CN103187745A - 风电机组自用电系统、风力发电机及其自用电供电方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风电机组自用电系统、风力发电机及其自用电供电方法，其中风电机组自用电系统包括箱式变压器、辅助变压器、塔基柜和主控柜，所述塔基柜中安装有第一超级电容，所述箱式变压器、所述辅助变压器、所述第一超级电容和所述主控柜顺次电性连接，其中，还包括：太阳能光伏装置，与所述第一超级电容电性连接，用于向所述第一超级电容供电。上述技术方案，在风机调试过程中，太阳能光伏装置提供的电能可以满足风电机组的调试需求，而无需再借助辅助变压器从电网中取电，使得风电机组可以正常启动及并网。另外，由于太阳能光伏装置可以持续向第一超级电容供电，也大大降低了第一超级电容出现亏电情况的几率，提高了超级电容的使用寿命。

Description

风电机组自用电系统、风力发电机及其自用电供电方法

技术领域

本发明涉及风电机组硬件系统技术，尤其涉及一种风电机组自用电系统、风力发电机及其自用电供电方法。

背景技术

风力发电是可再生能源之一，具有廉价、取之不尽、用之不竭且绿色环保的特点。风电机组是风力发电中的核心设备，其主要作用是将风能转化为电能。在风电机组将风能转化为电能的过程中，风电机组自身的设备也需要电能，以保证风电机组上控制系统、偏航系统、变桨系统和安全链等系统的正常工作。风力发电机包括固定设置在地基上的塔筒以及设置在塔筒顶部的机舱罩，塔筒和机舱罩的内腔连通。机舱罩的内腔中设置有齿轮箱等设备。

自用电供电系统是为风电机组自身设备提供电能的系统。参见图1，现有的自用电供电系统包括顺次电性连接的箱式变压器1、辅助变压器2、塔基柜3和主控柜4。自用电供电系统的取电过程如下：箱式变压器1和电网之间通过主电缆电性连接，箱式变压器1用于从电网中取电，并将电能经由辅助变压器2传递至塔基柜3；而后经由塔基柜3传递至主控柜4；主控柜4将电能分成数个支路，以传递至需要的设备，比如变桨柜5和变频柜6。辅助变压器2的作用是将电网中的3.5KV的高压电转变为400V的自用电。塔基柜3内的主要部件为第一超级电容31，该第一超级电容31起到存储辅助变压器2输送的电能，以及向主控柜4提供电能的作用。主控柜4内安装有电性连接的第二超级电容42和主控制器41，主控制器41的用电经由第二超级电容42来自于第一超级电容31。主控制器41是整个风电机组的核心控制部件，用于控制和检测风电机组内各个部件的工作状态，各部件的工作状态由各部件自身上设置的各个传感器探测后传给主控制器41。第二超级电容42的作用是存储电能，以在第一超级电容31无法提供电能的情况下，向主控柜4、变桨柜5和变频柜6提供电能。变桨柜5内设置有电性连接的第三超级电容52和变桨器51，第三超级电容52起到向变桨器51提供电能以及存储电能的作用。变频柜6内安装有变频器61。

现有风力发电机中自用电供电系统的设置位置如下：箱式变压器1设置在塔筒的外部；辅助变压器2和塔基柜3设置在塔筒底部；主控柜4、变频柜6和变桨柜5设置在机舱罩的内腔中。

实际应用中，风电机组在开机工作之前，需要先行调试，在调试过程中，为了保证安全，箱式变压器箱式变压器不从电网中取电，辅助变压器无法向第一超级电容供电。所以，在调试过程中，风电机组的自用电来自于第一超级电容中存储的电能，第一超级电容中存储的电能有限，难以满足风电机组调试过程中对电能的需求。

发明内容

本发明提供一种风电机组自用电系统、风力发电机及其自用电供电方法，用于提高风电机组自用电供电可靠性。

本发明一方面提供了一种风电机组自用电系统，包括箱式变压器、辅助变压器、塔基柜和主控柜，所述塔基柜中安装有第一超级电容，所述箱式变压器、所述辅助变压器、所述第一超级电容和所述主控柜顺次电性连接，其中，还包括：

太阳能光伏装置，与所述第一超级电容电性连接，用于向所述第一超级电容供电。

本发明提供的风电机组自用电系统，在风机调试过程中，由太阳能光伏装置提供的电能，无需再借助辅助变压器从电网中取电，使得风电机组可以正常启动及并网。另外，由于太阳能光伏装置可以持续向第一超级电容供电，也大大降低了第一超级电容出现亏电情况的几率，提高了超级电容的使用寿命。

本发明另一方面提供了一种风力发电机，包括塔筒以及设置在所述塔筒顶部的机舱罩，所述塔筒和所述机舱罩的内腔连通，其中，还包括本发明所提供的风电机组自用电系统。

本发明提供的风力发电机，在风力发电机调试、风力发电机与电网断开、变压器出现故障或是辅助变压器出现故障的情况下，太阳能光伏装置能持续对超级电容充电，由于对超级电容的充电时间增加，因而降低了超级电容出现亏电的几率，所以超级电容的使用寿命更长。

本发明再一方面提供了一种风电机组自用电供电方法，其中使用本发明所提供的风电机组自用电系统进行供电，该方法包括：

探测所述太阳能光伏装置的输出电压值，并将该电压提供给所述主控柜中的主控制器；

所述主控柜中的主控制器检测所述输出电压值是否大于零，若是，则所述主控柜发出指令，以启用所述太阳能光伏装置向所述第一超级电容提供电能；若否，则所述主控制器发出指令，以启用所述辅助变压器向所述第一超级电容提供电能。

本发明提供的风电机组自用电供电方法，增加太阳能光伏装置发电，降低了电网中的能量消耗。该供电方法具有两种主要供电方式：太阳能光伏装置发电以及从电网中取电。另外，风电机组自用电系统中带有超级电容，在上述两种方式都不能实现供电的情况下，可以使用超级电容中存储的电能。本发明提供的供电方法，能够满足风电机组调试过程中对电能的需求，也能满足风电机组正常运转时的自用电需求。

附图说明

图1为现有技术中风电机组自用电供电系统示意图；

图2为本发明实施例一提供的风电机组自用电系统示意图；

图3为本发明实施例二提供的风力发电机的结构示意图；

图4为本发明实施例三提供的风电机组自用电供电方法示意图。

附图标记：

1-箱式变压器；       2-辅助变压器；    3-塔基柜；

4-主控柜；           5-变桨柜；        51-变桨器；

52-第三超级电容；    6-变频柜；        31-第一超级电容；

41-主控制器；        42-第二超级电容； 7-太阳能电池板；

8-光伏逆变器；       9-塔筒；          10-机舱罩；

11-通孔；     61-变频器。

具体实施方式

图2为本发明实施例一提供的风电机组自用电系统示意图。

参见图2，本发明实施例一提供一种风电机组自用电系统，包括箱式变压器1、辅助变压器2、塔基柜3和主控柜4，塔基柜3中安装有第一超级电容31，箱式变压器1、辅助变压器2、第一超级电容31和主控柜4顺次电性连接，其中还包括太阳能光伏装置，该太阳能光伏装置与第一超级电容31电性连接，用于向第一超级电容31供电。

风力发电机的电网中的电压一般为35KV，此处具体地，辅助变压器2可以选用690V/400V的变压器，与辅助变压器2连接的箱式变压器1可以选用35KV/690V的变压器。

在风电机组自用电系统中设置太阳能光伏装置的好处在于：只要有太阳能，太阳能光伏装置就能将太阳能转换为电能，并提供给第一超级电容，在风机调试过程中，太阳能光伏装置提供的电能可以满足风电机组的调试需求，而无需再借助辅助变压器从电网中取电，使得风电机组可以正常启动及并网。另外，由于太阳能光伏装置可以持续向第一超级电容供电，也大大降低了第一超级电容出现亏电情况的几率，提高了超级电容的使用寿命。

设置太阳能光伏装置后，太阳能光伏装置和辅助变压器可以同时向第一超级电容充电，也可以通过增加相应的控制模块在风电机组自用电系统中设置优先级，以确定太阳能光伏装置和辅助变压器中的哪个能优先向第一超级电容充电。

太阳能光伏装置的优选实现方式为：太阳能光伏装置包括太阳能电池板7和光伏逆变器8，太阳能电池板7用于吸收太阳能，以将太阳能转化为电能；光伏逆变器8具有输入端和输出端；输入端与太阳能电池板7电性连接，输出端与第一超级电容31电性连接，用于将太阳能电池板7产生的电能提供给第一超级电容31。

风力发电机组主要应用在海上、沼泽地或是沙漠地区，这些地区具有丰富的太阳能，太阳能电池板选材方便，可以根据实际安装环境选择合适规格的太阳能电池板，对于大功率的发电机，可以相应选取功率较大的太阳能电池板，反之亦然。

为了便于监控太阳能光伏装置的输出电压值，太阳能光伏装置还可包括第一电压传感器，第一电压传感器与光伏逆变器电性连接，用于探测光伏逆变器输出端输出的电压值。

进一步地，光伏逆变器8为电压型或电流型光伏逆变器。此处以电压型光伏逆变器为更佳，因为电压型光伏逆变器输出的电压更平稳，更能满足超级电容充电过程中对电压的需求。

本发明实施例一提供的风电机组自用电系统，增加太阳能光伏装置发电，在风电机组调试过程中，太阳能光伏装置产生的电能能够满足调试需求；另外，即便在辅助变压器出现故障，无法向第一超级电容供电的情况下，太阳能光伏装置也能持续向第一超级电容供电，保证了风电机组设备的正常运行；最后，风电机组自用电系统结构紧凑，不会过度增加风电机组自用电系统的复杂性，实用性强，且便于推广应用。

图3为本发明实施例二提供的风力发电机的结构示意图。

参见图3，本发明实施例二提供一种风力发电机，包括塔筒9以及设置在塔筒9上的机舱罩10，塔筒9和机舱罩10的内腔连通，其中还包括本发明上述实施例所提供的风电机组自用电系统。

此处，风电机组自用电系统的太阳能光伏装置可包括太阳能电池板7和光伏逆变器8；太阳能电池板7设置在机舱罩10的顶部，用于吸收太阳能，并将太阳能转化为电能并存储；光伏逆变器8具有输入端和输出端；输入端与太阳能电池板7电性连接，输出端与第一超级电容31电性连接，用于将太阳能电池板7存储的电能提供给第一超级电容31。

此处辅助变压器1和光伏逆变器8都连接到塔基柜的母排(图未示出)上，经母排汇集后传递至第一超级电容。

将太阳能电池板设置在机舱罩的顶部，可以最大限度的吸收太阳能，保证太阳能光伏装置的发电效果。光伏逆变器的具体设置位置本发明并不特别加以限定，可以设置在机舱罩外部或内部，以设置在外部为例，可以将光伏逆变器与太阳能电池板集成在一个设备箱内，固定在机舱罩的外部。

参见图3，此处，优选的是，光伏逆变器8可采用以下方式设置在风力发电机上：机舱罩10的顶部开设有通孔11，光伏逆变器8设置在机舱罩10的内腔中；太阳能电池板7和光伏逆变器8通过穿设通孔11的导线电性连接。

如此设置，太阳能电池板、光伏逆变器和第一超级电容之间的连接导线能大部分位于风电机组的内部，减少了风电机组外部突发情况对导线输送性能的影响，使得电能输送更加安全。

在机舱罩10的顶部开设有通孔11后，为了防止通孔11和导线之间的缝隙过大，使得外部湿润空气进入到风电机组内部腐蚀设备，进步一地，导线和通孔11之间设置有绝缘密封层(图未示出)，以密封导线和通孔11内壁之间的孔隙。绝缘密封层比如为绝缘橡胶等。

在本实施例中，箱式变压器1、辅助变压器2、塔基柜3、主控柜4、变桨柜5以及变频柜6的布置方式可以采取已有技术中的布置方式。

本发明实施例二提供的风力发电机，在风力发电机调试、风力发电机与电网断开、变压器出现故障或是辅助变压器出现故障的情况下，太阳能光伏装置能持续对超级电容充电，由于对超级电容的充电时间增加，因而降低了超级电容出现亏电的几率，所以超级电容的使用寿命更长。

图4为本发明实施例三提供的风电机组自用电供电方法示意图。

参见图4，本发明实施例三提供一种风电机组自用电供电方法，其优选的是，使用本发明实施例所提供的风电机组自用电系统进行供电，该方法包括：

步骤41，探测太阳能光伏装置的输出电压值，并将该输出电压值提供给主控柜中的主控制器。

步骤41具体地，可以使用第一电压传感器探测所述太阳能光伏装置的输出电压值，该第一电压传感器与光伏逆变器电性连接，以作为太阳能光伏装置的一部分。

步骤42，主控柜中的主控制器检测输出电压值是否大于零，若是，执行步骤43；若否，执行步骤44。

步骤42中，若主控制器检测到该输出电压大于零，说明太阳能光伏装置能够产生电能，此时整个风电系统的自用电由太阳能光伏装置提供。否则，则说明太阳能光伏装置不能够产生电能，此时整个风电系统的自用电应由辅助变压器上提供。

步骤43，主控柜发出指令，以启用太阳能光伏装置向第一超级电容提供电能。

步骤43的实现方式有多种，以太阳能光伏装置和第一超级电容之间设置有控制开关为例，主控柜发出的指令可以是使控制开关连通的指令。当然，若太阳能光伏装置内部设置有控制部件，主控柜发出的指令也可以直接控制太阳能光伏装置开始接收太阳能。

步骤44，主控制器发出指令，以启用辅助变压器向第一超级电容提供电能。

步骤44的实现方式有多种，以辅助变压器和第一超级电容之间设置有控制开关为例，主控柜发出的指令可以是使控制开关连通的指令。当然，若辅助变压器内部设置有控制部件，主控柜发出的指令也可以直接控制太阳能光伏装置开始从经由箱式变压器从电网中取电。

在出现极端恶劣情况下，太阳能光伏装置无法发电，辅助变压器也无法向第一超级电容供电，此时，整个风电机组的自用电还可以来自于第一超级电容以及各个设备箱内超级电容中存储的电能，比如第二超级电容。

本发明实施例三提供的风电机组自用电供电方法，增加太阳能光伏装置发电，在风电机组调试过程中，太阳能光伏装置产生的电能能够满足调试需求；另外，即便在辅助变压器出现故障，无法向第一超级电容供电的情况下，太阳能光伏装置也能持续向第一超级电容供电，保证了风电机组设备的正常运行。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种风电机组自用电系统，包括箱式变压器、辅助变压器、塔基柜和主控柜，所述塔基柜中安装有第一超级电容，所述箱式变压器、所述辅助变压器、所述第一超级电容和所述主控柜顺次电性连接，其特征在于，还包括：

太阳能光伏装置，与所述第一超级电容电性连接，用于向所述第一超级电容供电。

2.根据权利要求1所述的风电机组自用电系统，其特征在于，所述太阳能光伏装置包括：

太阳能电池板，用于吸收太阳能，以将太阳能转化为电能；

光伏逆变器，具有输入端和输出端；所述输入端与所述太阳能电池板电性连接，所述输出端与所述第一超级电容电性连接，用于将所述太阳能电池板产生的电能提供给所述第一超级电容。

3.根据权利要求2所述的风电机组自用电系统，其特征在于，所述太阳能光伏装置还包括：

第一电压传感器，与所述光伏逆变器电性连接，用于探测所述光伏逆变器输出端输出的电压值。

4.根据权利要求2或3所述的风电机组自用电系统，其特征在于，所述光伏逆变器为电压型或电流型光伏逆变器。

5.一种风力发电机，包括塔筒以及设置在所述塔筒顶部的机舱罩，所述塔筒和所述机舱罩的内腔连通，其特征在于，还包括权利要求1所述的风电机组自用电系统。

6.根据权利要求5所述的风力发电机，其特征在于，所述风电机组自用电系统的太阳能光伏装置包括：

太阳能电池板，设置在所述机舱罩的顶部，用于吸收太阳能，并将太阳能转化为电能并存储；

光伏逆变器，具有输入端和输出端；所述输入端与所述太阳能电池板电性连接，所述输出端与所述第一超级电容电性连接，用于将所述太阳能电池板存储的电能提供给所述第一超级电容。

7.根据权利要求6所述的风力发电机，其特征在于，

所述机舱罩的顶部开设有通孔，所述光伏逆变器设置在所述机舱罩的内腔中；

所述太阳能电池板和所述光伏逆变器通过穿设所述通孔的导线电性连接。

8.根据权利要求7所述的风力发电机，其特征在于，所述导线和所述通孔之间设置有绝缘密封层，以密封所述导线和所述通孔内壁之间的孔隙。

9.一种风电机组自用电供电方法，其特征在于，使用权利要求1所述的风电机组自用电系统进行供电，该方法包括：

探测所述太阳能光伏装置的输出电压值，并将该输出电压值提供给所述主控柜中的主控制器；

所述主控柜中的主控制器检测所述输出电压值是否大于零，若是，则所述主控柜发出指令，以启用所述太阳能光伏装置向所述第一超级电容提供电能；若否，则所述主控制器发出指令，以启用所述辅助变压器向所述第一超级电容提供电能。

10.根据权利要求9所述的风电机组自用电供电方法，其特征在于，所述探测所述太阳能光伏装置的输出电压值包括：

使用第一电压传感器探测所述太阳能光伏装置的输出电压值，其中，所述第一电压传感器与所述光伏逆变器电性连接。

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