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一种后备电源健康状态诊断控制方法、系统、设备及介质与流程

泰然健康网
2025-06-26 11:21

本发明涉及风力发电机控制，尤其是涉及一种后备电源健康状态诊断控制方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、风力发电机是将风能转换为机械功，机械功带动转子旋转，最终输出交流电的电力设备。风力发电机一般有风轮、发电机、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成。

2、变桨系统作为风电机组的重要控制与保护装置，承担着桨叶控制、捕获风能的重要作用。当风电机组出现故障时，需要变桨系统控制桨叶收桨至安全位置，实现空气制动刹车，是风电机组最关键的安全防线；当电网供电异常情况下，变桨系统则需要利用系统自身后备电源提供能量，实现收桨功能。目前，随着风电行业的快速发展，变桨系统作为风力发电机的重要组成部分，其后备电源的可靠性及稳定性受到了广泛关注。

3、目前，基于铅酸蓄电池的变桨系统后备电源是行业内广泛应用的一种解决方案。铅酸蓄电池在变桨系统后备电源中发挥着重要作用。其稳定性、可靠性和相对低廉的成本使其成为风电领域的首选电源。然而，铅酸蓄电池也存在一些问题，如能量密度较低、充电速度慢、寿命有限等。这些问题对铅酸蓄电池在变桨系统后备电源中的长期使用效果产生了一定的影响。

4、为了解决变桨系统后备电源状态监测的问题，电池管理系统被引入到铅酸蓄电池的充电和放电过程中。电池管理系统可以对电池的各项参数进行实时监控，确保其在安全范围内工作。通过电池管理系统可以有效地控制铅酸蓄电池的充电和放电过程，避免过充和过放的情况发生，从而延长电池的使用寿命。

5、变桨系统铅酸蓄电池的状态监测方式主要包括、电压监测、电流监测、温度监测、内阻监测，此类监测方式可以为铅酸蓄电池的状态监测提供一定的参考信息，但每种方式都有其局限性，不能完全准确地反映电池的健康状态，导致检测准确性差，单一的静态电压无法有效判断电池的荷电状态与健康状态。

6、针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种后备电源健康状态诊断控制方法、系统、设备及介质。

2、第一方面，本发明提供了一种后备电源健康状态诊断控制方法，该方法包括以下步骤：

3、s1、实时监测后备电源在变桨系统正常运行过程中的检测指令，其中，检测指令包括外部检测指令与自检测指令；

4、s2、当变桨系统接收到检测指令后，触发桨叶检测条件，开始监测变桨系统的系统参数，并计算后备电源的实时出力；

5、s3、基于监测得到的系统参数与计算结果，评估后备电源的健康诊断类型与电池健康度，并下达变桨系统的控制指令。

6、进一步的，实时监测后备电源在变桨系统正常运行过程中的检测指令包括以下步骤：

7、s11、在变桨系统运行过程中，实时监测由主控发起的外部检测指令；

8、s12、实时监测变桨系统运行过程中的运行状态，若运行状态满足故障触发条件，则由变桨系统发起自检测指令。

9、进一步的，故障触发条件包括主电异常故障、后备电源异常故障、主控指令及变桨手动指令。

10、进一步的，当变桨系统接收到检测指令后，触发桨叶检测条件，开始监测变桨系统的系统参数，并计算后备电源的实时出力包括以下步骤：

11、s21、基于变桨系统接收的检测指令，当桨叶运行至检测开始角度时，断开变桨系统的主供电电源，仅启动后备电源供电；

12、s22、实时监测变桨系统在由后备电源供电时的系统参数，其中，系统参数包括直流母线电压、电机电压、电机电流、变桨角度及检测时间；

13、s23、基于变桨系统的电机功率与能量损耗，计算后备电源的实时出力。

14、进一步的，计算后备电源的实时出力的表达式为：

15、

16、式中，w表示后备电源的实时出力；pm表示变桨电机的电机功率；ploss表示变桨电机的能量损耗；um表示变桨电机电源输入的线电压；i表示变桨电机电源输入的线电流；t表示变桨系统的检测时间；表示变桨电机的功率因数。

17、进一步的，基于监测得到的系统参数与计算结果，评估后备电源的健康诊断类型与电池健康度，并下达变桨系统的控制指令包括以下步骤：

18、s31、当监测得到的母线直流电压低于电压限制值时，判定后备电源健康异常，触发故障，变桨系统灰恢复主供电并停机；

19、s32、当后备电源的实时出力大于设定出力值时，判定后备电源健康正常，变桨系统恢复主供电并正常运行；

20、s33、当变桨角度运行至检测停止角度或超过检测时间时，判定后备电源检测未完成，变桨系统恢复主供电并警告运行；

21、s34、基于系统参数的判定结果，标定后备电源在检测过程结束后的健康诊断类型，并基于系统参数变化，计算后备电源的电池健康度。

22、进一步的，计算后备电源的电池健康度的表达式为：

23、

24、式中，soh表示电池健康度；ub_st表示检测过程中后备电源内电池电压最低值；ubl_lim表示后备电源内电池电压下限值；wst表示检测过程中能量释放值；ub_rat表示后备电源内电池电压额定值；wrat表示单次检测中能量释放标准值。

25、第二方面，本发明还提供了一种后备电源健康状态诊断控制系统，该系统包括：

26、指令检测模块，用于实时监测后备电源在变桨系统正常运行过程中的检测指令，其中，检测指令包括外部检测指令与自检测指令；

27、状态监测模块，用于当变桨系统接收到检测指令后，触发桨叶检测条件，开始监测变桨系统的系统参数，并计算后备电源的实时出力；

28、诊断控制模块，用于基于监测得到的系统参数与计算结果，评估后备电源的健康诊断类型与电池健康度，并下达变桨系统的控制指令。

29、进一步的，指令检测模块包括：外部检测子模块与自检测子模块；

30、其中，外部检测子模块，用于在变桨系统运行过程中，实时监测由主控发起的外部检测指令；

31、自检测子模块，用于实时监测变桨系统运行过程中的运行状态，若运行状态满足故障触发条件，则由变桨系统发起自检测指令。

32、进一步的，状态监测模块包括：电源切换子模块、参数监测子模块及出力计算子模块；

33、其中，电源切换子模块，用于基于变桨系统接收的检测指令，当桨叶运行至检测开始角度时，断开变桨系统的主供电电源，仅启动后备电源供电；

34、参数监测子模块，用于实时监测变桨系统在由后备电源供电时的系统参数，其中，系统参数包括直流母线电压、电机电压、电机电流、变桨角度及检测时间；

35、出力计算子模块，用于基于变桨系统的电机功率与能量损耗，计算后备电源的实时出力。

36、进一步的，计算后备电源的实时出力的表达式为：

37、

38、式中，w表示后备电源的实时出力；pm表示变桨电机的电机功率；ploss表示变桨电机的能量损耗；um表示变桨电机电源输入的线电压；i表示变桨电机电源输入的线电流；t表示变桨系统的检测时间；表示变桨电机的功率因数。

39、进一步的，诊断控制模块包括：电压诊断子模块、出力诊断子模块、角度诊断子模块及健康度评估子模块；

40、其中，电压诊断子模块，用于当监测得到的母线直流电压低于电压限制值时，判定后备电源健康异常，触发故障，变桨系统灰恢复主供电并停机；

41、出力诊断子模块，用于当后备电源的实时出力大于设定出力值时，判定后备电源健康正常，变桨系统恢复主供电并正常运行；

42、角度诊断子模块，用于当变桨角度运行至检测停止角度或超过检测时间时，判定后备电源检测未完成，变桨系统恢复主供电并警告运行；

43、健康度评估子模块，用于基于系统参数的判定结果，标定后备电源在检测过程结束后的健康诊断类型，并基于系统参数变化，计算后备电源的电池健康度。

44、进一步的，计算后备电源的电池健康度的表达式为：

45、

46、式中，soh表示电池健康度；ub_st表示检测过程中后备电源内电池电压最低值；ubl_lim表示后备电源内电池电压下限值；wst表示检测过程中能量释放值；ub_rat表示后备电源内电池电压额定值；wrat表示单次检测中能量释放标准值。

47、第三方面，本发明还提供了一种计算机设备。

48、在一些实施例中，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

49、第四方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质。

50、在一个实施例中，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

51、本发明的有益效果为：

52、1、本发明采用叶片动态运行检测的方式，更为直接有效的评估变桨系统后备电源健康度，相比较后备电源单一参数的静态检测方式更为可靠，能有效保证风电机组在供电异常情况下的安全性，使得检测的准确性、可靠性更高；从而能够提升变桨系统后备电源健康诊断能力，真实有效评价后备电源顺桨能力，提升变桨系统诊断能力与控制能力，对确保风电机组长期安全稳定运行具有十分重要的现实意义。

53、2、本发明无需额外增设电压、电流等装置，实现无新设传感器的后备电源出力估计、电池电压监测，经济性更高。