CN114243891A - 一种风机变桨系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种风机变桨系统及其控制方法，其中，该系统包括：第一电池组、用于测量和控制电池组的电池管理系统、用于将交流转换为直流的交流‑直流变换器和用于控制变桨电机的变桨控制器；第一电池组的第一端与交流电源正极连接，第一电池组的第二端与交流电源负极连接，第一电池组的第三端与电池管理系统一端连接；电池管理系统的另一端与变桨控制器的第一端连接；交流‑直流变换器的第一端与交流电源正极连接，交流‑直流变换器的第二端与交流电源负极连接；交流‑直流变换器的第三端与电池管理系统一端连接；变桨控制器的第二端与交流电源的正极连接，变桨控制器的第三端与交流电源的负极连接。

Description

一种风机变桨系统及其控制方法
技术领域
本申请涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种风机变桨系统及其控制方法。
背景技术
传统的风电机组变桨系统采用铅酸蓄电池作为主供电源和备用电源，受到铅酸电池的倍率和容量特性限制，传统的风电机组每个桨叶需要单独配套一组变桨系统电源储能设备，一台风机需要配套3组相同容量的储能设备才能满足应急时的备用。可见，现有技术中的风机变桨系统储能设备存在充放电倍率小以及容量小的技术问题。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种风机变桨系统及其控制方法，解决了现有技术中风机变桨系统储能设备充放电倍率小以及容量小的技术问题。具体技术方案如下：
本申请提供了一种风机变桨系统，所述系统包括：第一电池组、用于测量和控制电池组的电池管理系统、用于将交流转换为直流的交流-直流变换器和用于控制变桨电机的变桨控制器；其中，第一电池组包括多个串联的钛酸锂电池；第一电池组的第一端与交流电源正极连接，第一电池组的第二端与交流电源负极连接，第一电池组的第三端与电池管理系统一端连接；电池管理系统的另一端与变桨控制器的第一端连接；交流-直流变换器的第一端与交流电源正极连接，交流-直流变换器的第二端与交流电源负极连接；交流-直流变换器的第三端与电池管理系统一端连接；变桨控制器的第二端与交流电源的正极连接，变桨控制器的第三端与交流电源的负极连接。
本申请还提供了一种对风机变桨系统进行控制的方法，该方法包括：确定所述交流电源是否供电正常；在所述交流电源供电异常的情况下，控制所述第一电池组包括多个串联的钛酸锂电池向所述风机变桨系统供电。
本申请实施例提供的风机变桨系统，通过第一电池组、用于测量和控制电池组的电池管理系统、用于将交流转换为直流的交流-直流变换器和用于控制变桨电机的变桨控制器；其中，第一电池组包括多个串联的钛酸锂电池；第一电池组的第一端与交流电源正极连接，第一电池组的第二端与交流电源负极连接，第一电池组的第三端与电池管理系统一端连接；电池管理系统的另一端与变桨控制器的第一端连接；交流-直流变换器的第一端与交流电源正极连接，交流-直流变换器的第二端与交流电源负极连接；交流-直流变换器的第三端与电池管理系统一端连接；变桨控制器的第二端与交流电源的正极连接，变桨控制器的第三端与交流电源的负极连接；也就是说，利用充放电倍率大、容量大、可靠性高的钛酸锂电池替代铅酸电池，从而解决了现有技术中风机变桨系统储能设备充放电倍率小以及容量小的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本申请实施例中风机变桨系统结构示意图之一；
图2为本申请实施例中风机变桨系统结构示意图之二；
图3为本申请实施例中风机变桨系统结构示意图之三；
图4为本申请实施例中风机变桨系统结构示意图之四；
图5为本申请实施例中控制风机变桨系统的方法流程图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述地实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“单元”的后缀仅为了有利于本申请的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。本申请实施例提供了一种风机变桨系统，如图1所示，该系统包括：第一电池组、用于测量和控制电池组的电池管理系统、用于将交流转换为直流的交流-直流变换器和用于控制变桨电机的变桨控制器；其中，第一电池组包括多个串联的钛酸锂电池；
第一电池组的第一端与交流电源正极连接，第一电池组的第二端与交流电源负极连接，第一电池组的第三端与电池管理系统一端连接；电池管理系统的另一端与变桨控制器的第一端连接；
交流-直流变换器的第一端与交流电源正极连接，交流-直流变换器的第二端与交流电源负极连接；交流-直流变换器的第三端与电池管理系统一端连接；
变桨控制器的第二端与交流电源的正极连接，变桨控制器的第三端与交流电源的负极连接。
其中，需要说明的是，第一电池组包括多个串联的钛酸锂电池，钛酸锂电池相比传统的铅酸电池具有充放电倍率大、容量大、可靠性高、安装维护成本低等优点；变桨系统通过控制风力发电机叶片的迎风角度，控制输出扭矩和功率，从而控制风力发电机的输出功率，使得风力发电机输出功率保持最佳功率曲线；变桨系统必须配备电池组，以确保当机组发生重大事故，例如交流电源断电时，变桨系统仍可以通过电池组供电保证风力发电机叶片可以顺桨到90度限位位置，实现风力发电机安全停机。
通过本申请实施例的上述系统，通过第一电池组、用于测量和控制电池组的电池管理系统、用于将交流转换为直流的交流-直流变换器和用于控制变桨电机的变桨控制器；其中，第一电池组包括多个串联的钛酸锂电池；第一电池组的第一端与交流电源正极连接，第一电池组的第二端与交流电源负极连接，第一电池组的第三端与电池管理系统一端连接；电池管理系统的另一端与变桨控制器的第一端连接；交流-直流变换器的第一端与交流电源正极连接，交流-直流变换器的第二端与交流电源负极连接；交流-直流变换器的第三端与电池管理系统一端连接；变桨控制器的第二端与交流电源的正极连接，变桨控制器的第三端与交流电源的负极连接。可见，在本申请实施例中第一电池组包括多个串联的钛酸锂电池，钛酸锂电池相比传统的铅酸电池具有充放电倍率大、容量大的特点，从而解决了现有技术中风机变桨系统储能设备充放电倍率小以及容量小的技术问题。
在本申请实施例的可选实施方式中，本申请实施例提供的风机变桨系统，如图2所示，包括：第二电池组；其中，第二电池组包括多个串联的钛酸锂电池；
第二电池组的第一端与交流电源正极连接，第二电池组的第二端与交流电源负极连接，第二电池组的第三端与电池管理系统一端连接。
其中,需要说明的是，在交流电源断电或第一电池组发生故障的情况下，第二电池组作为备用电源向变桨系统供电，以确保风力发电机叶片可以顺桨到90度限位位置，实现风力发电机安全停机。
可见，本申请实施例提供的风机变桨系统具备备用电源，在交流电源断电或第一电池组发生故障的情况下，仍可保证风力发电机安全停机。
在本申请实施例的可选实施方式中，本申请实施例提供的风机变桨系统的电池管理系统，如图3所示，包括：第一数据采集单元、第二数据采集单元和控制电路；
第一数据采集单元的一端与第一电池组的第三端连接，第一数据采集单元的另一端与控制电路的第一端连接；
第二数据采集单元的一端与第二电池组的第三端连接，第二数据采集单元的另一端与控制电路的第一端连接；
控制电路的第二端与交流-直流变换器的第三端连接；
控制电路的第三端与变桨控制器的第三端连接。
其中，需要说明的是，电池管理系统(Battery Management System，简称BMS)用于管理及维护各个电池单元，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态；第一数据采集单元和第二数据采集单元用于采集充放电过程中电池组的电池信息，控制电路用于根据采集到的电池信息对电池组进行管理。
可见，本申请实施例提供的风机变桨系统具有防止电池出现过充电和过放电的电池管理系统，无需实时监测即可保证电池组的可靠性。
在本申请实施例的可选实施方式中，本申请实施例提供的风机变桨系统的第一电池组，如图4所示，包括：4个36串的电池模组、1个12串的电池模组；其中，36串的电池模组与12串的电池模组串联；36串的电池模组包括36个串联的逻辑单体电池；12串的电池模组包括12个串联的逻辑单体电池。
其中，需要说明的是，单体电池可以是2.3V/9Ah的圆柱钛酸锂电池，4个36串的电池模组和1个12串的电池模组串联组成358.8V/9Ah/3.2292kWh的电池系统；1个12串的电池模组和1个36串的电池模组共同对应1个从控模块(简称BSU)，另外3个36串的电池模组分别对应1个从控模块。
可见，本申请实施例提供的风机变桨系统的储能系统为钛酸锂电池组成的358.8V/9Ah/3.2292kWh的电池系统。
在本申请实施例的可选实施方式中，本申请实施例提供的风机变桨系统的第二电池组，如图4所示，包括：4个36串的电池模组、1个12串的电池模组；其中，36串的电池模组与12串的电池模组串联；36串的电池模组包括36个串联的逻辑单体电池；12串的电池模组包括12个串联的逻辑单体电池。
其中，需要说明的是，单体电池可以是2.3V/9Ah的圆柱钛酸锂电池，4个36串的电池模组和1个12串的电池模组串联组成358.8V/9Ah/3.2292kWh的电池系统；1个12串的电池模组和1个36串的电池模组共同对应1个从控模块(简称BSU)，另外3个36串的电池模组分别对应1个从控模块。
可见，本申请实施例提供的风机变桨系统的储能系统为钛酸锂电池组成的358.8V/9Ah/3.2292kWh的电池系统。
本申请实施例提供的风机变桨系统，如图4所示，包括：二次配电系统；
二次配电系统包括直流变换电源；直流变换电源用于向二次设备供电；
直流变换电源的两端分别与第一电池组的正负极连接。
其中，需要说明的是，直流变换电源将第一电池组或第二电池组的358.8V高压电变换为24V低压电向二次设备供电。
可见，本申请实施例所提供的风机变桨系统具有用于监察、测量、控制、保护、调节一次配电系统的二次配电系统。
本申请实施例提供的风机变桨系统，如图4所示，二次设备包括：充放电控制器、电流测量与保护器件；其中，充放电机控制器与第一电池组串联，电流测量与保护器件与第一电池组串联。
其中，需要说明的是，充放电控制器包括二级管和充放电继电器；充放电控制器用于接通、分断和承载额定工作电流和过载故障电流，在风机变桨系统发生过流、过压、过温、欠压等问题的情况下，由BMS主控迅速分断电路，对风机变桨系统进行可靠的保护；电流测量与保护器件用于进行短路保护与电池组电流测量。
可见，本申请实施例所提供的风机变桨系统，可以在风机变桨系统出现短路或过电流等问题时，迅速断开电路，保护风机变桨系统。
本申请实施例提供的风机变桨系统，如图4所示，电流测量与保护器件包括：熔断器和分流器。
其中，需要说明的是，分流器用于测量直流电流；熔断器用于在当电流超过规定值的情况下，以本身产生的热量使熔体熔断，断开电路。
可见，本申请实施例所提供的风机变桨系统，可以在风机变桨系统出现短路或过电流等问题时，迅速断开电路，保护风机变桨系统。
基于上述图1至图4中的风机变桨系统，本申请实施例还提供了一种基于上述风机变桨系统的控制方法，如图5所示，该方法包括：
步骤502，确定交流电源是否供电正常；
步骤504，在交流电源供电异常的情况下，控制第一电池组包括多个串联的钛酸锂电池向风机变桨系统供电。
步骤506，在交流电源和第一电池组均供电异常的情况下，控制第二电池组包括多个串联的钛酸锂电池向风机变桨系统供电。
通过上述步骤502至步骤506，当交流断电或任一一组电池故障的情况下，该储能系统均能向负载变浆系统提供稳定可靠的备用电源，通过变浆系的控制驱动器使桨片归零位，使风机停止运行，实现变浆功能。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同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。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种风机变桨系统，其特征在于，所述风机变桨系统包括第一电池组、用于测量和控制电池组的电池管理系统、用于将交流转换为直流的交流-直流变换器和用于控制变桨电机的变桨控制器；其中，所述第一电池组包括多个串联的钛酸锂电池；
所述第一电池组的第一端与交流电源正极连接，所述第一电池组的第二端与交流电源负极连接，所述第一电池组的第三端与所述电池管理系统一端连接；所述电池管理系统的另一端与所述变桨控制器的第一端连接；
所述交流-直流变换器的第一端与交流电源正极连接，所述交流-直流变换器的第二端与交流电源负极连接；所述交流-直流变换器的第三端与所述电池管理系统一端连接；
所述变桨控制器的第二端与所述交流电源的正极连接，所述变桨控制器的第三端与所述交流电源的负极连接。
2.根据权利要求1所述的风机变桨系统，其特征在于，所述系统还包括：第二电池组；其中，所述第二电池组包括多个串联的钛酸锂电池；
所述第二电池组的第一端与交流电源正极连接，所述第二电池组的第二端与交流电源负极连接，所述第二电池组的第三端与所述电池管理系统一端连接。
3.根据权利要求2所述的风机变桨系统，其特征在于，所述电池管理系统包括：第一数据采集单元、第二数据采集单元和控制电路；
第一数据采集单元的一端与第一电池组的第三端连接，所述第一数据采集单元的另一端与所述控制电路的第一端连接；
所述第二数据采集单元的一端与第二电池组的第三端连接，所述第二数据采集单元的另一端与所述控制电路的第一端连接；
所述控制电路的第二端与所述交流-直流变换器的第三端连接；
所述控制电路的第三端与所述变桨控制器的第三端连接。
4.根据权利要求1所述的风机变桨系统，其特征在于，所述第一电池组包括：4个36串的电池模组、1个12串的电池模组；其中，所述36串的电池模组与所述12串的电池模组串联；所述36串的电池模组包括36个串联的逻辑单体电池；所述12串的电池模组包括12个串联的逻辑单体电池。
5.根据权利要求2所述的风机变桨系统，其特征在于，所述第二电池组包括：4个36串的电池模组、1个12串的电池模组；其中，所述36串的电池模组与所述12串的电池模组串联；所述36串的电池模组包括36个串联的逻辑单体电池；所述12串的电池模组包括12个串联的逻辑单体电池。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：二次配电系统；所述二次配电系统包括直流变换电源；所述直流变换电源用于向二次设备供电；
所述直流变换电源的两端分别与所述第一电池组的正负极连接。
7.根据权利要求6所述的风机变桨系统，其特征在于，所述二次设备包括：充放电控制器、电流测量与保护器件；
所述充放电机控制器与所述第一电池组串联，所述电流测量与保护器件与所述第一电池组串联。
8.根据权利要求7所述的风机变桨系统，其特征在于，所述电流测量与保护器件包括：熔断器和分流器。
9.一种基于权利要求1至8中任一项的风机变桨系统的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
确定所述交流电源是否供电正常；
在所述交流电源供电异常的情况下，控制所述第一电池组包括多个串联的钛酸锂电池向所述风机变桨系统供电。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述交流电源和所述第一电池组均供电异常的情况下，控制所述第二电池组包括多个串联的钛酸锂电池向所述风机变桨系统供电。
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