风力涡轮机备用电源监控制造技术

本发明专利技术提供了一种用于测试风力涡轮机中的轴的备用电源的状况的方法，其中所述备用电源具有相关联的电压，所述方法包括：将风力涡轮机中的轴与电网电源电隔离；使所述备用电源以第一预定电流放电，持续第一时间段；测量所述电压的第一值；使用所述备用电源操作所述轴，直到所述电压达到预定的第二值；使所述备用电源以第二预定电流放电，持续第二时间段；测量所述电压的第三值；以及至少基于所述第一值和所述第三值来计算参数，其中所述参数是所述备用电源的所述状况的特性。

Monitoring and control of standby power supply for wind turbine

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】风力涡轮机备用电源监控
本专利技术涉及风力涡轮机的操作，更具体地讲涉及监控用于风力涡轮机的备用电源单元。
技术介绍
风力涡轮机通常包括多个轴，每个轴由转子叶片限定，并且包括用于控制转子叶片的桨距的装置。在紧急情况下，可以改变转子叶片的桨距，使得叶片被置于顺桨位置。在顺桨位置，转子叶片“从风中被取出”，意味着它们被取向成使得它们作用于通过空气阻力来延迟转子的旋转，从而快速且安全地将风力涡轮机置于空闲状态。例如，如果风速变得过高、如果发生电力损失或者如果检测到故障，风力涡轮机可以进入安全的空闲模式，以降低涡轮机损坏和造成人身伤害的风险。用于控制风力涡轮机(包括控制叶片桨距的系统)中系统的电力通常经由至电网的连接件来提供。希望的是，即使在风力涡轮机上存在电网电力的损失，仍然可以控制叶片的桨距以便将叶片置于顺桨位置。为了实现这一点，已知在风力涡轮机中提供备用电源，例如电池或高容量电容器(也称为超级电容器)。当电力损失时，备用电源提供足够的能量来将叶片倾斜成顺桨位置。以这种方式，即使电网电源出现故障，涡轮机也可以进入空闲模式。期望监控备用电源的状况，以检验备份在紧急情况下仍然能够提供足够的能量来将转子叶片置于顺桨位置。这种状况监控旨在确定备用电源是否仍然有效地工作，以及是否发生故障，并且可以向用户提供备用电源是否需要维修或更换的指示。为了测试备用电源的状况，已知要进行压力测试，其中备用电源在与紧急情况相重复的情况下放电。已知的备用电源状况监控技术所存在的缺点在于，它们通常需要风力涡轮机处于空闲状况(即，在进行压力测试之前，使用电网电源将叶片置于顺桨位置)。在空闲状态下，风力涡轮机无法产生动力，因此期望在进行压力测试之前，等到风速非常低的时段，从而发电也将非常低。此外，已知的应力测试通常会使备用电源在较短时间尺度上，例如在1至10秒之间完全地或者在很大程度上(即，该程度使得能量的量由备用电源输送，其足以使用桨距驱动马达将相关联的转子叶片置于顺桨位置)放电。在较短时间间隔内进行重复的备用电源高放电(以及备用电源再充电所需的相关联的高充电)可以加速备用电源的老化。例如，超级电容器的容量及其能够输送的电压和电流将随时间而自然降低，然而以高速率重复进行高放电通常会提升容量中发生的这种降低的速率。因此，监控备用电源状况的行为本身可以导致该状况以某一加速度发生降级。
技术实现思路
为了解决上面提到的至少一些问题，本文提供了由所附权利要求书所定义的桨距驱动单元、风力涡轮机和用于测试风力涡轮机中的轴的备用电源的状况的方法。根据本专利技术的第一实施方案，提供了一种用于测试风力涡轮机中的轴的备用电源的状况的方法，其中备用电源具有相关联的电压，该方法包括：将风力涡轮机中的轴与电网电源电隔离；使备用电源以第一预定电流放电，持续第一时间段；测量电压的第一值；使用备用电源操作轴，直到电压达到预定的第二值；使备用电源以第二预定电流放电，持续第二时间段；测量电压的第三值；以及至少基于第一值和第三值来计算参数，其中该参数是备用电源的状况的特性。优选地，第一电流和第二电流对应于在紧急情况下由备用电源提供的电流，其中备用电源为桨距驱动马达供电，以便将相关联的转子叶片倾斜到顺桨位置。例如，在420V的备用电源电压下，这种高电流可以具有20A-30A(DC)范围内的均方根(RMS)值。在上述方法中，第一放电电流和第二放电电流可以通过由桨距驱动马达引出适当的电流来获得(例如通过使桨距驱动马达来回反复地以较小量改变转子叶片的桨距)。作为另外一种选择，第一放电电流和第二放电电流可以通过由包括在风力涡轮机的轴中的电力电子器件(例如斩波电阻器)所致动的电阻负载引出适当的电流来获得。作为另一替代形式，也可以使用桨距驱动的输出电桥来引出电流，其中操作电桥将电流输入到桨距驱动马达(优选地将电流输入到定子电磁体)，使得在马达中不产生转矩-即引出电流不会导致马达移动转子叶片，而只是引起马达内的电阻损耗。通过提供两个短时段的高电流放电，上述方法模拟了在紧急情况期间置于备用电源上的应力，在紧急情况下，当来自电网电源的电力不可用时，需要提供足够的能量以将相关联的转子叶片置于顺桨位置。因此，该方法确定备用电源是否能够在不损坏的情况下在这种压力下运行。通过在测试程序开始和结束时执行高放电，备用电源在两个不同的电压范围内受到应力-因此有利地确定了备用电源是否能够在不损坏的情况下在不同电压范围内运行，此外在一定范围的电压下提供足够的电流用于紧急地使叶片处于顺桨。由于高放电只在两段很短的时间内进行，并且备用电源未完全放电，所以备用电源在测试过程中老化程度较低。这使得备用电源相对于常规测试技术而言总体寿命延长。此外，上述方法还允许风力涡轮机针对大部分测试程序进行正常发电，从而增加风力涡轮机相对于需要将风力涡轮机置于空闲模式或者仅允许对在测试程序中未测试的轴进行桨距控制的测试方案而言可产生的电量。实际上，本方法可在对发电产生最小限度的不利影响的情况下通常随意地实现。根据本专利技术的第二实施方案，提供了一种用于风力涡轮机的桨距驱动单元，其包括：桨距驱动马达；备用电源；至电网的连接件；和控制逻辑部件。该控制逻辑部件被配置为：a)监控备用电源上的电压；b)监控通过备用电源的电流；c)至少将备用电源和桨距驱动马达与至电网的连接件电隔离；d)使桨距驱动马达根据正常发电程序进行操作，其中桨距驱动马达从备用电源中引出第一可变电流；e)在第一时间段内使备用电源以第二可变电流放电，其中第二可变电流由控制逻辑部件选择，使得第一可变电流和第二可变电流在第一时间段期间加和为基本上恒定的电流值；f)基于所监控的电压和电流计算备用电源的特性；以及g)将特性与预定阈值进行比较。通过确保第一可变电流和第二可变电流在第一时间段内加和为基本上恒定的电流，第二实施方案有利地允许单个高电流放电周期提供足够的信息来表征备用电源的状况，同时允许在桨距驱动马达上实施正常的发电程序。这具有可减少备用电源在测试期间经受高放电应力的时间量的益处，从而降低老化带来的不期望影响，并改善备用电源的寿命，同时增加风力涡轮机可发电的时间量。在一些示例中，第二可变电流由电力电子器件所致动的电阻负载引出，其中电力电子器件动态地控制该负载的致动，使得该负载可以引出期望的可变电流。例如，第二可变电流可以由斩波电阻器引出。在其他示例中，第二可变电流由直流桨距驱动马达处的电磁体定子引出。例如，操作电桥或其他合适的电子器件可以使第二可变电流以这样的相位流过定子：其使得由于第二可变电流而在桨距驱动马达中不产生转矩。优选地，如果所计算的特性例如电容或内阻(也称为等效串联电阻)不满足预定标准，则认为备用电源需要维护或更换。在这种情况下，优选地风力涡轮机的所有转子叶片都被置于顺桨位置，并重新建立与电网电源的连接。优选地，如果计算出的特性满足预定标准，则：a)测试程序结束，重新建立与电网电源的连接，备用电源使用来自电网电源的电力再充电，并且执行正常发电程序；或b)针对不同的备用电源电压范围，重复放电、测量、计算和比较步骤(例如，在一段延迟之后重复这些步骤，在该延迟期间，桨距驱动马达的操作使备用电源在比紧急放电电流低得多的电流下进一步放电)，有利地在不同电压范围上表征备用电源。附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于风力涡轮机的桨距驱动单元，包括：桨距驱动马达；备用电源；至电网的连接件；和控制逻辑部件，其中所述控制逻辑部件被配置为：a)监控所述备用电源上的电压；b)监控通过所述备用电源的电流；c)至少将所述备用电源和所述桨距驱动马达与至所述电网的所述连接件电隔离；d)使所述桨距驱动马达根据正常发电程序进行操作，其中所述桨距驱动马达从所述备用电源中引出第一可变电流；e)在第一时间段内使所述备用电源以第二可变电流放电，其中所述第二可变电流由所述控制逻辑部件选择，使得所述第一可变电流和所述第二可变电流在所述第一时间段期间加和为基本上恒定的电流值；f)基于所监控的电压和电流计算所述备用电源的特性；g)将所述特性与预定阈值进行比较。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.30 DE 102015005509.71.一种用于风力涡轮机的桨距驱动单元，包括：桨距驱动马达；备用电源；至电网的连接件；和控制逻辑部件，其中所述控制逻辑部件被配置为：a)监控所述备用电源上的电压；b)监控通过所述备用电源的电流；c)至少将所述备用电源和所述桨距驱动马达与至所述电网的所述连接件电隔离；d)使所述桨距驱动马达根据正常发电程序进行操作，其中所述桨距驱动马达从所述备用电源中引出第一可变电流；e)在第一时间段内使所述备用电源以第二可变电流放电，其中所述第二可变电流由所述控制逻辑部件选择，使得所述第一可变电流和所述第二可变电流在所述第一时间段期间加和为基本上恒定的电流值；f)基于所监控的电压和电流计算所述备用电源的特性；g)将所述特性与预定阈值进行比较。2.根据权利要求1所述的桨距驱动单元，还包括电阻负载，以及被配置为致动所述电阻负载的电力电子器件；其中所述控制逻辑部件被进一步配置为使所述电力电子器件致动所述电阻负载，使得所述电阻负载在所述第一时间段内从所述备用电源引出所述第二可变电流。3.根据权利要求1所述的桨距驱动单元，其中：所述桨距驱动马达包括定子部件；并且所述控制逻辑部件被进一步配置为使所述定子部件在所述第一时间段内从所述备用电源引出所述第二可变电流。4.根据权利要求3所述的桨距驱动，其中所述控制逻辑部件被进一步配置为控制流过所述定子的所述第二可变电流的相位，使得所述第二可变电流导致在所述桨距驱动马达中基本上不产生转矩。5.根据前述权利要求中任一项所述的桨距驱动单元，其中所述第一可变电流和所述第二可变电流之和对应于由所述备用电源所放出的应急电流，其中所述应急电流被提供用于在紧急情况下将与所述桨距驱动单元相关联的转子叶片置于顺桨位置。6.根据前述权利要求中任一项所述的桨距驱动单元，其中所述控制逻辑部件被进一步配置为基于步骤g)的比较：使所述桨距驱动马达基于所述比较将与所述桨距驱动单元相关联的转子叶片置于顺桨位置；或者将所述备用电源和所述桨距驱动马达电连接到至所述电网的所述连接件；或者重复步骤e)-g)。7.一种风力涡轮机，包括根据权利要求1-6中任一项所述的桨距驱动单元。8.一种操作用于风力涡轮机的桨距驱动单元的方法：a)监控所述桨距驱动单元中的备用电源上的电压；b)监控通过所述备用电源的电流；c)至少将所述桨距驱动单元中的所述备用电源和桨距驱动马达与至电网的连接件电隔离；d)使所述桨距驱动马达根据正常发电程序进行操作，其中所述桨距驱动马达从所述备用电源中引出第一可变电流；e)在第一时间段内使所述备用电源以第二可变电流放电，其中所述第二可变电流由所述控制逻辑部件选择，使得所述第一可变电流和所述第二可变电流在所述第一时间段期间加和为基本上恒定的电流值；f)基于所监控的电压和电流计算所述备用电源的特性；g)将所述特性与预定阈值进行比较。9.根据权利要求8所述的方法，还包括：经由电力电子器件致动所述桨距驱动单元中的电阻负载，使得所述电阻负载在所述第一时间段内从所述备用电源引出所述第二可变电流。10.根据权利要求8所述的桨距驱动单元，还包括使所述桨距驱动马达中的定子部件在所述第一时间段内从所述备用电源引出所述第二可变电流。11.根据权利要求10所述的桨距驱动，还包括控制流过所述定子的所述第二可变电流的相位，使得所述第二可变电流导致在所述桨距驱动马达中基本上不产生转矩。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一可变电流和所述第二可变电流之和对应于由所述备用电源所放出的应急电流，其中所述应急电流被提供用于在紧急情况下将与所述桨距驱动单元相关联的转子叶片置于顺桨位置。13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括基于步...

【专利技术属性】
技术研发人员：托拜厄斯·特奥波特，希尔马·施特伦茨克，
申请(专利权)人：穆格昂纳公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE