一种变桨控制系统参数配置标准化方法与流程

1.本发明涉及变桨系统配置技术领域，特别涉及一种变桨控制系统参数配置标准化方法。


背景技术：

2.目前，电容模组因为高能量密度、长寿命、极长的充放电循环寿和高能量密等特点得到越来越多的应用，特别是已成为风电机组变桨距系统的主流后备储能器件，风力发电机组通常安装于酷热严寒等地方，电容模组所处环境比较恶劣，电容模组老化受温度、偏置电压和参数不一致等因素影响，通常经过数月使用性能就已经下降，若电容模组某节单体失效，将迅速导致单个叶片甚至整个机组的安全系统无法正常工作，有必要对电容模组容量进行定期的检测。
3.现有技术中，通常对每种规格机型设定特定的阈值以判断电容模组健康状态，但是机组的叶片长度种类众多，所配置的变桨轴承品牌和驱动器不是唯一的，摩擦系数和驱动器特性均不一样，若针对每种规格机型设定特定的阈值以判断电容模组健康状态，将大幅增加现场管理的难度，需要一种通过指标来衡量当前电容组容量的状态，从而安全可靠地使用电容模组的方法。
4.例如，一种在中国专利文献上公开的“变电站补偿电容器的容量配置方法”，其公告号：cn101635462b，其申请日：2009年04月28日，该发明提供的变电站补偿电容器的容量配置方法，根据变电站的无功补偿容量值，采用穷尽法计算变电站各补偿电容器组的容量，从而搜索出最佳的投运组数，并根据该最佳组数配置变电站补偿电容器的容量，使补偿电容器能最大限度的满足无功补偿的需求，实现无功就地平衡，发挥补偿电容器的最大经济效益，但是存在不能通过指标来衡量电容模组健康状态的问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术不能通过指标来衡量电容模组健康状态的不足，本发明提出了一种变桨控制系统参数配置标准化方法，能根据电容模组剩余电荷容量和电容模组放电一次的电荷容量得到电容模组健康状态指数，通过健康状态指数来衡量电容模组健康状态。
6.以下是本发明的技术方案，一种变桨控制系统参数配置标准化方法，包括以下步骤：
7.s1：在满足电容模组测试条件和完成叶片初始设置后进行测试，得到初始电容模组电荷，对初始电容模组电荷进行温度修正，对初始电容模组电荷的soc进行二次拟合；
8.s2：进行电容顺桨测试，得到顺桨电容模组电荷，对顺桨电容模组电荷进行温度修正，对顺桨电容模组电荷的soc进行二次拟合；
9.s3：基于变桨驱动器的最低工作电压得到最低电容模组电荷，对最低电容模组电荷进行温度修正，对最低电容模组电荷的soc进行二次拟合；
10.s4：基于初始电容模组电荷和顺桨电容模组电荷，计算叶片顺桨到位后电容模组
放电一次的电荷容量，基于顺桨电容模组电荷和最低电容模组电荷，计算电容模组剩余电荷容量；
11.s5：对比电容模组剩余电荷容量和电容模组放电一次的电荷容量，得到电容模组健康状态指数，基于电容模组健康状态指数衡量电容模组健康状态和测试结果，并记录本次电容顺桨测试时间和测试结果。
12.作为优选，电容模组测试条件为机组正常运行无故障，机组平均功率低于设定值，电容测试周期超过周期阈值，机组处于非高、低电压穿越过程且测试时间在起始时间和结束时间范围内，叶片初始设置为将一个叶片调节至设定值，另外两个叶片仍然保持顺桨位置。
13.作为优选，基于叶片顺桨前电容模组放电的实时温度和初始电容模组端电压得到初始电容模组电荷，对初始电容模组电荷的soc进行二次拟合，表达式如下：
14.q
初始
＝q
初始温度修正
×
soc
初始二次拟合
，
15.q
初始温度修正
＝qn×
[1+δ(t
初始-25)]，
[0016][0017]
式中，t
初始
为叶片顺桨前电容模组放电前的实时温度，qn为电容模组在25℃时的额定容量，q
初始温度修正
为电容模组在t
初始
温度时的容量，q
初始
为初始电容模组电荷，δ为温度系数，u
初始
为初始电容模组端电压，u
额定
为电容模组额定电压，μ1、μ2为修正因子。
[0018]
作为优选，电容模组的电压投入在驱动器的直流母线上，当该叶片到达顺桨位置后，通过控制器记录叶片顺桨后电容模组放电后的温度和顺桨后电容模组端电压，得到一次顺桨完成后的顺桨电容模组电荷，对顺桨电容模组电荷的soc进行二次拟合，表达式如下：
[0019]q顺桨
＝q
顺桨温度修正
×
soc
顺桨二次拟合
，
[0020]q顺桨温度修正
＝qn×
[1+δ(t
顺桨-25)]，
[0021][0022]
式中，t
顺桨
为叶片顺桨后电容模组放电后的温度，qn为电容模组在25℃时的额定容量，q
顺桨温度修正
为电容模组在t
顺桨
温度时的容量，δ为温度系数，u
顺桨
为顺桨后电容模组端电压，u
额定
为电容模组额定电压，μ1、μ2为修正因子。
[0023]
作为优选，基于变桨驱动器的最低工作电压，得到最低电容模组电荷，对最低电容模组电荷的soc进行二次拟合，表达式如下：
[0024]q最低
＝q
最低温度修正
×
soc
最低二次拟合
，
[0025]c最低温度修正
＝qn×
[1+δ(t
最低-25)]，
[0026][0027]
式中，t
最低
为电容模组衰减至最低电荷容量时的温度，qn为电容模组在25℃时的额定容量，q
最低温度修正
为电容模组在t
最低
温度时的容量，δ为温度系数，u
最低
为变桨驱动器的最低工作电压，u
额定
为电容模组额定电压，μ1、μ2为修正因子。
[0028]
作为优选，基于初始电容模组电荷和顺桨电容模组电荷，计算叶片顺桨到位后电容模组放电一次的电荷容量，表达式如下：
[0029][0030]
式中，t
顺桨
为叶片顺桨后电容模组放电后的温度，t
初始
为叶片顺桨前电容模组放电前的实时温度，qn为电容模组在25℃时的额定容量，δ为温度系数，u
初始
为初始电容模组端电压，u
顺桨
为顺桨后电容模组端电压，u
额定
为电容模组额定电压，μ1、μ2为修正因子。
[0031]
作为优选，基于顺桨电容模组电荷和最低电容模组电荷，计算电容模组剩余电荷容量，表达式如下：
[0032][0033]
式中，t
顺桨
为叶片顺桨后电容模组放电后的温度，t
初始
为叶片顺桨前电容模组放电前的实时温度，qn为电容模组在25℃时的额定容量，δ为温度系数，u
最低
为变桨驱动器的最低工作电压，u
顺桨
为顺桨后电容模组端电压，u
额定
为电容模组额定电压，μ1、μ2为修正因子。
[0034]
作为优选，对比电容模组剩余电荷容量和电容模组放电一次的电荷容量，得到电容模组健康状态指数，表达式如下：
[0035][0036]
式中，q
顺桨温度修正
为电容模组在t
顺桨
温度时的容量，soc
顺桨二次拟合
为二次拟合后顺桨电容模组soc，q
最低温度修正
为电容模组在t
最低
温度时的容量，soc
最低二次拟合
为二次拟合后最低电容模组soc，q
初始温度修正
为电容模组在t
初始
温度时的容量，soc
初始二次拟合
为二次拟合后初始电容模组soc。
[0037]
作为优选，电容模组测试失败的判定条件为：电容模组健康状态指数小于指数阈值、测试流程中主控与变桨存在通讯故障或电容顺桨时间超过顺桨时间阈值未到达顺桨位置。
[0038]
作为优选，测试过程中未出现故障则延时若干秒自动起机，否则立即正常停机。
[0039]
本发明的有益效果是：能根据电容模组剩余电荷容量和电容模组放电一次的电荷容量得到电容模组健康状态指数，通过健康状态指数来衡量电容模组健康状态。
附图说明
[0040]
图1本发明一种变桨控制系统参数配置标准化方法的流程图。
[0041]
图2本发明一种变桨控制系统参数配置标准化方法的详细流程图。
具体实施方式
[0042]
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0043]
实施例：如图1和图2所示，一种变桨控制系统参数配置标准化方法，包括以下步
骤：
[0044]
s1：在满足电容模组测试条件和完成叶片初始设置后进行测试，得到初始电容模组电荷，对初始电容模组电荷进行温度修正，对初始电容模组电荷的soc进行二次拟合；
[0045]
s2：进行电容顺桨测试，得到顺桨电容模组电荷，对顺桨电容模组电荷进行温度修正，对顺桨电容模组电荷的soc进行二次拟合；
[0046]
s3：基于变桨驱动器的最低工作电压得到最低电容模组电荷，对最低电容模组电荷进行温度修正，对最低电容模组电荷的soc进行二次拟合；
[0047]
s4：基于初始电容模组电荷和顺桨电容模组电荷，计算叶片顺桨到位后电容模组放电一次的电荷容量，基于顺桨电容模组电荷和最低电容模组电荷，计算电容模组剩余电荷容量；
[0048]
s5：对比电容模组剩余电荷容量和电容模组放电一次的电荷容量，得到电容模组健康状态指数，基于健康状态指数衡量电容模组健康状态和测试结果，并记录本次电容顺桨测试时间和测试结果。
[0049]
s1：在满足电容模组测试条件和完成叶片初始设置后进行测试，得到初始电容模组电荷，对初始电容模组电荷进行温度修正，对初始电容模组电荷的soc进行二次拟合。
[0050]
具体的，判断机组是否满足电容模组测试条件，测试条件包括：机组正常运行无故障；机组五分钟平均功率低于设定值(100kw)；电容测试周期大于或等于14天；变桨电容模组测试使能参数为1；机组处于非高、低电压穿越过程；测试时间在起始时间和结束时间范围内，起始时间为7点，结束时间为17点。
[0051]
变桨电容模组测试使能参数为1、软硬件efc信号为1(efc为紧急顺桨控制命令)、变桨电源开关处于合闭状态，将其中一个叶片的调节至设定值(参数默认值为0.5度)后，另外两个叶片仍然保持顺桨位置(通常为90度)，自动记录叶片顺桨前电容模组放电前的实时温度t
初始
和初始电容模组端电压u
初始
，得到下面的初始电容模组电荷q
初始
；
[0052]q初始
＝q
初始温度修正
×
soc
初始二次拟合
ꢀꢀꢀ
(1)
[0053]q初始温度修正
＝qn×
[1+δ(t
初始-25)]
ꢀꢀꢀ
(2)
[0054]
式中，t
初始
为叶片顺桨前电容模组放电前的实时温度，qn为电容模组在25℃时的额定容量，q
初始温度修正
为电容模组在t
初始
温度时的容量，q
初始
为初始电容模组电荷，δ为温度系数，不同温度的区间δ值不同；
[0055]
由于电容开路电压比值与电容模组充电容量与额定容量的比值(soc)并非严格对应，对开路电压进行修正，采用最小二乘法对开路电压比值与soc进行二次拟合，得到电压修正因子为μ1、μ2，当前电容模组soc
初始二次拟合
与初始电容模组端电压u
初始
对应关系为式；
[0056][0057]
式中，u
初始
为初始电容模组端电压，u
额定
为电容模组额定电压，μ1、μ2为修正因子。
[0058]
s2：进行电容顺桨测试，得到顺桨电容模组电荷，对顺桨电容模组电荷进行温度修正，对顺桨电容模组电荷的soc进行二次拟合。
[0059]
具体的，切断变桨驱动器400vac供电并保持，再将软硬件efc信号置为0(efc为紧急顺桨控制命令)，电容模组的电压将直接投入在驱动器的直流母线上，执行紧急顺桨的动作；当该叶片到达顺桨位置(参数默认值为88度)后，通过控制器自动记录顺桨后的电容模
组放电后的温度t
顺桨
和电容模组端电压u
顺桨
，得到下面一次顺桨完成后的电容模组电荷q
顺桨
；
[0060]q顺桨
＝q
顺桨温度修正
×
soc
顺桨二次拟合
ꢀꢀꢀ
(4)
[0061]q顺桨温度修正
＝qn×
[1+δ(t
顺桨-25)](5)
[0062]
式中，t
顺桨
为叶片顺桨后电容模组放电后的温度；qn为电容模组在25℃时的额定容量，q
顺桨温度修正
为电容模组在t
顺桨
温度时的容量；δ为温度系数，不同温度的区间δ值不同。
[0063]
此时顺桨后电容模组soc
顺桨二次拟合
与顺桨后电容模组端电压u
顺桨
对应关系如下；
[0064][0065]
式中，u
顺桨
为顺桨后电容模组端电压，u
额定
为电容模组额定电压，μ1、μ2为修正因子。
[0066]
s3：基于变桨驱动器的最低工作电压得到最低电容模组电荷，对最低电容模组电荷进行温度修正，对最低电容模组电荷的soc进行二次拟合。
[0067]
具体的，根据变桨驱动器的最低工作电压u
最低
，得到最低电容模组电荷q
最低
；
[0068]q最低
＝q
最低温度修正
×
soc
最低二次拟合
ꢀꢀꢀ
(7)
[0069]c最低温度修正
＝qn×
[1+δ(t
最低-25)]
ꢀꢀꢀ
(8)
[0070]
式中，t
最低
为电容模组衰减至最低电荷容量时的温度，qn为电容模组在25℃时的额定容量，q
最低温度修正
为电容模组在t
最低
温度时的容量，δ为温度系数，不同温度的区间δ值不同。
[0071]
电容模组衰减至最低电荷容量时的soc
最低二次拟合
与此时的电容模组端电压u
最低
对应关系如下；
[0072][0073]
式中，u
最低
为变桨驱动器的最低工作电压，u
额定
为电容模组额定电压，μ1、μ2为修正因子。
[0074]
s4：基于初始电容模组电荷和顺桨电容模组电荷，计算叶片顺桨到位后电容模组放电一次的电荷容量，基于顺桨电容模组电荷和最低电容模组电荷，计算电容模组剩余电荷容量。
[0075]
具体的，根据初始电容模组电荷q
初始
和一次顺桨完成后的电容模组电荷q
顺桨
，得到叶片顺桨到位后电容模组放电一次的电荷容量δ
放电一次
：
[0076][0077]
式中，t
顺桨
为叶片顺桨后电容模组放电后的温度，t
初始
为叶片顺桨前电容模组放电前的实时温度，qn为电容模组在25℃时的额定容量，δ为温度系数，u
初始
为初始电容模组端电压，u
顺桨
为顺桨后电容模组端电压，u
额定
为电容模组额定电压，μ1、μ2为修正因子。
[0078]
结合一次顺桨完成后的电容模组电荷q
顺桨
和最低电容模组电荷q
最低
，计算电容模组剩余电荷容量δ
剩余
：
[0079][0080]
式中，t
顺桨
为叶片顺桨后电容模组放电后的温度，t
初始
为叶片顺桨前电容模组放电
前的实时温度，qn为电容模组在25℃时的额定容量，δ为温度系数，u
最低
为变桨驱动器的最低工作电压，u
顺桨
为顺桨后电容模组端电压，u
额定
为电容模组额定电压，μ1、μ2为修正因子。
[0081]
s5：对比电容模组剩余电荷容量和电容模组放电一次的电荷容量，得到电容模组健康状态指数，基于健康状态指数衡量电容模组健康状态和测试结果，并记录本次电容顺桨测试时间和测试结果。
[0082]
具体的，将电容模组剩余电荷容量δ
剩余
和叶片顺桨到位后电容模组放电一次的电荷容量δ
放电
一
次
进行对比，得到电容模组健康状态指数(phm)，剩余电荷容量δ
剩余
和放电一次的电荷容量δ
放电
一
次
的比值越大则电容模组健康状态越好；考虑机组高、低电压穿越等因素，以电容模组剩余电荷容量δ
剩余
大于放电一次的电荷容量δ
放电
一
次
的1.3倍确定模组寿命终结依据，叶片至顺桨位置(参数默认值为88度)后延时3s，进行下一叶片的电容模组测试。
[0083][0084]
式中，q
顺桨温度修正
为电容模组在t
顺桨
温度时的容量，soc
顺桨二次拟合
为二次拟合后顺桨电容模组soc，q
最低温度修正
为电容模组在t
最低
温度时的容量，soc
最低二次拟合
为二次拟合后最低电容模组soc，q
初始温度修正
为电容模组在t
初始
温度时的容量，soc
初始二次拟合
为二次拟合后初始电容模组soc。
[0085]
如果phm《1或在测试流程中主控与变桨之间通讯故障或电容顺桨时间超过30s未至顺桨位置(参数默认值为88度)，则判定该叶片对应的电容模组测试失败，投入400v主电源顺桨至安全位置。进行故障记录并对下一轴柜进行电容测试。
[0086]
测试完成后记录本次电容顺桨测试时间和测试结果等(测试结果不通过不允许启机)；变桨电容模组测试使能参数置为0，合闭变桨电源开关；如果测试过程中没有出现过任何故障，则延时5秒自动起机，否则立即执行正常停机。