风机变桨系统后备电源智能控制系统及方法

技术领域

本发明属于风力发电控制技术领域，具体涉及一种风机变桨系统后备电源的智能控制系统及方法，用于在电网失电或主电源故障时，为变桨控制系统提供可靠的后备电力，实现风机安全顺桨。

背景技术

风力发电机组中，变桨系统是保证机组安全运行的核心部件。当电网发生故障或主电源失效时，必须及时将叶片顺桨至安全位置，避免风机飞车。传统方案采用铅酸蓄电池或超级电容作为后备电源，但存在以下问题：

1. 蓄电池寿命短、维护成本高，低温环境下性能衰减严重；
2. 后备电源状态缺乏实时监测与智能管理，难以预判失效风险；
3. 顺桨过程中能量分配不合理，存在过放或能量浪费；
4. 无法根据风机运行工况自适应调整后备电源工作模式。

因此，亟需一种智能化的后备电源控制系统及方法。

发明内容

本发明提供一种风机变桨系统后备电源的智能控制系统及方法，通过智能能量管理、状态预测与自适应控制，提高后备电源的可靠性和使用寿命。

系统组成

一种风机变桨系统后备电源的智能控制系统，包括：

• 后备电源模块：采用超级电容与锂离子电池混合储能结构，兼具高功率密度与高能量密度；
• 双向DC/DC变换器：连接后备电源与变桨驱动器直流母线，实现能量双向流动；
• state监测单元：实时采集后备电源的电压、电流、温度、SOC（荷电状态）及SOH（健康状态）；
• 智能控制器：基于工况识别与预测算法，输出控制策略至双向DC/DC变换器及变桨驱动器；
• 通信接口：与主控PLC及变桨控制器进行数据交互。

控制方法

所述智能控制方法包括以下步骤：

1. 状态监测与估算：通过扩展卡尔曼滤波算法在线估算混合储能系统的SOC和SOH；
2. 工况识别：根据电网状态、风机转速、桨距角指令，判断当前处于正常待机、主动顺桨或紧急顺桨模式；
3. 能量管理策略：

• 正常待机时，后备电源处于浮充或休眠状态，定期自检；

• 主动顺桨时，优先使用超级电容提供峰值功率，锂离子电池补充能量；

• 紧急顺桨时，混合储能联合输出最大功率，确保顺桨时限；

1. 预测性维护：基于历史数据与机器学习模型，预测后备电源剩余寿命，提前告警；
2. 自适应保护：根据温度与SOC动态调整充放电电流限值，防止过充过放。

有益效果

• 延长后备电源使用寿命30%以上；
• 提高低温环境下顺桨可靠性；
• 实现后备电源状态可视化与预测性维护；
• 降低运维成本，提升风机安全性。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1所示，智能控制系统包括混合储能单元、双向DC/DC变换器、状态监测单元、智能控制器。状态监测单元周期性采集单体电压、温度及母线电流，智能控制器运行SOC估算与工况识别算法。

当主电源失电时，智能控制器立即切换至紧急顺桨模式，控制双向DC/DC变换器升压，将混合储能能量输出至变桨驱动器直流母线，驱动变桨电机顺桨。

实施例2

所述智能控制器还包括无线通信模块，可将后备电源状态上传至风场监控系统，实现远程运维。

实施例3

所述混合储能结构中，超级电容与锂离子电池通过主动均衡电路连接，确保单体一致性。

权利要求书

1. 一种风机变桨系统后备电源的智能控制系统，其特征在于，包括混合储能模块、双向DC/DC变换器、状态监测单元和智能控制器。
2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述混合储能模块由超级电容与锂离子电池并联组成。
3. 一种基于权利要求1所述系统的智能控制方法，其特征在于，包括状态监测、工况识别、能量管理和预测性维护步骤。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，紧急顺桨时混合储能联合输出最大功率。

摘要

本发明公开一种风机变桨系统后备电源的智能控制系统及方法，涉及风力发电控制技术领域。系统包括混合储能模块、双向DC/DC变换器、状态监测单元和智能控制器；方法通过SOC/SOH估算、工况识别与自适应能量管理，实现后备电源的智能充放电与预测性维护。本发明可提高后备电源可靠性、延长使用寿命，确保风机在电网故障时安全顺桨。