风电机组变桨用超级电容更换周期计算方法分析.pdfVIP

技术 | Technology 风电机组变桨用超级电容更换周期 计算方法分析 | 文 张金强，熊国专，胡鹏，张悦超，杨培文 目前，超级电容作为一种新型的储能装置，同时具备传 生产运营带来显著的经济效益和环保效益。 统电容器快充快放电和蓄电池存储能量大的特点 1，2 ，其应 用优点主要表现为 ：（1）充电速度快，充电 10s ～ 10min 现有超级电容使用年限规定存在的问题 即可达到其额定容量的 95% 及以上 ；（2）循环使用寿命 长，深度充放电循环次数可达 100 万次，没有“记忆效 目前，行业内普遍认为当超级电容容量衰减为标称值 应”；（3）相比蓄电池，超低温特性好，使用温度范围宽， 的 80%，或者内阻 ESR 增大到标称值的 200%，超级电容 为 -40℃～ +70℃；（4）大电流放电能力强，能量转换效率高， 功能失效，即超级电容达到寿命终点需要更换。以风电变 过程损失小，大电流能量循环效率≥ 90%。由于超级电容 桨系统常用的 Maxwell 16V 500F 超级电容模组为例，其 具有以上优点，其作为变桨后备电源被广泛应用于风电行 由 6 个 2.7V 3000F 的电容单体串联而成，该电容模组出厂 业，并逐步替代锂电池和铅酸蓄电池。然而，《风力发电机 实际容量一般为 540F。因此，可在以下研究中认为当超级 组变桨系统用超级电容器技术规范》（NB/T 31149—2018） 电容容量衰减为 432F 以下时，超级电容失效。 和《风力发电机组变桨控制系统技术规范》（NB/T 31018— 本文按照不同区域和使用年限筛选了 6 座风电场进行 2011）均未作出超级电容更换周期的相关规定，部分整机 超级电容取样。考虑到 6 座风电场的变桨超级电容总体运 厂家给出的超级电容更换周期是 8~10 年，存在更换周期“一 行良好，且每座风电场批量安装同一生产日期的超级电容， 刀切”、更换年限不明确的情况，让风电企业难以抉择。同 故在每座风电场随机抽选 4 台机组，每台机组各选取一个 时，不合理的超级电容更换周期不仅增加了企业运营成本， 变桨超级电容模块进行绝缘电阻、耐压、容量、内阻测试， 造成资源的极大浪费，也会对环境造成严重污染。 测试结果详见表 1。 对此，本文主要针对风电机组变桨用超级电容的更 结合测试过程和表 1 中的测试数据，可以得出以下 换周期，通过在全国典型区域内抽选不同使用年限的超 结论 ： 级电容进行关键参数测试分析、超级电容模组使用寿命 （1）测试中发现超级电容内阻值受测试仪器精度的影 影响因素分析、基于寿命估算公式的理论寿命计算、现 响较大，多个权威测量机构的测量误差普遍在 200% 以上， 场实际测试验证等步骤，提出了一种超级电容更换周期 故不建议将内阻作为评价超级电容性能的主要技术指标。 计算方法。国内外风电企业可在获取变桨电容柜充电电 此外，超级电容绝缘降低与容量下降之间无较大关系，但 压值和全年温度数据值的基础上，采用寿命折算的方法 超级电容存在因绝缘击穿而损坏的现象，故可将外壳绝缘、 计算出不同区域变桨超级电容的使用寿命值，进而灵活 耐压性能作为评价超级电容寿命的参考指标。 地调整超级电容的更换周期。目前，应用该方法对海南、 （2）使用 8~11 年后的超级电容模块容量衰减均不超 新疆、蒙西、蒙东等 25 个地区的 5000 余台风电机组变 过 20%，多数仍可以继续使用。同时，对于气温较高的区 桨超级电容进行调整后，设备运行安全稳定，为企业的 域，例如海南，超级电容容量衰减较快。因此，现有厂家 1: Kaitao Bi，Li Sun，Quntao An，et al．Active SOC Bal