CN104765004A - 风力发电机组变桨电池的检测方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种风力发电机组变桨电池的检测方法和系统，方法包括：在风力发电机组处于待机模式或第一故障模式时，启动变桨电池检测流程，该变桨电池检测流程为对风力发电机组的至少一片桨叶进行如下的桨叶控制操作，包括：控制采用电网供电驱动风力发电机组的桨叶从90°开桨到15°；控制将电网供电切换为变桨电池供电后继续驱动桨叶从当前15°顺桨到90°，并记录顺桨所需时间；根据顺桨所需时间与预置的顺桨时间特征值的大小关系触发检测操作。本发明的技术方案实现了对风力发电机组变桨电池进行安全有效检测，并确保在检测过程中不影响风力发电机组的正常发电。

Description

风力发电机组变桨电池的检测方法和系统

技术领域

本发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组变桨电池的检测方法和系统。

背景技术

风力发电机组(简称“机组”)变桨电池是风力发电机组变桨系统的后备电源，在风力发电机组安全链断开或者电网断电的情况下，变桨系统切换至后备电源，变桨电池驱动变桨电机，将叶片顺桨到安全位置。

现有技术中已公开一种兆瓦级风力发电机组变桨系统电池自动测试方法。该方法需要风力发电机组在启动模式下80°到50°的开桨期间用变桨电池供电，进行变桨电池测试；风力发电机组在并网模式下的变桨电池供电期间，由主控系统控制变桨系统从0°顺桨到5°，再从5°开桨到0°；如果变桨电池出现故障，则使用主电进行顺桨。

本发明申请人认为上述变桨电池测试方法存在如下问题：由于该方法是在风力发电机组正常工作环境下进行，因此，一定程度上影响了发电机的正常发电；变桨电池耗电量有限，如果变桨电池不是完全失效很难检测到是否发生故障；在检测过程中，如果电网断电和电池失效同时发生，很可能发生安全事故，而存在一定安全隐患，并不适用于安全性要求极高的风电领域。

发明内容

本发明的实施例提供一种风力发电机组变桨电池的检测方法和系统，以实现对风力发电机组变桨电池进行安全有效检测，并确保在检测过程中不影响风力发电机组的正常发电。

为达到上述目的，本发明的实施例提供了一种风力发电机组变桨电池的检测方法，包括：

在风力发电机组处于待机模式或第一故障模式时，启动变桨电池检测流程，所述变桨电池检测流程为对风力发电机组的至少一片桨叶进行如下的桨叶控制操作，包括：

控制采用电网供电将风力发电机组的桨叶从90°开桨到15°；

控制将所述电网供电切换为变桨电池供电后继续将所述桨叶从当前15°顺桨到90°，并记录顺桨所需时间；

根据所述顺桨所需时间与预置的顺桨时间特征值的大小关系触发检测操作。

本发明的实施例还提供了一种风力发电机组变桨电池的检测系统，所述检测系统包括：触发操作模块和控制模块；

所述触发操作模块，用于在风力发电机组处于待机模式或第一故障模式时，触发所述控制模块启动变桨电池检测流程；

所述控制模块，用于在接收到所述启动变桨电池检测流程的触发后对风力发电机组的至少一片桨叶进行桨叶控制操作；

所述控制模块包括：

第一控制单元，用于在所述桨叶控制操作中控制采用电网供电驱动风力发电机组的桨叶从90°开桨到15°；

第二控制单元，用于在所述桨叶控制操作中控制将所述电网供电切换为变桨电池供电后继续驱动所述桨叶从当前15°顺桨到90°，并记录顺桨所需时间；

处理单元，用于在所述桨叶控制操作中根据所述顺桨所需时间与预置的顺桨时间特征值的大小关系触发检测操作。

本发明实施例提供的风力发电机组变桨电池的检测方法和系统，先通过电网供电驱动风力发电机组的桨叶从90°开桨到15°，然后再切换至变桨电池供电驱动桨叶从当前的15°顺桨到90°，最后通过分析顺桨过程所需时间与预置的顺桨时间特征值的大小关系来判断变桨电池的故障情况，并触发相应的检测操作实现检测目的。同时整个检测过程是在风力发电机组处于待机模式或第一故障模式下进行的，不影响风力发电机组的正常发电，并且提高了安全性。

附图说明

图1为本发明提供的风力发电机组变桨电池的检测方法一个实施例的方法流程图；

图2为本发明提供的风力发电机组变桨电池的检测方法另一个实施例的方法流程图；

图3为本发明提供的风力发电机组变桨电池的检测系统一个实施例的结构示意图；

图4为本发明提供的风力发电机组变桨电池的检测系统另一个实施例的结构示意图；

附图标号说明

31-触发操作模块、311-接收单元、312-触发操作单元；32-控制模块；321-第一控制单元、322-第二控制单元、323-处理单元。

具体实施方式

本发明的实施例在风力发电机组处于待机模式或变桨系统正常的第一故障模式时，利用变桨电池供电驱动桨叶顺桨，同时记录顺桨所需时间，通过对顺桨所需时间进行分析判断变桨电池的故障情况。本发明实施例的技术方案可以适用于各种风力发电机组的变桨电池的检测。

实施例一

图1为本发明提供的风力发电机组变桨电池的检测方法一个实施例的方法流程图，该方法的执行主体可以为机组的主控系统，或是集成在机组中的用于风力发电机组变桨电池检测的系统(在后续实施例中以主控系统为例进行说明)。该方法被执行的触发环境是在风力发电机组处于待机模式或第一故障模式，其中，该第一故障模式为机组的变桨系统正常，而机组是由于其他一些系统出现故障导致机组停机的一种故障状态。如此可降低检测过程中对发电机组正常工作的影响，同时提高机组的安全性。在上述触发的环境条件满足时，检测系统启动变桨电池检测流程对变桨电池进行检测。所述变桨电池检测流程为对风力发电机组的至少一片桨叶进行桨叶控制操作，如图1所示，该风力发电机组变桨电池的检测方法包括：

S101，在风力发电机组处于待机模式或第一故障模式时，启动变桨电池检测流程，即：对风力发电机组的至少一片桨叶进行如步骤S102～S104的桨叶控制操作。

S102，控制采用电网供电驱动风力发电机组的桨叶从90°开桨到15°。

在主控系统控制下，采用电网供电驱动变桨电机，将桨叶从90°开桨到15°。这里说明，15°为优选值，在保证安全的前提下也可选取其他小于90°的角度作为开桨的目标角度。

S103，控制将电网供电切换为变桨电池供电后继续驱动桨叶从当前15°顺桨到90°，并记录顺桨所需时间。

将桨叶开桨到目标角度后，通过主控系统控制将电网供电切换为变桨电池供电。然后采用变桨电池供电驱动变桨电机，将桨叶从当前的15°顺桨到90°。在顺桨过程中启动计时器记录顺桨所需时间。

S104，根据顺桨所需时间与预置的顺桨时间特征值的大小关系触发检测操作。

通常变桨电池容量充足且工作正常时，可驱动桨叶以理论变桨速度变桨，该理论变桨速度与机组本身的设计有关，是固有参数；而当变桨电池容量不足或出现故障时，常导致驱动桨叶以低于理论变桨速度的速度变桨，从而延长了变桨时间。本实施例中基于这种通过变桨电池驱动顺桨过程中，实际顺桨所需时间与变桨电池容量或判断故障与否的对应关系，设定了专用的顺桨时间特征值来衡量变桨电池的容量或故障状态。这里说明，针对不同角度差的变桨过程，该顺桨时间特征值的大小也发生适应性变化。

本实施例中采用的顺桨时间特征值是针对顺桨角度从15°顺桨到90°(角度差为75°)设置的。其中，该顺桨时间特征值可以为一个或多个，通过判断在变桨电池驱动下，桨叶顺桨的顺桨所需时间与这些顺桨时间特征值的大小关系，可以得到相应的变桨电池在容量或故障状态方面的结果判定。根据不同的判定结果进行相应的如报警、维护等检测操作，以完成对变桨电池的检测过程。

在上述桨叶控制操作过程中，控制桨叶开桨到15°是为了最大范围扩大检测变桨电池的放电深度，而通常此位置受叶片翼型影响，吸收的风能有限。当然，在实际操作中开桨位置可以根据不同叶片或者风力发电机组机型进行调节。而通过电网供电驱动变桨电机开桨，是为了不改变原变桨系统的控制逻辑和接线，有利于简化整个变桨电池检测方法的实施。

本发明实施例提供的风力发电机组变桨电池的检测方法，先通过电网供电驱动风力发电机组的桨叶从90°开桨到15°，然后再切换至变桨电池供电驱动桨叶从当前的15°顺桨到90°，最后通过分析顺桨过程所需时间与预置的顺桨时间特征值的大小关系来判断变桨电池的故障情况，并触发相应的检测操作实现检测目的。同时整个检测过程是在风力发电机组处于待机模式或第一故障模式下进行的，不影响风力发电机组的正常发电，并且提高了安全性。

实施例二

图2为本发明提供的风力发电机组变桨电池的检测方法另一个实施例的方法流程图，可视为图1所示实施例的一种具体实现方式。如图2所示，该风力发电机组变桨电池的检测方法包括：

S201，接收风力发电机组主控系统周期性下发的变桨电池检测指令。

为了便于周期性的对变桨电池进行检测，可以在机组主控系统中集成周期性下发变桨电池检测指令的触发操作。当变桨电池的检测系统接收到该检测指令后，可以根据检测指令执行变桨电池的检测过程。

S202，根据变桨电池检测指令，在风力发电机组处于待机模式或第一故障模式时，启动变桨电池检测流程，即依次对风力发电机组中各桨叶进行如步骤S203～S205的桨叶控制操作，且设置未处于桨叶控制操作的桨叶其桨叶位置为90°。在接收到变桨电池检测指令后，检测系统可以执行步骤S101，在风力发电机组处于待机模式或第一故障模式时，启动变桨电池检测流程，即：对风力发电机组的至少一片桨叶进行如步骤S102～S104的桨叶控制操作。

在实际操作过程中，本实施例采用对机组的所有桨叶依次进行桨叶控制操作来作为一次完整的变桨电池检测流程。一个桨叶完成桨叶控制操作的所有操作步骤后，在针对下一个桨叶进行相同的桨叶控制操作。而为了确保机组的安全性，在整个变桨电池检测流程中将未处于桨叶控制操作的桨叶设置其桨叶位置为90°。

S203，控制采用电网供电驱动风力发电机组的桨叶从90°开桨到15°。

S204，控制将电网供电切换为变桨电池供电后继续驱动桨叶从当前15°顺桨到90°，并记录顺桨所需时间。

S205，根据顺桨所需时间与预置的顺桨时间特征值的大小关系触发检测操作。

上述步骤S203～S205的内容可相应参见步骤S102～S104的内容，在此不做赘述。

在步骤S205，在根据顺桨所需时间与预置的顺桨时间特征值的大小关系触发检测操作中，本实施例对顺桨时间特征值进行了具体化，给出了两个具体的值，分别为顺桨时间理论值和顺桨时间最大值。

其中，顺桨时间理论值，为风力发电机组以前述理论变桨速度变桨时所用的时间，当实际变桨时间越靠近顺桨时间理论值，则表征驱动供电电源越稳定，处在正常工作状态。顺桨时间最大值为衡量实际变桨过程所需时间的量度，当采用变桨电池供电驱动实际变桨速度接近理论变桨速度，致使实际变桨所需时间小于顺桨时间最大值时，表征变桨电池正常，且容量相对充足；而当采用变桨电池供电驱动实际变桨速度远小于理论变桨速度，致使实际变桨所需时间大于顺桨时间最大值时，表征变桨电池出现故障，或容量不足。

基于给定的两个顺桨时间特征值，本实施例示出了实现步骤S205的三种不同方式，具体如下：

方式一：

若顺桨所需时间减顺桨时间理论值的差值小于顺桨时间理论值的10％，则检测操作为发出检测正常的信号。

当顺桨所需时间减顺桨时间理论值的差值小于顺桨时间理论值的10％时，表征当前变桨电池处在正常工作状态，且电池容量充足，无需进行维护操作。此时，检测系统可发出检测正常的信号，并且变桨电池检测流程继续进行。其中，在检测正常的信号中可以具体携带顺桨所需时间以及该时间减顺桨时间理论值的差值占顺桨时间理论值的比重范围，如小于10％。

方式二：

若顺桨所需时间减顺桨时间理论值的差值为顺桨时间理论值的10％～20％，则检测操作为发出检测警告的信号。

当顺桨所需时间减顺桨时间理论值的差值为顺桨时间理论值的10％～20％，时，表征当前变桨电池处在正常工作状态，但电池容量相对不足，对变桨速度已产生一定影响。此时，检测系统可发出检测警告的信号，已通知工作人员针对变桨电池检测流程根据实际机组情况或继续进行或停止。其中，在检测警告的信号中可以具体携带顺桨所需时间以及该时间减顺桨时间理论值的差值占顺桨时间理论值的比重范围，如10％～20％。

方式三：

若顺桨所需时间减顺桨时间理论值的差值大于顺桨时间理论值的20％，或者大于顺桨时间最大值，则检测操作为控制采用电网供电将当前处在检测状态的风力发电机组的桨叶顺桨至90°，并退出变桨电池检测流程使风力发电机组进入第二故障模式并报警。

当顺桨所需时间减顺桨时间理论值的差值大于顺桨时间理论值的20％，或者大于顺桨时间最大值时，表征当前变桨电池或者处在非正常工作状态，或者电池容量极其不足。此时，为了保证机组的安全，检测系统需立即指示主控系统控制采用电网供电将当前处在检测状态的风力发电机组的桨叶顺桨至90°，并退出变桨电池检测流程使风力发电机组进入第二故障模式并报警，以警示工作人员需对变桨电池进行维护检修。其中，该第二故障模式可以为是在机组因故障导致的停机原因中可能存在的变桨电池发生故障的状态。在发出的报警信号中，还可以携带顺桨所需时间以及该时间减顺桨时间理论值的差值占顺桨时间理论值的比重范围，如小于10％；或者，携带桨叶未完成准将操作的信息，如顺桨时间超出顺桨时间最大值的信息。

以上三种方式可以结合执行，必要时可以适应性修改设定顺桨时间理论值以及顺桨时间最大值之间的关系，以确保上述三种方式中任意两种实现方式相互之间不发生冲突。

本实施例提供的风力发电机组变桨电池的检测方法，在图1所示实施例的基础上，通过对机组的所有桨叶依次进行桨叶控制操作，并且设置为处在桨叶控制操作的桨叶的位置为90°，来确保机组的安全性。原因在于一旦变桨电池和电网都不能供电，也可以保证机组的叶轮不发生转动，减少安全隐患。同时，在根据顺桨所需时间与预置的顺桨时间特征值的大小关系触发检测操作时，给出了两个特定的顺桨时间特征值，并提供了三种触发检测操作的具体实现方法，从而使得检测变桨电池检测流程更加规范化，达到检测维护相结合的目的。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

实施例三

图3为本发明提供的风力发电机组变桨电池的检测系统一个实施例的结构示意图，可用于执行图1所示实施例的方法步骤，如图3所示，该风力发电机组变桨电池的检测系统包括：触发操作模块31和控制模块32；其中：

触发操作模块31，用于在风力发电机组处于待机模式或第一故障模式时，触发控制模块32启动变桨电池检测流程；

控制模块32，用于在接收到启动变桨电池检测流程的触发后对风力发电机组的至少一片桨叶进行桨叶控制操作；

控制模块32具体可以包括：

第一控制单元321，用于在桨叶控制操作中控制采用电网供电驱动风力发电机组的桨叶从90°开桨到15°；

第二控制单元322，用于在桨叶控制操作中控制将电网供电切换为变桨电池供电后继续驱动桨叶从当前15°顺桨到90°，并记录顺桨所需时间；

处理单元323，用于在桨叶控制操作中根据顺桨所需时间与预置的顺桨时间特征值的大小关系触发检测操作。

进一步的，如图4所示，在图3所示实施例的基础上，上述触发操作模块31可以包括：

接收单元311，用于接收风力发电机组主控系统周期性下发的变桨电池检测指令；

触发操作单元312，用于根据变桨电池检测指令，在风力发电机组处于待机模式或第一故障模式时，触发控制模块启动变桨电池检测流程。

进一步的，上述控制模块32还可用于：

在接收到启动变桨电池检测流程的触发后依次对风力发电机组中各桨叶进行桨叶控制操作，且设置未处于桨叶控制操作的桨叶其桨叶位置为90°。

进一步的，上述预置的顺桨时间特征值包括：顺桨时间理论值和顺桨时间最大值。

进一步的，上述预置的顺桨时间特征值包括：顺桨时间理论值和顺桨时间最大值。

进一步的，在图3和图4所示实施例中，上述预置的顺桨时间特征值包括：顺桨时间理论值和顺桨时间最大值。

进一步的，在图3和图4所示实施例中，所述处理单元323还可用于：

若顺桨所需时间减顺桨时间理论值的差值小于顺桨时间理论值的10％，则发出检测正常的信号。

若顺桨所需时间减顺桨时间理论值的差值为顺桨时间理论值的10％～20％，则发出检测警告的信号。

若顺桨所需时间减顺桨时间理论值的差值大于顺桨时间理论值的20％，或者大于顺桨时间最大值，则控制采用电网供电将当前处在检测状态的风力发电机组的桨叶顺桨至90°，并退出变桨电池检测流程使风力发电机组进入第二故障模式并报警。

上述处理单元323的三个具体功能操作可以在图3和图4所示实施例中分别使用，也可结合使用。

上述图2所示实施例的全部或部分方法步骤可通过图3或图4所示实施例中的风力发电机组变桨电池的检测系统执行完成，在此对其步骤原理不做赘述。

本实施例提供的风力发电机组变桨电池的检测系统，先通过电网供电驱动风力发电机组的桨叶从90°开桨到15°，然后再切换至变桨电池供电驱动桨叶从当前的15°顺桨到90°，最后通过分析顺桨过程所需时间与预置的顺桨时间特征值的大小关系来判断变桨电池的故障情况，并触发相应的检测操作实现检测目的。同时整个检测过程是在风力发电机组处于待机模式或第一故障模式下进行的，不影响风力发电机组的正常发电，并且提高了安全性。

进一步的，通过对机组的所有桨叶依次进行桨叶控制操作，并且设置为处在桨叶控制操作的桨叶的位置为90°，来确保机组的安全性。同时，在根据顺桨所需时间与预置的顺桨时间特征值的大小关系触发检测操作时，给出了两个特定的顺桨时间特征值，并提供了三种触发检测操作的具体实现方法，从而使得检测变桨电池检测流程更加规范化，达到检测维护相结合的目的。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (14)

1.一种风力发电机组变桨电池的检测方法，其特征在于，包括：

在风力发电机组处于待机模式或第一故障模式时，启动变桨电池检测流程，所述变桨电池检测流程为对风力发电机组的至少一片桨叶进行如下的桨叶控制操作，包括：

控制采用电网供电驱动风力发电机组的桨叶从90°开桨到15°；

控制将所述电网供电切换为变桨电池供电后继续驱动所述桨叶从当前15°顺桨到90°，并记录顺桨所需时间；

根据所述顺桨所需时间与预置的顺桨时间特征值的大小关系触发检测操作。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

接收风力发电机组主控系统周期性下发的变桨电池检测指令；

根据所述变桨电池检测指令，在风力发电机组处于所述待机模式或第一故障模式时，启动所述变桨电池检测流程。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对风力发电机组的至少一片桨叶进行桨叶控制操作包括：

依次对所述风力发电机组中各桨叶进行所述桨叶控制操作，且设置未处于所述桨叶控制操作的桨叶其桨叶位置为90°。

4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述预置的顺桨时间特征值包括：顺桨时间理论值和顺桨时间最大值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述顺桨所需时间与预置的顺桨时间特征值的大小关系触发检测操作包括：

若所述顺桨所需时间减所述顺桨时间理论值的差值小于所述顺桨时间理论值的10％，则所述检测操作为发出检测正常的信号。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述顺桨所需时间与预置的顺桨时间特征值的大小关系触发检测操作包括：

若所述顺桨所需时间减所述顺桨时间理论值的差值为所述顺桨时间理论值的10％～20％，则所述检测操作为发出检测警告的信号。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述顺桨所需时间与预置的顺桨时间特征值的大小关系触发检测操作包括：

若所述顺桨所需时间减所述顺桨时间理论值的差值大于所述顺桨时间理论值的20％，或者大于所述顺桨时间最大值，则所述检测操作为控制采用电网供电将当前处在检测状态的风力发电机组的桨叶顺桨至90°，并退出所述变桨电池检测流程使风力发电机组进入第二故障模式并报警。

8.一种风力发电机组变桨电池的检测系统，其特征在于，所述检测系统包括：触发操作模块和控制模块；

所述触发操作模块，用于在风力发电机组处于待机模式或第一故障模式时，触发所述控制模块启动变桨电池检测流程；

所述控制模块，用于在接收到所述启动变桨电池检测流程的触发后对风力发电机组的至少一片桨叶进行桨叶控制操作；

所述控制模块包括：

第一控制单元，用于在所述桨叶控制操作中控制采用电网供电驱动风力发电机组的桨叶从90°开桨到15°；

第二控制单元，用于在所述桨叶控制操作中控制将所述电网供电切换为变桨电池供电后继续驱动所述桨叶从当前15°顺桨到90°，并记录顺桨所需时间；

处理单元，用于在所述桨叶控制操作中根据所述顺桨所需时间与预置的顺桨时间特征值的大小关系触发检测操作。

9.根据权利要求8所述的检测系统，其特征在于，所述触发操作模块包括：

接收单元，用于接收风力发电机组主控系统周期性下发的变桨电池检测指令；

触发操作单元，用于根据所述变桨电池检测指令，在风力发电机组处于所述待机模式或第一故障模式时，触发所述控制模块启动所述变桨电池检测流程。

10.根据权利要求8所述的检测系统，其特征在于，所述控制模块还用于：

在接收到所述启动变桨电池检测流程的触发后依次对所述风力发电机组中各桨叶进行所述桨叶控制操作，且设置未处于所述桨叶控制操作的桨叶其桨叶位置为90°。

11.根据权利要求8或10所述的检测系统，其特征在于，所述预置的顺桨时间特征值包括：顺桨时间理论值和顺桨时间最大值。

12.根据权利要求11所述的检测系统，其特征在于，所述处理单元还用于：

若所述顺桨所需时间减所述顺桨时间理论值的差值小于所述顺桨时间理论值的10％，则发出检测正常的信号。

13.根据权利要求11所述的检测系统，其特征在于，所述处理单元还用于：

若所述顺桨所需时间减所述顺桨时间理论值的差值为所述顺桨时间理论值的10％～20％，则发出检测警告的信号。

14.根据权利要求11所述的检测系统，其特征在于，所述处理单元还用于：

若所述顺桨所需时间减所述顺桨时间理论值的差值大于所述顺桨时间理论值的20％，或者大于所述顺桨时间最大值，则控制采用电网供电将当前处在检测状态的风力发电机组的桨叶顺桨至90°，并退出所述变桨电池检测流程使风力发电机组进入第二故障模式并报警。