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一種風(fēng)電機(jī)組變槳系統(tǒng)超級電容容值的檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種風(fēng)電機(jī)組變槳系統(tǒng)超級電容容值的檢測方法，變槳系統(tǒng)由控制器控制，變槳系統(tǒng)包括變槳驅(qū)動器、超級電容，變槳系統(tǒng)通過現(xiàn)場總線與控制器通信。超級電容容值的檢測方法包括以下步驟：斷開變槳系統(tǒng)供電；超級電容給變槳系統(tǒng)供電，直至超級電容電壓降低至第一設(shè)定值，槳葉收槳至停機(jī)位置；給變槳系統(tǒng)供電，并給超級電容充電至第二設(shè)定值；計算超級電容容值；根據(jù)超級電容計算容值進(jìn)行邏輯判斷，判斷計算容值是否滿足設(shè)定條件。本發(fā)明實現(xiàn)了超級電容容值的自動檢測，提高了風(fēng)電機(jī)組運行的可靠性。
【專利說明】 —種風(fēng)電機(jī)組變槳系統(tǒng)超級電容容值的檢測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種風(fēng)電機(jī)組變槳系統(tǒng)超級電容容值的檢測方法，屬于風(fēng)力發(fā)電變槳系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著風(fēng)電機(jī)組的總裝機(jī)容量的持續(xù)攀升，業(yè)界對風(fēng)電機(jī)組性能及運行可靠性的要求也逐步提高。變槳系統(tǒng)作為風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)的核心子系統(tǒng)之一，其主要功能有兩點:一是，正常運行時，根據(jù)風(fēng)速的變化調(diào)節(jié)槳距角，實現(xiàn)功率的調(diào)節(jié)和控制；二是，當(dāng)風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障時，快速收槳至停機(jī)位置，實現(xiàn)氣動剎車，保證風(fēng)電機(jī)組的安全。這其中的第二點功能尤為重要，因為它是關(guān)乎風(fēng)電機(jī)組運行的安全及可靠性，是其他一切的基礎(chǔ)。
[0003]對于變槳系統(tǒng)而言，當(dāng)電網(wǎng)電壓正常時，驅(qū)動變槳電機(jī)收槳的動力是通過電網(wǎng)整流后來提供的；當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落或者斷電時，需要后備電源給變槳驅(qū)動器提供直流電壓，實現(xiàn)葉片安全順槳，達(dá)到安全運行的目的。
[0004]變槳系統(tǒng)的后備電源，目前主要有超級電容和蓄電池兩種。相對于蓄電池方案，超級電容具有使用壽命長、功率密度高、響應(yīng)時間快、充放電效率高和溫度特性好的優(yōu)勢。在風(fēng)電機(jī)組尤其是大兆瓦風(fēng)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的后備電源中，應(yīng)用非常廣泛。
[0005]目前采用超級電容作為后備電源的變槳系統(tǒng)，其充電方式主要有兩種:一是采用RC充電電路，如圖1所示。變槳驅(qū)動器通過一個DO點控制充電接觸器Kl，直接將驅(qū)動器母線電壓直接經(jīng)充電電阻對超級電容充電。當(dāng)電容電壓值達(dá)到一定值之后，斷開充電接觸器，超級電容自然放電，當(dāng)其電壓值降低到特定值之后，會再次閉合充電接觸器，對其充電。保證超級電容的電壓始終保持在一個合理的范圍內(nèi)波動。
[0006]另外一種充電方式為充電器充電，如圖2所示。為了充分利用超級電容器的儲能特性，充電器一般會采用靈活的組合充電方式:在低壓時采用大電流恒流充電，隨著超級電容器端電壓的升高改變?yōu)檫f減恒流充電或恒壓限流充電方式，直至設(shè)定電壓，此后，采用浮充的方式保證超級電容電壓始終維持在設(shè)定的電壓值上。
[0007]但是隨著超級電容的使用周期的增加，其容值會逐步降低。此時，雖然電壓保持不變，但其實際儲存的能量已經(jīng)隨著容值的降低而減少了。當(dāng)超級電容所儲存的能量不足以保證葉片完成一次收槳時，風(fēng)電機(jī)組在出現(xiàn)電網(wǎng)掉電或者相關(guān)故障情況下，就無法正常收槳，存在飛車的風(fēng)險。
[0008]而當(dāng)前，絕大多數(shù)的控制系統(tǒng)僅對超級電容的電壓值進(jìn)行監(jiān)測，對其容值根本不做判斷或者是僅在例行維護(hù)時進(jìn)行手動檢測，這就降低了風(fēng)電機(jī)組運行的可靠性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種風(fēng)電機(jī)組變槳系統(tǒng)超級電容容值的檢測方法，用以解決電容容值不做判斷或手動檢測超級電容引起的風(fēng)電機(jī)組運行可靠性低的問題。
[0010]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括:一種風(fēng)電機(jī)組變槳系統(tǒng)超級電容容值的檢測方法，變槳系統(tǒng)由控制器控制，控制器通過現(xiàn)場總線控制連接變槳系統(tǒng)。
[0011]超級電容容值的檢測方法包括以下步驟:
[0012]I).超級電容給變槳系統(tǒng)供電，直至超級電容電壓降低至第一設(shè)定值，槳葉收槳至停機(jī)位置；
[0013]2).換電網(wǎng)給變槳系統(tǒng)供電，并將超級電容充電至第二設(shè)定值；
[0014]3).計算超級電容容值；
[0015]4).根據(jù)超級電容計算容值進(jìn)行邏輯判斷，判斷計算容值是否滿足設(shè)定條件。
[0016]進(jìn)一步的，在超級電容給變漿系統(tǒng)供電前斷開電網(wǎng)給變漿系統(tǒng)的供電。
[0017]進(jìn)一步的，在超級電容滿足自檢條件時，控制器控制超級電容自動開始檢測。
[0018]進(jìn)一步的，變槳系統(tǒng)包括變槳驅(qū)動器、超級電容，控制器通過變槳驅(qū)動器控制超級電容容值的檢測，控制器的核心部件是微處理器或者PLC。
[0019]進(jìn)一步的，變槳驅(qū)動器包括整流電路、濾波電容、逆變器；整流電路連接三相交流電，逆變電路連接槳葉驅(qū)動電機(jī)；超級電容連接在逆變電路的兩端。
[0020]進(jìn)一步的，計算超級電容容值的方法有兩種應(yīng)用情況:第一種應(yīng)用情況是采用RC充電，計算方法是根據(jù)變槳驅(qū)動器直流母線電壓、第一設(shè)定值、第二設(shè)定值、充電電阻、記錄的充電時間進(jìn)行計算；第二種應(yīng)用情況是采用充電器充電，計算方法是根據(jù)變槳驅(qū)動器直流母線電壓、記錄的充電電流、記錄的充電時間進(jìn)行計算。
[0021]進(jìn)一步的，設(shè)定條件是計算的實際容值與標(biāo)稱容值之間的偏差是否大于一定值；或者其實際存儲能量是否滿足一次順槳所需的最大能量要求。
[0022]本發(fā)明是在維持原有硬件系統(tǒng)不變的基礎(chǔ)上，通過控制器的控制和計算來實現(xiàn)電容容值自動測量，并根據(jù)檢測的電容容值進(jìn)行邏輯判斷；本發(fā)明不額外增加成本，而且提高了風(fēng)電機(jī)組運行的可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是超級電容采用RC充電方式的示意圖；
[0024]圖2是超級電容采用充電器充電的示意圖；
[0025]圖3是超級電容容值檢測方法流程圖；
[0026]圖4是RC充電曲線示意圖。

【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0028]本發(fā)明提供一種風(fēng)電機(jī)組變槳系統(tǒng)超級電容容值的檢測方法，變槳系統(tǒng)由控制器控制，控制器通過現(xiàn)場總線控制連接變槳系統(tǒng)。
[0029]超級電容容值的檢測方法包括以下步驟:
[0030]I).超級電容給變槳系統(tǒng)供電，直至超級電容電壓降低至第一設(shè)定值，槳葉收槳至停機(jī)位置；
[0031]2).換電網(wǎng)給變槳系統(tǒng)供電，并將超級電容充電至第二設(shè)定值；
[0032]3).計算超級電容容值；
[0033]4).根據(jù)超級電容計算容值進(jìn)行邏輯判斷，判斷計算容值是否滿足設(shè)定條件。
[0034]基于以上技術(shù)方案，為了便于表述，以控制器為主控PLC,主控PLC通過CANopen控制連接變槳系統(tǒng)，單個槳葉為【具體實施方式】。但是本發(fā)明不局限于下述的【具體實施方式】。
[0035]如圖3所示，本發(fā)明是在超級電容滿足自檢條件時，控制器控制超級電容自動開始檢測。對主控PLC進(jìn)行設(shè)置，在風(fēng)電機(jī)組啟動后，若滿足超級電容容值檢測條件時，如變槳系統(tǒng)第一次上電、檢測周期到了或者對風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行維護(hù)之后，主控PLC控制超級電容進(jìn)入自動檢測狀態(tài)，主控PLC斷開變槳系統(tǒng)的400V供電。此時，主控PLC通過變槳驅(qū)動器換超級電容供電。變槳驅(qū)動器包括整流電路、濾波電容、逆變器，整流電路連接三相交流電，逆變電路連接槳葉驅(qū)動電機(jī)，超級電容連接在逆變電路的兩端。
[0036]主控PLC通過變槳驅(qū)動器控制槳葉在特定角度α” α2之間來回轉(zhuǎn)動，特定角度a 1、α 2選取在靠近順槳的位置，角度不能選擇太小，否則會造成風(fēng)輪轉(zhuǎn)速過快，對風(fēng)電機(jī)組的安全帶來隱患。同時，主控PLC通過變槳驅(qū)動器實時監(jiān)測超級電容的電壓值，當(dāng)槳葉的超級電容電壓值小于預(yù)先設(shè)定的某一電壓參數(shù)值V時，主控PLC控制槳葉收槳至停機(jī)完成。
[0037]上述的目的就是為了消耗超級電容的電壓值，這些步驟對于超級電容的容值檢測是必須的。
[0038]圖1所示的是采用RC充電的方案，此時超級電容容值的計算步驟如下:
[0039]停機(jī)完成并延時一段時間后，主控PLC下發(fā)充電啟動命令給變槳驅(qū)動器，驅(qū)動器通過DO點控制充電接觸器Kl 吸合，開始對超級電容充電。記錄下此時超級電容的電壓值Vl，即充電起始電壓，并同時開啟計時器對充電時間進(jìn)行計時。當(dāng)電容電壓充至設(shè)定電壓值V2，即充電結(jié)束電壓時，主控PLC下發(fā)停止充電命令給變槳驅(qū)動器，驅(qū)動器通過DO點斷開接觸器Κ1，計時器停止計時，計時器的計時時間為At，即充電時間。RC充電曲線示意圖如圖4所示。
[0040]由RC充電原理:

【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)電機(jī)組變槳系統(tǒng)超級電容容值的檢測方法，其特征在于，所述變槳系統(tǒng)由控制器控制，所述控制器通過現(xiàn)場總線控制連接變槳系統(tǒng)； 所述超級電容容值的檢測方法包括以下步驟: 1).超級電容給變槳系統(tǒng)供電，直至超級電容電壓降低至第一設(shè)定值，槳葉收槳至停機(jī)位置； 2).換電網(wǎng)給變槳系統(tǒng)供電，并將超級電容充電至第二設(shè)定值； 3).計算超級電容容值； 4).根據(jù)超級電容計算容值進(jìn)行邏輯判斷，判斷計算容值是否滿足設(shè)定條件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電機(jī)組變槳系統(tǒng)超級電容容值的檢測方法，其特征在于，在超級電容給變漿系統(tǒng)供電前斷開電網(wǎng)給變漿系統(tǒng)的供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)電機(jī)組變槳系統(tǒng)超級電容容值的檢測方法，其特征在于，在超級電容滿足自檢條件時，控制器控制超級電容自動開始檢測。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)電機(jī)組變槳系統(tǒng)超級電容容值的檢測方法，其特征在于，所述變槳系統(tǒng)包括變槳驅(qū)動器、超級電容，控制器通過所述變槳驅(qū)動器控制超級電容容值的檢測，控制器的核心部件是微處理器或者PLC。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)電機(jī)組變槳系統(tǒng)超級電容容值的檢測方法，其特征在于，所述變槳驅(qū)動器包括整流電路、濾波電容、逆變器；整流電路連接三相交流電，逆變電路連接槳葉驅(qū)動電機(jī)；超級電容連接在逆變電路的兩端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)電機(jī)組變槳系統(tǒng)超級電容容值的檢測方法，其特征在于，所述計算超級電容容值的方法有兩種應(yīng)用情況:第一種應(yīng)用情況是采用RC充電，計算方法是根據(jù)所述變槳驅(qū)動器直流母線電壓、第一設(shè)定值、第二設(shè)定值、充電電阻、記錄的充電時間進(jìn)行計算；第二種應(yīng)用情況是采用充電器充電，計算方法是根據(jù)變槳驅(qū)動器直流母線電壓、記錄的充電電流、記錄的充電時間進(jìn)行計算。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)電機(jī)組變槳系統(tǒng)超級電容容值的檢測方法，其特征在于，所述設(shè)定條件是計算的實際容值與標(biāo)稱容值之間的偏差是否大于一定值；或者其實際存儲能量是否滿足一次順槳所需的最大能量要求。
【文檔編號】G01R27/26GK104166052SQ201410380150
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月4日
【發(fā)明者】高亞春, 程林志, 史航, 盧仁寶, 袁金庫, 楊楊, 蘇中瑩, 張小偉, 張坤 申請人:國家電網(wǎng)公司, 許繼集團(tuán)有限公司, 許昌許繼風(fēng)電科技有限公司