專利名稱：用于風(fēng)力發(fā)電機組電動變槳系統(tǒng)的后備電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于風(fēng)力發(fā)電機組電動變槳系統(tǒng)的電源。
背景技術(shù)：
目前風(fēng)力發(fā)電機組的變槳系統(tǒng)使用的后備電源一UPS ( Uninterruptible Power Supply)電源，其儲能器件均釆用免維護的鉛酸電池，但鉛酸電池有其 本質(zhì)上的缺點，從而限制了鉛酸電池的使用范圍，具體的缺點是1、使用壽命 短；2、循環(huán)充放電次數(shù)低；3、充放電速度慢，控制難度大；4、使用環(huán)境要求 高；5、所用材料污染環(huán)境。由此，風(fēng)力發(fā)電機組電動變槳系統(tǒng)使用鉛酸電池作 為后備電源，有很多不足。同時，現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機變槳系統(tǒng)使用的后備電源的 拓撲(Topology)結(jié)構(gòu)存在不合理之處，不能可靠保證變槳系統(tǒng)的電源供應(yīng)， 不能可靠保證所用電池的壽命。

實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種能有效解決上述問題的用于風(fēng)力發(fā)電機組 電動變槳系統(tǒng)的后備電源。
本實用新型中用于風(fēng)力發(fā)電機組電動變槳系統(tǒng)的后備電源，其包括有能將 交流電轉(zhuǎn)換成直流電并供電動變槳系統(tǒng)變頻器使用的且依次連接的整流裝置、 濾波器及儲能電容，其中所述整流裝置的輸入端連接交流電源，所述儲能電容 的輸出端連接所述電動變槳系統(tǒng)變頻器，在所述儲能電容的輸入、輸出端并聯(lián) 有依次連接的充電器、超級電容器組及保護裝置及整流橋組，且在所述充電器 與所述儲能電容的輸入端之間設(shè)置有由風(fēng)力發(fā)電機組可編程控制器控制的開 關(guān)。
所述電動變槳系統(tǒng)變頻器由變槳控制器控制。器組及保護裝置中的超級電容器組由多個電容器元件串聯(lián)組 成的電壓模塊串聯(lián)組成的儲能單元組成，其中所述電容器元件的電壓在2.5V 2.7V之間，所述電容元件組成的電壓模塊的電壓在15V 17V之間，所述 串聯(lián)組成的儲能單元的電壓在90V 100V之間。所述每個電壓模塊中具有在檢測到本模塊電壓接近設(shè)定值時能啟用泄流功 能將多余的充電電流通過并聯(lián)的電阻型器件泄放掉以維持所述電壓模塊的電壓 不高于設(shè)定值從而保護所述電壓模塊的電壓保護和報警裝置。所述充電器根據(jù)所述超級電容器組的電壓及狀態(tài)給出可調(diào)節(jié)的充電電流。所述充電器對所述超級電容器組的充電有兩種模式，分別是對所述超級電 容器組中每個儲能單元分時依次以低電壓進行充電，或?qū)φ麄€所述超級電容器 組整體以高電壓充電。本實用新型中用于風(fēng)力發(fā)電機組電動變槳系統(tǒng)的后備電源具有以下優(yōu)點1、 結(jié)構(gòu)簡單，模塊化程度高，易于維護和檢查；2、 能夠自動實現(xiàn)儲能元件欠電壓充電的功能，且具有完善的充電控制策略;3、 能夠自動實現(xiàn)故障斷電切換功能，其響應(yīng)時間不大于5亳秒；4、 儲能元件壽命長，可長時間使用，且具有不小于5萬次的充放電次數(shù)；5、 能夠在很低的溫度范圍內(nèi)提供可靠的電能，且保持很好的穩(wěn)定性，不需 要加熱等特殊的輔助裝置；6、 可適用于直流伺服變槳系統(tǒng)和交流伺服變槳系統(tǒng)；7、 無污染、無腐蝕性物質(zhì)存在，安全可靠。


圖1為本實用新型中后備電源的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖對本實用新型中的具體實施例作進一步詳細說明。 本實用新型中用于風(fēng)力發(fā)電機組電動變槳系統(tǒng)的后備電源包括有整流裝置2、濾波器3、開關(guān)4、充電器5、超級電容器組及保護裝置6、整流橋組7及儲 能電容8，其中整流裝置2、濾波器3、儲能電容8依次電連接，并且在整流裝置2的輸入 端連接交流電源l，儲能電容8的輸出端連接電動變槳系統(tǒng)變頻器9。在儲能電 容8的輸入、輸出端并聯(lián)有依次連接的充電器5、超級電容器組及保護裝置6 及整流橋組7,且在充電器5的輸入端與儲能電容8的輸入端之間設(shè)置有由風(fēng) 力發(fā)電機組可編程控制器(圖中未示出)控制的開關(guān)4。整流裝置2為可控整流器，用于將交流電源1的交流電轉(zhuǎn)換成直流電。濾波器3和儲能電容8用于對整流裝置2整流后的電流進行濾波及穩(wěn)壓處 理，以提供穩(wěn)定的直流電壓。超級電容器組及保護裝置6中的超級電容器組由多個電容器元件(電壓在 2.5V 2.7V之間)串聯(lián)組成的電壓模塊(電壓在15V 17V之間)串聯(lián)組成的儲 能單元(電壓在90V 100V之間)組成。同時每個電壓模塊具有電壓保護和報 警功能，電壓保護和報警功能在檢測到本模塊電壓接近設(shè)定值時，啟用泄流功 能(針對具體電容設(shè)計設(shè)定啟動電壓)，將多余的充電電流通過并聯(lián)的電阻型 器件泄放掉，以維持模塊電壓不高于設(shè)定值，從而保護電壓模塊。超級電容器 組的每個儲能單元對其內(nèi)部的電壓模塊的狀態(tài)進行判斷，同樣具有泄流控制電 壓的功能。電壓模塊及儲能單元的以上功能主要目的是解決了由于電容器組之 間容量的差異引起的電容充電電壓不一致而導(dǎo)致的部分電容過電壓問題，提高 了電容的使用壽命和額定容量。電動變槳系統(tǒng)變頻器9與變槳電機IO直接電連接，同時由變槳控制器11 配合控制。本實用新型中的后備電源包括由外部交流電源1、整流裝置2、濾波器3、 儲能電容8組成的交直流轉(zhuǎn)換通路(以下簡稱交直流轉(zhuǎn)換電源)以及由充電器 5、超級電容器組及保護裝置6、整流橋組7組成的直直轉(zhuǎn)換通路(以下簡稱直 直轉(zhuǎn)換電源)。其中電動變槳系統(tǒng)變頻器9首選使用的電源為交直流轉(zhuǎn)換電源，備選電源為直直轉(zhuǎn)換電源，即外部交流電源正常時使用交直流轉(zhuǎn)換電源，當(dāng)檢
測外部電源故障時啟用直直轉(zhuǎn)換電源，由此，可實現(xiàn)對電動變槳系統(tǒng)變頻器9
的不間斷供電，保護風(fēng)力發(fā)電機組的安全。
本實用新型中充電器5根據(jù)超級電容器組的電壓及狀態(tài)給出可調(diào)節(jié)的充電 電流，此可調(diào)節(jié)的充電電流依賴于電容器的電壓、環(huán)境溫度、外部設(shè)定等參量， 可實現(xiàn)針對超級電容電氣特點對充電速度的調(diào)節(jié)和對電容的充分保護，該充電 器5可實現(xiàn)兩種充電模式，具體是1、對每個儲能單元分時依次以低電壓進行 充電，可精確保證每個儲能單元的電壓和容量；2、對整個電容器組整體以高電 壓充電，具有充電速度快的優(yōu)點。
本實用新型中的整流橋組7可以實現(xiàn)直直轉(zhuǎn)換電源與交直流轉(zhuǎn)換電源的無 縫切換，并保證超級電容器組及保護裝置6的使用電壓低于額定電壓。當(dāng)交直 流轉(zhuǎn)換電源運行正常時，其運行電壓要高于超級電容器組電壓50V以上，由于 整流橋組7的正向?qū)ㄗ饔?，在施加反向電壓時不會導(dǎo)通，從而保證交直流轉(zhuǎn) 換電源的電壓不會通過整流橋組7給超級電容器組充電，保護超級電容器組。 而在交直流轉(zhuǎn)換電源失效時，儲能電容8上電壓迅速降低，整流橋組7正向?qū)?通，使得超級電容器組的電壓迅速施加到電動變槳系統(tǒng)變頻器9上，保證電動 變槳系統(tǒng)變頻器9的順利運行。
本實用新型中后備電源的具體工作原理如下
本實用新型中的后備電源在通常狀態(tài)下，通過整流裝置2、濾波器3(在整 流裝置2、濾波器3與交流電源1之間也可以設(shè)置相應(yīng)的開關(guān)器件)將風(fēng)力發(fā) 電機組中提供的交流電源1變換成直流電源，并通過儲能電容8的濾波及穩(wěn)壓 作用，給電動變槳系統(tǒng)變頻器9提供穩(wěn)定的直流端電壓，用于控制變槳電機10。
在上述交流電源1出現(xiàn)故障的情況下(如風(fēng)力發(fā)電機組系統(tǒng)掉電、風(fēng)力發(fā) 電機組滑環(huán)損壞等)，可以快速使用超級電容器組及保護裝置6，將備用直流 電供給電動變槳系統(tǒng)變頻器9，能夠快速的實現(xiàn)提供穩(wěn)定直流端電壓、提供大 功率變槳電機功率的需求。而在交流電源1恢復(fù)正常情況下，通過由可編程控制器控制的開關(guān)4的作用，對超級電容器組及保護裝置6實現(xiàn)充電。綜上所述，本實用新型中的后備電源的具體功能及優(yōu)點如下1、 通過將常規(guī)的鉛酸電池組替換為超級電容器組及保護裝置6，可以實現(xiàn) 長壽命、充放電次數(shù)大幅度提高、充放電功率高等優(yōu)點。2、 通過專用的充電器5，可以實現(xiàn)對超級電容器組及保護裝置6的電壓進 行監(jiān)控，并可實現(xiàn)針對超級電容器組及保護裝置6電氣特性的充電控制。3、 通過開關(guān)4及整流橋組7的配合，可將充電器5、超級電容器組及保護 裝置6與整流裝置2、濾波器3及儲能電容8隔離開，避免超級電容器組及保 護裝置6與整流裝置2、濾波器3及儲能電容8直接連接，可以有效的提高超 級電容器組及保護裝置6的使用壽命，并可以以較小的充電器5的輸出功率滿 足充電需求。4、 本實用新型中的開關(guān)4，為通過風(fēng)力發(fā)電機組主控制器PLC控制的保護 開關(guān)。PLC通過判斷風(fēng)力發(fā)電機組的狀態(tài)、電動變槳變頻器9的狀態(tài)、電網(wǎng)的 狀態(tài)等，對開關(guān)4進行控制，以保護充電器5以及后續(xù)器件的安全，并且在維 修狀態(tài)下，可以手動斷開開關(guān)4。5、 在儲能環(huán)節(jié)使用了超級電容器組及保護裝置，并由專用的充電器完成充 電功能。
權(quán)利要求1、一種用于風(fēng)力發(fā)電機組電動變槳系統(tǒng)的后備電源，其特征在于，其包括有能將交流電轉(zhuǎn)換成直流電并供電動變槳系統(tǒng)變頻器使用的且依次連接的整流裝置、濾波器及儲能電容，其中所述整流裝置的輸入端連接交流電源，所述儲能電容的輸出端連接所述電動變槳系統(tǒng)變頻器，在所述儲能電容的輸入、輸出端并聯(lián)有依次連接的充電器、超級電容器組及保護裝置及整流橋組，且在所述充電器與所述儲能電容的輸入端之間設(shè)置有由風(fēng)力發(fā)電機組可編程控制器控制的開關(guān)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于風(fēng)力發(fā)電機組電動變槳系統(tǒng)的后備電源，其 特征在于，所述電動變槳系統(tǒng)變頻器由變槳控制器控制。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于風(fēng)力發(fā)電機組電動變槳系統(tǒng)的后備電源，其 特征在于，所述超級電容器組及保護裝置中的超級電容器組由多個電容器元件 串聯(lián)組成的電壓模塊串聯(lián)組成的儲能單元組成，其中所述電容器元件的電壓在 2.5V 2.7V之間，所述電容元件組成的電壓模塊的電壓在15V 17V之間，所述 串聯(lián)組成的儲能單元的電壓在90V 100V之間。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于風(fēng)力發(fā)電機組電動變槳系統(tǒng)的后備電源，其 特征在于，所述每個電壓模塊中具有在檢測到本模塊電壓接近設(shè)定值時能啟用 泄流功能將多余的充電電流通過并聯(lián)的電阻型器件泄放掉以維持所述電壓模塊 的電壓不高于設(shè)定值從而保護所述電壓模塊的電壓保護和報警裝置。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于風(fēng)力發(fā)電機組電動變槳系統(tǒng)的后備電源，其 特征在于，所述充電器根據(jù)所述超級電容器組的電壓及狀態(tài)給出可調(diào)節(jié)的充電 電流。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于風(fēng)力發(fā)電機組電動變槳系統(tǒng)的后備電源，其 特征在于，所述充電器對所述超級電容器組的充電有兩種模式，分別是對所述 超級電容器組中每個儲能單元分時依次以低電壓進行充電，或?qū)φ麄€所述超級 電容器組整體以高電壓充電。 '
專利摘要本實用新型公開了一種用于風(fēng)力發(fā)電機組電動變槳系統(tǒng)的后備電源，其包括有能將交流電轉(zhuǎn)換成直流電并供電動變槳系統(tǒng)變頻器使用的且依次連接的整流裝置、濾波器及儲能電容，其中所述整流裝置的輸入端連接交流電源，所述儲能電容的輸出端連接所述電動變槳系統(tǒng)變頻器，在所述儲能電容的輸入、輸出端并聯(lián)有依次連接的充電器、超級電容器組及保護裝置、整流橋組，且在所述充電器與所述儲能電容的輸入端之間設(shè)置有由風(fēng)力發(fā)電機組可編程控制器控制的開關(guān)。
文檔編號H02P9/04GK201328023SQ200820233828
公開日2009年10月14日 申請日期2008年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月24日
發(fā)明者松 楊, 趙海春, 辛理夫 申請人:華銳風(fēng)電科技有限公司