、测试便捷等优点。
【专利说明】
一种风力发电机组交流变桨系统后备电源容量的检测方法
技术领域
[0001] 本发明涉及风电领域，特别涉及一种风力发电机组交流变桨系统后备电源容量的 检测方法。
【背景技术】
[0002] 交流变桨系统的后备电源是风场电网掉电后变桨系统中唯一的能量提供设备，也 是确保交流变桨系统安全、可靠紧急收桨的必要条件。后备电源(超级电容)容量随着设备 自身老化、受高低温、潮湿、盐雾等恶劣外部环境影响，在工作一定的时间后，后备电源(超 级电容）的容量无法达到设计之初以及风机安全运行的必要条件，可能造成交流变桨系统 紧急顺桨失败，从而带来重大财产损失。
[0003] 通过定期对后备电源(超级电容)容量进行测试检查，能够在一定程度上避免后备 电源(超级电容)容量下降至安全值以下还未能准确提示故障情况的发生。现阶段需要通过 逐一攀爬风机，人工手动借助外携设备对变桨系统的三个后备电源柜中的超级电容逐一进 行充放电测试，测量十分麻烦，并且每次测试的间隔周期半年至一年不等，测量间隔周期太 长。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种可远程控制、测量简单、周期短的风力发 电机组交流变桨系统后备电源容量的检测方法。
[0005] 本发明解决上述问题的技术方案是:一种风力发电机组交流变桨系统后备电源容 量的检测方法，其步骤如下： (1) 风力发电机组电控系统切断变桨系统的外部电源供给，并远程控制变桨系统，使变 桨系统进入后备电源的容量测试模式，并记录此时的后备电源初始电压值； (2) 测试开始，通过主控命令控制当前测试后备电源所对应驱动器，驱动器按主控下发 的速度和位置指令驱动电机，使得当前叶片的速度和位置变化，叶片发生速度和位置变化 将消耗后备电源的能量，后备电源的模组电压值开始下降； (3) 测试一段时间后，风力发电机组电控系统发出测试结束命令，变桨系统结束容量测 试模式，记录当前的后备电源最低工作电压值以及测试时间值； (4) 根据步骤（1)得到的后备电源初始电压值、步骤(3)得到的后备电源最低工作电压 值以及后备电源的理论电容值计算出后备电源提供的能量值； (5) 通过内置驱动器的电压传感器、电流互感器及测试时间得到驱动电机的能量消耗 值； (6) 将步骤(4)中驱动电机的能量消耗值与步骤(3)中后备电源提供的能量值的比值作 为测试结果； (7) 判断测试结果是否低于80%，若是，则判定当前后备电源容量异常，若不是，则判定 当前后备电源容量正常。
[0006] 2.根据权利要求1所述的风力发电机组交流变桨系统后备电源容量的检测方法， 其特征在于:所述步骤(4)中，后备电源提供的能量值Q计算公式为： Q=1/2XCX(Ui2-U22) 其中，C为后备电源的理论电容值，山为后备电源初始电压值，U2为后备电源最低工作 电压值。
[0007] 3.根据权利要求2所述的风力发电机组交流变桨系统后备电源容量的检测方法， 其特征在于:所述步骤(5)中，驱动电机的能量消耗值&计算公式为： Qi=UI*t 其中，U为驱动电机电压值，I为驱动电机电流值，t为测试时间值。
[0008] 本发明的有益效果在于： 1、本发明将驱动电机的能量消耗值与后备电源提供的能量值的比值作为测试结果，通 过判断测试结果是否低于正常容量的80%，来判定当前后备电源容量是否异常，从而保证后 备电源有足够的容量，以满足交流变桨系统紧急顺桨的需要，具有测量简单、测试周期短、 测试便捷的优点。
[0009] 2、本发明可以远程操作，不借助其他测试设备就能够准确知晓当前后备电源容 量，当后备电源容量低于设备正常运行范围时，风力发电机组电控系统将发出故障信息，提 示需要维护检修设备，并对后备电源模组做出判断，是否需要更换模组，从而保证后备电源 有足够的容量。
【附图说明】
[0010]图1为本发明的流程图。
【具体实施方式】 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0011] -种风力发电机组交流变桨系统后备电源容量的检测方法，其步骤如下： (1)风力发电机组电控系统切断变桨系统的外部电源供给，并远程控制变桨系统，使变 桨系统进入后备电源的容量测试模式，并记录此时的后备电源初始电压值Uu
[0012] (2)测试开始，通过主控命令控制当前测试后备电源所对应驱动器，驱动器按主控 下发的速度和位置指令驱动电机，使得当前叶片的速度和位置变化，叶片发生速度和位置 变化将消耗后备电源的能量，后备电源的模组电压值开始下降。
[0013] (3)测试一段时间后，风力发电机组电控系统发出测试结束命令，变桨系统结束容 量测试模式，记录当前的后备电源最低工作电压值1] 2以及测试时间值t。
[0014] (4)根据步骤（1)得到的后备电源初始电压值、步骤(3)得到的后备电源最低工作 电压值以及后备电源的理论电容值计算出后备电源提供的能量值； 后备电源提供的能量值Q计算公式为： Q=1/2XCX(Ui2-U22) 其中，C为后备电源的理论电容值，山为后备电源初始电压值，U2为后备电源最低工作 电压值。
[0015] (5)通过内置驱动器的电压传感器、电流互感器及测试时间得到驱动电机的能量 消耗值;驱动电机的能量消耗值&计算公式为： Qi=UI*t 其中，U为驱动电机电压值，I为驱动电机电流值，t为测试时间值。
[0016] (6)将步骤(4)中驱动电机的能量消耗值与步骤(3)中后备电源提供的能量值的比 值作为测试结果。
[0017] (7)判断测试结果是否低于80%，若是，则判定当前后备电源容量异常，若不是，则 判定当前后备电源容量正常。
[0018] 以某型号风机为例，后备电源采用超级电容备电，系统采用5个模组，每个模组36 个2.7V单体组成90V/9.6F的模组，5个这样的模组串接构成系统的后备电源450V/1.92F，即 山为45(^，C为1.92F。根据驱动器母线最低工作电压1] 2为150V，通过公式（1)计算得出后备电 源可提供的能量为172800焦耳。
其中U1为后备电源初始电压值，U1为450V，U2为后备电源最低工作电压值，U2为150V，C 为后备电源的理论电容值，取值为1.92F。
[0020]根据Bladed提供的风机模型进行分析计算，风机在额定风速时紧急停机需要的能 量最大，约为额定载荷停机时的63%，因此紧急停机需要的能量为：W=T*co*t=38*0.63* (1910/9.55)*(90/6+3)=86400焦耳，可见此后备电源能满足停机2次的要求。
[0021 ]根据以上计算确定模组参数为:额定电压：90V;最高电压：97.2V;连续输出电流 20A;工作温度：-40°C-65°C ;存储温度：-40°C-70°C ;模组外形尺寸（L*W*H): 305mm*l 15mm* 270mm，重量：彡8Kg。根据模组的参数得知，整个后备电源系统由5个模组组成，每个模组电 压为90V，串联在一起为450V，容量为9.6F，那么每个模组的额定容量为1.92F。根据模组的 特性，如果模组的能量效率值低于额定容量的80%，则判断该模组失效。
[0022]在驱动器中填入模组容量值1.92F，风力发电机组完成紧急停机后，由主控切断交 流变桨系统电源后，可对一个后备电源柜做测试，测试数据如下：
【主权项】
1. 一种风力发电机组交流变桨系统后备电源容量的检测方法，其步骤如下： (1) 风力发电机组电控系统切断变桨系统的外部电源供给，并远程控制变桨系统，使变 桨系统进入后备电源的容量测试模式，并记录此时的后备电源初始电压值； (2) 测试开始，通过主控命令控制当前测试后备电源所对应驱动器，驱动器按主控下发 的速度和位置指令驱动电机，使得当前叶片的速度和位置变化，叶片发生速度和位置变化 将消耗后备电源的能量，后备电源的模组电压值开始下降； (3) 测试一段时间后，风力发电机组电控系统发出测试结束命令，变桨系统结束容量测 试模式，记录当前的后备电源最低工作电压值以及测试时间值； (4) 根据步骤（1)得到的后备电源初始电压值、步骤(3)得到的后备电源最低工作电压 值以及后备电源的理论电容值计算出后备电源提供的能量值； (5) 通过内置驱动器的电压传感器、电流互感器及测试时间得到驱动电机的能量消耗 值； (6) 将步骤(4)中驱动电机的能量消耗值与步骤(3)中后备电源提供的能量值的比值作 为测试结果； (7) 判断测试结果是否低于80%，若是，则判定当前后备电源容量异常，若不是，则判定 当前后备电源容量正常。2. 根据权利要求1所述的风力发电机组交流变桨系统后备电源容量的检测方法，其特 征在于:所述步骤(4)中，后备电源提供的能量值Q计算公式为： Q=1/2XCX(Ui2-U22) 其中，C为后备电源的理论电容值，山为后备电源初始电压值，1]2为后备电源最低工作电 压值。3. 根据权利要求2所述的风力发电机组交流变桨系统后备电源容量的检测方法，其特 征在于:所述步骤(5)中，驱动电机的能量消耗值&计算公式为： Qi=UI*t 其中，U为驱动电机电压值，I为驱动电机电流值，t为测试时间值。
【文档编号】G01R31/40GK106093802SQ201610387056
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月3日 公开号201610387056.6, CN 106093802 A, CN 106093802A, CN 201610387056, CN-A-106093802, CN106093802 A, CN106093802A, CN201610387056, CN201610387056.6
【发明人】王志琛
【申请人】湖南世优电气股份有限公司