一种风电机组停机模式下的后备能源管理系统及方法与流程

本发明涉及风电机组供电领域，具体涉及一种风电机组停机模式下的后备能源管理系统及方法。

背景技术：

1、随着我国风力发电技术的日趋成熟，风机智能化程度越来越高，对风电机组运行状态的监控也越发重要，风电机组也必须要应对各种各样运行工况，针对不同紧急程度、不同停机时间要求，需要在不同停机模式下对风机停机待机后的数据进行收集，要实现停机后的数据收集，都必须要靠机组ups不间断电源以及后备电池续航来实现。但是以目前机组控制系统在低成本、轻量化设计的前提下，ups不间断电源中蓄电池容量由于成本以及尺寸的限制，都无法满足长时间续航的要求；例如，按目前机组常规设计，风电机组在停机待机状态下，如果全部风电机组待机运行负载设备均保持供电维持待机状态，ups不间断电源维持执行数据收集及运行监控的可维持时长只有约30~40分钟，无法满足多种工况停机后对于风机数据的长时间的数据收集及运行监控需求。而且，如果ups不间断电源耗电过多、剩余电量过低的情况下，可能导致ups的内置电池深度放电而造成损伤，对于ups的运行稳定性以及风机停机后择机自启动的稳定供电也会造成不利影响。

2、因此，对于ups不间断电源作为风电机组的后备能源，需要对其在风电机组停机模式下的能源管理提供更合理的解决方案，以增加风电机组停机后的系统待机续航时间，满足不同的预期待机时长的数据收集及运行监控需求。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的上述不足，本发明目的在于提供一种风电机组停机模式下的后备能源管理系统及方法，以通过更合理的后备能源管理策略，增加风电机组停机后的系统待机续航时间，从而更好的满足不同的预期待机时长的数据收集及运行监控需求。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

3、一种风电机组停机模式下的后备能源管理系统，包括ups不间断电源，以及在风电机组停机模式下由ups不间断电源供电的主控制器、偏航系统、plc控制器以及各风电机组待机运行负载设备；在ups不间断电源对各风电机组待机运行负载设备的供电回路上分别设置有断路器，各断路器的控制端分别与plc控制器的不同支路切除信号输出端进行电连接，受plc控制器的切除信号控制通断；所述plc控制器的控制指令输入端与主控制器的控制信号输出端进行电连接；

4、所述主控制器用于接收系统端下发的风电机组停机指令，并获取风电机组市电供电状态、ups不间断电源的电池可输出容量、以及各风电机组待机运行负载设备反馈的监测数据和运行状态数据，并进行分析，根据所述分析结果，对风电机组进行待机状态切换控制，并根据所述分析结果以及风电机组停机指令中指定的待机预期时长，确定各风电机组待机运行负载设备的断电切除范围，向plc控制器的发送相应的断电切除控制信号。

5、上述风电机组停机模式下的后备能源管理系统中，作为优选方案，所述主控制器在对风电机组进行待机状态切换控制时，根据所述分析结果确定风电机组停机策略，对风电机组进行待机状态切换控制；所述风电机组停机策略包括正常停机策略、紧急停机策略和快速停机策略；

6、所述正常停机策略为：

7、主控制器首先判断当前风电机组市电供电状态是否正常；若当前风电机组市电供电状态正常，主控制器则从所述监测数据获取风电机组所在区域的风速和风向，且在控制风电机组降低转速的同时，根据所述风速和风向控制风电机组持续执行偏航对风，当风电机组转速小于并网转速后，主控制器控制停止变频器，控制风机叶片收桨，当风电机组转速降低到给定刹车转速时，主控制器控制液压系统投入刹车直至停转，然后控制风电机组进入待机模式，等待重新启动并网指令；若当前风电机组市电供电状态异常，则主控制器确定需要进行风电机组待机运行负载设备的断电切除管理，且主控制器控制风电机组降低转速直至小于并网转速后，直接控制风机叶片收桨，当风电机组转速降低到给定刹车转速时，主控制器控制液压系统投入刹车直至停转，然后控制风电机组进入待机模式，等待重新启动并网指令；

8、所述紧急停机策略为：

9、主控制器首先判断当前风电机组市电供电状态是否正常；若当前风电机组市电供电状态正常，主控制器则从所述监测数据获取风电机组所在区域的风速和风向，并控制风电机组执行偏航解缆，且在控制风电机组降低转速的同时，根据所述风速和风向控制风电机组持续执行偏航对风，当风电机组转速小于并网转速后，主控制器控制停止变频器，控制风机叶片收桨，并控制液压系统投入刹车直至停转，然后控制风电机组进入待机模式，等待重新启动并网指令；若当前风电机组市电供电状态异常，则主控制器确定需要进行风电机组待机运行负载设备的断电切除管理，且主控制器控制风电机组执行偏航解缆，且控制风电机组降低转速直至小于并网转速后，直接控制风机叶片收桨，并控制液压系统投入刹车直至停转，然后控制风电机组进入待机模式，等待重新启动并网指令；

10、所述快速停机策略为：

11、主控制器确定需要进行风电机组待机运行负载设备的断电切除管理，且主控制器控制风电机组降低转速直至小于并网转速后，直接控制风机叶片收桨，并控制液压系统投入刹车直至停转，然后控制风电机组进入待机模式，等待重新启动并网指令。

12、上述风电机组停机模式下的后备能源管理系统中，作为优选方案，当风电机组正常运行、且风电机组所在区域的风速不超过预设风速阈值时，主控制器选择执行正常停机策略；当风电机组正常运行、但风电机组所在区域的风速超过预设风速阈值时，主控制器选择执行紧急停机策略；当收到风电机组的故障报警信息时，主控制器选择执行快速停机策略。

13、上述风电机组停机模式下的后备能源管理系统中，作为优选方案，所述主控制器确定各风电机组待机运行负载设备的断电切除范围时，根据对ups不间断电源的电池可输出容量以及各风电机组待机运行负载设备反馈的运行状态数据的分析结果，设置有四种断电切除管理方案；其中：

14、断电切除管理方案一：全部风电机组待机运行负载设备维持待机运行状态；

15、断电切除管理方案二：对耗电功率大于等于1kw的变频器以及环网柜中耗电功率大于等于1kw的负载设备的供电进行断电切除，其余风电机组待机运行负载设备维持待机运行状态；

16、断电切除管理方案三：对耗电功率大于等于1kw的变频器以及环网柜中耗电功率大于等于1kw的负载设备的供电进行断电切除，同时对变桨回路、消防回路、弧光保护装置的相关负载设备的供电进行断电切除，其余风电机组待机运行负载设备维持待机运行状态；

17、断电切除管理方案四：仅保留plc控制器和维持与scada通讯的负载设备维持待机运行状态，其余风电机组待机运行负载设备的供电进行断电切除。

18、上述风电机组停机模式下的后备能源管理系统中，作为优选方案，若待机预期时长小于等于0.5小时，主控制器选择采用断电切除管理方案一；若待机预期时长大于0.5小时、小于等于2小时，主控制器选择采用断电切除管理方案二；若待机预期时长大于2小时、小于等于4小时，主控制器选择采用断电切除管理方案三；若待机预期时长大于4小时、小于等于8小时，主控制器选择采用断电切除管理方案四。

19、相应的，本发明还提供一种风电机组停机模式下的后备能源管理方法，采用如上所述的后备能源管理系统实施；其中，主控制器在收到风电机组停机指令后，按如下步骤执行后备能源管理：

20、s1：主控制器获取风电机组市电供电状态、ups不间断电源的电池可输出容量、以及各风电机组待机运行负载设备反馈的监测数据和运行状态数据；所述监测数据包括风电机组的故障报警信息、以及风电机组所在区域的风速和风向；所述运行状态数据包括各风电机组待机运行负载设备的负载功率；

21、s2：主控制器对风电机组市电供电状态以及所述监测数据进行分析，确定风电机组停机策略，对风电机组进行待机状态切换控制，并根据风电机组停机策略确定是否需要进行风电机组待机运行负载设备的断电切除管理；如果需要，则继续执行步骤s3；

22、s3：主控制器对ups不间断电源的电池可输出容量以及各风电机组待机运行负载设备反馈的运行状态数据进行分析，并根据分析结果以及风电机组停机指令中指定的待机预期时长，确定各风电机组待机运行负载设备的断电切除范围，向plc控制器的发送相应的断电切除控制信号。

23、上述风电机组停机模式下的后备能源管理方法中，作为优选方案，所述步骤s2中，风电机组停机策略包括正常停机策略、紧急停机策略和快速停机策略；

24、所述正常停机策略为：

25、主控制器首先判断当前风电机组市电供电状态是否正常；若当前风电机组市电供电状态正常，主控制器则从所述监测数据获取风电机组所在区域的风速和风向，且在控制风电机组降低转速的同时，根据所述风速和风向控制风电机组持续执行偏航对风，当风电机组转速小于并网转速后，主控制器控制停止变频器，控制风机叶片收桨，当风电机组转速降低到给定刹车转速时，主控制器控制液压系统投入刹车直至停转，然后控制风电机组进入待机模式，等待重新启动并网指令；若当前风电机组市电供电状态异常，则主控制器确定需要进行风电机组待机运行负载设备的断电切除管理，且主控制器控制风电机组降低转速直至小于并网转速后，直接控制风机叶片收桨，当风电机组转速降低到给定刹车转速时，主控制器控制液压系统投入刹车直至停转，然后控制风电机组进入待机模式，等待重新启动并网指令；

26、所述紧急停机策略为：

27、主控制器首先判断当前风电机组市电供电状态是否正常；若当前风电机组市电供电状态正常，主控制器则从所述监测数据获取风电机组所在区域的风速和风向，并控制风电机组执行偏航解缆，且在控制风电机组降低转速的同时，根据所述风速和风向控制风电机组持续执行偏航对风，当风电机组转速小于并网转速后，主控制器控制停止变频器，控制风机叶片收桨，并控制液压系统投入刹车直至停转，然后控制风电机组进入待机模式，等待重新启动并网指令；若当前风电机组市电供电状态异常，则主控制器确定需要进行风电机组待机运行负载设备的断电切除管理，且主控制器控制风电机组执行偏航解缆，且控制风电机组降低转速直至小于并网转速后，直接控制风机叶片收桨，并控制液压系统投入刹车直至停转，然后控制风电机组进入待机模式，等待重新启动并网指令；

28、所述快速停机策略为：

29、主控制器确定需要进行风电机组待机运行负载设备的断电切除管理，且主控制器控制风电机组降低转速直至小于并网转速后，直接控制风机叶片收桨，并控制液压系统投入刹车直至停转，然后控制风电机组进入待机模式，等待重新启动并网指令。

30、上述风电机组停机模式下的后备能源管理方法中，作为优选方案，所述步骤s2中，当风电机组正常运行、且风电机组所在区域的风速不超过预设风速阈值时，执行正常停机策略；当风电机组正常运行、但风电机组所在区域的风速超过预设风速阈值时，执行紧急停机策略；当收到风电机组的故障报警信息时，执行快速停机策略。

31、上述风电机组停机模式下的后备能源管理方法中，作为优选方案，所述风电机组在叶片收桨到位位置处设置有收桨到位接触开关，所述收桨到位接触开关的到位信号端连接至主控制器；在紧急停机策略和快速停机策略中，主控制器控制风机叶片收桨时的收桨速度大于正常停机策略中的收桨速度，且在收到收桨到位接触开关的信号时确认风机叶片收桨到位，并控制风机叶片停桨。

32、上述风电机组停机模式下的后备能源管理方法中，作为优选方案，所述步骤s3中，主控制器根据对ups不间断电源的电池可输出容量以及各风电机组待机运行负载设备反馈的运行状态数据的分析结果，设置有四种断电切除管理方案；若待机预期时长小于等于0.5小时，采用断电切除管理方案一；若待机预期时长大于0.5小时、小于等于2小时，采用断电切除管理方案二；若待机预期时长大于2小时、小于等于4小时，采用断电切除管理方案三；若待机预期时长大于4小时、小于等于8小时，采用断电切除管理方案四；其中：

33、断电切除管理方案一：全部风电机组待机运行负载设备维持待机运行状态；

34、断电切除管理方案二：对耗电功率大于等于1kw的变频器以及环网柜中耗电功率大于等于1kw的负载设备的供电进行断电切除，其余风电机组待机运行负载设备维持待机运行状态；

35、断电切除管理方案三：对耗电功率大于等于1kw的变频器以及环网柜中耗电功率大于等于1kw的负载设备的供电进行断电切除，同时对变桨回路、消防回路、弧光保护装置的相关负载设备的供电进行断电切除，其余风电机组待机运行负载设备维持待机运行状态；

36、断电切除管理方案四：仅保留plc控制器和维持与scada通讯的负载设备维持待机运行状态，其余风电机组待机运行负载设备的供电进行断电切除。

37、本发明的技术方案具有以下有益效果：

38、1、本发明提供的风电机组停机模式下的后备能源管理系统及方法，通过主控制器获取风电机组市电供电状态、ups不间断电源的电池可输出容量、以及各风电机组待机运行负载设备反馈的监测数据和运行状态数据，在接收到系统端下发的风电机组停机指令后，通过综合分析各数据，以及风电机组停机指令中指定的待机预期时长，在对风电机组进行待机状态切换控制的同时，还更合理的确定风电机组待机运行负载设备的断电切除范围，从而达到降低机组待机运行能耗的目的，以增加机组停机后续航时间，进而更好的满足不同的预期待机时长需求。

39、2、本发明方案中，针对不同风电机组市电供电状态以及监测数据的不同情况，制定了不同的风电机组停机策略，对风电机组进行待机状态切换控制，尽可能的兼顾保证对风电机组停机过程的稳定控制以及对机组系统设备的安全保护。

40、3、本发明方案中，针对不同的待机预期时长需求，制定了不同的断电切除管理策略，能够在增加机组停机后续航时间的同时，很好的满足实际应用中不同的预期待机时长需求，从而能够尽可能满足不同工况下对风机运行数据进行收集。