CN202127280U - 用于大型风力发电机组变桨控制器的直流电源装置 - Google Patents

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韩兵
彭建国
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Abstract

本实用新型涉及电源装置，特别是一种用于大型风力发电机组变桨控制器的直流电源装置。它采用一路交流与一路直流的两路输入，可自动完成两路输入的主备自动切换和互锁，交流优先，在紧急情况下，将启动直流输入。本直流电源系统采用了先进的双重环路设计，极好地利用了开关管的开关特性，大大地降低了开关器件的工作应力，使该电源具有优良的动态特性和良好的自我保护功能，并能有效地承受短路电流的冲击，效率高、损耗小、电路可靠，同时噪声也大大减小。由于采用可拆卸式安装方式，便于灵活扩容模块和更换模块。

Description

用于大型风力发电机组变桨控制器的直流电源装置
技术领域
本实用新型涉及电源装置，特别是一种用于大型风力发电机组变桨控制器的直流电源装置。 
背景技术
风力发电机组的控制系统是风力发电机组的大脑，不仅承担了风电机组的安全运行的任务，最主要的是通过适当的控制方法及控制策略实现最大风能捕获。变桨距是合理控制桨叶节距角，在额定风速以下运行时，与变速恒频技术结合能够最大限度地获取能量；在额定风速以上运行时，能够得到稳定的功率输出。而变桨控制器直流电源装置是其中的关键部分之一，可以说变桨控制器直流电源装置的设计研究是变桨距系统的基础条件。开展变桨距直流电源装置研究，对于整个变桨控制系统具有重要意义，有利于整个风力发电机组主控制器安全稳定运行。 
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种适用于复杂情况的大型风力发电机组变桨控制器的直流电源装置，进一步提高系统运行的可靠性和稳定性，降低发电成本并且有效地保护风力发电机组。 
本实用新型的目的是通过如下途径实现的：1.一种用于大型风力发电机组变桨控制器的直流电源装置，该直流电源装置由可相互切换的一组交流供电装置与一组直流供电装置构成；所述的交流供电装置是主电源的交流电通过负荷开关接三相交流测量继电器，三相交流测量继电器分别接PLC及三相AC/DC开关电源, 三相AC/DC开关电源通过熔断器给变桨驱动柜和PLC供电；所述的直流供电装置是采用后备电池输出经二极管接至单相DC/DC开关电源，单相DC/DC开关电源接PLC后接微型断路器，再接若干个熔断器分别给紧急变桨装置供电；所述的三相交流测量继电器测量电压状态并将信号传至PLC，PLC控制单相DC/DC开关电源中的冗余模块启闭直流供电装置。 
更进一步的，所述的变桨驱动柜由三个变桨继电逻辑控制器构成,4个熔断器分别给三个变桨继电逻辑控制器和PLC供电；其中，1号熔断器给PLC进行供电；2号熔断器主要给1号正常工况桨叶的变桨继电逻辑控制器、1号刹车及油脂泵系统供电；3号熔断器主要给2号正常工况桨叶的变桨继电逻辑控制器、2号刹车供电；4号熔断器主要给3号正常工况桨叶的变桨继电逻辑控制器、3号刹车及超速继电器供电。 
更进一步的，所述的紧急变桨装置由电源监控器和三个紧急收桨装置构成，4个熔断器给紧急变桨装置供电；其中，5号熔断器给紧急收桨1区和4号刹车供电；6号熔断器给紧急收桨2区和5号刹车供电；7号熔断器给紧急收桨3区和6号刹车供电；熔断器8给三相电源监控器进行供电。 
更进一步的，所述的交流电电压为400V。 
更进一步的，所述的单相DC/DC开关电源由逆变模块、开关量监控模块、降压变压器、整流模块、低通滤波器、电压电流采集模块18、保护电路连接构成。 
更进一步的，所述的单相DC/DC开关电源为 20A的电源。 
本实用新型用于大型风力发电机组变桨控制器的直流电源装置，它采用一路交流与一路直流的两路输入，可自动完成两路输入的主备自动切换和互锁，交流优先，在紧急情况下，将启动直流输入。直流电源装置先进的模块设计使得整个系统具有体积很小,又能提供足够的功率驱动，满足整个变桨控制器24V直流电源的要求，同时符合变桨控制器紧凑的安装特征。在正常供电情况下，采用三相AC/DC开关电源对PLC和三个变桨继电逻辑控制器进行供电；在紧急情况下，采用单相DC/DC开关电源对电源监控器和三个紧急收桨装置进行供电。本直流电源装置采用了先进的双重环路设计，极好地利用了开关管的开关特性，大大地降低了开关器件的工作应力，使该电源具有优良的动态特性和良好的自我保护功能，并能有效地承受短路电流的冲击，效率高，损耗小，电路可靠，同时噪声也大大减小。由于采用可拆卸式安装方式，便于灵活扩容模块和更换模块。 
相对于现今风力发电机组变桨控制器的直流电源装置，本实用新型有以下优点： 
1.结构简单，模块化程度高，易于检查和维护。
2.独特的均流技术，使系统在小负载情况下也具有良好的均流性。 
3.采用了无损缓冲及有源嵌位电路，极好地利用了开关管的开关特性，大大地降低了开关器件的工作应力，使电源的可靠性和效率大大提高，开关噪声大大降低，并能有效地承受短路电流的冲击。 
4.具有过流、过压、短路保护功能。 
5.独特的PLC控制管理模块及保护功能。 
6.交流输入范围宽。 
7.效率高。 
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明： 
图1为本实用新型结构示意图；
图2单相DC/DC开关电源7的结构示意图。
图中：交流电1、负荷开关2、测量继电器3，三相AC/DC开关电源4, 变桨控制柜5、熔断器6、单相DC/DC开关电源7、微型断路器8、二极管9、后备电池10、紧急变桨装置11、PLC 12、逆变模块13、监控模块14、降压变压器15、整流模块16、低通滤波器17、电压电流采集模块18、保护电路19。 
具体实施方式
如图1、图2所示，本实用新型用于大型风力发电机组变桨控制器的直流电源装置，该直流电源装置由可相互切换的一组交流供电装置与一组直流供电装置构成。 
所述的交流供电装置是主电源的交流电1通过负荷开关2接三相交流测量继电器3，三相交流测量继电器3分别接PLC12及三相AC/DC开关电源4, 三相AC/DC开关电源4通过熔断器6给变桨驱动柜5和PLC12供电； 
在正常供电情况下，主电源上400V的交流电1首先通过三相交流测量继电器3检测交流电1的电压和相序，给PLC12信号，之后通过负荷开关2进入三相AC/DC开关电源4，将转换后的24V直流电通过熔断器6给变桨控制柜5供电。所述的变桨驱动柜5由三个变桨继电逻辑控制器构成,4个熔断器6分别给三个变桨继电逻辑控制器和PLC12供电；其中，1号熔断器给PLC进行供电；2号熔断器主要给1号正常工况桨叶的变桨继电逻辑控制器、1号刹车及油脂泵系统供电；3号熔断器主要给2号正常工况桨叶的变桨继电逻辑控制器、2号刹车供电；4号熔断器主要给3号正常工况桨叶的变桨继电逻辑控制器、3号刹车及超速继电器供电。
所述的直流供电装置是采用后备电池10输出经二极管9接至单相DC/DC开关电源7，单相DC/DC开关电源7接PLC12后接微型断路器8，再接若干个熔断器6分别给紧急变桨装置11供电； 
在紧急境况下，三相交流测量继电器3报错，给PLC12紧急信号，此时PLC12给冗余模块信号，启动后备电池10即三组288V电池供电，通过20A的单相DC/DC开关电源7，变成24V直流电，通过微型断路器8后，接熔断器6给紧急变桨装置11的各个控制部分供电。所述的紧急变桨装置11由电源监控器和三个紧急收桨装置构成，4个熔断器6给紧急变桨装置11供电；其中，5号熔断器给紧急收桨1区和4号刹车供电；6号熔断器给紧急收桨2区和5号刹车供电；7号熔断器给紧急收桨3区和6号刹车供电；熔断器8给三相电源监控器进行供电。
整个供电过程由PLC12监控，主要包括：电源模块的通讯；分时采集模拟量，每次采集4路；对采集的模拟量根据量程进行计算得出显示值，显示电源模块的工作状态并判断报警；微调值计算，显示值微调，并做负值消除；故障和报警；数字量的采集，故障判断。 
所述的三相交流测量继电器3测量电压状态并将信号传至PLC12，PLC12控制单相DC/DC开关电源7中的冗余模块启闭直流供电装置。它可自动完成两路输入的主备自动切换和互锁，交流优先，在紧急情况下，则启动直流输入。 
所述的单相DC/DC开关电源7由逆变模块13、监控模块14、降压变压器15、整流模块16、低通滤波器17、电压电流采集模块18、保护电路19连接构成。逆变模块13完成DC/AC变换，将直流电转换成交流电后，供给开关量监控模块14和降压变压器15。开关量监控模块14主要用来执行保护电路的动作。降压变压器15的功能主要是对逆变后的交流电进行降压，再将降压后的交流电送入整流模块。整流模块16的作用就是完成AC/DC变换，将来自降压变压器的交流电整流成24V直流电。低通滤波器17的作用就是滤调24V直流电中的谐波。电压电流采样模块18的作用就是采集输出24V直流电的电压和电流信号，送入保护电路。保护电路19主要功能就是处理由电压电流采样模块采集回来的电流和电压信号，根据电源功率的最大要求保护整个单向电源系统，当采集到的功率大于保护设置的值，则系统启动开关量监控模块，切断电源，排除故障。 
所述的单相DC/DC开关电源选择 20A的电源，过载能力为30A，由于紧急工况最大负载为3个刹车，起动电流小于2.5A×3=7.5A, 6个直流接触器起动电流小于1.2A×6=7.2A, 中间继电器线圈0.5W电流约20mA，所有中间继电器都起动，电流小于0.3A， 则总电流小于15A。选择20A的DC/DC开关电源裕度为25%，所以单相20A电源（过载能力30A）满足使用要求。 

Claims (6)

1.一种用于大型风力发电机组变桨控制器的直流电源装置，其特征在于：
该直流电源装置由可相互切换的一组交流供电装置与一组直流供电装置构成；
所述的交流供电装置是主电源的交流电（1）通过负荷开关（2）接三相交流测量继电器（3），三相交流测量继电器（3）分别接PLC（12）及三相AC/DC开关电源（4）, 三相AC/DC开关电源（4）通过熔断器（6）给变桨驱动柜（5）和PLC（12）供电；
所述的直流供电装置是采用后备电池（10）输出经二极管（9）接至单相DC/DC开关电源（7），单相DC/DC开关电源（7）接PLC（12）后接微型断路器（8），再接若干个熔断器（6）分别给紧急变桨装置（11）供电；
所述的三相交流测量继电器（3）测量电压状态并将信号传至PLC（12），PLC（12）控制单相DC/DC开关电源（7）中的冗余模块启闭直流供电装置。
2.根据权利要求1所述的用于大型风力发电机组变桨控制器的直流电源装置，其特征在于：所述的变桨驱动柜（5）由三个变桨继电逻辑控制器构成,4个熔断器（6）分别给三个变桨继电逻辑控制器和PLC（12）供电；
其中，1号熔断器给PLC进行供电；2号熔断器主要给1号正常工况桨叶的变桨继电逻辑控制器、1号刹车及油脂泵系统供电；3号熔断器主要给2号正常工况桨叶的变桨继电逻辑控制器、2号刹车供电；4号熔断器主要给3号正常工况桨叶的变桨继电逻辑控制器、3号刹车及超速继电器供电。
3.根据权利要求1所述的用于大型风力发电机组变桨控制器的直流电源装置，其特征在于：所述的紧急变桨装置（11）由电源监控器和三个紧急收桨装置构成，4个熔断器（6）给紧急变桨装置（11）供电；
其中，5号熔断器给紧急收桨1区和4号刹车供电；6号熔断器给紧急收桨2区和5号刹车供电；7号熔断器给紧急收桨3区和6号刹车供电；熔断器8给三相电源监控器进行供电。
4.根据权利要求1所述的用于大型风力发电机组变桨控制器的直流电源装置，其特征在于：所述的交流电（10）电压为400V。
5.根据权利要求1所述的用于大型风力发电机组变桨控制器的直流电源装置，其特征在于：所述的单相DC/DC开关电源（7）由逆变模块（13）、开关量监控模块（14）、降压变压器（15）、整流模块（16）、低通滤波器（17）、电压电流采集模块（18）、保护电路（19）连接构成。
6.根据权利要求1或5所述的用于大型风力发电机组变桨控制器的直流电源装置，其特征在于：所述的单相DC/DC开关电源（7）为 20A的电源。
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