探析變槳系統(tǒng)后備電池在線監(jiān)測及電壓均衡系統(tǒng)以及方法

李明陽 莫文宏

摘 要：本文對在線監(jiān)測變槳系統(tǒng)后備電池狀態(tài)的必要性進行分析，并對變槳系統(tǒng)后備電池在線監(jiān)測及電壓均衡系統(tǒng)設(shè)計要點加以闡述，希望能為排除變槳系統(tǒng)后備電池故障、均衡電壓等目的實現(xiàn)提供有效建議。

關(guān)鍵詞：變槳系統(tǒng);后備電池;電壓均衡;蓄電池組

引言：電動變槳是現(xiàn)階段風(fēng)機機組主要采用的變槳方式，當(dāng)故障問題在風(fēng)機運行中發(fā)生，其中蓄電池組所儲存的備用電源則會支撐順漿停機操作，為風(fēng)機運行安全提供基礎(chǔ)保障。傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)及技術(shù)手段存在明顯不足，無法確保風(fēng)機運行安全，如何在線監(jiān)測實現(xiàn)變槳系統(tǒng)后備電池，是目前各相關(guān)人員需要考慮的問題。

1.在線監(jiān)測變槳系統(tǒng)后備電池狀態(tài)的必要性分析

變槳系統(tǒng)是大型風(fēng)電機組控制和保護的重要執(zhí)行裝置，對機組安全、穩(wěn)定、高效運行具有十分重要的作用。穩(wěn)定的變槳控制已成為當(dāng)前大型風(fēng)電機組控制和保護技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點。通常情況下，風(fēng)機出現(xiàn)故障問題或者突發(fā)停電，蓄電池組中原有儲存的電能將協(xié)助相關(guān)設(shè)備完成順漿停機操作，為風(fēng)機安全運行提供基礎(chǔ)保障。通過對以往監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用情況調(diào)研和分析，發(fā)現(xiàn)普遍存在對蓄電池組的各項參數(shù)獲取不精準(zhǔn)問題，尤其是處于浮充狀態(tài)條件下的蓄電池組的各項參數(shù)獲取，各項數(shù)據(jù)分析顯示，電壓高低與電池剩余容量沒有直接關(guān)聯(lián)，因此，電壓的高低值不能作為對電池剩余容量判斷的依據(jù)。當(dāng)浮充電壓處于不均衡狀態(tài)條件時，均是電池充量過頭或未充滿情況的表現(xiàn)，電池功能失去效用，其使用期限被縮減的同時，也會為后期變槳系統(tǒng)運行埋下安全隱患[1]。礙于風(fēng)電機組特殊性構(gòu)造，具備遠(yuǎn)程監(jiān)測控制功能的系統(tǒng)設(shè)計顯得尤為重要，應(yīng)提升對變槳系統(tǒng)后備電池狀態(tài)在線監(jiān)測與均衡電壓重視程度，結(jié)合目前變槳系統(tǒng)后備電池實際功能效用發(fā)揮，制定變槳系統(tǒng)后備電池在線監(jiān)測及電壓均衡系統(tǒng)與相關(guān)操作方法的設(shè)計策略，為確保風(fēng)電機組運行提供安全保障，切實解決蓄電池組使用期限過短問題。

2.變槳系統(tǒng)后備電池在線監(jiān)測及電壓均衡系統(tǒng)設(shè)計要點

2.1在線監(jiān)測及電壓均衡系統(tǒng)總體設(shè)計框架

在線監(jiān)測及電壓均衡系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集處理單元、集中監(jiān)測單元以及二者質(zhì)檢通信鏈路構(gòu)成。在線監(jiān)測及電壓均衡系統(tǒng)總體設(shè)計框架。

變槳系統(tǒng)后備電池狀態(tài)數(shù)據(jù)采集和分析由系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集處理單位負(fù)責(zé)，并將所收集到的相關(guān)數(shù)據(jù)打包傳輸給集中監(jiān)測單元，其中數(shù)據(jù)采集處理設(shè)備在各個風(fēng)機葉片電池柜均有配置;由輪轂至風(fēng)機機艙的無線通訊、機艙至塔底的網(wǎng)線通訊和風(fēng)機至中控室的光纖網(wǎng)等部分構(gòu)成數(shù)據(jù)采集處理單元與集中監(jiān)測單元二者通信鏈路;系統(tǒng)所發(fā)送的數(shù)據(jù)均有集中監(jiān)測單元負(fù)責(zé)接收與解析并做好最后數(shù)據(jù)保存，運檢人員可通過在線監(jiān)測及電壓均衡系統(tǒng)所展示的變槳系統(tǒng)后備電池狀態(tài)數(shù)據(jù)，如變槳系統(tǒng)后備電池放電情況、報警數(shù)據(jù)等，其中在線監(jiān)測及電壓均衡系統(tǒng)也能將變槳系統(tǒng)后備電池的歷史數(shù)據(jù)提供給運檢人員，運檢人員只需在系統(tǒng)界面即可完成對變槳系統(tǒng)后備電池在線監(jiān)測及電壓均衡系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置操作。

2.1數(shù)據(jù)采集處理單元設(shè)計

數(shù)據(jù)采集處理設(shè)備將對應(yīng)電池柜內(nèi)的變槳系統(tǒng)后備電池相關(guān)數(shù)據(jù)進行采集與處理后，將其處理結(jié)果直接向上級監(jiān)控系統(tǒng)傳輸，鑒于對變槳系統(tǒng)后備電池的放電與非放電兩種狀態(tài)綜合考慮，采集數(shù)據(jù)也被劃分為兩個類別，分別是實時數(shù)據(jù)和快照數(shù)據(jù)。

針對數(shù)據(jù)采集處理設(shè)備硬件設(shè)計，數(shù)據(jù)采集處理設(shè)備運算核心選用32位控制專用DSP，該硬件具有可處理數(shù)字信號、管理事件等功能特點，在處理大批量數(shù)據(jù)方面有著明顯優(yōu)勢。數(shù)據(jù)采集處理單元硬件設(shè)計框架。

在數(shù)據(jù)采集設(shè)備硬件設(shè)計引入一定規(guī)格存儲器，其目的擴展數(shù)據(jù)處理存儲空間，可對電壓變送器和電流傳感器測量的電池組端電壓與電流同時采集。

2.2傳感器單元硬件設(shè)計

變槳系統(tǒng)后備電池在線監(jiān)測及電壓均衡系統(tǒng)中除了由變槳驅(qū)動、變槳電機、備用蓄電池組模塊等幾個部分構(gòu)成以外，同時也包括傳感器單元，采用分布式方法對多個傳感器在備用蓄電池組模塊中進行安裝，負(fù)責(zé)對每塊蓄電池組的闡述進行采集并向MCU傳送[2]。

（1）MCU負(fù)責(zé)分析所接收到的各項參數(shù)，待分析環(huán)節(jié)結(jié)束后，直接將分析結(jié)果向現(xiàn)場監(jiān)控主機或充放電控制模塊傳輸;（2）當(dāng)有異常情況出現(xiàn)時，現(xiàn)場監(jiān)控主機則會將異常信號發(fā)送給變槳控制模塊，及時進行處理;（3）根據(jù)分析結(jié)果所顯示的信息，借助充放電控制模塊均衡各蓄電池組之間的電壓，將其控制在基本標(biāo)準(zhǔn)電壓限值范圍區(qū)間內(nèi);（4）傳感器單元將各參數(shù)傳輸給MCU，MCU需要先根據(jù)電池組實際溫度數(shù)據(jù)，并利用溫度補償公式對浮充電壓加以計算，再對電池組的電壓參數(shù)進行分析。溫度補償公式：Vtc=Vn-TcN（T-25）;（5）變槳系統(tǒng)后備電池在線監(jiān)測及電壓均衡系統(tǒng)中的遠(yuǎn)程監(jiān)控主機，基于總線或無線信號，與現(xiàn)場監(jiān)控主機相互連接;（6）利用通信鏈路，各蓄電池組各項參數(shù)被系統(tǒng)中傳感器獲取，并傳輸至MCU。傳感器單元硬件設(shè)計電路。

礙于MCU功能單一性，若想確保上述目的均能實現(xiàn)，需要配置一套變槳系統(tǒng)后備電池在線監(jiān)測及電壓均衡的方法，具體操作如下：

（1）蓄電池單體電壓、內(nèi)阻、溫度參數(shù)等相關(guān)數(shù)據(jù)信息由傳感器單元中多個傳感器負(fù)責(zé)采集并向MCU傳輸;（2）基于溫度補償公式，結(jié)合電池組溫度參數(shù)，分析所接收到的各項參數(shù)，對浮充電呀進行確定;（3）對電池組的電壓參數(shù)深入分析，確認(rèn)電壓數(shù)值是否與規(guī)定偏差標(biāo)準(zhǔn)要求相一致，若存在不一致情況，即可判定該蓄電池組出現(xiàn)損壞問題，將故障信號發(fā)送給現(xiàn)場監(jiān)控主機，若信息一致，則需要進一步確認(rèn)其電壓值是否達(dá)到基本標(biāo)準(zhǔn)電壓范圍區(qū)間內(nèi)。當(dāng)電壓值未達(dá)到基本標(biāo)準(zhǔn)范圍區(qū)間，運檢人員應(yīng)執(zhí)行對蓄電池組的充放電操作，將電壓恢復(fù)到基本標(biāo)準(zhǔn)電壓范圍區(qū)間;當(dāng)電壓值達(dá)到基本標(biāo)準(zhǔn)范圍區(qū)間內(nèi)，監(jiān)控主機接收蓄電池組各項參數(shù)，MCU將依次完成對蓄電池組的上述監(jiān)測工序，從而達(dá)到故障排除、均衡電壓以及各項參數(shù)收集目的。

2.3集中監(jiān)控單元設(shè)計

集中監(jiān)控由幾個關(guān)鍵監(jiān)控模塊組成，如現(xiàn)場監(jiān)控、遠(yuǎn)程監(jiān)控、實時監(jiān)控等，發(fā)揮著報警信號診斷、歷史數(shù)據(jù)查詢、系統(tǒng)管理以及數(shù)據(jù)存儲等多樣性功能作用。將數(shù)據(jù)采集設(shè)備所傳送的數(shù)據(jù)信息進行分析、處理和保存，為開展在線監(jiān)測變槳系統(tǒng)后備電池狀態(tài)工作提供參考依據(jù)，綜合監(jiān)測變槳系統(tǒng)后備電池剩余容量，實時掌握蓄電池組工作性能，精準(zhǔn)預(yù)測故障，將報警信號高效化傳輸上級系統(tǒng)單元。其中測量數(shù)據(jù)可實時顯示，也可以輸送后臺數(shù)據(jù)庫存儲、分析和處理，顯示蓄電池工作性能狀態(tài);及時發(fā)現(xiàn)落后單體電池，分析蓄電池的實效趨勢，實時掌握蓄電池組的運行狀態(tài)，確保變槳系統(tǒng)后備電池使用可靠且無故障運行。設(shè)計變槳系統(tǒng)后備電池在線監(jiān)測及電壓均衡系統(tǒng)，實現(xiàn)了對多組蓄電池組的在線監(jiān)測，大大降低系統(tǒng)成本，為變槳系統(tǒng)后備電池在線監(jiān)測工作落實提供了經(jīng)濟性及技術(shù)性的保障，從而達(dá)到有效預(yù)防電池失效目的，降低此方面情況對變槳系統(tǒng)穩(wěn)定運行的負(fù)面影響。

結(jié)束語：綜上所述，相較于傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)，此項技術(shù)手段和監(jiān)測方法，在排除蓄電池組故障與維護風(fēng)機運行安全方面具有明顯優(yōu)勢，有效性應(yīng)用，不僅能夠均能蓄電池組中各個電池電壓，也能確保待機條件下各單位蓄電池的浮充電壓始終保持一致，實現(xiàn)有效延長變槳系統(tǒng)后備電池使用期限，減少后期運檢成本投入。

參考文獻(xiàn)：

[1] 伍釗宏. 風(fēng)力發(fā)電機組變槳系統(tǒng)探析[J]. 通信電源技術(shù)，2020，37（17）：200-201，204. DOI：10.19399/j.cnki.tpt.2020.17.066.

[2] 田文強. 淺談風(fēng)機變槳系統(tǒng)及原理[J]. 卷宗，2019（23）：340.