[发明专利]风机变桨系统后备电源的智能控制系统及方法

说明书

本发明提供一种风机变桨系统后备电源的智能控制系统，包含：风机真实需求计算模块，连接变桨电机，用于收集风机在风场变桨的风速数据，采集变桨电机在顺桨过程中消耗的能量，计算在最大设计风速下风机顺桨对超级电容存储能量的真实需求值；超级电容实际容量计算模块，电性连接所述超级电容，收集超级电容充放电信息，并计算超级电容当前的实际电容量；超级电容智能控制模块，信号连接风机真实需求计算模块、超级电容实际容量计算模块，电性连接超级电容，根据所述真实需求值、超级电容当前的实际电容量来控制超级电容的充电电压，预测超级电容的剩余使用时间，判断超级电容是否需要更换。本发明还提供一种风机变桨系统后备电源的智能控制方法。

技术领域

本发明涉及风机变桨系统领域，具体涉及风机变桨系统后备电源的智能控制系统及方法。

背景技术

风力发电技术日益成熟，成本不断下降，是目前应用规模最大的新能源发电方式。变桨系统是风力发电机(简称风机)重要的控制和保护装置，变桨系统主要由变桨驱动器、电机、后备电源组成。后备电源的任务是在电网异常时，为变桨系统提供能量，将桨叶顺桨至安全位置，实现风机的空气制动。如果后备电源存储的能量不能满足顺桨要求，那么电网异常时，桨叶将不能顺桨至安全位置，严重时会导致“飞车或倒塔”事故。

变桨系统通常采用超级电容或蓄电池作为后备电源。其中超级电容功率密度高、循环寿命长、安全性好，目前已成为主流。超级电容存储的能量主要由电容的容量和充电电压决定。充电电压一般设置为电容的额定电压，在变桨系统设计完成后，充电电压一般不再变化。

超级电容容量、额定电压的选取是变桨系统设计的关键，参数选择过大，会造成资源浪费，增加风机成本。选取过小，则使得变桨系统电网异常时，桨叶将不能顺桨至安全位置，严重时会导致飞车或倒塔。因此，根据风机对变桨系统的真实需求，选择合适的超级电容参数对风力发电机组的安全性、稳定性、经济性至关重要。超级电容容量、额定电压通常采用仿真计算得到，并通过实验室加载测试进行验证。

进入运行阶段后，超级电容的容量是变桨系统的重要指标。通常，可采用检测超级电容电压、变桨测试或电阻放电测试的方式来估算电容容量。当超级电容的容量衰减到一定程度，通常为衰减20％时，需更换超级电容。

已知超级电容根据运用条件的不同，使用寿命会有很大差异。在满足风力发电机组真实需求的同时，如何根据风机的真实需求和超级电容容量变化来控制超级电容的充电电压，使其使用寿命最长化、可靠性最高化，尚未发现相关研究。目前对变桨系统超级电容的研究主要集中在超级电容容量的检测和健康状态的监控。

对比1：CN108087209A提供了一种风力发电机组的超级电容模组的检测方法可通过自身系统的更为精确地检测风力发电机组运行过程中超级电容模组的容值，可以较为准确预测电容使用寿命，为风机的安全提供了更可靠的保障。

对比2：CN105866705A公开了一种风力发电机组交流变桨系统后备电源容量的测量方法，可以通过远程控制方式对交流变桨系统后备电源能量自动泄放，可以省略掉传统的后备的泄放电阻，节约了成本；并且能对后备容量进行自动测量。

对比3：CN106093802A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，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。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。

现有技术存在的问题，主要体现在以下三点：

1)利用仿真计算得到的超级电容设计需求与风力发电机组的真实需求存在一定差异。