DQZHAN技術訊：在線式風機變槳系統后備動力性能檢測系統研究與應用
風電機組變槳后備電源，在機組出現**鏈故障或者電網異常時，確保風電機組**順槳，避免超速飛車、甚至倒塔事故發生，對風電機組的**生產起著至關重要的作用。目前主機廠家采用的后備電源在線監測手段的主要問題是：僅監測蓄電池組充放電電壓，無法真實反映電池性能;僅用緊急順槳時間判斷后備動力系統性能，無法區分是電源還是變槳系統阻力問題;部分機組必須人工定期測試后備系統，增加了人工維護成本;廠家要求蓄電池兩年強制報廢更換，增加了備件更換成本。鑒于上述問題，我公司對蓄電池性能與變槳系統阻力監測指標進行了研究，建立了變槳系統后備動力性能檢測平臺，開發了風電機組變槳蓄電池性能在線集中監控系統，實現了系統工程化應用。
技術簡介
該項目通過對變槳后備動力系統的研究，為風電機組變槳蓄電池檢測提供了完整的解決方案，系統通過高頻采樣
記錄風電機組緊急順槳過程的放電數據，采用內阻、SOC、SOH等指標反映蓄電池的性能，采用順槳阻力矩指標反映變槳傳動系統的阻力情況;系統配備了集中監控系統監測風電場內各機組后備動力系統的性能狀態，記錄并展示了系統性能的歷史變化趨勢，對系統性能的異常變化及時發出報警，保障了風電機組急停順槳**，為后備電源的維護和更換提供客觀依據。該系統已經在龍源集團麒麟山風場投運，目前系統運行穩定、效果良好、發現蓄電池性能問題1例。
變槳后備系統的主要問題
變槳蓄電池失效密封閥控式鉛酸(VRLA)蓄電池因其造價便宜、技術成熟，是電變槳系統廣泛采用的后備動力電源，廠家承諾的電池壽命為6 年，在實際生產中，運行時間超過三年，蓄電池的失效問題就日益明顯了，主要原因如下：
存儲時自放電損耗遙
電池在開路狀態下儲存時，電池容量會因為自放電而降低，溫度越高放電容量損害越快。風場建設初期，風電機組因各種原因無法并網，蓄電池就被長時間擱置，如果存儲溫度很高，那么蓄電池計算得出的*佳閥位常數為0.802064。計算得出的重疊度函數如表3~8所示。
按照上述數據，修改DPU閥門管理程序中部分模塊的參數，修改后進行單/多閥切換。試驗時DEH 功率回路、調節級壓力回路切除。單/多閥切換時間仍為300 秒，在主汽壓為15MPa 進行切換試驗，其閥切換前后，負荷波動明顯減小
可以看出，經過流量特性修正后的曲線，其負荷波動較小，進行機組閥切換時能保證機組**運行。與此同時，在切換及負荷變化過程中，汽流變化平緩，瓦溫、振動也都能夠得到一定的改善，不會出現較大變化，保證機組**穩定地運行。上表中仍存在一定的負荷波動，主要是因為閥切換前后，調節級壓力變化引起的，這是正常現象。
在數字電液調節系統中，由于轉速的測量環節、轉速控制PID、油動機的驅動環節都已達到了相當高的控制精度，基本上已經解決了非線性和遲緩的問題，影響電液調節系統控制精度的主要問題在于調節閥門流量非線性，而閥門流量的非線性主要是由高調閥實際流量特性與DEH 系統中預置的流量特性曲線存在差異造成的。結合雙遼公司二號機閥門流量特性試驗撰寫本文，可能由于機組、現場設備以及其它客觀因素的差異，加之理論與實際經驗不**，難免存在理論上的偏頗和不足，懇請各位專家和專業人員批評指正，互相學習的同時，進一步提高熱控系統的控制精度和可靠性。會發生“未用先壞”現象。
工作溫度高低遙
溫度是影響蓄電池性能的重要因素，東北地區冬天很低，低溫使得蓄電池放電容量大幅減少，無法完成順槳;南方地區溫度高，高溫度會加快電池老化，導致電池的頻繁更換。
單體老化不平衡遙
由于變槳系統需要多個蓄電池單體串聯使用，蓄電池組往往因為個別單體加速老化而提前失效。
大電流放電影響遙
順槳啟動瞬間，需要蓄電池大電流放電，在大電流下蓄電池的容量顯著減少(如放電150A，電池只能維持幾秒鐘)。那么如果變槳傳動系統在某個環節發生卡住，大電流就會在短時間內將蓄電池“耗干”，導致順槳無法完成。
變槳傳動阻力異常
變槳傳動系統銹蝕、磨損、阻塞造成的變槳系統啟動及運轉阻力異常增大，加之蓄電池大電流放電能力有限，造成緊急順槳失敗。而通常發生順槳無法完成，通常歸結為蓄電池原因，阻力異常問題難于發現。
關鍵技術及其與同類技術比較
目前主流的變槳電池檢測方法歸結為三類：
一、蓄電池檢測：檢測電池端電壓、內阻判斷電池性能。電壓檢測不能反映蓄電池真實性能，內阻主要靠人工測試，無法在線進行。
二、給電池組增加一個瞬態放電電路，定期進行放電，測試電池內阻等性能。該方法檢測效果雖好，但對于已投產機組增加瞬態電路，并干預電池放電控制比較困難，難于實施推廣。
三、緊急順槳測試：在小風時，自動或人工執行順槳，通過順槳時間判斷后備系統性能。該方法無法定位是變槳蓄電池還是傳動系統問題。
針對上述問題，項目完成了如下關鍵技術研制：
**評價后備電源變槳系統性能——國內開創
項目使用緊急順槳過程中的高頻采樣數據分析變槳后備動力系統性能，從蓄電池性能和變槳系統阻力雙方面進行評價，**定位故障原因。
后備動力系統性能綜合評價指標
項目使用緊急順槳過程的啟動電壓降、放電總功率等指標，反映蓄電池老化與順槳啟動阻力綜合情況，相對于順槳時間，啟動電壓降能定位問題是否發生在順槳初期。
蓄電池性能評價指標
項目通過極化內阻均值及變化指標、SOC、SOH 反映蓄電池性能，對每盒蓄電池組進行檢測，實現電池盒間性能指標的差異比較。這些指標從多種角度，反映出蓄電池性能問題。
變槳傳動系統阻力監測——國內開創
項目通過對緊急順槳放電過程中的變槳傳動系統的受力分析，建立順槳阻力矩計算模型，實現緊急順槳阻力的動態監測。
研制了后備動力性能檢測系統樣機
項目開發風電機組變槳電池前置數據采集處理子系統，位于風電機組輪轂處，負責采集、處理、上送電池充放電數據，整個系統不干預電池控制，設計方案便于實施;開發風電機組變槳電池集中監控系統，位于風電場中控室，負責集中監測所有風電機組蓄電池狀態，儲存管理各臺風電機組歷史數據記錄，提供歷史數據查詢展示功能。
檢測系統實驗平臺——國內開創
系統的檢測設備和算法都需要測試檢驗，但是在實際風電機組上進行實驗受到很大制約，出于運行**的考慮，變槳電機堵轉等極端工況無法在實際機組實施測試，為此，項目建立了變槳后備動力系統模擬實驗臺，模擬風電機組后備動力變槳系統的工作過程以及變槳極端工況，用于后備動力性能檢測指標和檢測系統的設計、研發、驗證。
在線檢測系統總體設計
系統主要由位于風機輪轂的數據采集處理設備、位于中控室的集中監測系統和兩者之間的通訊鏈路組成。
數據采集處理系統負責采集分析蓄電池狀態數據(包括各電池組端電壓、電流、電池柜溫度、變槳電機轉速等)，并將數據打包發送給集中監測系統，每個風機葉片電池柜配備一個數據采集處理設備;通訊鏈路包括輪轂至風機機艙的無線通訊(輪轂相對機艙轉動)、機艙至塔底的網線通訊和風機至中控室的光纖網絡;集中監測系統負責接收解析和保存各采集系統發送的數據，并將電池的數據信息展示給風場運檢人員，包括電池充放電狀態、報警信息等，運檢人員還可以通過系統查看電池的歷史數據信息，通過界面對前置監測系統進行參數配置。
應用情況
該系統于2013 年9 月完成在麒麟山風電場13~3 號機組完成現場調試工作，一年來，系統運行狀況良好，發現蓄電池問題1 例。實踐證明，該系統可以實時監測后備動力系統性能，展示設備性能變化趨勢，確保風電機組緊急順槳**，為制定后備動力系統的維護計劃提供科學的依據，大大提升了風電機組后備動力系統性能的檢測水平，降低了檢測成本，提高了檢測效率。
經濟效益及意義
變槳后備動力性能檢測系統實時監測后備系統性能狀態，自動對系統的早期故障進行預警和定位，為系統的維護檢修贏得時間，避免“飛車”事故的發生，保障了緊急停機時的風電機組**;系統為蓄電池前瞻性維護提供客觀依據，改變舊電池“一刀切”式的報廢模式，延長后備電源的平均服役時間，減少不必要的電源更換成本;系統的研制探索了輪轂內安裝蓄電池檢測裝置的設計方法和無線通訊方式，相關經驗易于推廣到超級電容后備變槳系統中，減少了系統研發投資。實踐證明，研究成果具有良好的經濟、社會效益和廣泛應用前景，研究成果達到國內先進水平。
