權(quán)利要求書： 1.一種風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)后備電源的智能控制系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)的后備電源采用超級(jí)電容，其特征在于，包含：

風(fēng)機(jī)真實(shí)需求計(jì)算模塊，連接變槳電機(jī)，用于收集風(fēng)機(jī)在風(fēng)場的變槳的風(fēng)速數(shù)據(jù)，采集變槳電機(jī)在順槳過程中消耗的能量，計(jì)算在最大設(shè)計(jì)風(fēng)速下風(fēng)機(jī)順槳對(duì)超級(jí)電容存儲(chǔ)能量的真實(shí)需求值Qreal；

超級(jí)電容容量計(jì)算模塊，電性連接所述超級(jí)電容，收集超級(jí)電容充放電信息，并計(jì)算超級(jí)電容當(dāng)前的實(shí)際電容量；

超級(jí)電容智能控制模塊，信號(hào)連接所述風(fēng)機(jī)真實(shí)需求計(jì)算模塊、所述超級(jí)電容容量計(jì)算模塊，電性連接超級(jí)電容；所述超級(jí)電容智能控制模塊根據(jù)所述真實(shí)需求值、超級(jí)電容當(dāng)前的實(shí)際電容量來控制超級(jí)電容的充電電壓、預(yù)測超級(jí)電容的剩余使用壽命、判斷超級(jí)電容是否需要更換。

2.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)后備電源的智能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述風(fēng)機(jī)真實(shí)需求計(jì)算模塊包含：

風(fēng)速信息收集模塊，用于在切出風(fēng)速以下的不同風(fēng)速段，采集第i次風(fēng)機(jī)順槳時(shí)的平均風(fēng)速avewind,i；其中i表示順槳的次數(shù)，i∈[1,N]；N為設(shè)定的采集風(fēng)速信息的總次數(shù)；

順槳消耗能量信息收集模塊，電性連接變槳電機(jī),用于采集第j次風(fēng)機(jī)順槳時(shí)，變槳電機(jī)的電流Imotor,j和轉(zhuǎn)速nmotor,j，并根據(jù)所述的電流Imotor,j和轉(zhuǎn)速nmotor,j計(jì)算得到順槳時(shí)變槳電機(jī)所消耗的能量Qfeather,j；j表示順槳次數(shù)，j為自然數(shù)；

風(fēng)機(jī)對(duì)超級(jí)電容能量真實(shí)需求計(jì)算模塊，信號(hào)連接風(fēng)速信息收集模塊、順槳消耗能量信息收集模塊，根據(jù)所述平均風(fēng)速avewind,i、所述變槳電機(jī)所消耗的能量Qfeather,i，擬合得到風(fēng)速與順槳時(shí)變槳電機(jī)所消耗的能量之間的第一關(guān)系式，并根據(jù)所述第一關(guān)系式得到在最大設(shè)計(jì)風(fēng)速下，風(fēng)機(jī)順槳對(duì)超級(jí)電容存儲(chǔ)能量的真實(shí)需求值Qreal；其中i∈[1,N]。

3.如權(quán)利要求2所述的風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)后備電源的智能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述超級(jí)電容容量計(jì)算模塊包含：

超級(jí)電容充電信息收集模塊，電性連接超級(jí)電容，用于獲取并記錄超級(jí)電容在第j次順槳前的充電電壓值Ucharging,j；其中j為自然數(shù)；

超級(jí)電容放電信息收集模塊，電性連接超級(jí)電容，用于獲取并記錄超級(jí)電容在第j次順槳后的放電結(jié)束電壓值Uend,j，其中j為自然數(shù)；

超級(jí)電容溫度信息采集模塊，連接超級(jí)電容，用于采集第j次順槳至第j+1次順槳的時(shí)間內(nèi),超級(jí)電容的平均溫度信息TEMuc,j，其中j為自然數(shù)；

超級(jí)電容實(shí)際容量計(jì)算模塊，信號(hào)連接超級(jí)電容充電信息收集模塊、超級(jí)電容放電信息收集模塊、順槳消耗能量信息收集模塊；根據(jù)所述充電電壓值Ucharging,j、放電結(jié)束電壓值Uend,j，計(jì)算得到第j次順槳后超級(jí)電容的實(shí)際電容量Creal,j；其中j為自然數(shù)。

4.如權(quán)利要求3所述的風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)后備電源的智能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述超級(jí)電容智能控制模塊包含：

超級(jí)電容充電電壓計(jì)算模塊，信號(hào)連接所述風(fēng)機(jī)對(duì)超級(jí)電容能量真實(shí)需求計(jì)算模塊、所述超級(jí)電容實(shí)際容量計(jì)算模塊，根據(jù)所述真實(shí)需求值Qreal、第j次順槳后超級(jí)電容的實(shí)際電容量Creal,j、計(jì)算生成第j+1次順槳前超級(jí)電容的充電電壓值Ucharging,j+1，其中j＞N；

超級(jí)電容充電控制模塊，信號(hào)連接所述超級(jí)電容充電電壓計(jì)算模塊，并電性連接超級(jí)電容；所述超級(jí)電容充電控制模塊在第j次順槳前根據(jù)獲取的所述充電電壓值Ucharging,j控制外部電源向超級(jí)電容充電，其中j＞N；

超級(jí)電容更換判斷模塊，信號(hào)連接所述風(fēng)機(jī)對(duì)超級(jí)電容能量真實(shí)需求計(jì)算模塊，根據(jù)所述真實(shí)需求值Qreal、超級(jí)電容的額定電壓Urated，計(jì)算得到超級(jí)電容能夠滿足風(fēng)機(jī)順槳的最小電容量Cmin，根據(jù)Cmin判斷是否需要更換超級(jí)電容；

超級(jí)電容剩余使用壽命預(yù)測模塊，信號(hào)連接超級(jí)電容充電信息收集模塊、超級(jí)電容放電信息收集模塊、超級(jí)電容溫度信息采集模塊、超級(jí)電容實(shí)際容量計(jì)算模塊，用于記錄第k次順槳時(shí)超級(jí)電容已投入運(yùn)行的天數(shù)DAYdone,k，并擬合出DAYdone,k、Ucharging,k、Uend,k、TEMuc,k與Creal,k之間的第二關(guān)系式，根據(jù)所述第二關(guān)系式預(yù)測第j次順槳后，超級(jí)電容的剩余使用壽命DAYrepair,j；其中k∈[1,M]，M為設(shè)定的自然數(shù)，j＞M。

5.一種風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)后備電源的智能控制方法，采用如權(quán)利要求1至4任一所述的風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)后備電源的智能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，其特征在于，包含步驟：S1、采集第i次風(fēng)機(jī)順槳時(shí)的平均風(fēng)速avewind,i、變槳電機(jī)所消耗的能量Qfeather,i；根據(jù)avewind,i與Qfeather,i擬合得到順槳時(shí)變槳電機(jī)所消耗的能量與風(fēng)速之間的第一關(guān)系式，其中i∈[1,N]；根據(jù)所述第一關(guān)系式得到在最大設(shè)計(jì)風(fēng)速下，風(fēng)機(jī)順槳對(duì)超級(jí)電容存儲(chǔ)能量的真實(shí)需求值Qreal；

S2、根據(jù)第j次順槳前超級(jí)電容的充電電壓值Ucharging,j、第j次順槳后超級(jí)電容的放電結(jié)束電壓值Uend,j、第j次順槳變槳電機(jī)所消耗的能量Qfeather,j計(jì)算得到第j次順槳后超級(jí)電容的實(shí)際電容量 j為自然數(shù)；

S3、根據(jù)所述真實(shí)需求值Qreal、所述Creal,j、計(jì)算生成第j+1次順槳前超級(jí)電容的充電電壓值Ucharging,j+1＝Qreal/Creal,j；其中j＞N；

S4、判斷是否需要更換超級(jí)電容，預(yù)測超級(jí)電容剩余使用壽命；若不需更換超級(jí)電容，在第j+1次順槳時(shí)以電壓值Ucharging,j+1對(duì)超級(jí)電容充電；其中j＞N。

6.如權(quán)利要求5所述的風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)后備電源的智能控制方法，其特征在于，步驟S1中在切出風(fēng)速以下的不同風(fēng)速段進(jìn)行第一次至第N次風(fēng)機(jī)順槳。

7.如權(quán)利要求5所述的風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)后備電源的智能控制方法，其特征在于，步驟S4具體包含：

S41、根據(jù)所述真實(shí)需求值Qreal、超級(jí)電容的額定電壓Urated，計(jì)算得到超級(jí)電容能夠滿足風(fēng)機(jī)順槳的最小電容量Cmin＝Qreal/Urated；當(dāng)?shù)趈次順槳后超級(jí)電容的實(shí)際電容量Creal,j大于Cmin時(shí)，不需更換超級(jí)電容，否則需更換超級(jí)電容；其中j＞N；

S42、記錄第k次順槳時(shí)超級(jí)電容已投入運(yùn)行的天數(shù)DAYdone,k，并擬合出DAYdone,k、Ucharging,k、Uend,k與Creal,k之間的第二關(guān)系式，其中k∈[1,M]，M為設(shè)定的自然數(shù)；根據(jù)所述第二關(guān)系式預(yù)測第j次順槳后，超級(jí)電容的剩余使用壽命DAYrepair,j，其中j＞M；

S43、若不需更換超級(jí)電容，在第j+1次順槳時(shí)以電壓值Ucharging,j+1對(duì)超級(jí)電容充電,其中j＞N。

說明書： 風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)后備電源的智能控制系統(tǒng)及方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)后備電源的智能控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)[0002] 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)日益成熟，成本不斷下降，是目前應(yīng)用規(guī)模最大的新能源發(fā)電方式。變槳系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)(簡稱風(fēng)機(jī))重要的控制和保護(hù)裝置，變槳系統(tǒng)主要由變槳驅(qū)動(dòng)器、

電機(jī)、后備電源組成。后備電源的任務(wù)是在電網(wǎng)異常時(shí)，為變槳系統(tǒng)提供能量，將槳葉順槳

至安全位置，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的空氣制動(dòng)。如果后備電源存儲(chǔ)的能量不能滿足順槳要求，那么電網(wǎng)

異常時(shí)，槳葉將不能順槳至安全位置，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致“飛車或倒塔”事故。

[0003] 變槳系統(tǒng)通常采用超級(jí)電容或蓄電池作為后備電源。其中超級(jí)電容功率密度高、循環(huán)壽命長、安全性好，目前已成為主流。超級(jí)電容存儲(chǔ)的能量主要由電容的容量和充電電

壓決定。充電電壓一般設(shè)置為電容的額定電壓，在變槳系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，充電電壓一般不再

變化。

[0004] 超級(jí)電容容量、額定電壓的選取是變槳系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，參數(shù)選擇過大，會(huì)造成資源浪費(fèi)，增加風(fēng)機(jī)成本。選取過小，則使得變槳系統(tǒng)電網(wǎng)異常時(shí)，槳葉將不能順槳至安全位

置，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致飛車或倒塔。因此，根據(jù)風(fēng)機(jī)對(duì)變槳系統(tǒng)的真實(shí)需求，選擇合適的超級(jí)電

容參數(shù)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要。超級(jí)電容容量、額定電壓通常

采用仿真計(jì)算得到，并通過實(shí)驗(yàn)室加載測試進(jìn)行驗(yàn)證。

[0005] 進(jìn)入運(yùn)行階段后，超級(jí)電容的容量是變槳系統(tǒng)的重要指標(biāo)。通常，可采用檢測超級(jí)電容電壓、變槳測試或電阻放電測試的方式來估算電容容量。當(dāng)超級(jí)電容的容量衰減到一

定程度，通常為衰減20％時(shí)，需更換超級(jí)電容。

[0006] 已知超級(jí)電容根據(jù)運(yùn)用條件的不同，使用壽命會(huì)有很大差異。在滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)組真實(shí)需求的同時(shí)，如何根據(jù)風(fēng)機(jī)的真實(shí)需求和超級(jí)電容容量變化來控制超級(jí)電容的充電

電壓，使其使用壽命最長化、可靠性最高化，尚未發(fā)現(xiàn)相關(guān)研究。目前對(duì)變槳系統(tǒng)超級(jí)電容

的研究主要集中在超級(jí)電容容量的檢測和健康狀態(tài)的監(jiān)控。

[0007] 對(duì)比1：CN108087209A提供了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的超級(jí)電容模組的檢測方法可通過自身系統(tǒng)的更為精確地檢測風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中超級(jí)電容模組的容值，可以較為準(zhǔn)

確預(yù)測電容使用壽命，為風(fēng)機(jī)的安全提供了更可靠的保障。

[0008] 對(duì)比2：CN105866705A公開了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組交流變槳系統(tǒng)后備電源容量的測量方法，可以通過遠(yuǎn)程控制方式對(duì)交流變槳系統(tǒng)后備電源能量自動(dòng)泄放，可以省略掉傳統(tǒng)

的后備的泄放電阻，節(jié)約了成本；并且能對(duì)后備容量進(jìn)行自動(dòng)測量。

[0009] 對(duì)比3：CN106093802A公開了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組交流變槳系統(tǒng)后備電源容量的檢測方法，通過主控命令使得當(dāng)前葉片的速度和位置變化；記錄測試時(shí)當(dāng)前后備電源的初始

電壓值；測試結(jié)束，記錄當(dāng)前的后備電源最低工作電壓值以及測試時(shí)間值；計(jì)算出后備電源

提供的能量值以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的能量消耗值；將驅(qū)動(dòng)電機(jī)的能量消耗值與后備電源提供的能

量值的比值作為測試結(jié)果，并根據(jù)測試結(jié)果的大小判定當(dāng)前后備電源容量是否異常。當(dāng)后

備電源容量低于設(shè)備正常運(yùn)行范圍時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電控系統(tǒng)將對(duì)后備電源模組做出判斷

需要更換模組，從而保證后備電源有足夠的容量滿足緊急順槳的需要，具有測量簡單、測試

周期短、測試便捷等優(yōu)點(diǎn)。

[0010] 現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，主要體現(xiàn)在以下三點(diǎn)：[0011] 1)利用仿真計(jì)算得到的超級(jí)電容設(shè)計(jì)需求與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的真實(shí)需求存在一定差異。

[0012] 超級(jí)電容的選型僅通過仿真計(jì)算和實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證，而未利用風(fēng)場的真實(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證、優(yōu)化。因此仿真計(jì)算的結(jié)果必然與真實(shí)需求存在一定差異。一般情況下，仿真計(jì)算

時(shí)添加了較大的安全系數(shù)，可以保證滿足真實(shí)需求。但是，如果仿真計(jì)算的結(jié)果過大，必將

造成資源浪費(fèi)、增加成本。

[0013] 2)超級(jí)電容充電電壓不變的方案不是最優(yōu)方案。[0014] 由于仿真計(jì)算得到的超級(jí)電容設(shè)計(jì)需求大于風(fēng)機(jī)的真實(shí)的需求；且變槳系統(tǒng)通常采用平臺(tái)化設(shè)計(jì)：一套變槳系統(tǒng)可以滿足多個(gè)相近型號(hào)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的需求，以便減少

研發(fā)費(fèi)用。因此，變槳系統(tǒng)超級(jí)電容存儲(chǔ)的能量，常常遠(yuǎn)大于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的真實(shí)需求。此

時(shí)，如果將超級(jí)電容的充電電壓設(shè)置為不變的額定電壓，那么在投入運(yùn)行的初期，超級(jí)電容

存儲(chǔ)的能力持續(xù)過剩，一方面不利于延長壽命；另一方面不利于提高可靠性。

[0015] 3)利用固定的衰減比例作為超級(jí)電容需更換的指標(biāo)是不合理的。[0016] 由于仿真計(jì)算得到的超級(jí)電容設(shè)計(jì)需求大于風(fēng)機(jī)的真實(shí)的需求；且平臺(tái)化設(shè)計(jì)導(dǎo)致超級(jí)電容存儲(chǔ)的能量常常遠(yuǎn)大于風(fēng)機(jī)真實(shí)需求。因此，當(dāng)超級(jí)電容容量衰減到一定比例

后，如衰減20％時(shí)，其存儲(chǔ)的能量可能依舊可以滿足風(fēng)機(jī)的真實(shí)需求。此時(shí)更換超級(jí)電容，

造成資源浪費(fèi)、增加運(yùn)維成本。

發(fā)明內(nèi)容[0017] 本發(fā)明的目的在于提供一種風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)后備電源的智能控制系統(tǒng)及方法，通過精細(xì)化控制超級(jí)電容充電電壓，延長超級(jí)電容使用壽命、提高使用可靠性，降低超級(jí)電容的

更換成本和備件貯存成本。

[0018] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)后備電源的智能控制系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)的后備電源采用超級(jí)電容，包含：

[0019] 風(fēng)機(jī)真實(shí)需求計(jì)算模塊，連接變槳電機(jī)，用于收集風(fēng)機(jī)在風(fēng)場的變槳的風(fēng)速數(shù)據(jù)，采集變槳電機(jī)在順槳過程中消耗的能量，計(jì)算在最大設(shè)計(jì)風(fēng)速下風(fēng)機(jī)順槳對(duì)超級(jí)電容存儲(chǔ)

能量的真實(shí)需求值Qreal；

[0020] 超級(jí)電容容量計(jì)算模塊，電性連接所述超級(jí)電容，收集超級(jí)電容充放電信息，并計(jì)算超級(jí)電容當(dāng)前的實(shí)際電容量；

[0021] 超級(jí)電容智能控制模塊，信號(hào)連接所述風(fēng)機(jī)真實(shí)需求計(jì)算模塊、所述超級(jí)電容容量計(jì)算模塊，電性連接超級(jí)電容；所述超級(jí)電容智能控制模塊根據(jù)所述真實(shí)需求值、超級(jí)電

容當(dāng)前的實(shí)際電容量來控制超級(jí)電容的充電電壓、預(yù)測超級(jí)電容的剩余使用壽命、判斷超

級(jí)電容是否需要更換。

[0022] 所述風(fēng)機(jī)真實(shí)需求計(jì)算模塊包含：[0023] 風(fēng)速信息收集模塊，用于在切出風(fēng)速以下的不同風(fēng)速段，采集第i次風(fēng)機(jī)順槳時(shí)的平均風(fēng)速avewind,i；其中i表示順槳的次數(shù)，i∈[1,N]；N為設(shè)定的采集風(fēng)速信息的總次數(shù)；

[0024] 順槳消耗能量信息收集模塊，電性連接變槳電機(jī),用于采集第j次風(fēng)機(jī)順槳時(shí)，變槳電機(jī)的電流Imotor,j和轉(zhuǎn)速nmotor,j，并根據(jù)所述電流Imotor,j和轉(zhuǎn)速nmotor,j計(jì)算得到順槳時(shí)

變槳電機(jī)所消耗的能量Qfeather,j；j表示順槳次數(shù)，j為自然數(shù)；

[0025] 風(fēng)機(jī)對(duì)超級(jí)電容能量真實(shí)需求計(jì)算模塊，信號(hào)連接風(fēng)速信息收集模塊、順槳消耗能量信息收集模塊，根據(jù)所述平均風(fēng)速值avewind,i、所述變槳電機(jī)所消耗的能量Qfeather,i，擬

合得到風(fēng)速與順槳時(shí)變槳電機(jī)所消耗的能量之間的第一關(guān)系式，并根據(jù)所述第一關(guān)系式得

到在最大設(shè)計(jì)風(fēng)速下，風(fēng)機(jī)順槳對(duì)超級(jí)電容存儲(chǔ)能量的真實(shí)需求值Qreal；其中i∈[1,N]。

[0026] 所述超級(jí)電容容量計(jì)算模塊包含：[0027] 超級(jí)電容充電信息收集模塊，電性連接超級(jí)電容，用于獲取并記錄超級(jí)電容在第j次順槳前的充電電壓值Ucharging,j；其中j為自然數(shù)；

[0028] 超級(jí)電容放電信息收集模塊，電性連接超級(jí)電容，用于獲取并記錄超級(jí)電容在第j次順槳后的放電結(jié)束電壓值Uend,j，其中j為自然數(shù)；

[0029] 超級(jí)電容溫度信息采集模塊，連接超級(jí)電容，用于采集第j次順槳至第j+1次順槳的時(shí)間內(nèi),超級(jí)電容的平均溫度信息TEMuc,j，其中j為自然數(shù)；

[0030] 超級(jí)電容實(shí)際容量計(jì)算模塊，信號(hào)連接超級(jí)電容充電信息收集模塊、超級(jí)電容放電信息收集模塊、順槳消耗能量信息收集模塊；根據(jù)所述充電電壓值Ucharging,j、放電結(jié)束電

壓值Uend,j，計(jì)算得到第j次順槳后超級(jí)電容的實(shí)際電容量Creal,j；其中j為自然數(shù)。

[0031] 所述超級(jí)電容智能控制模塊包含：[0032] 超級(jí)電容充電電壓計(jì)算模塊，信號(hào)連接所述風(fēng)機(jī)對(duì)超級(jí)電容能量真實(shí)需求計(jì)算模塊、所述超級(jí)電容實(shí)際容量計(jì)算模塊，根據(jù)所述真實(shí)需求值Qreal、第j次順槳后超級(jí)電容的

實(shí)際電容量Creal,j、計(jì)算生成第j+1次順槳前超級(jí)電容的充電電壓值Ucharging,j+1，其中j＞N；

[0033] 超級(jí)電容充電控制模塊，信號(hào)連接所述超級(jí)電容充電電壓計(jì)算模塊，并電性連接超級(jí)電容；所述超級(jí)電容充電控制模塊在第j次順槳前根據(jù)獲取的所述充電電壓值

Ucharging,j控制外部電源向超級(jí)電容充電，其中j＞N；

[0034] 超級(jí)電容更換判斷模塊，信號(hào)連接所述風(fēng)機(jī)對(duì)超級(jí)電容能量真實(shí)需求計(jì)算模塊，根據(jù)所述真實(shí)需求值Qreal、超級(jí)電容的額定電壓Urated，計(jì)算得到超級(jí)電容能夠滿足風(fēng)機(jī)順

槳的最小電容量Cmin，根據(jù)Cmin判斷是否需要更換超級(jí)電容；

[0035] 超級(jí)電容剩余使用壽命預(yù)測模塊，信號(hào)連接超級(jí)電容充電信息收集模塊、超級(jí)電容放電信息收集模塊、超級(jí)電容溫度信息采集模塊、超級(jí)電容實(shí)際容量計(jì)算模塊，用于記錄

第k次順槳時(shí)超級(jí)電容已投入運(yùn)行的天數(shù)DAYdone,k，并擬合出DAYdone,k、Ucharging,k、Uend,k、

TEMuc,k與Creal,k之間的第二關(guān)系式，根據(jù)所述第二關(guān)系式預(yù)測第j次順槳后，超級(jí)電容的剩

余使用壽命DAYrepair,j；其中k∈[1,M]，M為設(shè)定的自然數(shù)，j＞M。

[0036] 本發(fā)明還揭示了一種風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)后備電源的智能控制方法，采用本發(fā)明的風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)后備電源的智能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，包含步驟：

[0037] S1、采集第i次風(fēng)機(jī)順槳時(shí)的平均風(fēng)速avewind,i、變槳電機(jī)所消耗的能量Qfeather,i；根據(jù)avewind,i與Qfeather,i擬合得到順槳時(shí)變槳電機(jī)所消耗的能量與風(fēng)速之間的第一關(guān)系式，

其中i∈[1,N]；根據(jù)所述第一關(guān)系式得到在最大設(shè)計(jì)風(fēng)速下，風(fēng)機(jī)順槳對(duì)超級(jí)電容存儲(chǔ)能

量的真實(shí)需求值Qreal；優(yōu)選的，步驟S1中在切出風(fēng)速以下的不同風(fēng)速段進(jìn)行第一次至第N次

風(fēng)機(jī)順槳，每個(gè)風(fēng)速段均進(jìn)行多次風(fēng)機(jī)順槳。

[0038] S2、根據(jù)第j次順槳前超級(jí)電容的充電電壓值Ucharging,j、第j次順槳后超級(jí)電容的放電結(jié)束電壓值Uend,j、第j次順槳變槳電機(jī)所消耗的能量Qfeather,j計(jì)算得到第j次順槳后超

級(jí)電容的實(shí)際電容量 j為自然數(shù)；

[0039] S3、根據(jù)所述真實(shí)需求值Qreal、所述Creal,j、計(jì)算生成第j+1次順槳前超級(jí)電容的充電電壓值Ucharging,j+1＝Qreal/Creal,j；其中j＞N；

[0040] S4、判斷是否需要更換超級(jí)電容，預(yù)測超級(jí)電容剩余使用壽命；若不需更換超級(jí)電容，在第j+1次順槳時(shí)以電壓值Ucharging,j+1對(duì)超級(jí)電容充電；其中j＞N。

[0041] 步驟S4具體包含：[0042] S41、根據(jù)所述真實(shí)需求值Qreal、超級(jí)電容的額定電壓Urated，計(jì)算得到超級(jí)電容能夠滿足風(fēng)機(jī)順槳的最小電容量Cmin＝Qreal/Urated；當(dāng)?shù)趈次順槳后超級(jí)電容的實(shí)際電容量

Creal,j大于Cmin時(shí)，不需更換超級(jí)電容，否則需更換超級(jí)電容；其中j＞N；

[0043] S42、記錄第k次順槳時(shí)超級(jí)電容已投入運(yùn)行的天數(shù)DAYdone,k，并擬合出DAYdone,k、Ucharging,k、Uend,k與Creal,k之間的第二關(guān)系式，其中k∈[1,M]，M為設(shè)定的自然數(shù)；根據(jù)所述第

二關(guān)系式預(yù)測第j次順槳后，超級(jí)電容的剩余使用壽命DAYrepair,j，其中j＞M；

[0044] S43、若不需更換超級(jí)電容，在第j+1次順槳時(shí)以電壓值Ucharging,j+1對(duì)超級(jí)電容充電,其中j＞N。

[0045] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的后備電源智能控制系統(tǒng)及方法，通過利用風(fēng)機(jī)在風(fēng)場實(shí)際運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)地計(jì)算順槳時(shí)風(fēng)機(jī)對(duì)超級(jí)電容存儲(chǔ)

的能量的真實(shí)需求、控制超級(jí)電容的充電電壓、預(yù)測超級(jí)電容的剩余使用壽命，使得超級(jí)電

容的使用壽命延長、使用可靠性提升、備件貯存成本降低，為風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行提供了更經(jīng)

濟(jì)、可靠的保障。本發(fā)明不需要額外的硬件變更，可隨時(shí)、隨地優(yōu)化控制新風(fēng)機(jī)或在役風(fēng)機(jī)

的變槳系統(tǒng)超級(jí)電容。本發(fā)明實(shí)施成本低、風(fēng)險(xiǎn)小。

附圖說明[0046] 為了更清楚地說明本發(fā)明技術(shù)方案，下面將對(duì)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來

講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖：

[0047] 圖1為本發(fā)明的風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)后備電源的智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；[0048] 圖2為本發(fā)明的風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)后備電源的智能控制方法流程圖；[0049] 圖中：101、風(fēng)速信息收集模塊；102、順槳消耗能量信息收集模塊；103、風(fēng)機(jī)對(duì)超級(jí)電容能量真實(shí)需求計(jì)算模塊；201、超級(jí)電容充電信息收集模塊；202、超級(jí)電容放電信息收

集模塊；203、超級(jí)電容溫度信息采集模塊；204、超級(jí)電容實(shí)際容量計(jì)算模塊；301、超級(jí)電容

充電電壓計(jì)算模塊；302、超級(jí)電容充電控制模塊；303、超級(jí)電容更換判斷模塊；304、超級(jí)電

容剩余使用壽命預(yù)測模塊；400、超級(jí)電容；500、變槳電機(jī)。

具體實(shí)施方式[0050] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?br>
本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他

實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

[0051] 風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)的后備電源采用超級(jí)電容400，本發(fā)明提供一種風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)后備電源的智能控制系統(tǒng)，如圖1所示，包含：風(fēng)機(jī)真實(shí)需求計(jì)算模塊、超級(jí)電容容量計(jì)算模塊、

超級(jí)電容智能控制模塊。

[0052] 如圖1所示，所述風(fēng)機(jī)真實(shí)需求計(jì)算模塊包含：風(fēng)速信息收集模塊101、順槳消耗能量信息收集模塊102、風(fēng)機(jī)對(duì)超級(jí)電容能量真實(shí)需求計(jì)算模塊103。

[0053] 風(fēng)速信息收集模塊101，用于在切出風(fēng)速以下的不同風(fēng)速段，采集第i次風(fēng)機(jī)順槳時(shí)的平均風(fēng)速avewind,i；其中i表示順槳的次數(shù)，i∈[1,N]；N為設(shè)定的采集風(fēng)速信息的總次

數(shù)。優(yōu)選的，在切出風(fēng)速以下，步長1m/s，在設(shè)定的每個(gè)風(fēng)速段內(nèi)至少收采集五次風(fēng)機(jī)變槳

的平均風(fēng)速。

[0054] 順槳消耗能量信息收集模塊102，電性連接變槳電機(jī)500,用于采集第j次風(fēng)機(jī)順槳時(shí)，變槳電機(jī)500的電流Imotor,j和轉(zhuǎn)速nmotor,j，并根據(jù)所述電流Imotor,j和轉(zhuǎn)速nmotor,j計(jì)算得

到順槳時(shí)變槳電機(jī)500所消耗的能量Qfeather,j；j表示順槳次數(shù)，j為自然數(shù)。

[0055] 風(fēng)機(jī)對(duì)超級(jí)電容能量真實(shí)需求計(jì)算模塊103，信號(hào)連接風(fēng)速信息收集模塊101、順槳消耗能量信息收集模塊102，根據(jù)所述平均風(fēng)速值avewind,i、所述變槳電機(jī)500所消耗的能

量Qfeather,i，擬合得到風(fēng)速與順槳時(shí)變槳電機(jī)500所消耗的能量之間的第一關(guān)系式，并根據(jù)

所述第一關(guān)系式得到在最大設(shè)計(jì)風(fēng)速下，風(fēng)機(jī)順槳對(duì)超級(jí)電容存儲(chǔ)能量的真實(shí)需求值

Qreal；其中i∈[1,N]。

[0056] 所述超級(jí)電容容量計(jì)算模塊，電性連接所述超級(jí)電容400，收集超級(jí)電容400充放電信息，并計(jì)算超級(jí)電容400當(dāng)前的實(shí)際電容量，其包含：超級(jí)電容充電信息收集模塊201、

超級(jí)電容放電信息收集模塊202、超級(jí)電容溫度信息采集模塊203、超級(jí)電容實(shí)際容量計(jì)算

模塊204。

[0057] 所述超級(jí)電容充電信息收集模塊201電性連接超級(jí)電容400，用于獲取并記錄超級(jí)電容400在第j次順槳前的充電電壓值Ucharging,j；其中j為自然數(shù)；

[0058] 所述超級(jí)電容放電信息收集模塊202電性連接超級(jí)電容400，用于獲取并記錄超級(jí)電容400在第j次順槳后的放電結(jié)束電壓值Uend,j，其中j為自然數(shù)；

[0059] 所述超級(jí)電容溫度信息采集模塊203連接超級(jí)電容400，用于采集第j次順槳至第j+1次順槳的時(shí)間內(nèi),超級(jí)電容400的平均溫度信息TEMuc,j，其中j為自然數(shù)；

[0060] 所述超級(jí)電容實(shí)際容量計(jì)算模塊204信號(hào)連接超級(jí)電容充電信息收集模塊201、超級(jí)電容放電信息收集模塊202、順槳消耗能量信息收集模塊102；根據(jù)所述充電電壓值

Ucharging,j、放電結(jié)束電壓值Uend,j，計(jì)算得到第j次順槳后超級(jí)電容400的實(shí)際電容量Creal,j；

其中j為自然數(shù)。

[0061] 所述超級(jí)電容智能控制模塊信號(hào)連接所述風(fēng)機(jī)真實(shí)需求計(jì)算模塊、所述超級(jí)電容容量計(jì)算模塊，電性連接超級(jí)電容400；所述超級(jí)電容智能控制模塊根據(jù)所述真實(shí)需求值、

超級(jí)電容400當(dāng)前的實(shí)際電容量來控制超級(jí)電容400的充電電壓、預(yù)測超級(jí)電容400的剩余

使用壽命、判斷超級(jí)電容400是否需要更換。

[0062] 所述超級(jí)電容智能控制模塊包含：超級(jí)電容充電電壓計(jì)算模塊301、超級(jí)電容充電控制模塊302、超級(jí)電容更換判斷模塊303、超級(jí)電容剩余使用壽命預(yù)測模塊304。

[0063] 所述超級(jí)電容充電電壓計(jì)算模塊301信號(hào)連接所述風(fēng)機(jī)對(duì)超級(jí)電容能量真實(shí)需求計(jì)算模塊103、所述超級(jí)電容實(shí)際容量計(jì)算模塊204，根據(jù)所述真實(shí)需求值Qreal、第j次順槳

后超級(jí)電容400的實(shí)際電容量Creal,j、計(jì)算生成第j+1次順槳前超級(jí)電容400的充電電壓值

Ucharging,j+1，其中j＞N；

[0064] 所述超級(jí)電容充電控制模塊302信號(hào)連接所述超級(jí)電容充電電壓計(jì)算模塊301，并電性連接超級(jí)電容400；所述超級(jí)電容充電控制模塊在第j次順槳前根據(jù)獲取的所述充電電

壓值Ucharging,j控制外部電源向超級(jí)電容充電，其中j＞N；

[0065] 所述超級(jí)電容更換判斷模塊303信號(hào)連接所述風(fēng)機(jī)對(duì)超級(jí)電容能量真實(shí)需求計(jì)算模塊103，根據(jù)所述真實(shí)需求值Qreal、超級(jí)電容400的額定電壓Urated，計(jì)算得到超級(jí)電容400

能夠滿足風(fēng)機(jī)順槳的最小電容量Cmin，根據(jù)Cmin判斷是否需要更換超級(jí)電容400；

[0066] 所述超級(jí)電容剩余使用壽命預(yù)測模塊304信號(hào)連接超級(jí)電容充電信息收集模塊201、超級(jí)電容放電信息收集模塊202、超級(jí)電容溫度信息采集模塊203、超級(jí)電容實(shí)際容量

計(jì)算模塊204，用于記錄第k次順槳時(shí)超級(jí)電容400已投入運(yùn)行的天數(shù)DAYdone,k，并擬合出

DAYdone,k、Ucharging,k、Uend,k、TEMuc,k與Creal,k之間的第二關(guān)系式，根據(jù)所述第二關(guān)系式預(yù)測第j

次順槳后，超級(jí)電容400的剩余使用壽命DAYrepair,j；其中k∈[1,M]，M為設(shè)定的自然數(shù)，j＞M。

[0067] 本發(fā)明還揭示了一種風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)后備電源的智能控制方法，采用本發(fā)明的風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)后備電源的智能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，如圖2所示，包含步驟：

[0068] S1、采集第i次風(fēng)機(jī)順槳時(shí)的平均風(fēng)速avewind,i、變槳電機(jī)500所消耗的能量Qfeather,i；根據(jù)avewind,i與Qfeather,i擬合得到順槳時(shí)變槳電機(jī)500所消耗的能量與風(fēng)速之間的

第一關(guān)系式，其中i∈[1,N]；根據(jù)所述第一關(guān)系式得到在最大設(shè)計(jì)風(fēng)速下，風(fēng)機(jī)順槳對(duì)超級(jí)

電容存儲(chǔ)能量的真實(shí)需求值Qreal。優(yōu)選的，在切出風(fēng)速以下的不同風(fēng)速段進(jìn)行第一次至第N

次風(fēng)機(jī)順槳，每個(gè)風(fēng)速段至少進(jìn)行五次風(fēng)機(jī)順槳。變槳電機(jī)電流Imotor,j和轉(zhuǎn)速nmotor,j隨時(shí)間

變化，在本發(fā)明的實(shí)施例中，優(yōu)選的，整個(gè)順槳過程中對(duì)變槳電機(jī)電流Imotor,j和轉(zhuǎn)速nmotor,j

的采樣的步長為20ms。

[0069] 可選的，采用最小二乘平方擬合法來擬合得到所述第一關(guān)系式[0070] Q＝f(wind)，(2)[0071] 其中Q為順槳時(shí)變槳電機(jī)所消耗的能量,wind為順槳時(shí)的風(fēng)速，f表示Q與wind之間的關(guān)系。f滿足：

[0072][0073] ei為第i次順槳所需能量的偏差,a、b、c分別為f(wind)通過最小二乘法擬合可確定的參數(shù)。

[0074] 根據(jù)擬合得到的a、b、c，可計(jì)算得到最大風(fēng)速max_wind下，變槳系統(tǒng)順槳所需的能量，即風(fēng)機(jī)對(duì)超級(jí)電儲(chǔ)能量的容存真實(shí)需求值Qreal。

[0075] Qreal＝f(max_wind,a,b,c)(4)。[0076] S2、根據(jù)第j次順槳前超級(jí)電容400的充電電壓值Ucharging,j、第j次順槳后超級(jí)電容400的放電結(jié)束電壓值Uend,j，第j次順槳變槳電機(jī)500所消耗的能量Qfeather,j計(jì)算得到第j次

順槳后超級(jí)電容400的實(shí)際電容量Creal,j，其中j為自然數(shù)；

[0077][0078] S3、根據(jù)所述真實(shí)需求值Qreal、所述Creal,j、計(jì)算生成第j+1次順槳前超級(jí)電容400的充電電壓值Ucharging,j+1；其中j＞N，

[0079] Ucharging,j+1＝Qreal/Creal,j(6)；[0080] S4、判斷是否需要更換超級(jí)電容400，預(yù)測超級(jí)電容400剩余使用壽命；若不需更換超級(jí)電容400，在第j+1次順槳時(shí)以電壓值Ucharging,j+1對(duì)超級(jí)電容400充電；其中j＞N。

[0081] 步驟S4具體包含：[0082] S41、根據(jù)所述真實(shí)需求值Qreal、超級(jí)電容400的額定電壓Urated，計(jì)算得到超級(jí)電容400能夠滿足風(fēng)機(jī)順槳的最小電容量Cmin，

[0083] Cmin＝Qreal/Urated(7)；[0084] 當(dāng)?shù)趈次順槳后超級(jí)電容400的實(shí)際電容量Creal,j大于Cmin時(shí)，不需更換超級(jí)電容400，否則需更換超級(jí)電容400；其中j＞N。

[0085] 當(dāng)同一型號(hào)變槳系統(tǒng)，用于不同類型的風(fēng)機(jī)時(shí)，因風(fēng)機(jī)對(duì)超級(jí)電容存儲(chǔ)能量的真實(shí)需求值Qreal不同，導(dǎo)致超級(jí)電容400能夠滿足風(fēng)機(jī)順槳的最小電容量Cmin存在差異，因此

更換超級(jí)電容400的標(biāo)準(zhǔn)不同；即，不再使用固定的超級(jí)電容容量衰減比例作為其是否需要

更換的標(biāo)準(zhǔn)。

[0086] S42、記錄第k次順槳時(shí)超級(jí)電容400已投入運(yùn)行的天數(shù)DAYdone,k，并根據(jù)DAYdone,k、Ucharging,k、Uend,k、TEMuc,k與Creal,k，擬合出超級(jí)電容實(shí)際容量Creal、超級(jí)電容400投入運(yùn)行天數(shù)

DAYdone、順槳前超級(jí)電容400的充電電壓Ucharging，順槳后超級(jí)電容400的放電結(jié)束電壓Uend、

超級(jí)電容工作溫度TEMuc之間的第二關(guān)系式，其中k∈[1,M]，M為設(shè)定的自然數(shù)。所述第二關(guān)

系式為

[0087] Creal＝g(DAYdone,Ucharging,Uend,TEMuc)(8)；[0088] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，優(yōu)選的，通過最小二乘平方擬合法得到公式(8)，g表示DAYdone,Ucharging,Uend,TEMuc與Creal之間的關(guān)系，g滿足

[0089][0090] εi為第k次順槳時(shí)超級(jí)電容容量的計(jì)算偏差；l、m、n分別為g(DAYdone,Ucharging,Uend,TEMuc)通過最小二乘法擬合可確定的參數(shù)；

[0091] 根據(jù)擬合得到的l、m、n，可計(jì)算得到第j次順槳后超級(jí)電容400的剩余使用壽命DAYrepaire，其中j＞M；DAYrepaire滿足

[0092] g(DAYrepaire,Ucharging,Uend,TEMuc,l,m,n)＝Cmin(10)[0093] 根據(jù)DAYrepaire，可及提前規(guī)劃超級(jí)電容400的更換計(jì)劃、及時(shí)的準(zhǔn)備超級(jí)電容400備件，減少超級(jí)電容400的備件貯存成本。

[0094] S43、若不需更換超級(jí)電容400，在第j+1次順槳時(shí)以電壓值Ucharging,j+1對(duì)超級(jí)電容充電,j＞N。其中，在確定Qreal之前，即第一次至第N次順槳前，對(duì)超級(jí)電容400的充電電壓為

超級(jí)電容400的額定電壓Urated，Ucharging,1至Ucharging,N均為Urated。確定風(fēng)機(jī)對(duì)超級(jí)電容存儲(chǔ)能

量的真實(shí)需求值Qreal后，超級(jí)電容400的充電電壓隨著超級(jí)電容400實(shí)際容量的變化而變

化。因此能夠?qū)崿F(xiàn)延長超級(jí)電容400的使用壽命，提高超級(jí)電容400的可靠性。

[0095] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的后備電源智能控制系統(tǒng)及方法，通過利用風(fēng)機(jī)在風(fēng)場實(shí)際運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)地計(jì)算順槳時(shí)風(fēng)機(jī)對(duì)超級(jí)電容存儲(chǔ)

的能量的真實(shí)需求、控制超級(jí)電容400的充電電壓、預(yù)測超級(jí)電容400的剩余使用壽命，使得

超級(jí)電容400的使用壽命延長、使用可靠性提升、備件貯存成本降低，為風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行提

供了更經(jīng)濟(jì)、可靠的保障。本發(fā)明不需要額外的硬件變更，可隨時(shí)、隨地優(yōu)化控制新風(fēng)機(jī)或

在役風(fēng)機(jī)的變槳系統(tǒng)超級(jí)電容400。本發(fā)明實(shí)施成本低、風(fēng)險(xiǎn)小。

[0096] 以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到各種等效的修改或替

換，這些修改或替換都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利

要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。