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風機變槳電池失效及電池對環(huán)境的適應性分析

文檔作者：賀東，郭偉，孫金龍文檔來源：國華(錫林郭勒)新能源有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年07月03日
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上一篇：高速公路工程次生環(huán)境影響評價研究

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2016年第10期(總第133期)
缸濠與芋釷
ENERGY AND ENERGY CONSERVATION 2016年10月
風機變槳電池失效及電池對環(huán)境的適應性分析
賀東，郭偉，孫金龍
(國華(錫林郭勒)新能源有限公司，內(nèi)蒙古錫林浩特026000)
摘要：概述變槳系統(tǒng)，分析風機變槳電池失效原因，探討風機變槳蓄電池常見故障和對環(huán)境的適應性，提出延長風
機機組電池使用壽命和降低故障的措施，以期進一步提高機組工作效率。．
‘
關(guān)鍵詞：風機變槳；電池失效；環(huán)境；適應性
中圖分類號：TK831 文獻標識碼：A 文章編號：2095—0802一(2016)10—0095—03
Analysis on the Battery Failure of Wind Turbine Variable Pitch and the Adaptability of Battery
to the Environment
HE Dong。GU0 Wei，SUN Jinlong
(Guohua(Xilin901)New EngeⅣCo．，Ltd．，Selenhot 026000，Inner Mongolia，China)
Abstract：The paper summarizes variable pitch system，analyzes the reasons for the battery failure of wind turbine variable pitch，
discusses the common faults and the adaptability to environment of the variable pitch storage battery，and puts forward to prolong
the service life of the battery and reduce the fault of the generator unit，hoping to further improve the efficiency of the unit．
Key words：wind turbine variable pitch；battery failure；environment；adaptability
O引言
中國自“十二五”規(guī)劃以后，進入了全新的利用
和開發(fā)風能階段。目前，風機機組維護中更換最頻繁、
最多的零件就是變槳系統(tǒng)蓄電池，風機變槳系統(tǒng)中閥
控式鉛酸蓄電池應用最廣泛，但是應用中逐漸體現(xiàn)這
種電池的高成本、故障多、壽命短等缺陷。研究變槳
系統(tǒng)蓄電池的相關(guān)內(nèi)容對于降低維護費用、延長設(shè)備
期限、減少更換次數(shù)具備一定作用。
1變槳系統(tǒng)基本概述
1．1變槳系統(tǒng)組成
一般來說，風機變槳系統(tǒng)主要包括三個軸控制柜、
一個中心控制柜、三臺直流電機、三個電池柜及相關(guān)
附件。從功能上來說，變槳系統(tǒng)主要包括主供電電源、
后備供電電源、伺服機構(gòu)、編碼器、控制機構(gòu)。變槳
控制器作為控制機構(gòu)關(guān)鍵設(shè)備，能夠控制質(zhì)量、調(diào)節(jié)
槳葉角，也能夠為系統(tǒng)提供實時信息，此外變槳系統(tǒng)
還能夠及時監(jiān)控設(shè)備死機問題。如果變槳控制器死機
或PLC故障，監(jiān)控器不能獲得PLC脈沖信號，繼電器輸
出故障信息，此時變槳系統(tǒng)會在安全位置進行緊急收
槳。伺服機構(gòu)主要包括伺服電機和伺服驅(qū)動器，變槳
驅(qū)動器能夠及時接受變槳控制器為系統(tǒng)輸送的電壓值，
并且驅(qū)動伺服電機在指定角度上轉(zhuǎn)動槳葉。后備電源
包括鉛酸電池組及相關(guān)充電器，并且有機結(jié)合主電源
為風機變槳系統(tǒng)提供運行所需要的動力，主電源實現(xiàn)
機組正常運行的變槳功能。如果系統(tǒng)故障或電網(wǎng)失電
收稿日期：2016—04—28
第一作者簡介：賀東，1985年生，男，內(nèi)蒙古包頭人，2009年畢
業(yè)于內(nèi)蒙古工業(yè)大學電氣工程及其自動化專業(yè)，助理工程師。
時，變槳系統(tǒng)會自動切換，此時工作在后備蓄電池上，
并且蓄電池能直接控制電流或為系統(tǒng)提供動力，確保
能夠風機系統(tǒng)可以順利回槳。
1．2變槳系統(tǒng)運行原理
變槳系統(tǒng)實際上是用來安全停機和調(diào)節(jié)功率的。
變槳系統(tǒng)運行在調(diào)節(jié)工作情況下運行原理是：依據(jù)當
前風速，機艙主控制器有機結(jié)合機組設(shè)定轉(zhuǎn)速及實際
轉(zhuǎn)速來計算變槳角度，并且依據(jù)串口通訊線為變槳控
制器輸送變槳指令，在接收到變槳角度設(shè)定值后，變
槳控制器需聯(lián)合編碼器體現(xiàn)系統(tǒng)實際角度，然后計算
出設(shè)定的變槳速度值，此時能夠為電機伺服驅(qū)動器提
供變槳指令。驅(qū)動器接受指令后，聯(lián)合編碼器體現(xiàn)系
統(tǒng)速度，并且最后形成變槳驅(qū)動電壓，此時能夠形成
閉環(huán)控制系統(tǒng)，可以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。安全
停機情況下運行原理為：如果系統(tǒng)斷開電源或電網(wǎng)出
現(xiàn)故障，系統(tǒng)能夠自動切換供電方式，并且后備蓄電
池能夠控制電流和動力，保證風機安全、可靠回槳。
如果系統(tǒng)出現(xiàn)緊急停機或一些極端情況時，變槳系統(tǒng)
會及時切斷外部連接的電源，自動變?yōu)樾箅姵胤绞焦?
電，促使葉片安全回到設(shè)定位置，安全歸位后利用限
位開關(guān)來完成中斷供電的過程111。
2風機變槳電池失效分析
變槳后備電源包括充電器和鉛酸蓄電池，可以從
以下方面分析變槳電池。
2．1蓄電池技術(shù)指標
風機后備電源中蓄電池是最重要的，同時也是氣
動剎車的主要方式，蓄電池實際上是在變槳系統(tǒng)嚴重
安全故障或電網(wǎng)掉電時，能夠迅速強迫風機槳葉停止
·95·
萬方數(shù)據(jù)
2016年第10期缸；夏與芋釷2016年10月
轉(zhuǎn)動。為了保證安全可靠運行，需要構(gòu)建獨立蓄電池
收槳回路。因為直接控制硬件開關(guān)，也就是直流電機
直接進行后備電源供電，促使2 MW及以下風機變槳系
統(tǒng)具備大于70的回槳速度，以便于能夠在最短時間內(nèi)計
算槳葉恢復速度。為了滿足以上目標，一般都是把鉛
酸閥控式蓄電池作為風機蓄電池，具備7．2 AH容量、
12 V額定電壓，每只葉片上存在6個串聯(lián)的蓄電池。為
了促使緊急狀態(tài)下風機具備足夠支撐快速回槳的殘余
能量，基本都是利用電池電壓對變槳系統(tǒng)進行實時監(jiān)
控，也就是實時測量電壓中合理應用單相電壓檢測模
塊。如果出現(xiàn)低于限值的電池電壓，系統(tǒng)需要報錯，
并且能夠及時定位伴隨性故障點，此外，也應該定期
測試電池程序，一般情況下都是一周檢測一次【2】。
2．2閥控式鉛酸蓄電池
近年來，不同領(lǐng)域中大量應用和推廣閥控式鉛酸
蓄電池。閥控式鉛酸蓄電池具備免維護的特點，已經(jīng)
取代傳統(tǒng)防爆電池應用在新領(lǐng)域中。自從使用閥控式
鉛酸蓄電池以后，因為輕便、免維護、使用壽命長、
易于安裝等特點，廣泛應用在電信、電力、UPS中。經(jīng)
過大量實踐可以發(fā)現(xiàn)閥控式鉛酸蓄電池放電能力和電
壓沒有關(guān)系。運行閥控式鉛酸蓄電池時，隨著不斷提
高使用時間，會導致增大個別電池內(nèi)阻而出現(xiàn)電池老
化的問題。衡量閥控式鉛酸蓄電池容量的標準為木桶
原理，即最差電池容量，并不是額定值。當具備90％以
下額定容量的電池容量，電池處于衰退期，降低到80％
以下時電池開始急劇衰退，此時閥控式鉛酸蓄電池具
備很大隱患。為了有效解決使用閥控式鉛酸蓄電池中
的不足和缺陷，國內(nèi)外專家不斷改進相關(guān)技術(shù)，提出
維護和檢修閥控式鉛酸蓄電池的技術(shù)及方法。目前國
內(nèi)已經(jīng)普遍使用風電機組變槳蓄電池，急需快速準確
維護和檢測蓄電池的技術(shù)。國內(nèi)外經(jīng)過大量研究和分
析可以發(fā)現(xiàn)容量和電壓沒有關(guān)系，電壓只是能夠體現(xiàn)
電池表面參數(shù)。國際電工部門為維護閥控式鉛酸蓄電池
構(gòu)建了定期測試電池內(nèi)阻、預測壽命的規(guī)范。國內(nèi)信息
產(chǎn)業(yè)部質(zhì)量檢測中心也對此提出相應檢測標準和規(guī)范，
其中決定蓄電池容量實際情況的是蓄電池內(nèi)阻。如果具
備高于初始值的電池內(nèi)阻，不能測量電池容量，如果高
于兩倍初始值時，具備額定容量80％以下的電池容量。
3風機變槳蓄電池故障
實際使用閥控式鉛酸蓄電池時經(jīng)常出現(xiàn)一些故障：
a)過充電。電池過充電會導致電池外殼鼓脹，出現(xiàn)參
差不齊的變形和電壓。如果實際應用中出現(xiàn)輕微變形
和鼓脹是正常的；如果蓄電池運行在高于45℃環(huán)境中
不能依據(jù)實際標準來降低浮充電壓，標準溫度是25℃，
每提高1℃，會降低3 mV電壓；b)過放電。過放電促
使長時間出現(xiàn)低于正常范圍的浮充電壓，電池長期虧
損、長期未充電、長期未使用；c)短路。閥控式鉛酸蓄
電池只有一節(jié)均衡充電或出現(xiàn)低電壓，其它都正常，此
時還不能滿足額定發(fā)電需求，并且出現(xiàn)嚴重發(fā)熱情況。
·96·
風機機組緊急收槳過程中，出現(xiàn)不及時回槳或慢
回槳，都會導致蓄電池不能滿足一次回漿指令需求。
充電器不報警并且正常運行時，已經(jīng)斷開主回路充電
器，但是Battery OK燈一直亮，報警系統(tǒng)輸出控制回路
始終處于低高電平，導致不能為電池正常充電。對第
一種情況來說，．電池電壓反應電池容量，電池組具備
過低電壓，電池容量不足以支持槳葉回收，此時故障
是因為過低電池電壓導致的，但是運行中沒有形成最
低電池電壓警報臨界值，基于此可以表明系統(tǒng)不能提
前預警電池失效情況，同時也不能順利完成一次順槳。
對于第二種情況來說，充電器實施監(jiān)控輸出、輸入電
壓，電壓檢測失效是唯一的故障原因【3】。
4風機變槳電池對環(huán)境的適應性
4．1風機變槳電池運行環(huán)境和安裝方式
不管是國產(chǎn)蓄電池還是進口蓄電池，應用中都需
要分析固定電池緊密性，防止電池松動，所以，固定
蓄電池時利用夾件或粘連的方式來處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。這
種方式固定蓄電池，不方便電池散熱，促使電池出現(xiàn)
熱失控現(xiàn)象導致?lián)p壞閥控式鉛酸蓄電池。野外安裝風
機機組時，風機輪轂中安裝變槳電池，如果夏季高溫
中運行，會影響蓄電池散熱，所以變槳電池不適合上
述運行方式。
4．2依據(jù)風電場實際情況選擇蓄電池
蓄電池性能受到溫度影響，不同風電場中具備不同
溫度，不僅是晝夜溫差，也存在地域溫差。經(jīng)過大量實
踐可以發(fā)現(xiàn)，如果蓄電池運行在高于25 cC標準環(huán)境溫度
時，每提高10℃，就會降低一半使用壽命，需要頻繁更
換電池，所以實際選擇蓄電池型號時應該充分掌握風場
情況，對于常年溫度偏高的區(qū)域，使用優(yōu)越高溫性能的
蓄電池；常年溫度偏低的區(qū)域，使用低溫型蓄電池。
4．3鉛酸蓄電池存儲條件
溫度極大程度上會影響電池性能。在25℃的情況
下，電池放電率是0．1％，隨著提高溫度，會明顯提高
放電率，并且每升高10℃，會降低一半壽命，因此，
閥控式鉛酸蓄電池適合存儲在低溫環(huán)境中。因為不同
原因風電場機組不能并網(wǎng)，長時間擱置蓄電池，并且
不能控制存儲環(huán)境和溫度，長達1 a時間都處于40。C環(huán)
境中，已經(jīng)嚴重損壞蓄電池，不但會提高風機機組運
行成本，也會提高工作量，因此，風機機組并網(wǎng)之前
應該嚴格控制存放蓄電池的環(huán)境及放置時間。
4．4蓄電池不合理維護和監(jiān)控
依據(jù)國家相關(guān)標準的規(guī)定來說，閥控式鉛酸蓄電
池投入使用以后需要每2 a一3 a進行一次充放電試驗，
超過6 a以上的設(shè)備需要每年試驗一次。但是由于運行
閥控式鉛酸蓄電池的不同設(shè)備和實際條件，不能完全滿
足實際規(guī)定需求，所以導致出現(xiàn)不合理的閥控式鉛酸蓄
電池維護和試驗，導致降低使用期限。現(xiàn)階段，不少鉛
酸蓄電池還是僅僅只能監(jiān)控蓄電池整組電壓，不能監(jiān)控
單體蓄電池電壓，以至于不能完全滿足社會發(fā)展需求。
萬方數(shù)據(jù)
2016年第10期賀東，等：風機變槳電池失效及電池對環(huán)境的適應性分析2016年10月
5延長風機機組電池使用壽命和降低故障的措施
5．1做好現(xiàn)場保管工作
風機機組蓄電池應該存放在陰涼、通風、干燥環(huán)
境中，避免雨淋、風吹、日曬、受潮等。存儲蓄電池時
避免陽光直射，溫度控制在0 oC一35 oC，蓄電池存儲
時不可以受到外力損傷。
5．2做好維護和監(jiān)控的工作
a)蓄電池正式存放之前需要充滿電，并且需要每
三個月補充一次電；b)安裝風機機組蓄電池之前，需
要對蓄電池進行充放電試驗，此時具備100％容量，并
且應該測量蓄電池單個內(nèi)阻、電壓，檢測是否能夠滿
足標準需求；C)為保障安全使用蓄電池，應該定期檢
查充電器、蓄電池；d)風機緊急變槳出現(xiàn)問題時，如
果充電器、蓄電池異?；驁缶?，此時應該停機處理，
并且直到消除系統(tǒng)問題后才能再次啟動；e)禁止混合
使用內(nèi)阻差距大、容量差距大的新舊電池；f)投入使
用蓄電池以后需要每2 a～3 a對其進行一次充放電檢
測，超過6 a的風機蓄電池需要每年檢測一次，并且及
時更換容量低于80％的風機機組蓄電池。
5．3三段式充電策略
為了保障風機機組蓄電池安全可靠運行，設(shè)計變
槳系統(tǒng)時需要合理分析充電器電池虧損情況，并且合
理利用三段式方式進行充電，第一充電階段是利用大
恒流對蓄電池進行充電，以便于迅速提高電壓，確保
能夠充滿蓄電池的50％。60％；第二充電階段是利用恒
電壓對蓄電池進行充電，在降低水解析度情況下提高
電池容量和電壓；第三充電階段是利用小電流恒流對
蓄電池進行充電，直到完全充滿電池容量為止。電池
基本上都是處于浮充狀態(tài)，以此來彌補小電量放電。
6結(jié)語
隨著社會經(jīng)濟和科學技術(shù)快速發(fā)展，面對資源短
缺和過快消耗不可再生資源的現(xiàn)象，開發(fā)利用新能源
十分重要，不但能夠降低資源消耗，也能夠達到節(jié)能
減排的目的。現(xiàn)階段電廠發(fā)電中風力成為最具前景、
發(fā)展迅速的新能源，已經(jīng)被大量應用在各領(lǐng)域中。變
槳系統(tǒng)是風機機組利用風能的主要形式，因此需要進
一步分析風機變槳系統(tǒng)電池，保證能夠全面提高電池
安全性和穩(wěn)定性，保證為人們?nèi)粘Ｉ钐峁┌踩咝?
的電能。
參考文獻：
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◇●(>●◇●o●<>●o●o●o●o●o●o●◇●◇●o●o●◇●◇●o●o●◇●o●o●o●◇●◇●o●—》●◇●o●o●o●◇●o●◇●
(上接94頁)
池的充電情況和充電樁的使用情況，在遇到電池短路
的應急狀況時，監(jiān)控室能隨時給予警告。另外，電網(wǎng)
的負荷會因為汽車的充電而增大，所以對于電網(wǎng)的維
護要特別注意。
充電站的電氣設(shè)計部分包含變配電、整流柜、交
流充電樁、直流充電樁、控制和計費6個系統(tǒng)，這個部
分分別設(shè)置了6個小車位和6個大車位，總裝機容量為
2×1 000 kVA，城市電網(wǎng)提供兩路相互獨立的10 kV電
源，如果一路電源發(fā)生斷電，不會影響另一路的使用。
且在變電站設(shè)置了大量智能型免維護無功自動補償裝
置，可用來將充電后的功率提升到0．95 W之上。在變
電站的每條線路的回路上設(shè)置了數(shù)字儀表，以用來內(nèi)
部人員計算測量。
電動汽車充換電站涉及的專業(yè)知識比較復雜，在
前期的設(shè)計階段需要專業(yè)的人員來策劃整體方案。中
國的國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)和普天科技主要擔任電動汽
車的運營商，參與了電動汽車充換電站之中的標志系
統(tǒng)的設(shè)計，整體表現(xiàn)引人注目。
3．3．3設(shè)計理念
充電站的建設(shè)從始至終貫穿了綠色環(huán)保的理念，體
現(xiàn)了現(xiàn)代科技的發(fā)展，在建設(shè)時，不僅要保證性能完
備，有安全保障，還應在外觀上體現(xiàn)設(shè)計的先進性。唐
山南湖充換電站整體主要采用綠色，建筑材料用混凝土
簡單聚合，并設(shè)置了大面積的鋼棚架，設(shè)置了用來遮擋
(責任編輯：季鑫)
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太陽光的玻璃罩，充分體現(xiàn)了此建筑的風格和特征。
4結(jié)語
電動汽車屬于新能源行業(yè)，當代全球倡導綠色環(huán)
保，電動汽車行業(yè)的發(fā)展對未來新領(lǐng)域的開發(fā)有著借
鑒作用和示范意義，能幫助重新設(shè)計行業(yè)比例，將經(jīng)
濟收入的重點劃歸到新行業(yè)中。所以關(guān)于充換電站的
建設(shè)亟待研究。為了節(jié)流開源，科學利用資源，將電
動汽車列人國家重點研究項目中，推動電動汽車行業(yè)
走入市場，積極響應中國科學發(fā)展觀的基本國策【4】。
參考文獻：
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BfELHtlajJMyiEOF2BLdjqMXqu7z_XQvlenDnsBF09M18WjmR--
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EWke-ZXR6BGsHg-p4iSzmOjCBMNr4mUzxvJsNb08tjAs49rS—
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KVRMN6bSPu．
(責任編輯：高志鳳)

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