[发明专利]变桨系统超级电容异常工况控制方法

说明书

本发明公开了变桨系统超级电容异常工况控制方法，属于风力发电技术领域，步骤301、变桨系统中变桨驱动器检测超级电容电压，并计算方差值，通过方差值初步判断超级电容电压是否发生了波动；步骤302、变桨驱动器检测超级电容电压最小值，进一步确认超级电容的电压是否发生了波动；在变桨系统运行、尤其是收桨过程中，由充电器直接为变桨电机提供电能，减少超级电容的耗电，通过变桨电机电流值来监测超级电容的异常工况，由于叶片在正常变桨过程中，变桨电机的电流值波动较小，超级电容电压波动频繁，对变桨电机的电流值的检测更容易实现，并且控制精度更高，可靠程度更高。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，更具体地说，涉及变桨系统超级电容异常工况控制方法。

背景技术

在风力发电机组的变桨系统中，超级电容作为后备电源的作用是：当电网发生故障时(比如电网掉电或低电压穿越)，变桨系统需要有后备电源来供电进行收桨操作，为了防止重大事故的发生，严格监控后备电源的性能至关重要。十分重要和必要。超级电容电压值异常的几种主要原因有：

(1)壳体损坏

超级电容器老化部分源于物理构造，如封闭壳体内因水分解的气体积聚使内部压力积聚，极端情况下导致超级电容器壳体结构损坏。该老化可借助容器材质改进、增加减压装置等举措避免，但装有压阀的超级电容器在压阀打开后容值下降与ESR增大速率将明显增加，漏电流可能数量级上升，同时低沸点电解液在较高温度下也将加速挥发。

(2)电极劣化或接线松动

超级电容器性能衰减的主要原因是多孔活性炭电极的劣化，其可由在特定频率范围内具有物理意义的模型进行说明。除电极随充放电过程产生不可逆的机械应力外，超级电容器电极劣化一方面因碳表面氧化使活性炭结构部分损坏；另一方面老化过程造成电极表面杂质沉积，导致几乎全部的孔被如乙腈聚合物等副产物堵塞。电极经事后分析发现不对称劣化与原子异构现象，其中阳极存在更严重的无序结构，表现现象是电容电压值发生波动。

(3)电解液分解

电解液不可逆分解是超级电容器寿命老化的另一主要原因。电解液除随氧化还原反应生成CO2或H2等气体增加容器内部压力外，其分解产生的杂质还降低离子对孔可达能力，使ESR上升，并造成活性炭电极表面劣化导致等效容值下降。其表现现象也是电容电压值发生波动。

对变桨系统而言，由于超级电容作为后备电源直接连接变桨驱动器，因此超级电容出现异常、电压出现波动后，超级电容的充、放电时电流值增大，此电流值会注入变桨驱动器中，引起变桨驱动器逆变单元发生故障；而变桨驱动器触发故障后，会导致变桨驱动器停机、不能再驱动变桨电机运转，从而导致叶片卡桨，即风力发电机的叶片无法收回到安全位置(如88度位置)；如果风力发电机叶片无法收回到安全位置，在风力的作用下，会使风力发电机的转速无法下降，引发风力发电机超速甚至发生飞车危险；尤其是随着风机数量的不断增加，批量性故障尤其涉及机组安全的故障，直接关系到企业的发展和命运，因此也受到越来越多的重视，如卡桨检测、大部件可靠性检测、并网安全性检测等。

目前，对由于超级电容波动引起的异常，现有技术中暂没有比较好的处理方法，一般做法是超级电容发生异常后，对异常的超级电容进行更换。然而这种情况具有滞后性，也就是先触发了异常、甚至导致叶片卡桨，才能进行更换；而风力发电机的最大安全威胁是叶片卡桨，如果检测到超级电容异常后，暂时停止该叶片调桨，也具有较大的风险；其原因在于：发生电容异常对应的叶片可能是随机的；尤其目前大多数风电场的风机运行时间已接近10年，而10年又是超级电容的理论寿命，因此如果发生异常后就主动停止调桨，很可能会发生不止一个叶片发生超级电容电压波动的情况，如果大于等于二个的叶片同时停止调桨(收桨)，对风力发电机也会造成很大的安全隐患。

发明内容