一種變槳系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)供電方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種變槳系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)供電方法。一種變槳系統(tǒng)，包括一個儲能裝置，儲能裝置輸入端連接供電電源進線端，輸出端連接變槳驅(qū)動裝置，儲能裝置包括AC/DC整流器4、雙向DC/DC變換器6、儲能元件8、DC/AC逆變器9、雙向DC/DC變換器6、儲能元件8。一種變槳系統(tǒng)供電方法，當(dāng)變槳驅(qū)動裝置側(cè)負(fù)載在變槳驅(qū)動裝置額定功率或大于變槳驅(qū)動裝置額定功率設(shè)定范圍內(nèi)運行時，或者儲能元件的電壓值小于儲能元件設(shè)定上限值時，或者風(fēng)機變槳載荷不超過設(shè)定值時，儲能元件充電；當(dāng)變槳驅(qū)動裝置側(cè)負(fù)載出現(xiàn)瞬間短時尖峰功率并超過主供電變槳功率設(shè)定上限值時，或者風(fēng)機變槳載荷超過設(shè)定值時，儲能元件放電。
【專利說明】一種變槳系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)供電方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種變槳系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)供電方法，屬于風(fēng)力發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力發(fā)電是風(fēng)能利用的重要形式，風(fēng)能是可再生、無污染、能量大、前景廣的能源，大力發(fā)展清潔能源是世界各國的戰(zhàn)略選擇。隨著世界能源消耗的加快，傳統(tǒng)能源儲量的減少，風(fēng)力發(fā)電這種綠色能源越來越得到重視，并具有取之不盡用之不竭的優(yōu)勢。世界各國都出臺各項政策大力扶持風(fēng)電產(chǎn)業(yè)，近幾年我國的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)也得到了飛速發(fā)展，隨著并網(wǎng)型風(fēng)電機組成為風(fēng)電利用的最好形式，國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電機組逐步向大型化方面發(fā)展。
[0003]大型風(fēng)力發(fā)電機組的不斷發(fā)展使電動變槳系統(tǒng)的持續(xù)應(yīng)用面臨新的挑戰(zhàn)，目前，為了穩(wěn)定變槳系統(tǒng)輸入功率，增強風(fēng)機變槳系統(tǒng)供電電源、線路及滑環(huán)的安全性和可靠性，采用增大供電電纜的直徑的方式，但是這種方式也帶來了很大的弊端，比如:安裝的不便，布線工藝復(fù)雜、難度大的問題，難以保障變槳主供電電源的變槳載荷要求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是提供一種變槳系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)供電方法，用以解決目前為了穩(wěn)定變槳系統(tǒng)輸入功率，增強風(fēng)機變槳系統(tǒng)供電電源、線路及滑環(huán)的安全性和可靠性，采用的方式安裝不便，布線工藝復(fù)雜的問題。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括:一種變槳系統(tǒng)，包括一個儲能裝置，儲能裝置輸入端連接供電電源進線端，輸出端連接變槳驅(qū)動裝置。儲能裝置包括AC/DC整流器4、雙向DC/DC變換器6、儲能元件8、DC/AC逆變器9 ；AC/DC整流器4的交流側(cè)連接供電電源進線端，DC/AC逆變器9的交流側(cè)連接變槳驅(qū)動裝置10 ;雙向DC/DC變換器6有兩種連接方式:一種:AC/DC整流器4的直流側(cè)、雙向DC/DC變換器6、DC/AC逆變器9的直流側(cè)依次串接，儲能元件8連接雙向DC/DC變換器6 ;另一種:AC/DC整流器4的直流側(cè)連接DC/AC逆變器9的直流側(cè)，雙向DC/DC變換器6 —端連接AC/DC整流器4的直流側(cè)，另一端連接儲能元件8。
[0006]儲能元件8為一個超級電容，或者兩個及以上超級電容的串聯(lián)、并聯(lián)或者串并聯(lián)混合連接。
[0007]儲能裝置裝配在風(fēng)力發(fā)電機組輪轂內(nèi)。
[0008]雙向DC/DC變換器6通過限流電阻7連接儲能元件8。
[0009]一種基于上述變槳系統(tǒng)的變槳系統(tǒng)供電方法，當(dāng)變槳驅(qū)動裝置側(cè)負(fù)載在變槳驅(qū)動裝置額定功率或大于變槳驅(qū)動裝置額定功率設(shè)定范圍內(nèi)運行時，或者儲能元件的電壓值小于儲能元件設(shè)定上限值時，或者風(fēng)機變槳載荷不超過設(shè)定值時，儲能元件充電；當(dāng)變槳驅(qū)動裝置側(cè)負(fù)載出現(xiàn)瞬間短時尖峰功率并超過主供電變槳功率設(shè)定上限值時，或者風(fēng)機變槳載荷超過設(shè)定值時，儲能元件放電。
[0010]儲能元件充電和放電過程為互鎖設(shè)置，啟動放電過程優(yōu)先級高于啟動充電過程。
[0011]本發(fā)明提供一種變槳系統(tǒng)，包括一個儲能裝置，該儲能裝置利用AC/DC整流器、DC/AC逆變器為儲能元件進行充電和放電，結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝；在滿足一定條件時，進行充電和放電，對變槳驅(qū)動裝置的輸入電源提供了一定的功率緩沖，穩(wěn)定了變槳系統(tǒng)的輸入功率，增強風(fēng)機變槳系統(tǒng)的供電電源、線路及滑環(huán)的安全性和可靠性，減小大功率風(fēng)電機組變槳供電電纜用量，解決了為完全滿足大型風(fēng)電機組電動變槳系統(tǒng)變槳載荷要求而導(dǎo)致供電電纜直徑大帶來的安裝、布線工藝問題，保障了變槳主供電電源的變槳載荷要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是【具體實施方式】中變槳系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是圖1的簡易變換圖；
[0014]圖3是本發(fā)明變漿系統(tǒng)另一種連接圖；
[0015]圖4是【具體實施方式】中供電方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細(xì)的說明。
[0017]一種變槳系統(tǒng)，包括一個儲能裝置，儲能裝置輸入端連接供電電源進線端，輸出端連接變槳驅(qū)動裝置，儲能裝置包括AC/DC整流器4、雙向DC/DC變換器6、儲能元件8、DC/AC逆變器9 ；AC/DC整流器4的交流側(cè)連接供電電源進線端，DC/AC逆變器9的交流側(cè)連接變槳驅(qū)動裝置10。雙向DC/DC變換器6有兩種連接方式:一種:AC/DC整流器4的直流側(cè)、雙向DC/DC變換器6、DC/AC逆變器9的直流側(cè)依次串接，儲能元件8連接雙向DC/DC變換器6 ;另一種:AC/DC整流器4的直流側(cè)連接DC/AC逆變器9的直流側(cè)，雙向DC/DC變換器6 —端連接AC/DC整流器4的直流側(cè)，另一端連接儲能元件8。
[0018]一種基于上述變槳系統(tǒng)的變槳系統(tǒng)供電方法，當(dāng)變槳驅(qū)動裝置側(cè)負(fù)載在變槳驅(qū)動裝置額定功率或大于變槳驅(qū)動裝置額定功率設(shè)定范圍內(nèi)運行時，或者儲能元件的電壓值小于儲能元件設(shè)定上限值時，或者風(fēng)機變槳載荷不超過設(shè)定值時，儲能元件充電；當(dāng)變槳驅(qū)動裝置側(cè)負(fù)載出現(xiàn)瞬間短時尖峰功率并超過主供電變槳功率設(shè)定上限值時，或者風(fēng)機變槳載荷超過設(shè)定值時，儲能元件放電。
[0019]基于以上技術(shù)方案，結(jié)合附圖，給出以下【具體實施方式】。
[0020]本實施方式中儲能元件8以超級電容為例。超級電容8為超級電容器的串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)混合組合，超級電容器由雙電層電容器或電化學(xué)電容器組成。與其它類型的電池(例如傳統(tǒng)蓄電池)相比，超級電容具有功率密度高、容量大、充放電速度快、使用壽命長、工作溫度范圍寬、免維護等優(yōu)點，這些優(yōu)點使得超級電容非常適合在風(fēng)力發(fā)電機的工況環(huán)境中工作。
[0021]該變漿系統(tǒng)的儲能裝置主要由超級電容8、雙向DC/DC變換器6、AC/DC整流器4、DC/AC逆變器9、限流電阻7及控制模塊5構(gòu)成。
[0022]該儲能裝置的零部件裝配在I個防護等級為IP 54的不銹鋼柜體內(nèi)，該柜體裝設(shè)在輪轂內(nèi)部。該儲能裝置通過電力電纜和信號電纜與交流供電電源進線端口進行連接，儲能裝置的輸出端連接變槳驅(qū)動裝置。儲能裝置包括AC/DC整流器4、雙向DC/DC變換器6、超級電容8、DC/AC逆變器9 ；AC/DC整流器4的交流側(cè)連接供電電源進線端，DC/AC逆變器9的交流側(cè)連接變槳驅(qū)動裝置10。雙向DC/DC變換器6有兩種連接方式:一種:AC/DC整流器4的直流側(cè)、雙向DC/DC變換器6、DC/AC逆變器9的直流側(cè)依次串接，儲能元件8連接雙向DC/DC變換器6，如圖1、2所示；另一種:AC/DC整流器4的直流側(cè)連接DC/AC逆變器9的直流側(cè)，雙向DC/DC變換器6 —端連接AC/DC整流器4的直流側(cè)，另一端連接超級電容8，如圖3所示。
[0023]風(fēng)機主控系統(tǒng)I依次連接滑環(huán)2、電流互感器3，然后連接變槳系統(tǒng)10的交流電源進線端，控制模塊控制連接電流互感器3。電流互感器3采集變槳系統(tǒng)10輸入電源電流信號，通過信號電纜傳輸給控制模塊5的模擬信號量采集接口 ；控制模塊分別監(jiān)控AC/DC整流器4、DC/AC逆變器9和雙向DC/DC變換器6的工作狀態(tài)。
[0024]超級電容器8充放電電路采用DC/DC雙向變換電路。超級電容8充電電路電能走向依次為變槳系統(tǒng)10供電電源進線端、AC/DC整流器4、DC/DC變換器6、限流電阻7、超級電容8 ;超級電容器8放電電路電能走向依次為超級電容8、DC/DC變換器6、DC/AC逆變器9、變槳系統(tǒng)10供電電源進線端。
[0025]超級電容8充電電路串接的限流電阻7，限定充電啟動時的電流值，防止充電啟動時的瞬間電流峰值對該儲能裝置的相關(guān)線路及器件造成損壞。
[0026]該儲能裝置內(nèi)部裝有安全開關(guān)，安全開關(guān)與風(fēng)電機組安全鏈串接在一起，控制模塊5控制安全開關(guān)的閉合和斷開。當(dāng)超極電容8電壓值小于最低限定值時，安全開關(guān)斷開，風(fēng)機不允許起機(如果風(fēng)機處于停機狀態(tài))或要求風(fēng)機停機(如果風(fēng)機處于起機運行狀態(tài))。
[0027]該儲能裝置主要用于穩(wěn)定變槳驅(qū)動裝置輸入功率。當(dāng)變槳驅(qū)動裝置側(cè)負(fù)載在變槳驅(qū)動裝置額定功率或大于變槳驅(qū)動裝置額定功率一定范圍內(nèi)運行時，或者儲能元件的電壓值小于儲能元件設(shè)定上限值時，輸入電源經(jīng)AC/DC整流器變?yōu)橹绷麟娔?，給超級電容器充電，進行儲能；當(dāng)變槳側(cè)負(fù)載出現(xiàn)瞬間短時尖峰功率并超過主供電變槳功率設(shè)定上限值時，儲能裝置進行能量釋放，通過DC/AC逆變器將超級電容器的直流電逆變?yōu)榭煽氐娜嘟涣麟?，供給變槳系統(tǒng)。
[0028]在風(fēng)機變槳載荷處于限值范圍內(nèi)時進行能量存儲，在風(fēng)機變槳載荷超過限定載荷時進行能量釋放，以變槳系統(tǒng)恒定輸入電源相間電壓和采集的供電線電流計算輸入功率，控制儲能裝置的能量輸入和輸出，保護變槳系統(tǒng)供電線路、風(fēng)機滑環(huán)及相關(guān)電氣零部件。
[0029]該儲能裝置的啟動充電過程和啟動放電過程為互鎖邏輯，即啟動充電時停止放電、啟動放電時停止充電；啟動放電優(yōu)先級高于啟動充電，比如:當(dāng)超級電容器電壓值不小于最低限定值時，如果充電時檢測到變槳功率大于限定值，則停止充電，啟動放電。
[0030]圖4為儲能裝置供電方法流程圖。
[0031]如圖4所示，步驟100為流程開始；步驟101為初始化步驟，執(zhí)行該步驟時風(fēng)機處于停機狀態(tài)，超級電容器電壓值有可能為0V，將儲能裝置置于停止充電、停止放電、安全開關(guān)斷開狀態(tài)，為進入控制循環(huán)工作做好準(zhǔn)備。
[0032]執(zhí)行完步驟101后，進入步驟102，檢測變槳主供電電流值和超級電容電壓值U，計算變槳功率P ;執(zhí)行完步驟102，進入步驟103判斷超級電容電壓U是否小于電容電壓最低限值UO (U0為保障儲能裝置給變槳驅(qū)動裝置提供可靠功率緩沖的最小電容電壓值)，如果是，進入步驟104斷開安全開關(guān)、啟動充電，如果否，進入步驟105閉合安全開關(guān)(允許風(fēng)機起機)；執(zhí)行完步驟105，進入步驟106判斷變槳功率P是否大于主供電變槳功率上限值P2，如果是，進入步驟107停止充電、啟動放電，如果否，進入步驟109停止放電；執(zhí)行完步驟107，進入步驟108判斷變槳功率P是否小于儲能供電功率滯環(huán)下限P1，如果否，返回步驟107繼續(xù)放電，如果是，進入步驟109停止放電。
[0033]執(zhí)行完步驟109，進入步驟110判斷超級電容電壓U是否小于電容充電滯環(huán)電壓上限U2，如果是，進入步驟113啟動充電，如果否，進入步驟111停止充電；執(zhí)行完步驟113，返回步驟106判斷變槳功率P是否超限，執(zhí)行啟動放電優(yōu)先級高于啟動充電的控制原則，確保充電的過程中隨時可以放電；執(zhí)行完步驟111，進入步驟112判斷超級電容電壓是否小于電容充電滯環(huán)電壓下限U1，如果是，執(zhí)行步驟113啟動充電，如果否，返回步驟102進入下一個控制循環(huán)。以上給出了具體的實施方式，但本發(fā)明不局限于所描述的實施方式。本發(fā)明的基本思路在于上述基本方案，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，設(shè)計出各種變形的模型、公式、參數(shù)并不需要花費創(chuàng)造性勞動。在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下對實施方式進行的變化、修改、替換和變型仍落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種變槳系統(tǒng)，其特征在于，包括一個儲能裝置，儲能裝置輸入端連接供電電源進線端，輸出端連接變槳驅(qū)動裝置，所述儲能裝置包括AC/DC整流器(4)、雙向DC/DC變換器(6)、儲能元件(8)、DC/AC逆變器(9) ;AC/DC整流器(4)的交流側(cè)連接供電電源進線端，DC/AC逆變器(9)的交流側(cè)連接變槳驅(qū)動裝置(10);雙向DC/DC變換器(6)有兩種連接方式:一種:AC/DC整流器(4)的直流側(cè)、雙向DC/DC變換器(6)、DC/AC逆變器(9)的直流側(cè)依次串接，儲能元件⑶連接雙向DC/DC變換器(6);另一種:AC/DC整流器(4)的直流側(cè)連接DC/AC逆變器(9)的直流側(cè)，雙向DC/DC變換器(6) —端連接AC/DC整流器(4)的直流側(cè)，另一端連接儲能元件(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變槳系統(tǒng)，其特征在于，所述儲能元件(8)為一個超級電容，或者兩個及以上超級電容的串聯(lián)、并聯(lián)或者串并聯(lián)混合連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變槳系統(tǒng)，其特征在于，所述儲能裝置裝配在風(fēng)力發(fā)電機組輪轂內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的變槳系統(tǒng)，其特征在于，所述雙向DC/DC變換器(6)通過限流電阻(7)連接儲能元件(8)。
5.一種基于權(quán)利要求1所述變槳系統(tǒng)的變槳系統(tǒng)供電方法，其特征在于，當(dāng)變槳驅(qū)動裝置側(cè)負(fù)載在變槳驅(qū)動裝置額定功率或大于變槳驅(qū)動裝置額定功率設(shè)定范圍內(nèi)運行時，或者儲能元件的電壓值小于儲能元件設(shè)定上限值時，或者風(fēng)機變槳載荷不超過設(shè)定值時，儲能元件充電；當(dāng)變槳驅(qū)動裝置側(cè)負(fù)載出現(xiàn)瞬間短時尖峰功率并超過主供電變槳功率設(shè)定上限值時，或者風(fēng)機變槳載荷超過設(shè)定值時，儲能元件放電。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的變槳系統(tǒng)供電方法，其特征在于，所述儲能元件充電和放電過程為互鎖設(shè)置，啟動放電過程優(yōu)先級高于啟動充電過程。
【文檔編號】H02J3/28GK104300565SQ201410541069
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月14日
【發(fā)明者】趙瑞杰, 王艷領(lǐng), 李朝鋒, 田素立, 代興華, 李紅剛, 朱洪浩, 劉德林, 王萌, 李軍克 申請人:許繼集團有限公司, 許昌許繼風(fēng)電科技有限公司, 國家電網(wǎng)公司