CN108092355A - 变桨系统的充电控制装置和方法、风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种变桨系统的充电控制装置和方法、风力发电机组。该充电控制装置包括：多个扩展单元、开关模块和充电控制器，其中，每个扩展单元连接两支叶片的充电主路，开关模块包括多个第一常开开关单元，若将发生故障的充电机所在的叶片作为故障叶片，则每个第一常开开关单元设置于故障叶片和正常叶片之间的扩展单元上；控制器用于确认发生故障的充电机所在的故障叶片，并控制故障叶片和正常叶片之间的第一常开开关单元闭合。采用本发明实施例中的技术方案，能够利用正常叶片的充电机对故障叶片的后备电源进行充电。

Description

变桨系统的充电控制装置和方法、风力发电机组

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种变桨系统的充电控制装置和方法、风力发电机组。

背景技术

变桨系统是风力发电机组的重要部件。风力发电机组的每支叶片对应一组变桨组件，变桨组件包括相连接的变桨电机、充电机和后备电容，其中，变桨电机用于调节叶片的桨距角以控制风力发电机组的转速，充电机与电网连接，当电网有电时，由充电机为变桨电机供电并为后备电源充电；当电网断电时，切换至由后备电源为变桨电机供电。如果充电机故障则无法为后备电源充电，由于后备电源是保障风力发电机组安全的最后屏障，因此，一旦充电机故障就会影响到风力发电机组的安全运行。

为避免因充电机故障影响到风力发电机组的安全运行，现有技术中采用了单一故障保护的方法，即一旦检测到任意一台充电机发生故障，则立即执行紧急停机命令，使风力发电机组的所有叶片从当前桨距角位置顺桨到91度限位位置。

但是，本申请的发明人发现，由于容易受到电网波动和线路虚接的影响，因此充电机的故障频率较高。如果按照现有技术中的单一故障保护方法，则充电机故障频率较高时风力发电机组执行紧急停机命令的频率也会提高，但是，风力发电机组的频繁停机会造成风力发电机组发电量的大量损失。

发明内容

本发明实施例提供了一种变桨系统的充电控制装置和方法、风力发电机组，能够利用风力发电机组其他叶片中的充电机对已发生故障的充电机进行充电，不需要任意一台充电机发生故障时就执行紧急停机命令，避免了因充电机故障频率较高而频繁停机造成的风力发电机组发电量的大量损失。

第一方面，本发明实施例提供了一种变桨系统的充电控制装置，该充电控制装置包括：

多个扩展单元，每支叶片的充电机和后备电源连接形成充电主路，每个扩展单元连接两支叶片的充电主路；

开关模块，开关模块包括多个第一常开开关单元，若将发生故障的充电机所在的叶片作为故障叶片，则每个第一常开开关单元设置于故障叶片和正常叶片之间的扩展单元上；

充电控制器，充电控制器用于确认发生故障的充电机所在的故障叶片，并控制故障叶片和正常叶片之间的第一常开开关单元闭合，以使正常叶片的充电机对故障叶片的后备电源进行充电。

在第一方面的一些实施例中，充电控制器还用于，控制故障叶片和与故障叶片顺时针或者逆时针的方向相邻的正常叶片之间的第一常开开关单元闭合。

在第一方面的一些实施例中，开关模块还包括多个第一常闭开关单元，每个第一常闭开关单元设置于对应充电主路和扩展单元之间的节点和对应后备电源之间的线路上；充电控制器，还用于在控制故障叶片和正常叶片之间的第一常开开关单元闭合的同时，控制正常叶片的第一常闭开关单元断开。

在第一方面的一些实施例中，开关模块还包括多个第二常闭开关单元，每个第二常闭开关单元设置于对应充电主路和充电机之间的节点和对应充电机之间的线路上；充电控制器，还用于在控制故障叶片和正常叶片之间的第一常开开关单元闭合的同时，控制故障叶片的第二常闭开关单元断开。

在第一方面的一些实施例中，控制器还用于，获取正常叶片的充电机对故障叶片的后备电源持续充电的第一时长；若第一时长达到预定时长，则控制故障叶片和正常叶片之间的第一常开开关单元断开，以使正常叶片的充电机恢复对正常叶片的后备电源的充电；获取正常叶片的充电机对正常叶片的后备电源持续充电的第二时长；直到第二时长达到预定时长，控制故障叶片和正常叶片之间的第一常开开关单元重新闭合，以使正常叶片的充电机恢复对故障叶片的后备电源的充电。

在第一方面的一些实施例中，充电控制器还用于，检测风力发电机组运行中所有叶片的后备电源的充电电压；判断是否存在任意一支叶片的后备电源的充电电压低于预设电压；若存在任意一支叶片的后备电源的充电电压低于预设电压，则向风力发电机组的主控控制器发出表示风力发电机组发生充电故障的报警信息。

在第一方面的一些实施例中，第一常开开关单元为交流接触器或者直流接触器，交流接触器或者直流接触器的常开触点设置于故障叶片和正常叶片之间的扩展单元上。

在第一方面的一些实施例中，每支叶片的充电主路包括正极充电主路和负极充电主路，正极充电主路分别与充电机的正极和后备电源的正极连接，负极充电主路分别与后备电源的负极连接；

每个扩展单元包括正极扩展支路和负极扩展支路，每条正极扩展支路连接两支叶片的正极充电主路，每条负极扩展支路连接两支叶片的负极充电主路；

每个第一常开开关单元包括第一正极常开开关子单元和第一负极常开开关子单元，第一正极常开开关单元设置于故障叶片和正常叶片之间的正极扩展支路上，第一负极常开开关单元设置于故障叶片和正常叶片之间的负极扩展支路上；

充电控制器，还用于确认发生故障的充电机所在的故障叶片，并控制故障叶片和正常叶片之间的第一正极常开开关子单元和第一负极常开开关子单元闭合，以使正常叶片的充电机对故障叶片的后备电源进行充电。

在第一方面的一些实施例中，该装置还包括多个变桨控制柜，每支叶片上设置有一个变桨控制柜；第一常开开关单元设置于故障叶片的变桨控制柜或者正常叶片的变桨控制柜中。

在第一方面的一些实施例中，该装置还包括充电状态监测器，用于监测每支叶片的充电机的充电状态，并将充电机处于故障状态的信号发送至控制器。

第二方面，本发明实施例提供了一种变桨系统的充电控制方法，用于如上所述的变桨系统的充电控制装置，该充电控制方法包括：

确认发生故障的充电机所在的故障叶片；

控制故障叶片和正常叶片之间的第一常开开关单元闭合，以使正常叶片的充电机对故障叶片的后备电源进行充电。

在第二方面的一些实施例中，控制故障叶片和正常叶片之间的第一常开开关单元闭合，包括：控制故障叶片和与故障叶片顺时针或者逆时针的方向相邻的正常叶片之间的第一常开开关单元闭合。

在第二方面的一些实施例中，开关模块还包括多个第一常闭开关单元，每个第一常闭开关单元设置于对应充电主路和扩展单元之间的节点和对应后备电源之间的线路上；在控制故障叶片和正常叶片之间的第一常开开关单元闭合的同时，方法还包括：控制正常叶片的第一常闭开关单元断开。

在第二方面的一些实施例中，开关模块还包括多个第二常闭开关单元，每个第二常闭开关单元设置于对应充电主路和充电机之间的节点和对应充电机之间的线路上；在控制故障叶片和正常叶片之间的第一常开开关单元闭合的同时，方法还包括：控制故障叶片的第二常闭开关单元断开。

在第二方面的一些实施例中，在正常叶片的充电机对故障叶片的后备电源进行充电的过程中，方法还包括：获取正常叶片的充电机对故障叶片的后备电源持续充电的第一时长；若第一时长达到预定时长，则控制故障叶片和正常叶片之间的第一常开开关单元断开，以使正常叶片的充电机恢复对正常叶片的后备电源的充电；获取正常叶片的充电机恢复对正常叶片的后备电源持续充电的第二时长；直到第二时长达到预定时长，控制故障叶片和正常叶片之间的第一常开开关单元重新闭合，以使正常叶片的充电机恢复对故障叶片的后备电源的充电。

在第二方面的一些实施例中，该方法还包括：检测风力发电机组运行中所有叶片的后备电源的充电电压；判断是否存在任意一支叶片的后备电源的充电电压低于预设电压；若存在任意一支叶片的后备电源的充电电压低于预设电压，则向风力发电机组的主控控制器发出表示风力发电机组发生充电故障的报警信息。

第三方面，本发明实施例提供了一种风力发电机组，该风力发电机组包括如上所述的变桨系统的充电控制装置。

如上所述，本发明实施例中的变桨系统的充电控制装置设置了多个扩展单元和多个开关模块，通过扩展单元可以接通两支叶片之间的充电主路。当有充电机发生故障时，可以先确认发生故障的充电机所在的故障叶片，然后控制故障叶片和正常叶片之间的第一常开开关单元闭合，以使正常叶片的充电机能够对故障叶片的后备电源进行充电。

也就是说，本发明实施例利用了变桨系统的三支叶片各自具有独立控制系统和驱动系统的特性，当某一轴(叶片)的充电机出现问题时，可以由其余轴的充电机对故障充电机进行充电，从而实现变桨系统叶片间的多协互控功能。这样就不需要在存在任意一台充电机发生故障时都区执行紧急停机命令，一方面，能够避免因充电机故障频率较高而频繁停机造成的风力发电机组发电量的大量损失，另一方面，还能够保证风力发电机的后备电源的安全，进而能够保证风力发电机组的安全。

此外，本发明实施例中的变桨系统的充电控制装置不需要改变现有变桨系统的控制柜的架构，仅仅通过增加扩展导线和设置相应的接触器或者触点组，且充电控制器的功能既可以由变桨控制器，比如发生故障的充电机所在叶片或者正常叶片中的变桨控制器执行，也可以由风力发电机组的主控控制器执行，具有实现方式灵活的特点。

另外，本发明实施例的变桨系统的充电控制装置可以应用于不同类型的变桨系统，比如交流变桨系统或者直流变桨系统，具有广泛的应用前景。

附图说明

从下面结合附图对本发明实施例的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明实施例，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。

图1为本发明实施例提供的一支叶片的变桨系统的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的变桨系统的充电控制装置的结构示意图；

图3为本发明另一实施例提供的变桨系统的充电控制装置的结构示意图；

图4为本发明又一实施例提供的变桨系统的充电控制装置的结构示意图；

图5为本发明再一实施例提供的变桨系统的充电控制装置的结构示意图；

图6为本发明一实施例提供的变桨系统的充电控制方法的流程示意图；

图7为本发明另一实施例提供的变桨系统的充电控制方法的流程示意图；

图8为本发明又一实施例提供的变桨系统的充电控制方法的流程示意图；

图9为本发明再一实施例提供的变桨系统的充电控制方法的流程示意图。

附图标记说明：

101-电网输入侧；102-充电机；103-后备电源；104-变频器；

105-变桨电机；106-DC/DC电源；107-变桨控制器；

1021-充电机之一；1022-充电机之二；1023-充电机之三；

1031-后备电源之一；1032-后备电源之二；1033-后备电源之三；

K10-第二常闭开关单元之一(常闭触点)；

K11-第一常闭开关单元之一(常闭触点)；

K12-第一常开开关单元之一(常开触点)；

K100-第二正极常闭开关子单元；

K200-第二负极常闭开关子单元；

K111-第一正极常闭开关子单元；

K112-第一负极常闭开关子单元；

K211-第一正极常闭开关子单元；

K212-第一负极常闭开关子单元。

具体实施方式

下面将详细描述本发明实施例的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明实施例的全面理解。

本发明实施例提供一种变桨系统的充电控制装置和方法、风力发电机组，用于对变桨系统中的后备电源进行充电控制。采用本发明实施例中的技术方案，能够利用风力发电机组其他叶片中的充电机对已发生故障的充电机进行充电，不需要在任意一台充电机发生故障时就执行紧急停机命令，从而避免了因充电机故障频率较高而频繁停机造成的风力发电机组发电量的大量损失。

图1为本发明实施例提供的一支叶片的变桨系统的结构示意图。图1中示出的变桨系统包括电网输入侧101、充电机102、后备电源103、变频器104、变桨电机105、DC/DC电源106和变桨控制器107。其中：

电网输入侧101是充电机102的交流输入端，能够为充电机102提供电源。充电机102采用高频电源技术，能够动态进行充电调整，具有充电效率高、重量轻和体积小等优点。

具有上述结构的变桨系统在电网有电时，由充电机102为DC/DC电源106供电，使DC/DC电源106为变桨控制器107提供低压工作电流。变桨控制器107用于向变频器104发出频率控制信号。变频器104由充电机102供电，用于根据变桨控制器107发送的频率控制信号向变桨电机输出不同频率的驱动电流，以控制变桨电机105运行。同时充电机102还为后备电源103充电。

在电网无电时，由后备电源103为DC/DC电源106供电，使DC/DC电源106为变桨控制器107提供低压工作电流。变频器104也由后备电源103供电，用于根据变桨控制器107发送的频率控制信号向变桨电机输出不同频率的驱动电流，以控制变桨电机105运行。

通常，后备电源103采用超级电容或者蓄电池等储能装置，能够延长电路需要的电压以使电路持续正常工作一段时间。对于变桨系统而言，后备电源103的主要作用是：电网掉电后为变桨系统持续供电，使叶片能够收桨到安全位置。

图1中示出的上述各元器件之间的连接关系具体为：充电机102的正极、后备电源103的正极、DC/DC电源106的正极和变频器104的正极相连接，且交于节点A。充电机102的负极、后备电源103的负极、DC/DC电源106的负极和变频器104的负极相连接，且交于节点B。

结合图1中的变桨系统的结构，现有技术中的变桨系统的充电策略为：各支叶片上的充电机102仅为各自的后备电源103充电。风力发电机组的安全策略为：一旦检测到充电机102发生故障或者异常后，则控制风力发电机组执行停机操作，以防止因充电机102故障而影响风力发电机组的安全运行。

由于风力发电机组一支叶片上的充电机102发生故障，其他叶片的充电机102并未故障，因此本发明实施例从其他叶片协同充电的角度出发，对现有充电控制策略进行调整，修正上述一旦变桨控制器107检测到充电机102发生故障或者异常后，则控制变桨系统执行停机操作的冗余控制模式，避免风力发电机组发电量的巨大损失。

图2为本发明一实施例提供的变桨系统的充电控制装置的结构示意图。图2中示出了整合有三支叶片的变桨系统的充电控制装置，三支叶片的充电机编号分别为1021，1022和1023，三支叶片的后备电源编号分别为1031、1032和1033。每支叶片的充电机和后备电源可以连接形成充电主路。图2中示出的充电控制装置可以包括多个扩展单元、开关模块和充电控制器(未示出)。

其中，每个扩展单元连接两支叶片的充电主路。三支叶片两两相邻，构成了扩展单元C-D、D-E和E-C′(C′与C重合)，其中，C(C′)、D和E分别为三支叶片的充电主路和对应的扩展单元的节点。

开关模块包括多个第一常开开关单元，根据本发明的实施例，若将发生故障的充电机所在叶片作为故障叶片，则每个第一常开开关单元设置于该故障叶片和正常叶片之间的扩展单元上。如图2所示，以充电机1021所在叶片为故障叶片为例，可以在节点C和节点D之间的扩展单元上设置第一常开开关单元K12，或者，在节点C(C′)和节点E之间的扩展单元上设置第一常开开关单元K32。

其中，第一常开开关单元K12和第一常开开关单元K32的具体实现形式可以为具有电控功能的开关，比如交流接触器或者直流接触器等。在一个示例中，第一常开开关单元K12和第一常开开关单元K32可以为交流接触器或者直流接触器中的常开触点，即在不得电情况下处于断开状态，在得电情况下处于闭合状态。

本发明实施例中的充电策略为：

充电控制器确认发生故障的充电机所在的故障叶片，并控制故障叶片和正常叶片之间的第一常开开关单元闭合，以使正常叶片的充电机对故障叶片的后备电源进行充电。

为确认发生故障的充电机所在的故障叶片，该变桨系统的充电控制装置还可以包括充电状态监测器，用于监测每支叶片的充电机的充电状态，并将充电机处于故障状态的信号发送至充电控制器。

在一个优选示例中，充电控制器可以控制故障叶片,和与故障叶片沿顺时针或者逆时针的方向相邻的正常叶片之间的第一常开开关单元闭合。

以逆时针方向为例，参看图2，若充电机1021所在叶片作为故障叶片，则可以控制充电机1021所在故障叶片和充电机1022所在正常叶片之间的第一常开开关单元K12闭合。若充电机1022所在叶片作为故障叶片，则可以控制充电机1022所在故障叶片和充电机1023所在正常叶片之间的第一常开开关单元K22闭合。

在另一个示例中，参看图2，若充电机1021所在叶片为故障叶片，也可以控制充电机1021所在故障叶片和充电机1022所在正常叶片之间的第一常开开关单元K12和充电机1021所在故障叶片和充电机1023所在正常叶片之间的第一常开开关单元K32同时闭合或者交替闭合。以利用充电机1022和充电机1023同时对后备电源1031进行充电。

如上所述，本发明实施例中的变桨系统的充电控制装置设置了多个扩展单元和多个开关模块，通过扩展单元可以接通两支叶片之间的充电主路。当有充电机发生故障时，可以先确认发生故障的充电机所在的故障叶片，然后控制故障叶片和正常叶片之间的第一常开开关单元闭合，以使正常叶片的充电机能够对故障叶片的后备电源进行充电。

也就是说，本发明实施例利用了变桨系统的三支叶片各自具有独立控制系统和驱动系统的特性，当某一轴(叶片)的充电机出现问题时，可以由其余轴的充电机对故障充电机进行充电，从而实现变桨系统叶片间的多协互控功能。这样就不需要在存在任意一台充电机发生故障时都去执行紧急停机命令，一方面，能够避免因充电机故障频率较高而频繁停机造成的风力发电机组发电量的大量损失，另一方面，还能够保证风力发电机的后备电源的安全，进而能够保证风力发电机组的安全。

此外，本发明实施例中的变桨系统的充电控制装置不需要改变现有变桨系统的控制柜的架构，仅仅通过增加扩展导线和设置相应的接触器或者触点组，且充电控制器的功能既可以由变桨控制器，比如发生故障的充电机所在叶片或者正常叶片中的变桨控制器执行，也可以由风力发电机组的主控控制器执行，具有实现方式灵活的特点。

另外，本发明实施例的变桨系统的充电控制装置可以应用于不同类型的变桨系统，比如交流变桨系统或者直流变桨系统，具有广泛的应用前景。

为便于本领域技术人员理解，下面对本发明实施例的技术方案进行详细说明。

变桨系统的每个变桨控制柜(简称变桨柜)中设置有充电机和后备电源，本发明实施例的变桨系统的充电控制装置可以整合到各个变桨柜中。示例性地，可以将第一常开开关单元设置于发生故障的充电机所在故障叶片的变桨柜或者与正常叶片的控制柜中。这样就不需要在变桨系统的控制柜外边加装控制设备。

比如，可以将充电机1021、充电机1022和充电机1023对应的变桨柜分别作为变桨柜1、变桨柜2和变桨柜3，若充电机1021故障，则可以将充电机1021对应的第一常开开关单元K12设置在变桨柜1中，或者设置在变桨柜2中。

由于风力发电机在运行过程中三个变桨柜内的后备电源均需要充电，为提高变桨系统的充电效率，还可以为变桨系统设置循环充电方式。

在一个示例中，可以在正常叶片的充电机对故障叶片的后备电源持续充电的过程中，获取正常叶片的充电机对故障叶片的后备电源持续充电的第一时长t1，若第一时长t1达到预定时长t0，则控制故障叶片和正常叶片之间的第一常开开关单元断开，以使正常叶片的充电机恢复对正常叶片的后备电源的充电。接下来，获取正常叶片的充电机恢复对正常叶片的后备电源持续充电的第二时长t2，直到第二时长t2达到预定时长t0，控制故障叶片和正常叶片之间的第一常开开关单元重新闭合，以使正常叶片的充电机恢复对故障叶片的后备电源的充电，从而实现变桨柜2内的充电机1022对变桨柜1内的后备电源1031和变桨柜2内的后备电源1032的循环充电。

在另一个示例中，也可以在正常叶片的充电机对故障叶片的后备电源持续充电的过程中，监测正常叶片的充电机对故障叶片的后备电源充电的第一充电电压V1，若第一充电电压V1达到预定电压V0，则控制故障叶片和正常叶片之间的第一常开开关单元断开，以使正常叶片的充电机恢复对该正常叶片的后备电源的充电。接下来，获取正常叶片的充电机对正常叶片的后备电源充电的第一充电电压V2，直到第二充电电压V2达到预定电压V0，控制故障叶片和正常叶片之间的第一常开开关单元重新闭合，以使正常叶片的充电机恢复对故障叶片的后备电源的充电，从而实现变桨柜2内的充电机1022对变桨柜1内的后备电源1031和变桨柜2内的后备电源1032的循环充电。

根据本发明的实施例，还可以检测风力发电机组运行中所有叶片的后备电源的充电电压，判断是否存在任意一支叶片的充电电压低于预设电压，若存在任意一支叶片的充电电压低于预设电压，则向风力发电机组的主控控制器发出表示风力发电机组发生充电故障的报警信息。也就是说，可以时刻采集各个变桨柜内的后备电源的电压，如果某一轴的后备电源低于一设定值，则向风力发电机组的主控控制器发出表示风力发电机组发生充电故障的报警信息，以使风力发电机组及时执行停机操作，从而保证风力发电机组的安全运行。

图3为本发明另一实施例提供的变桨系统的充电控制装置的结构示意图。图3与图2的不同之处在于，图3中的开关模块还包括多个第一常闭开关单元。

每个第一常闭开关单元设置于对应充电主路和扩展单元之间的节点和对应后备电源之间的线路上。如图3所示，在与充电机1021对应的充电主路和扩展单元的节点C和后备电源1031之间设置有第一常闭开关单元K11；在与充电机1022对应的充电主路和扩展单元的节点D和后备电源1032之间设置有第一常闭开关单元K21；在与充电机1023对应的充电主路和扩展单元的节点E和后备电源1033之间设置有第一常闭开关单元K31。

其中，第一常闭开关单元K11、第一常闭开关单元K21和第一常闭开关单元K31的具体实现形式可以为接触器的常闭触点，用于在不得电情况下处于闭合状态，在得电情况下处于断开状态。

由于后备电源(尤其是超级电容)并联后，其容值、电压均会发生变化，如果由一个充电机为两个后备电源同时供电，会引起电路冲突或充电机故障。为避免发生电路冲突或充电机故障，充电控制器还可以在控制故障叶片和正常叶片之间的第一常开开关单元闭合的同时，控制正常叶片的第一常闭开关单元断开。

如图3所示，以充电机1021所在叶片为故障叶片为例，正常叶片的充电机1022既需要为后备电源1031供电，也需要为后备电源1032供电。当充电机1022为故障叶片的后备电源1031供电时，充电控制器可以在控制第一常开开关单元K12闭合的同时，控制第一常闭开关单元K21断开，以切断充电机1022和后备电源1032之间的连接，从而避免因充电机1022同时为后备电源1031和后备电源1032供电而引起的电路冲突或充电机故障。

需要说明的是，第一常闭开关单元K21和第一常开开关单元K12可以为一个接触器中的一组常闭触点和常开触点，也可以为分属于两个接触器中的常闭触点和常开触点。

若第一常闭开关单元K21和第一常开开关单元K12为一个接触器中的常开触点和常闭触点，则在未得电的情况下，第一常闭开关单元K21处于接通状态，即第一常开开关单元K12处于断开状态；在得电的情况下，常闭开关单元K21断开，即第一常开开关单元K12接通，如此设置，不仅能够提高充电控制器的控制效率，而且能够节约接触器的使用数量。

图4为本发明又一实施例提供的变桨系统的充电控制装置的结构示意图。图4与图3的不同之处在于，图4中的开关模块还包括多个第二常闭开关单元。

每个第二常闭开关单元设置于对应充电主路和扩展单元之间的节点和对应充电机之间的线路上。如图4所示，在充电机1021和节点C之间设置有第二常闭开关单元K10；在充电机1022和节点D之间设置有第二常闭开关单元K20；在充电机1023和节点E之间设置有第二常闭开关单元K30。

其中，第二常闭开关单元K10、第二常闭开关单元K20和第二常闭开关单元K30的具体实现形式可以为接触器的常闭触点，用于在不得电情况下处于闭合状态，在得电情况下处于断开状态。

由于发生故障的充电机的状态未知，有可能依然输出电流，或者内部断路，为避免因发生故障的充电机和正常充电机并联而引发的电路冲突，如图4所示，以充电机1021所在叶片为故障叶片为例，充电控制器可以在控制故障叶片和正常叶片之间的第一常开开关单元K12闭合的同时，控制故障叶片对应的第二常闭开关单元K10断开，从而断开充电机1021和后备电源1031之间的连接，避免因发生故障的充电机1021和正常充电机1022并联而引发的电路冲突。

图5为本发明再一实施例提供的变桨系统的充电控制装置的结构示意图。图5中示出了与图4中的充电控制装置的回路连接方式。即每个元器件上均有正负极接口，各元器件之间的连接线路均分为正极回路和负极回路。

如图5所示，每支叶片的充电主路包括正极充电主路和负极充电主路，以充电机1021所在叶片为例，正极充电主路分别与充电机1021的正极和后备电源1031的正极连接，负极充电主路分别与充电机1021的负极和后备电源1031的负极连接。

每个扩展单元包括正极扩展支路和负极扩展支路。作为举例，位于节点C1和节点D1之间的正极扩展支路连接了充电机1021所在叶片和充电机1022所在叶片之间的正极充电主路，位于节点C2和节点D2之间的负极扩展支路连接了充电机1021所在叶片和充电机1022所在叶片之间的负极充电主路。

每个第一常开开关单元包括第一正极常开开关子单元和第一负极常开开关子单元。如图5所示，充电机1021所在叶片的第一常开开关单元K12包括第一正极常开开关子单元K121和第一负极常开开关子单元K122。

作为一种充电控制方式，以充电机1021发生故障为例，根据本发明的实施例，充电控制器可以控制第一正极常开开关子单元K121闭合，及控制第一负极常开开关子单元K122闭合，以接通充电机1022和后备电源1031之间的线路，使充电机1022对充电机1021所在叶片的后备电源1031进行充电。

每个第一常闭开关单元包括第一正极常闭开关子单元和第一负极常闭开关子单元。如图5所示，充电机1022所在叶片的第一常闭开关单元K21包括第一正极常闭开关子单元K211和第一负极常闭开关子单元K212。

作为另一种充电控制方式，以充电机1021发生故障为例，根据本发明的实施例，充电控制器可以在控制第一正极常开开关子单元K121闭合和控制第一负极常开开关子单元K122闭合的同时，控制第一正极常闭开关子单元K211打开和控制第一负极常闭开关子单元K212打开，以断开充电机1022和后备电源1032之间的线路，从而避免因后备电源1031和后备电源1032并联而引起的电路冲突或者充电机故障。

每个第二常闭开关单元包括第二正极常闭开关子单元和第二负极常闭开关子单元。如图5所示，充电机1021所在叶片的第二常闭开关单元K10包括第二正极常闭开关子单元K100和第二负极常闭开关子单元K200。

作为又一种充电控制方式，以充电机1021发生故障为例，根据本发明的实施例，充电控制器还可以在控制第一正极常开开关子单元K121闭合和控制第一负极常开开关子单元K122闭合的同时，控制第二正极常闭开关子单元K100打开和控制第二负极常闭开关子单元K200打开，以断开充电机1021和后备电源1031之间的线路，从而避免因充电机1021故障后依然有电流流出而引发的电路冲突。

作为再一种充电控制方式，以充电机1021发生故障为例，根据本发明的实施例，充电控制器还可以同时控制第一正极常开开关子单元K121闭合、控制第一负极常开开关子单元K122闭合、控制第一正极常闭开关子单元K211打开、控制第一负极常闭开关子单元K212打开、控制第二正极常闭开关子单元K100打开和控制第二负极常闭开关子单元K200打开，以同时接通充电机1022和后备电源1031之间的线路、断开充电机1022和后备电源1032之间的线路，及断开充电机1021和后备电源1031之间的线路，从而避免使充电机1022对充电机1021所在叶片的后备电源1031进行充电的同时，由于因后备电源1031和后备电源1032并联而引起的电路冲突或者充电机故障和因充电机1021故障后依然有电流流出而引发的电路冲突。

在一个示例中，第一正极常开开关子单元K121、第一正极常闭开关子单元K211可以由同一接触器的第一组常开触点和常闭触点实现，第一负极常开开关子单元K122和第一负极常闭开关子单元K212由同一接触器的第二组常开触点和常闭触点实现。

在另一个示例中，第一正极常开开关子单元K121、第一正极常闭开关子单元K211可以由第一接触器的常开触点和常闭触点实现，第一负极常开开关子单元K122和第一负极常闭开关子单元K212由第二接触器的常开触点和常闭触点实现。

为便于本领域技术人员理解本发明实施例中的技术方案，下面结合图3对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。

如图4和图5所示，充电机1021、充电机1022和充电机1023分别是三个变桨柜中的充电机，后备电源1031、后备电源1032和后备电源1033分别是三个变桨柜中的充电机。常闭触点K11、常闭触点K21、常闭触点K31分别是三个变桨柜内的接触器的常闭触点。多协触点(即常开触点)K12、多协触点K22、多协触点K32分别是三个变桨柜内的接触器的多协触点。

其中，常闭触点K21与多协触点K12可以是同一个接触器的触点，常闭触点K31与多协触点K22可以是同一个接触器的触点，常闭触点K11与多协触点K32可以是同一个接触器的触点。

常闭触点K10、常闭触点K20、常闭触点K30分别是另外三个接触器的触点，且三个接触器分别位于三个变桨柜内。

本发明实施例中的变桨系统的充电控制装置的接线方式为：将三个变桨柜的充电机输出端通过接触器的多协触点按相序依次连接。接触器可以由变桨控制柜内的变桨控制器进行控制，也可以由正常的变桨控制柜进行控制、还可以由充电机发生故障的变桨控制柜进行控制。

本发明实施例中的变桨系统的在正常模式运行时，常闭触点K11、常闭触点K21、常闭触点K31、常闭触点K10、常闭触点K20、常闭触点K30均闭合，多协触点K12、多协触点K22、多协触点K32均断开，此时，充电机1021为后备电源1031充电，充电机1022为后备电源1032充电，充电机1023为后备电源1033充电，且彼此互不影响，保证后备电源的能量。

当某一轴的充电机发生故障时，则开始启动本发明实施例中的变桨系统的启动控制装置。示例性地，可以通过变桨控制器对充电机的数字量反馈信号以及充电机输出的充电电流进行检测，确认充电机是否发生故障。

若变桨控制器检测到充电机1021发生故障，则该变桨柜中的变桨控制器常闭触点K10对应的接触器吸合，断开常闭触点K10，同时另一个变桨柜体内的变桨控制器控制常闭触点K21、多协触点K12对应的接触器得电，则常闭触点K21，多协触点K12闭合，同时控制常闭触点K11不动作仍为接通状态，此时充电机1022开始为后备电源1021充电，同时充电机1021与后备电源1031之间的连接断开，充电机1022与后备电源1032的连接断开。

其中，断开常闭触点K10的意义在于：由于充电机1021故障后，其故障状态未知，可能依然有电流输出，甚至发生内部断路，此时如果直接将充电机1022与充电机1021并联，可能会引发电路冲突。

断开常闭触点K21的意义在于：由于后备电源(尤其是超级电容)并联后，其容值、电压均会发生变化，如果由一个充电机1022为后备电源1031和后备电源1032供电，也会引起电路冲突或充电机故障。

接通多协触点K12的意义在于：建立起充电机1022与后备电源1031之间的输电线路。

根据本发明的实施例，若某一变桨柜中的充电机出现故障时，正常变桨柜的充电机可为故障变桨柜内的后备电源充电，以保证变桨故障柜内的后备电源的能量，从而保证风力发电机的安全。本发明实施例中的变桨系统的充电控制装置共使用了6个接触器，具有成本低的优点，且由于默认状态下接触器为常闭触点，还具有可靠性高的优点。

具体实施时，也可以将变桨柜2中的靠近后备电源一侧的触点组中的一个触点接到变桨柜1中，同理，将变桨柜3中的靠近后备电源一侧的触点组中的一个触点接到变桨柜2中，将变桨柜1中的靠近后备电源一侧的触点组中的一个触点接到变桨柜3中。

由于变桨柜2内的触点信号只接入到变桨柜1内，而没有接入到变桨柜3内，所以变桨柜3内的多协接触器不会动作，一方面，从硬件上保证了充电控制的逻辑性。另一方面，变桨柜2中的常闭触点K10断开，即变桨柜1中的多协触点K12接通，使得变桨柜之间能够实现自动交互控制。

图6为本发明一实施例提供的变桨系统的充电控制方法的结构示意图。如图6所示，该变桨系统的充电控制方法包括步骤601至步骤602。

在步骤601中，确认发生故障的充电机所在的故障叶片。

在步骤602中，控制故障叶片和正常叶片之间的第一常开开关单元闭合，以使正常叶片的充电机对故障叶片的后备电源进行充电。

在一个示例中，可以控制故障叶片和正常叶片之间的第一常开开关单元闭合，以使正常叶片的充电机对故障叶片的后备电源进行充电。

图7为本发明另一实施例提供的变桨系统的充电控制方法的结构示意图。图7与图6的不同之处在于，在图6中的步骤602之后，该变桨系统的充电控制方法包括图7中的步骤603至步骤606，用于为变桨系统的后备电源执行循环充电。

在步骤603中，获取正常叶片的充电机对故障叶片的后备电源持续充电的第一时长。

在步骤604中，若第一时长达到预定时长，则控制故障叶片和正常叶片之间的第一常开开关单元断开，以使正常叶片的充电机恢复对正常叶片的后备电源的充电。

在步骤605中，获取正常叶片的充电机恢复对正常叶片的后备电源持续充电的第二时长；

在步骤606中，判断第二时长是否达到预定时长。若第二时长达到预定时长，则返回执行步骤602；若第二时长达到预定时长，则继续执行步骤606。

图8为本发明又一实施例提供的变桨系统的充电控制方法的结构示意图。图8与图6的不同之处在于，图8中的步骤还包括步骤607至步骤609，以保证风力发电机组的安全运行。

在步骤607中，检测风力发电机组运行中所有叶片的后备电源的充电电压。

在步骤608中，判断是否存在任意一支叶片的充电电压低于预设电压。若存在任意一支叶片的充电电压低于预设电压，则执行步骤609。若存在任意一支叶片的充电电压低于预设电压，则继续执行步骤608。

在步骤609中，向风力发电机组的主控控制器发出表示风力发电机组发生充电故障的报警信息。

图9为本发明再一实施例提供的变桨系统的充电控制方法的结构示意图。图9与图6的不同之处在于，图6中的步骤602可细化为图9中的步骤6021、步骤6022或者步骤6023。

在步骤6021中，控制故障叶片和正常叶片之间的第一常开开关单元闭合，并控制正常叶片的第一常闭开关单元断开，以使正常叶片的充电机对故障叶片的后备电源进行充电，及避免由于后备电源并联后引起的电路冲突或者充电机故障。

在步骤6022中，控制故障叶片和正常叶片之间的第一常开开关单元闭合，并控制故障叶片的第二常闭开关单元断开，以使正常叶片的充电机对故障叶片的后备电源进行充电，及避免由于充电机故障后依然有电流流出而引发的电路冲突。

在步骤6023中，控制故障叶片和正常叶片之间的第一常开开关单元闭合，并控制正常叶片的第一常闭开关单元断开，及控制故障叶片的第二常闭开关单元断开，以使正常叶片的充电机对故障叶片的后备电源进行充电，同时避免由于后备电源并联后引起的电路冲突或者充电机故障和避免由于充电机故障后依然有电流流出而引发的电路冲突。

本发明实施例还提供一种风力发电机组，该风力发电机组包括如上所述的变桨系统的充电控制装置。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于装置实施例而言，相关之处可以参见方法实施例的说明部分。本发明实施例并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。本领域的技术人员可以在领会本发明实施例的精神之后作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明实施例的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。

本发明实施例可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明实施例的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明实施例的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明实施例的范围之中。

Claims (17)

1.一种变桨系统的充电控制装置，其特征在于，所述装置包括：

多个扩展单元，每支叶片的充电机和后备电源连接形成充电主路，每个扩展单元连接两支叶片的充电主路；

开关模块，所述开关模块包括多个第一常开开关单元，若将发生故障的充电机所在的叶片作为故障叶片，则每个第一常开开关单元设置于所述故障叶片和正常叶片之间的扩展单元上；

充电控制器，所述充电控制器用于确认发生故障的充电机所在的故障叶片，并控制所述故障叶片和所述正常叶片之间的第一常开开关单元闭合，以使所述正常叶片的充电机对所述故障叶片的后备电源进行充电。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述充电控制器还用于，控制所述故障叶片和与所述故障叶片顺时针或者逆时针的方向相邻的正常叶片之间的第一常开开关单元闭合。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述开关模块还包括多个第一常闭开关单元，每个第一常闭开关单元设置于对应充电主路和扩展单元之间的节点和对应后备电源之间的线路上；

所述充电控制器，还用于在控制所述故障叶片和所述正常叶片之间的第一常开开关单元闭合的同时，控制所述正常叶片的第一常闭开关单元断开。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述开关模块还包括多个第二常闭开关单元，每个第二常闭开关单元设置于对应充电主路和扩展单元之间的节点和对应充电机之间的线路上；

所述充电控制器，还用于在控制所述故障叶片和所述正常叶片之间的第一常开开关单元闭合的同时，控制所述故障叶片的第二常闭开关单元断开。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器还用于，

获取所述正常叶片的充电机对所述故障叶片的后备电源持续充电的第一时长；

若所述第一时长达到预定时长，则控制所述故障叶片和所述正常叶片之间的第一常开开关单元断开，以使所述正常叶片的充电机恢复对所述正常叶片的后备电源的充电；

获取所述正常叶片的充电机对所述正常叶片的后备电源持续充电的第二时长；

直到所述第二时长达到所述预定时长，控制所述故障叶片和所述正常叶片之间的第一常开开关单元重新闭合，以使所述正常叶片的充电机恢复对所述故障叶片的后备电源的充电。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述充电控制器还用于，

检测风力发电机组运行中所有叶片的后备电源的充电电压；

判断是否存在任意一支叶片的后备电源的充电电压低于预设电压；

若存在任意一支叶片的后备电源的充电电压低于所述预设电压，则向所述风力发电机组的主控控制器发出表示所述风力发电机组发生充电故障的报警信息。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一常开开关单元为交流接触器或者直流接触器，所述交流接触器或者直流接触器的常开触点设置于所述故障叶片和所述正常叶片之间的扩展单元上。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

每支叶片的充电主路包括正极充电主路和负极充电主路，所述正极充电主路分别与所述充电机的正极和所述后备电源的正极连接，所述负极充电主路分别与所述后备电源的负极连接；

每个扩展单元包括正极扩展支路和负极扩展支路，每条正极扩展支路连接两支叶片的正极充电主路，每条负极扩展支路连接两支叶片的负极充电主路；

每个第一常开开关单元包括第一正极常开开关子单元和第一负极常开开关子单元，所述第一正极常开开关单元设置于所述故障叶片和所述正常叶片之间的正极扩展支路上，所述第一负极常开开关单元设置于所述故障叶片和所述正常叶片之间的负极扩展支路上；

所述充电控制器，还用于确认发生故障的充电机所在的故障叶片，并控制所述故障叶片和所述正常叶片之间的第一正极常开开关子单元和第一负极常开开关子单元闭合，以使所述正常叶片的充电机对所述故障叶片的后备电源进行充电。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括多个变桨控制柜，每支叶片上设置有一个变桨控制柜；

所述第一常开开关单元设置于所述故障叶片的变桨控制柜或者所述正常叶片的变桨控制柜中。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括充电状态监测器，用于监测每支叶片的充电机的充电状态，并将所述充电机处于故障状态的信号发送至所述充电控制器。

11.一种变桨系统的充电控制方法，用于如权利要求1-10任意一项所述的变桨系统的充电控制装置，其特征在于，所述方法包括：

确认发生故障的充电机所在的故障叶片；

控制所述故障叶片和所述正常叶片之间的第一常开开关单元闭合，以使所述正常叶片的充电机对所述故障叶片的后备电源进行充电。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述控制所述故障叶片和所述正常叶片之间的第一常开开关单元闭合，包括：

控制所述故障叶片和与所述故障叶片顺时针或者逆时针的方向相邻的正常叶片之间的第一常开开关单元闭合。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述开关模块还包括多个第一常闭开关单元，每个第一常闭开关单元设置于对应充电主路和扩展单元之间的节点和对应后备电源之间的线路上；

在所述控制所述故障叶片和所述正常叶片之间的第一常开开关单元闭合的同时，所述方法还包括：

控制所述正常叶片的第一常闭开关单元断开。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述开关模块还包括多个第二常闭开关单元，每个第二常闭开关单元设置于对应充电主路和所述充电机之间的节点和对应充电机之间的线路上；

在所述控制所述故障叶片和所述正常叶片之间的第一常开开关单元闭合的同时，所述方法还包括：

控制所述故障叶片的第二常闭开关单元断开。

15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述正常叶片的充电机对所述故障叶片的后备电源进行充电的过程中，所述方法还包括：

获取所述正常叶片的充电机对所述故障叶片的后备电源持续充电的第一时长；

若所述第一时长达到预定时长，则控制所述故障叶片和所述正常叶片之间的第一常开开关单元断开，以使所述正常叶片的充电机恢复对所述正常叶片的后备电源的充电；

获取所述正常叶片的充电机恢复对所述正常叶片的后备电源持续充电的第二时长；

直到所述第二时长达到所述预定时长，控制所述故障叶片和所述正常叶片之间的第一常开开关单元重新闭合，以使所述正常叶片的充电机恢复对所述故障叶片的后备电源的充电。

16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

检测风力发电机组运行中所有叶片的后备电源的充电电压；

判断是否存在任意一支叶片的后备电源的充电电压低于预设电压；

若存在任意一支叶片的后备电源的充电电压低于所述预设电压，则向所述风力发电机组的主控控制器发出表示所述风力发电机组发生充电故障的报警信息。

17.一种风力发电机组，其特征在于，包括如权利要求1-10任意一项所述的变桨系统的充电控制装置。