CN201893599U

CN201893599U - 一种风力发电机组变桨备用电源系统

Info

Publication number: CN201893599U
Application number: CN2010202976650U
Authority: CN
Inventors: 陶学军; 赵瑞杰; 李朝锋; 张举良; 刘德林; 胡剑生; 杨银锴; 初永刚
Original assignee: Xuji Group Co Ltd; XJ Electric Co Ltd
Current assignee: Xuji Group Co Ltd; XJ Electric Co Ltd
Priority date: 2010-08-19
Filing date: 2010-08-19
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2020-08-19

Abstract

本实用新型涉及一种风力发电机组变桨备用电源系统，包括用于储能的超级电容器组和对其充放电的充放电电路，所述充放电电路包括充电支路和放电支路，充电支路包括一个充电继电器触头，与之串联的至少一个常设电阻和至少一个可投切电阻，每个可投切电阻两端均并接有对应投切继电器的触头，所述充电支路与超级电容器组串联形成的电路接设在正负直流母线之间；放电支路由一个放电继电器的触头与至少一个与之串联的限流电阻构成，放电支路接在超级电容器组两端；所述充放电电路还包括一个设置在超级电容器组和直流母线之间的馈电支路。上述风电变桨备用电源系统，电路结构简单、控制灵活、可靠性高，还能减少电磁干扰。

Description

一种风力发电机组变桨备用电源系统

技术领域

本实用新型涉及一种风力发电变桨系统备用电源充放电系统。

背景技术

变桨系统又称变桨距系统，是指通过控制技术改变叶片桨距角以提高风能效率和获得最佳能量输出的系统。电网电压是变桨距系统稳定运行的关键，而电网电压会发生掉电、跌落等现象。为了防止来自电网的电压掉电或跌落，变桨系统需要加装备用电源。当电网电压掉电时由备有电源给变桨距系统提供能量来支撑变桨复位、风机停机的一系列操作，使变桨距系统稳定运行一段时间，以保证风机的安全。

备用电源储能装置一般采用蓄电池和超级电容器。在风电刚起步阶段，由于蓄电池具有能量密度高、原材料丰富、成本低廉、制造技术成熟、可以大规模生产等优点，备有电源采用蓄电池储能。但蓄电池在使用过程中的一些缺点例如寿命短、功率密度小、蓄电池能量管理复杂、充放电效率低、维护成本高等被逐步暴露。而超级电容相对蓄电池具有无可比拟的优越性。

超级电容器优点包括：1）充放电速度快，容量大。超级电容器能够瞬间释放巨大的能量，在系统突然断电时，在极短时间内为系统提供能量；2）寿命长、免维护；3）工作温度范围宽，而且绿色环保；4）能够安全放电，安装简单，结构紧凑，不易老化等。超级电容器的这些优点使得它非常适合作为变桨系统后备电源储能装置。

当前，作为变桨系统后备电源的超级电容器，其充放电电路大多采用BUCK-BOOST电路拓扑。公开号为CN101252290A的中国专利公开了一种采用包括：高频开关器件、电解电容、电感、电压电流传感器等、信号采样电路、A/D转换电路、控制电路、隔离驱动电路等电路元件的超级电容充放电电路，该电路拓扑结构复杂、电路元件繁多，而且采用功率开关器件使控制电路更加复杂，如果电路设计不理想，容易引起开关器件损坏，因而实现起来比较困难。而如何设计一种充放电结构简单、控制灵活、高效的充放电控制系统成为当下急需解决的难题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种风力发电机组变桨备用电源系统，用以解决现有技术中电路复杂，可靠性差以及充电效率低的问题。

为实现上述目的，本实用新型的一种方案是：一种风力发电机组变桨备用电源系统，所述充放电电路包括充电支路和放电支路，充电支路包括一个充电继电器触头，与之串联的至少一个常设电阻和至少一个可投切电阻，每个可投切电阻两端均并接有对应投切继电器的触头，所述充电支路与超级电容器组串联形成的电路接设在正负直流母线之间；放电支路由一个放电继电器的触头与至少一个与之串联的限流电阻构成，放电支路接在超级电容器组两端；所述充放电电路还包括一个设置在超级电容器组和直流母线之间的馈电支路。

该风电变桨备用电源系统电路结构简单，可靠性强，采用继电器作为控制元件，不产生电磁干扰，功能齐全，对应不同环境的移植性强。

所述充电支路的常设电阻与放电支路的续流电阻为同一个电阻。所述馈电支路由连接在超级电容器组正端与直流母线正极之间的二极管构成。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理图；

图2是充电流程图；

图3是充电过程电流电压关系图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明，风电变桨备用电源系统如图1所示，直流正负母线之间依次串联接有充电继电器31的触头、第一投切电阻R1、第二投切电阻R2、功率电阻R3、超级电容器组A，第一投切电阻R1、第二投切电阻R2上均并联有投切继电器触头（32，33），功率电阻R3为常设电阻，上述三个电阻与继电器触头共同构成超级电容器组的充电电路；功率电阻R3与超级电容器组串联的部分并联有一个放电继电器触头34，功率电阻R3与放电继电器触头34共同构成超级电容器组的放电电路，功率电阻R3充当限流电阻。超级电容器组A的正端和直流母线的正端之间连接有一个正向功率二极管D，作为风电变桨备用电源系统的馈电支路。上面提到的继电器（31，32，33，34）的线圈与比较电路C的各输出端连接，比较电路C包括对应各继电器触头的比较器，比较器的参考电压根据需要设置。放大电路B的输入端接在超级电容器组A正端，放大电路B输出端连接比较电路C。

充电继电器31的触头是充电开关，当需要充电时，首先要使该触头闭合。第一投切电阻R1的继电器32触头，第二投切电阻R2的继电器33触头，用来调节充电电流大小，触头闭合，对应的投切电阻被短路，充电电流便会增加。反之，触头断开，对应的投切电阻接入充电电路，充电电流便会减小。放电继电器34的触头是放电开关，当需要放电时，要使该触头闭合，而继电器31触头断开。这样，超级电容器组A通过功率电阻R3进行放电。

为了保证超级电容器在充电的同时引起误放电或者超级电容器在放电的同时引起误充电，电路设置了继电器互锁电路。充电继电器31和放电继电器34组成互锁电路。互锁电路又称为先动作优先电路，即以先给出控制信号的那个继电器吸合，而后给出控制信号的另一个继电器被锁定在释放状态。互锁电路的电路连接方式为把充电继电器31的常闭触头接到放电继电器34的线圈回路中，把放电继电器34的常闭触头接到充电继电器31的线圈回路中。当给出控制信号使充电继电器31线圈得电时，充电继电器31的常闭触头断开，即使给出放电继电器34的控制信号，也不能使放电继电器34的线圈得电；当给出控制信号使放电继电器34线圈得电时，放电继电器34的常闭触头断开，即使给出充电继电器31的控制信号，也不能使充电继电器31的线圈得电。通过继电器互锁电路也就保证了超级电容器在充电状态下不至引起误放电或者超级电容器在放电状态下不至引起误充电。

功率二极管D用于超级电容器组A用作后备电源时充当馈电支路。直流母线电压大于超级电容器组A电压时，功率二极管D截止。当电网电压掉电时，直流母线电压迅速下降，当直流母线电压小于超级电容器组A电压时，功率二极管D受正向电压而导通，超级电容器组A通过功率二极管D给直流母线供电，保证变桨系统将叶片旋转到顺桨位置，以维护设备安全。同时超级电容器组A还支撑整个控制系统运转一定时间，以记录必要的数据。功率二极管D也可以连接在直流母线负极与超级电容器组A的负极之间，当然电路需要一些改动，要使功率二极管D导通时能够短路充电支路，具体结构不再赘述。

与现有技术比较，本实用新型所述系统及其方法具有以下优点：

一、本系统电路结构简单，需要几个电阻和继电器就可以了。而用DC/DC充放电电路需要使用高频开关器件，对高频开关器件需要加复杂的驱动电路。

二、本系统运行可靠性高。DC/DC充放电电路如果电路设计不理想，容易造成功率开关管短路，开关管短路后，直流母线电压就直接加到了超级电容上，使超级电容承受过电压而损坏。

三、而本系统电路采用接触器控制超级电容充放电，接触器本身不会产生电磁干扰，所以也不会对周围的电子设备有影响。DC/DC充放电电路使用功率开关器件，功率开关器件本身会产生电磁干扰。

四、本系统功能多，不仅能完成超级电容充电，还具有快速的放电功能。

五、本系统方便产品系列化。在不同的应用场合，超级电容器耐压不同，一旦超级电容器电压修改，只需要修改电阻阻值就可以了，方便产品系列化。如果采用DC/DC充电电路，则开关器件、电感、电解电容要一起修改。

本系统中，超级电容器组的充电方法在于，设定一个启动阀值V1，终止阀值V4，两个优化充电阀值（V1<V2，V3<V4）。充电时，每当超级电容器组两端电压大于设定的两个充电优化阀值时，便增大充电电流，直到充电完毕。系统工作过程如图2、图3所示，系统上电后，检测超级电容器组A端电压，当超级电容器组A端电压小于设定启动阀值V1时，控制充电继电器31触头闭合，超级电容器组A开始充电；当检测到超级电容器组A电压大于终止阀值V4（V1< V4）时，控制充电继电器31触头断开，超级电容器组A停止充电；当再次检测到超级电容器组A电压小于启动阀值V1时，控制充电继电器31触头闭合，超级电容器组A再次进入充电状态。在给超级电容器组A充电过程中，当检测到超级电容器组A电压大于第一优化值V2时，控制第一投切继电器32触头吸合，把第一投切电阻R1短接，加快充电速度；当检测到超级电容器组A电压大于第二优化阀值V3（V2< V3< V4）时，控制第二投切继电器33触头吸合，把第二投切电阻R2短接，进一步提高充电速度，继续充电直到电压达到终止阀值V4为止。当超级电容器组A快速放电时，控制放电继电器34触头吸合，超级电容器组A通过功率电阻R3快速放电。设定电压（V1，V2，V3，V4）通过比较电路C中的比较器的参考电压进行设定。

Claims

1.一种风力发电机组变桨备用电源系统，包括用于储能的超级电容器组和对其充放电的充放电电路，其特征在于，所述充放电电路包括充电支路和放电支路，充电支路包括一个充电继电器触头，与之串联的至少一个常设电阻和至少一个可投切电阻，每个可投切电阻两端均并接有对应投切继电器的触头，所述充电支路与超级电容器组串联形成的电路接设在正负直流母线之间；放电支路由一个放电继电器的触头与至少一个与之串联的限流电阻构成，放电支路接在超级电容器组两端；所述充放电电路还包括一个设置在超级电容器组和直流母线之间的馈电支路。

2.根据权利要求1所述的一种风力发电机组变桨备用电源系统，其特征在于，所述充电支路的常设电阻与放电支路的续流电阻为同一个电阻。

3.根据权利要求1所述的一种风力发电机组变桨备用电源系统，其特征在于，所述馈电支路由连接在超级电容器组正端与直流母线正极之间的二极管构成。