海上大功率风电机组变桨控制系统钛酸锂电池管理方法与流程

本发明涉及风力发电，特别涉及一种海上大功率风电机组变桨控制系统钛酸锂电池管理方法。

背景技术：

1、随着陆上可用于建设风场的土地资源逐年减少，海上风机逐渐成为风场建设的主要趋势。相比于陆上风机，海上风机普遍有着更大的单机发电容量。随着机组发电功率的增加，风机的桨叶长度及载荷均有所增加，变桨控制系统输出功率以及后备电源容量也随之提升。

2、在外部电网电压不稳定的情况下，变桨控制系统由自身后备电源提供电力支持变桨系统紧急顺桨至安全位置。变桨控制系统后备电源可由铅酸电池，超级电容或锂离子电池组成。钛酸锂电池是锂离子电池的一种，相较于其他传统锂电池具有高功率特性支持大电流充放电，能量密度高，和安全性好等优点。以钛酸锂电池组成的后备电源占用变桨控制系统柜内体积更小。钛酸锂电池特性还包括耐宽温性能良好。海上风机机舱内环境恶劣，昼夜温差大，钛酸锂电池耐宽温性特性与海上风机变桨控制系统应用环境相符合。

3、根据变桨控制系统相关的国家标准，以钛酸锂电池作为变桨控制系统后备电源，其容量应满足变桨电机工作在规定载荷情况下以用户要求的变桨距速度在整个变桨距角范围内完成不少于2次顺桨。为了满足国标要求，变桨控制系统需要实时采集钛酸锂电池的电压，温度，充电电流及放电电流等数据。变桨控制系统应能根据采集的数据判定钛酸锂电池相关故障并在故障情况下执行相应的保护动作。变桨控制系统需定期对钛酸锂电池进行健康状况检测，以确保钛酸锂电池的健康状况可以支持变桨控制系统紧急顺桨至安全位置。

4、需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决背景技术存在的技术问题，为此，提供了一种海上大功率风电机组变桨控制系统钛酸锂电池管理方法，其能有效判断变桨控制系统后备电源钛酸锂电池相关故障并采取相应的故障保护动作。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、海上大功率风电机组变桨控制系统钛酸锂电池管理方法，包括：

4、对钛酸锂电池的电池组数据及电池单体数据采集；

5、对变桨控制系统钛酸锂电池健康状况定期检测；

6、判断钛酸锂电池故障以及在故障状况下采取系统保护动作；

7、其中，对变桨控制系统钛酸锂电池健康状况检测，包括以下步骤：

8、步骤1：通过变桨控制系统消耗钛酸锂电池组剩余容量；

9、步骤2：当钛酸锂电池组电压下降到钛酸锂电池组工作电压范围内的中间值后，停止消耗钛酸锂电池组容量，等待钛酸锂电池组电压稳定；

10、步骤3：变桨控制系统充电器以小倍率充电电流ic向钛酸锂电池组充电，充电时间为tc；

11、步骤4：充电计时结束后，静置钛酸锂电池，静置时间为tr，记录静置后的钛酸锂电池组电压ocvc1；

12、步骤5：充电器重新以小倍率电流ic为钛酸锂电池组充电，充电时间为tc；

13、步骤6：充电计时结束后，静置钛酸锂电池，静置时间为tr，记录静置后的钛酸锂电池组电压ocvc2；

14、步骤7：依据预先标定的开路电压ocv与荷电状态soc对应关系，确定ocvc1与ocvc2对应的钛酸锂电池荷电状态soc数值；

15、步骤8：计算钛酸锂电池组健康状况soh；

16、步骤9：判定钛酸锂电池健康状况是否支持变桨控制系统紧急顺桨至安全位置。

17、以下为本发明进一步限定的技术方案，钛酸锂电池的电池组数据及电池单体数据包括：电池组总电压、电池组充电电流、电池组放电电流、电池组内电池单体温度和电池组内电池单体电压。

18、以下为本发明进一步限定的技术方案，在步骤8中，钛酸锂电池组健康状况soh利用以下公式获得：

19、

20、其中ic为充电电流，tc为充电时长，c为钛酸锂电池组额定容量，socc2为第二次静置后的开路电压ocvc2所对应的荷电状态，socc1为第一次静置后的开路电压ocvc1所对应的荷电状态。

21、以下为本发明进一步限定的技术方案，在钛酸锂电池健康状况检测中，由变桨控制系统定期向风机主控发送后备电源健康检测请求并在有风机主控指令的情况下执行检测工作。

22、以下为本发明进一步限定的技术方案，在步骤7中，钛酸锂电池开路电压ocv与荷电状态soc对应关系，通过试验预先标定。

23、以下为本发明进一步限定的技术方案，钛酸锂电池故障包括严重故障和告警故障，所述严重故障包括：电池组总电压过高、电池组温度过高、电池组温度过低、绝缘漏电和电池组容量衰减故障；所述告警故障包括：单体电压过高、单体电压过低、充电过流、放电过流和电池单体压差过大。

24、以下为本发明进一步限定的技术方案，对钛酸锂电池故障的系统保护动作，包括：

25、当严重故障报出，变桨控制系统断开钛酸锂电池组直流继电器，变桨控制系统紧急顺桨至安全位置；

26、当告警故障报出，变桨控制系统紧急顺桨至安全位置，告警故障自复位。

27、以下为本发明进一步限定的技术方案，变桨控制系统在驱动器母线电压不稳定的情况下，主控断开钛酸锂电池组直流继电器，保护钛酸锂电池组不受驱动器母线电压波动影响。

28、以下为本发明进一步限定的技术方案，在钛酸锂电池健康状况soh数值低于设置的阈值时，变桨控制系统报出电池组容量衰减故障，并向风机主控发送电池组更换请求。

29、相对于现有技术，本发明具有如下技术效果：

30、本发明在基于风电行业应用场景下对钛酸锂电池的电池组数据及电池单体数据采集、对变桨控制系统钛酸锂电池健康状况定期检测、判断钛酸锂电池相关故障以及在故障状况下采取相应的系统保护动作，满足变桨控制系统钛酸锂电池的质量管理，保证了海上大功率风电机组的正常工作运行。

31、下面结合附图与实施例，对本发明进一步说明。

技术特征：

1.海上大功率风电机组变桨控制系统钛酸锂电池管理方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的海上大功率风电机组变桨控制系统钛酸锂电池管理方法，其特征在于，钛酸锂电池的电池组数据及电池单体数据包括：电池组总电压、电池组充电电流、电池组放电电流、电池组内电池单体温度和电池组内电池单体电压。

3.根据权利要求1所述的海上大功率风电机组变桨控制系统钛酸锂电池管理方法，其特征在于，在步骤8中，钛酸锂电池组健康状况soh利用以下公式获得：

4.根据权利要求1所述的海上大功率风电机组变桨控制系统钛酸锂电池管理方法，其特征在于，在钛酸锂电池健康状况检测中，由变桨控制系统定期向风机主控发送后备电源健康检测请求并在有风机主控指令的情况下执行检测工作。

5.根据权利要求1所述的海上大功率风电机组变桨控制系统钛酸锂电池管理方法，其特征在于，在步骤7中，钛酸锂电池开路电压ocv与荷电状态soc对应关系，通过试验预先标定。

6.根据权利要求1所述的海上大功率风电机组变桨控制系统钛酸锂电池管理方法，其特征在于，钛酸锂电池故障包括严重故障和告警故障，所述严重故障包括：电池组总电压过高、电池组温度过高、电池组温度过低、绝缘漏电和电池组容量衰减故障；所述告警故障包括：单体电压过高、单体电压过低、充电过流、放电过流和电池单体压差过大。

7.根据权利要求6所述的海上大功率风电机组变桨控制系统钛酸锂电池管理方法，其特征在于，对钛酸锂电池故障的系统保护动作，包括：

8.根据权利要求1所述的海上大功率风电机组变桨控制系统钛酸锂电池管理方法，其特征在于，变桨控制系统在驱动器母线电压不稳定的情况下，主控断开钛酸锂电池组直流继电器，保护钛酸锂电池组不受驱动器母线电压波动影响。

9.根据权利要求1所述的海上大功率风电机组变桨控制系统钛酸锂电池管理方法，其特征在于，在钛酸锂电池健康状况soh数值低于设置的阈值时，变桨控制系统报出电池组容量衰减故障，并向风机主控发送电池组更换请求。

技术总结
本发明属于风力发电技术领域，具体公开了一种海上大功率风电机组变桨控制系统钛酸锂电池管理方法。本发明在基于风电行业应用场景下对钛酸锂电池的电池组数据及电池单体数据采集、对变桨控制系统钛酸锂电池健康状况定期检测、判断钛酸锂电池相关故障以及在故障状况下采取相应的系统保护动作，满足变桨控制系统钛酸锂电池的质量管理，保证了海上大功率风电机组的正常工作运行。

技术研发人员：马子豪,张澄渊,陈国栋,杨湧,薛兆强
受保护的技术使用者：上海电气集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4