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風機變槳電池失效及電池對環境的適應性分析

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：	更新時間： 2025年07月03日
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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，內蒙古錫林浩特026000)
摘要：概述變槳系統，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。．
‘
關鍵詞：風機變槳；電池失效；環境；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”規劃以后，進入了全新的利用
和開發風能階段。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蓄電池，風機變槳系統中閥
控式鉛酸蓄電池應用最廣泛，但是應用中逐漸體現這
種電池的高成本、故障多、壽命短等缺陷。研究變槳
系統蓄電池的相關內容對于降低維護費用、延長設備
期限、減少更換次數具備一定作用。
1變槳系統基本概述
1．1變槳系統組成
一般來說，風機變槳系統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
附件。從功能上來說，變槳系統主要包括主供電電源、
后備供電電源、伺服機構、編碼器、控制機構。變槳
控制器作為控制機構關鍵設備，能夠控制質量、調節
槳葉角，也能夠為系統提供實時信息，此外變槳系統
還能夠及時監控設備死機問題。如果變槳控制器死機
或PLC故障，監控器不能獲得PLC脈沖信號，繼電器輸
出故障信息，此時變槳系統會在安全位置進行緊急收
槳。伺服機構主要包括伺服電機和伺服驅動器，變槳
驅動器能夠及時接受變槳控制器為系統輸送的電壓值，
并且驅動伺服電機在指定角度上轉動槳葉。后備電源
包括鉛酸電池組及相關充電器，并且有機結合主電源
為風機變槳系統提供運行所需要的動力，主電源實現
機組正常運行的變槳功能。如果系統故障或電網失電
收稿日期：2016—04—28
第一作者簡介：賀東，1985年生，男，內蒙古包頭人，2009年畢
業于內蒙古工業大學電氣工程及其自動化專業，助理工程師。
時，變槳系統會自動切換，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提供動力，確保
能夠風機系統可以順利回槳。
1．2變槳系統運行原理
變槳系統實際上是用來安全停機和調節功率的。
變槳系統運行在調節工作情況下運行原理是：依據當
前風速，機艙主控制器有機結合機組設定轉速及實際
轉速來計算變槳角度，并且依據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定值后，變
槳控制器需聯合編碼器體現系統實際角度，然后計算
出設定的變槳速度值，此時能夠為電機伺服驅動器提
供變槳指令。驅動器接受指令后，聯合編碼器體現系
統速度，并且最后形成變槳驅動電壓，此時能夠形成
閉環控制系統，可以提高系統穩定性和可靠性。安全
停機情況下運行原理為：如果系統斷開電源或電網出
現故障，系統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。
如果系統出現緊急停機或一些極端情況時，變槳系統
會及時切斷外部連接的電源，自動變為畜電池方式供
電，促使葉片安全回到設定位置，安全歸位后利用限
位開關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嚴重
安全故障或電網掉電時，能夠迅速強迫風機槳葉停止
·95·
萬方數據
2016年第10期缸；夏與芋釷2016年10月
轉動。為了保證安全可靠運行，需要構建獨立蓄電池
收槳回路。因為直接控制硬件開關，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
統具備大于70的回槳速度，以便于能夠在最短時間內計
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個串聯的蓄電池。為
了促使緊急狀態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進行實時監
控，也就是實時測量電壓中合理應用單相電壓檢測模
塊。如果出現低于限值的電池電壓，系統需要報錯，
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
取代傳統防爆電池應用在新領域中。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
過大量實踐可以發現閥控式鉛酸蓄電池放電能力和電
壓沒有關系。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阻而出現電池老
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，國內外專家不斷改進相關技術，提出
維護和檢修閥控式鉛酸蓄電池的技術及方法。目前國
內已經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。國內外經過大量研究和分
析可以發現容量和電壓沒有關系，電壓只是能夠體現
電池表面參數。國際電工部門為維護閥控式鉛酸蓄電池
構建了定期測試電池內阻、預測壽命的規范。國內信息
產業部質量檢測中心也對此提出相應檢測標準和規范，
其中決定蓄電池容量實際情況的是蓄電池內阻。如果具
備高于初始值的電池內阻，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常出現一些故障：
a)過充電。電池過充電會導致電池外殼鼓脹，出現參
差不齊的變形和電壓。如果實際應用中出現輕微變形
和鼓脹是正常的；如果蓄電池運行在高于45℃環境中
不能依據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
電池只有一節均衡充電或出現低電壓，其它都正常，此
時還不能滿足額定發電需求，并且出現嚴重發熱情況。
·96·
風機機組緊急收槳過程中，出現不及時回槳或慢
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，已經斷開主回路充電
器，但是Battery OK燈一直亮，報警系統輸出控制回路
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風機變槳電池對環境的適應性
4．1風機變槳電池運行環境和安裝方式
不管是國產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結構。這
種方式固定蓄電池，不方便電池散熱，促使電池出現
熱失控現象導致損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。經過大量實
踐可以發現，如果蓄電池運行在高于25 cC標準環境溫度
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域，使用優越高溫性能的
蓄電池；常年溫度偏低的區域，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境中。因為不同
原因風電場機組不能并網，長時間擱置蓄電池，并且
不能控制存儲環境和溫度，長達1 a時間都處于40。C環
境中，已經嚴重損壞蓄電池，不但會提高風機機組運
行成本，也會提高工作量，因此，風機機組并網之前
應該嚴格控制存放蓄電池的環境及放置時間。
4．4蓄電池不合理維護和監控
依據國家相關標準的規定來說，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備和實際條件，不能完全滿
足實際規定需求，所以導致出現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。現階段，不少鉛
酸蓄電池還是僅僅只能監控蓄電池整組電壓，不能監控
單體蓄電池電壓，以至于不能完全滿足社會發展需求。
萬方數據
2016年第10期賀東，等：風機變槳電池失效及電池對環境的適應性分析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做好現場保管工作
風機機組蓄電池應該存放在陰涼、通風、干燥環
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)風機緊急變槳出現問題時，如
果充電器、蓄電池異常或報警，此時應該停機處理，
并且直到消除系統問題后才能再次啟動；e)禁止混合
使用內阻差距大、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，設計變
槳系統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，以此來彌補小電量放電。
6結語
隨著社會經濟和科學技術快速發展，面對資源短
缺和過快消耗不可再生資源的現象，開發利用新能源
十分重要，不但能夠降低資源消耗，也能夠達到節能
減排的目的。現階段電廠發電中風力成為最具前景、
發展迅速的新能源，已經被大量應用在各領域中。變
槳系統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電池，保證能夠全面提高電池
安全性和穩定性，保證為人們日常生活提供安全高效
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，監控室能隨時給予警告。另外，電網
的負荷會因為汽車的充電而增大，所以對于電網的維
護要特別注意。
充電站的電氣設計部分包含變配電、整流柜、交
流充電樁、直流充電樁、控制和計費6個系統，這個部
分分別設置了6個小車位和6個大車位，總裝機容量為
2×1 000 kVA，城市電網提供兩路相互獨立的10 kV電
源，如果一路電源發生斷電，不會影響另一路的使用。
且在變電站設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置了數字儀表，以用來內
部人員計算測量。
電動汽車充換電站涉及的專業知識比較復雜，在
前期的設計階段需要專業的人員來策劃整體方案。中
國的國家電網、南方電網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
統的設計，整體表現引人注目。
3．3．3設計理念
充電站的建設從始至終貫穿了綠色環保的理念，體
現了現代科技的發展，在建設時，不僅要保證性能完
備，有安全保障，還應在外觀上體現設計的先進性。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，并設置了大面積的鋼棚架，設置了用來遮擋
(責任編輯：季鑫)
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太陽光的玻璃罩，充分體現了此建筑的風格和特征。
4結語
電動汽車屬于新能源行業，當代全球倡導綠色環
保，電動汽車行業的發展對未來新領域的開發有著借
鑒作用和示范意義，能幫助重新設計行業比例，將經
濟收入的重點劃歸到新行業中。所以關于充換電站的
建設亟待研究。為了節流開源，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
走入市場，積極響應中國科學發展觀的基本國策【4】。
參考文獻：
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KVRMN6bSPu．
(責任編輯：高志鳳)

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