CN103595143B - 回馈式储能伺服驱动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种回馈式储能伺服驱动系统，包括整流电路、与所述整流电路相连接的储能电路、逆变电路以及储能元件，所述储能电路包括与所述逆变电路相连接的第一输出端和与所述储能元件相连接的第二输出端。相较于现有技术，本发明所述回馈式储能伺服驱动系统由于设置有储能元件，从而可以将电机产生的再生能源储存起来，进而达到节能效果，而不会因使用制动电阻而使得整个系统变得温度过高。
Description
技术领域
本发明涉及一种伺服驱动系统，尤其涉及一种回馈式储能伺服驱动系统。
背景技术
并网型风力发电机组不断向着大容量发展。目前，新安装的大容量机组基本都是变桨机组。在变桨机组中，变桨系统有电伺服变桨和液压变桨两种。电伺服变桨距执行机构采用电机对桨叶进行单独控制，其结构紧凑、可靠、可独立变桨。从国内外的情况来看，电伺服变桨正逐步取代液压变桨成为大型风力机变桨系统的主流。
目前，电伺服驱动系统对电机产生的再生能量采用两种处理方式。第一种是在直流回路中设置制动电阻，通过制动电阻消耗掉电机产生的再生能量。由于是通过电阻消耗掉能量，从而会产生能源浪费。同时，在电阻消耗掉能量的同时，电阻会产生热量，从而可能引起整个系统温度过高。另一种是将电机产生的再生能量回馈给电网。此种方法提高了能源的利用率，但是该种回馈结构复杂、生产成本高。此外，该种处理方式只有在频繁制动下才会效果显著，而当遇到电网故障或者断电时则又无法回馈能量。
鉴于上述问题，有必要提供一种新型回馈式储能伺服驱动系统，以解决上述问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明解决的技术问题是提供一种回馈式储能伺服驱动系统，该回馈式储能伺服驱动系统由于设置有储能元件，从而可以将电机产生的再生能源储存起来，进而达到节能效果，而不会因使用制动电阻而使得整个系统变得温度过高。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：
一种回馈式储能伺服驱动系统，包括整流电路、与所述整流电路相连接的储能电路、逆变电路以及储能元件，所述储能电路包括与所述逆变电路相连接的第一输出端和与所述储能元件相连接的第二输出端。
进一步地，所述储能元件为电池或者超级电容。
进一步地，所述整流电路是可控整流电路，具体包括第一二极管、第一电阻、第二二极管、第二电阻、第三二极管、第三电阻、第一接触器、第一晶闸管、第二晶闸管、第三晶闸管、第四二极管、第五二极管、第六二极管，其中：第一二极管的阳极、第一晶闸管的阳极和第四二极管的阴极两两相连，第二二极管的阳极、第二晶闸管的阳极和第五二极管的阴极两两相连，第三二极管的阳极、第三晶闸管的阳极和第六二极管的阴极两两相连，第一二极管的阴极与第一电阻的一端相连，第二二极管的阴极与第二电阻的一端相连，第三二极管的阴极与第三电阻的一端相连，第一电阻、第二电阻和第三电阻的另一端和第一接触器的一端分别两两相连，第一接触器的另一端、第一晶闸管的阴极、第二晶闸管的阴极、第三晶闸管的阴极和储能电路的一个输入端分别两两相连，第四二极管、第五二极管、第六二极管的阳极和储能电路的另一个输入端分别两两相连。
进一步地，所述储能电路包括：第一电感、第一电解电容、第七绝缘栅双极型晶体管、第七防反二极管、第八防反二极管，其中：第七绝缘栅双极型晶体管的集电极、第八防反二极管的阴极、第一电解电容的正极和逆变电路的一个输入端分别两两相连，第一电解电容的负极和逆变电路的另一个输入端相连，第七绝缘栅双极型晶体管的发射极和第一电感的一端相连，第一电感的另一端和第七防反二极管的阳极相连，第七防反二极管的阴极、第八防反二极管的阳极和储能元件的一个输入端相连。
进一步地，所述逆变电路是全桥逆变电路，具体包括：第一绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘栅双极型晶体管、第三绝缘栅双极型晶体管、第四绝缘栅双极型晶体管、第五绝缘栅双极型晶体管、第六绝缘栅双极型晶体管，其中：第一绝缘栅双极型晶体管的集电极、第三绝缘栅双极型晶体管的集电极、第五绝缘栅双极型晶体管的集电极和所述储能电路的第一输出端中的一个输出端分别两两相连，第二绝缘栅双极型晶体管的发射极、第四绝缘栅双极型晶体管的发射极、第六绝缘栅双极型晶体管的的发射极和所述储能电路的第一输出端中的另一个输出端分别两两相连。第一绝缘栅双极型晶体管的发射极和第二绝缘栅双极型晶体管的集电极相连，第三绝缘栅双极型晶体管的发射极和第四绝缘栅双极型晶体管的集电极相连，第五绝缘栅双极型晶体管的发射极和第六绝缘栅双极型晶体管的集电极相连。
本发明的有益效果是：相较于现有技术，本发明所述回馈式储能伺服驱动系统由于设置有储能元件，从而可以将电机产生的再生能源储存起来，进而达到节能效果，而不会因使用制动电阻而使得整个系统变得温度过高。
附图说明
图1为本发明回馈式储能伺服驱动系统的模块示意图。
图2为本发明回馈式储能伺服驱动系统的电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
请参阅图1所示，本发明回馈式储能伺服驱动系统100包括整流电路1、与所述整流电路1相连接的储能电路2、与所储能电路2相连接的逆变电路3、与所述逆变电路3相连接的伺服单机4以及与所述储能电路2相连接的储能元件5。
请参阅图1所示，所述整流电路1的输入端与电网三相电相连接以传输交流电，其输出端与所述储能电路2的输入端相连接以传输直流电。请参阅图2所示，所述整流电路1是可控整流电路，具体包括第一二极管D1、第一电阻R1、第二二极管D2、第二电阻R2、第三二极管D3、第三电阻R3、第一接触器K1、第一晶闸管VT1、第二晶闸管VT2、第三晶闸管VT3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6，其中：第一二极管D1的阳极、第一晶闸管VT1的阳极和第四二极管D4的阴极两两相连，第二二极管D2的阳极、第二晶闸管VT2的阳极和第五二极管D5的阴极两两相连，第三二极管D3的阳极、第三晶闸管VT3的阳极和第六二极管D6的阴极两两相连，第一二极管D1的阴极与第一电阻R1的一端相连，第二二极管D2的阴极与第二电阻R2的一端相连，第三二极管D3的阴极与第三电阻R3的一端相连，第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3的另一端和第一接触器K1的一端分别两两相连，第一接触器K1的另一端、第一晶闸管VT1的阴极、第二晶闸管VT2的阴极、第三晶闸管VT3的阴极和储能电路2的一个输入端分别两两相连，第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6的阳极和储能电路2的另一个输入端分别两两相连。
在本实施例中，所述整流电路2中的六个二极管和三个晶闸管的额定电压都为1600V，额定电流都为150A，三个电阻的阻值都为150欧姆，第一接触器K1的额定电压为250V。
请参阅图1所示，所述储能电路2的输入端与所述整流电路1的输出端相连接，其包括与所述逆变电路3相连接的第一输出端和与所述储能元件5相连接的第二输出端。请参阅图2所示，所述储能电路2包括：第一电感L1、第一电解电容C1、第七绝缘栅双极型晶体管S7、第七防反二极管D7、第八防反二极管D8，其中：第七绝缘栅双极型晶体管S7的集电极、第八防反二极管D8的阴极、第一电解电容C1的正极和逆变电路3的一个输入端分别两两相连，第一电解电容C1的负极和逆变电路3的另一个输入端相连，第七绝缘栅双极型晶体管S7的发射极和第一电感L1的一端相连，第一电感L1的另一端和第七防反二极管D7的阳极相连，第七防反二极管D7的阴极、第八防反二极管D8的阳极和储能元件5的一个输入端相连。
在本实施例中，所述第一电解电容C1的额定电压为900V，额定容量为4700uF，所述第一电感L1的电感值为11mH，所述第七防反二极管D7和第八防反二极管D8的额定电压都为2000V，额定电流都为100A。
请参阅图1所示，所述逆变电路3的输入端与所述储能电路2的第一输出端相连接以传输直流电，其输出端与所述伺服电极4的输入端相连接以传输交流电。请参阅图2所示，所述逆变电路3是是全桥逆变电路，具体包括：第一绝缘栅双极型晶体管S1、第二绝缘栅双极型晶体管S2、第三绝缘栅双极型晶体管S3、第四绝缘栅双极型晶体管S4、第五绝缘栅双极型晶体管S5、第六绝缘栅双极型晶体管S6，其中：第一绝缘栅双极型晶体管S1的集电极、第三绝缘栅双极型晶体管S3的集电极、第五绝缘栅双极型晶体管S5的集电极和所述储能电路2的第一输出端中的一个输出端分别两两相连，第二绝缘栅双极型晶体管S2的发射极、第四绝缘栅双极型晶体管S4的发射极、第六绝缘栅双极型晶体管S6的的发射极和所述储能电路2的第一输出端中的另一个输出端分别两两相连。第一绝缘栅双极型晶体管S1的发射极和第二绝缘栅双极型晶体管S2的集电极相连，第三绝缘栅双极型晶体管S3的发射极和第四绝缘栅双极型晶体管S4的集电极相连，第五绝缘栅双极型晶体管S5的发射极和第六绝缘栅双极型晶体管S6的集电极相连。
在本实施例中，苏颂逆变电路3中的六个绝缘栅双极型晶体管的额定电压都为1200V，额定电流都为200A。
请参阅图1所示，所述储能元件5的输入端与所述储能电路2的第二输出端相连接。所述储能元件5可以为电池（BAT）或超级电容（SU）。
本实施例的工作过程如下：
1、所述回馈式储能伺服驱动系统的输入端输入380V交流电，此时第一接触器K1为闭合状态，三相交流电通过由第一二极管D1、第一电阻R1、第二二极管D2、第二电阻R2、第三二极管D3、第三电阻R3、第一接触器K1、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6组成的电路给所述第一电解电容C1进行预充电，直至所述第一电解电容C1的电压达到300V。
2、断开第一接触器K1，此时三相交流电通过由第一晶闸管VT1、第二晶闸管VT2、第三晶闸管VT3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6组成的可控整流电路继续对所述第一电解电容C1进行充电至573V。
3、此时可通过控制所述逆变电路3的绝缘栅双极型晶体管给所述伺服电机4供电，使其进行正常工作。
4、当电机工作于再生制动时，其能量通过所述逆变电路3中绝缘栅双极型晶体管的反并联二极管传输给所述第一电解电容C1。
5、此时通过第七绝缘栅双极型晶体管S7，把所述第一电解电容C1的能量通过第一电感L1、第七防反二极管D7传输给所述储能元件5。
6、当电网掉电或故障时，所述储能元件5通过第八防反二极管D8向所述第一电解电容C1供电，所述第一电解电容C1又把能量传输给所述逆变电路3，同时通过控制所述逆变电路3中的绝缘栅双极型晶体管来控制所述伺服电机4完成顺桨动作。
相较于现有技术，本发明所述回馈式储能伺服驱动系统100由于设置有储能元件5，从而可以将电机产生的再生能源储存起来，进而达到节能效果，而不会因使用制动电阻而使得整个系统变得温度过高。此外，当风机出现故障需要进行紧急顺桨时，所述储能元件5可以将能量通过所述储能电路2传递给所述伺服电机4以便进行顺桨。
特别需要指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明的教导下所作的针对本发明的等效变化，仍应包含在本发明申请专利范围所主张的范围中。
Claims (2)
1.一种回馈式储能伺服驱动系统，包括整流电路（1）、与所述整流电路（1）相连接的储能电路（2）以及逆变电路（3），所述储能电路（2）包括与所述逆变电路（3）相连接的第一输出端和第二输出端，其特征在于：还包括与所述第二输出端相连接的储能元件（5），所述储能电路（2）包括：第一电感、第一电解电容、第七绝缘栅双极型晶体管、第七防反二极管、第八防反二极管，其中：第七绝缘栅双极型晶体管的集电极、第八防反二极管的阴极、第一电解电容的正极和逆变电路（3）的一个输入端分别两两相连，第一电解电容的负极和逆变电路（3）的另一个输入端相连，第七绝缘栅双极型晶体管的发射极和第一电感的一端相连，第一电感的另一端和第七防反二极管的阳极相连，第七防反二极管的阴极、第八防反二极管的阳极和储能元件（5）的一个输入端相连；
所述整流电路（1）是可控整流电路，具体包括第一二极管、第一电阻、第二二极管、第二电阻、第三二极管、第三电阻、第一接触器、第一晶闸管、第二晶闸管、第三晶闸管、第四二极管、第五二极管、第六二极管，其中：第一二极管的阳极、第一晶闸管的阳极和第四二极管的阴极两两相连，第二二极管的阳极、第二晶闸管的阳极和第五二极管的阴极两两相连，第三二极管的阳极、第三晶闸管的阳极和第六二极管的阴极两两相连，第一二极管的阴极与第一电阻的一端相连，第二二极管的阴极与第二电阻的一端相连，第三二极管的阴极与第三电阻的一端相连，第一电阻、第二电阻和第三电阻的另一端和第一接触器的一端分别两两相连，第一接触器的另一端、第一晶闸管的阴极、第二晶闸管的阴极、第三晶闸管的阴极和储能电路（2）的一个输入端分别两两相连，第四二极管、第五二极管、第六二极管的阳极和储能电路（2）的另一个输入端分别两两相连；
所述逆变电路（3）是全桥逆变电路，具体包括：第一绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘栅双极型晶体管、第三绝缘栅双极型晶体管、第四绝缘栅双极型晶体管、第五绝缘栅双极型晶体管、第六绝缘栅双极型晶体管，其中：第一绝缘栅双极型晶体管的集电极、第三绝缘栅双极型晶体管的集电极、第五绝缘栅双极型晶体管的集电极和所述储能电路（2）的第一输出端中的一个输出端分别两两相连，第二绝缘栅双极型晶体管的发射极、第四绝缘栅双极型晶体管的发射极、第六绝缘栅双极型晶体管的的发射极和所述储能电路（2）的第一输出端中的另一个输出端分别两两相连，第一绝缘栅双极型晶体管的发射极和第二绝缘栅双极型晶体管的集电极相连，第三绝缘栅双极型晶体管的发射极和第四绝缘栅双极型晶体管的集电极相连，第五绝缘栅双极型晶体管的发射极和第六绝缘栅双极型晶体管的集电极相连；
所述回馈式储能伺服驱动系统的工作过程为：
S1.所述回馈式储能伺服驱动系统的输入端输入380V交流电，此时第一接触器K1为闭合状态，三相交流电通过由第一二极管D1、第一电阻R1、第二二极管D2、第二电阻R2、第三二极管D3、第三电阻R3、第一接触器K1、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6组成的电路给所述第一电解电容C1进行预充电，直至所述第一电解电容C1的电压达到300V；
S2.断开第一接触器K1，此时三相交流电通过由第一晶闸管VT1、第二晶闸管VT2、第三晶闸管VT3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6组成的可控整流电路继续对所述第一电解电容C1进行充电至573V；
S3.此时可通过控制所述逆变电路的绝缘栅双极型晶体管给所述伺服电机供电，使其进行正常工作；
S4.当电机工作于再生制动时，其能量通过所述逆变电路中绝缘栅双极型晶体管的反并联二极管传输给所述第一电解电容C1；
S5.此时通过第七绝缘栅双极型晶体管S7，把所述第一电解电容C1的能量通过第一电感L1、第七防反二极管D7传输给所述储能元件；
S6.当电网掉电或故障时，所述储能元件通过第八防反二极管D8向所述第一电解电容C1供电，所述第一电解电容C1又把能量传输给所述逆变电路，同时通过控制所述逆变电路中的绝缘栅双极型晶体管来控制所述伺服电机完成顺桨动作。
2.如权利要求1所述的回馈式储能伺服驱动系统，其特征在于：所述储能元件（5）为电池或者超级电容。
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