CN214836853U - 一种风力发电机组后备辅助系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种风力发电机组后备辅助系统，包括小型风力机、充电机、后备电源、第一切换装置、第二切换装置、第三切换装置和控制模块，所述小型风力机与充电机通过第一切换装置连接，所述充电机与后备电源连接，所述控制模块与小型风力机通讯连接，所述第一切换装置分别与第二切换装置、第三切换装置连接，后备电源分别与第二切换装置、第三切换装置连接，所述第二切换装置与变桨系统连接，所述第三切换装置与偏航系统连接，第一切换装置、第二切换装置、第三切换装置、充电机、后备电源、变桨系统及偏航系统分别与控制模块通讯连接。本实用新型通过控制模块控制小型风力机，进而通过充电机为后备电源充电，保证了机组的稳定性。

Description

一种风力发电机组后备辅助系统

技术领域

本实用新型涉及风力发电机组的技术领域，尤其是指一种风力发电机组后备辅助系统。

背景技术

在大型风力发电机组中，变桨系统是通过控制叶片的角度来控制风轮的转速，进而控制风力发电机的输出功率；同时，变桨系统担当机组的主刹车系统功能，变桨系统通过多种检测和控制手段、多重冗余设计保证风力机组安全稳定运行，任何故障引起的停机都会使叶片顺桨到90度位置。

同时在大型风力发电机组中，根据测定空气来流的主风向通过偏航系统来控制风轮偏转，保证风轮平面实时对风，进而控制风力发电机的输出功率，通过多种检测和控制手段、多重冗余设计保证风力机组安全稳定运行。

然而，在风力发电机运行过程中，会发生电网掉电、充电机异常、变桨系统的后备电源异常等情况，而这些异常的发生，很可能导致风力发电机的叶片无法收回到安全位置(例如桨距角为90度)；尤其是在电网掉电且后备电源发生异常的情况下，对于电动变桨系统而言，其危险程度更高；如果风力发电机叶片无法收回到安全位置，在风力的作用下，会使风力发电机的转速无法下降，引发风力发电机超速甚至发生飞车危险。

目前，针对风力发电机叶片无法收桨，尚没有比较好的控制方法，只有通过背风偏航，即通过偏航使风力发电机偏航90度，偏离风向，从而使风力发电机转速下降，实现停机；但这种方法的缺点在于：风力发电机在正常运行过程中，通过将叶片桨距角开到0度位置，即叶片的受力表面与风向垂直，以吸收最大风能；而风力发电机在停机收桨的过程中，叶片的桨距角会逐渐变大，从而使叶片所吸收的风能下降，转速降低，而如果在收桨到一定角度(例如有2个叶片或1个叶片可正常收桨)后，反而会使叶片的受力表面再次与风向垂直，使叶片受力再次加大，而这种情况，一方面会导致风力发电机的风轮转速下降缓慢，一方面还会使风力发电机承受更大的载荷，不利于风力发电机的安全。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种风力发电机组后备辅助系统，通过控制模块控制小型风力机，进而通过充电机为后备电源充电，提高后备电源的供电时长，保证了风力发电机组的稳定性。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种风力发电机组后备辅助系统，包括小型风力机、充电机、后备电源、第一切换装置、第二切换装置、第三切换装置和控制模块，所述小型风力机装于风力发电机组的机舱顶部，其输出端与第一切换装置的输入端连接，该第一切换装置的第一输出端与充电机的输入端连接，且所述第一切换装置与控制模块通讯连接，所述充电机的输出端与后备电源的输入端连接，且充电机和后备电源分别与控制模块通讯连接，所述控制模块与小型风力机的抱闸控制系统通讯连接，通过控制模块检测后备电源的电量，并发送信号至抱闸控制系统使其调节小型风力机的运行状态，进而向后备电源充电，所述第一切换装置的第二输出端分别与第二切换装置的第一输入端和第三切换装置的第一输入端连接，所述后备电源的输出端分别与第二切换装置的第二输入端和第三切换装置的第二输入端连接，所述第一切换装置在控制模块的控制下实现小型风力机的输出电路的转换，所述第二切换装置的输出端与机组的变桨系统的变桨电机输入端连接，且该第二切换装置及变桨系统分别与控制模块通讯连接，通过控制模块检测变桨系统与后备电源之间的通电状态，进而控制第二切换装置实现变桨系统的输入电路的转换，所述第三切换装置的输出端与机组的偏航系统的偏航电机输入端连接，且该第三切换装置及偏航系统分别与控制模块通讯连接，通过控制模块检测偏航系统与后备电源之间的通电状态，进而控制第三切换装置实现偏航系统的输入电路的转换。

进一步，所述抱闸控制系统包括抱闸电磁阀、继电器和抱闸支路，所述抱闸电磁阀的一端与继电器的输出端连接，其另一端通过抱闸支路与控制模块通讯连接，所述抱闸支路设置有常闭触点和第一常开触点，所述常闭触点、第一常开触点分别与控制模块的机舱主控连接，通过机舱主控控制继电器输入端的信号，使得继电器得电，并控制常闭触点和第一常开触点的闭合。

进一步，所述充电机包括双向逆变器、交流调压电源和接触器，所述接触器与控制模块通讯连接，通过控制模块控制接触器开关动作，使其输入端通过第一切换装置与小型风力机的输出端连通；所述双向逆变器与交流调压电源的输入端并联连接至接触器的输出端上，且该双向逆变器与交流调压电源分别与控制模块通讯连接，当后备电源需要充电时，控制模块通过双向逆变器对交流调压电源进行电压调制，所述交流调压电源的输出端与后备电源连接。

进一步，所述控制模块包括机舱主控及连接机舱主控的变桨PLC系统驱动器和偏航PLC系统驱动器。

进一步，所述第一切换装置、第二切换装置和第三切换装置均内置交流调压装置。

进一步，所述后备电源采用铅酸蓄电池或超级电容。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本实用新型通过控制模块控制小型风力机为后备电源充电，提高后备电源的供电时长，同时降低了配套充电设备的成本，可以减少后备电源的拆卸，提高其使用寿命，提高整机的经济性，并有效保证机组的稳定性。

2、本实用新型的小型风力机可以为风力发电机组的补充后备电源，并配置抱闸控制系统，由控制模块根据后备电源的电量情况向抱闸控制系统发送信号并控制小型风力机的运行状态，实现对后备电源的充电。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的小型风力机的结构示意图。

图3为本实用新型的充电机的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实施例所述的风力发电机组后备辅助系统，包括小型风力机1、充电机2、后备电源3、第一切换装置4、第二切换装置5、第三切换装置6和控制模块7，所述小型风力机1装于风力发电机组的机舱顶部，其输出端与第一切换装置4的输入端403连接，该第一切换装置4的第一输出端401与充电机2的输入端连接，所述第一切换装置4内置交流调压装置，且该第一切换装置4与控制模块7通讯连接，所述充电机2的输出端与后备电源3的输入端连接，且充电机2和后备电源3分别与控制模块7通讯连接，所述控制模块7与小型风力机1的抱闸控制系统106通讯连接，通过控制模块7检测后备电源3的电量，并发送信号至抱闸控制系统106使其调节小型风力机1的运行状态，进而通过充电机2向后备电源3充电，当充电完成后由控制模块7控制抱闸控制系统106调节小型风力机1刹车停机，完成充电；所述第一切换装置4的第二输出端402分别与第二切换装置5的第一输入端501和第三切换装置6的第一输入端601连接，所述后备电源3的输出端分别与第二切换装置5的第二输入端502和第三切换装置6的第二输入端602连接，所述第一切换装置4在控制模块7的控制下实现小型风力机1的输出电路的转换，所述第二切换装置5内置交流调压装置，其输出端503与机组的变桨系统8的变桨电机输入端连接，且该第二切换装置5及变桨系统8分别与控制模块7通讯连接，通过控制模块7检测变桨系统8与后备电源3之间的通电状态，进而控制第二切换装置5实现变桨系统8的输入电路的转换，所述第三切换装置6内置交流调压装置，其输出端603与机组的偏航系统9的偏航电机输入端连接，且该第三切换装置6及偏航系统9分别与控制模块7通讯连接，通过控制模块7检测偏航系统9与后备电源3之间的通电状态，进而控制第三切换装置6实现偏航系统9的输入电路的转换。

当风力发电机组正常工作时，此时控制模块7检测到变桨系统8的变桨驱动器和偏航系统9的偏航驱动器也均处于正常状态，通过偏航系统9的风速风向仪901实时采集风况并反馈给控制模块7，由控制模块7向变桨驱动器和偏航驱动器发送速度、方向指令，变桨驱动器根据速度、方向指令和自身状态驱动变桨电机运转并带动变桨齿轮箱转动，偏航驱动器根据速度、方向指令和自身状态驱动偏航电机运转并带动偏航齿轮箱转动；当风力发电机组刚完成吊装未上网，或遇到极端工况无法正常工作时，或发生电网掉电、充电机异常、后备电源异常等情况，此时控制模块7检测到后备电源3与变桨系统8、偏航系统9不通电或通电处于故障状态时，由控制模块7向三个切换装置分别发送高电平故障信号，由第一切换装置4切换小型风力机1的输出电路，并由第二切换装置5和第三切换装置6分别切换变桨电机和偏航电机的输入电路，从而使小型风力机1为变桨系统8和偏航系统9供电，进一步保证风力发电机组的安全性。

如图2所示，所述小型风力机1包括风轮101、发电机102、整流罩103、尾舵104、塔架105和抱闸控制系统106，整流罩103安装在风轮101的轮毂位置，风轮101安装在发电机102的主轴上，抱闸控制系统106安装在发电机102的主轴末端，尾舵104安装在发电机102后方进行调向，塔架105支撑于发电机102的下方，抱闸控制系统106与控制模块7通讯连接，由控制模块7根据对风力发电机组运行状态与后备电源3电量，控制抱闸控制系统106的开关，进而控制小型风力机1工作；其中，所述抱闸控制系统106包括抱闸电磁阀、继电器和抱闸支路，所述抱闸电磁阀的一端与继电器的输出端连接，其另一端通过抱闸支路与控制模块7的机舱主控通讯连接，所述抱闸支路设置有常闭触点和第一常开触点，所述常闭触点、第一常开触点分别与控制模块7的机舱主控连接，通过机舱主控控制继电器输入端的信号，使得继电器得电，并控制常闭触点和第一常开触点的闭合。

如图3所示，所述充电机2包括双向逆变器201、交流调压电源202和接触器203，所述接触器203与控制模块7通讯连接，通过控制模块7控制接触器203开关动作，使其输入端通过第一切换装置4与小型风力机1的输出端连通；所述双向逆变器201与交流调压电源202的输入端并联连接至接触器203的输出端上，且该双向逆变器201与交流调压电源202分别与控制模块7通讯连接，当后备电源3需要充电时，控制模块7通过双向逆变器201对交流调压电源202进行电压调制，实现交直流电的转换与电压相关参数整定，所述交流调压电源202的输出端与后备电源3连接。

所述控制模块7包括机舱主控及连接机舱主控的变桨PLC系统驱动器和偏航PLC系统驱动器；所述后备电源3采用铅酸蓄电池或超级电容，具体类型、尺寸和数量及其位置可以根据小型风力机的规格选定，节约整机成本。

以上所述之实施例子只为本实用新型之较佳实施例，并非以此限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种风力发电机组后备辅助系统，其特征在于：包括小型风力机、充电机、后备电源、第一切换装置、第二切换装置、第三切换装置和控制模块，所述小型风力机装于风力发电机组的机舱顶部，其输出端与第一切换装置的输入端连接，该第一切换装置的第一输出端与充电机的输入端连接，且所述第一切换装置与控制模块通讯连接，所述充电机的输出端与后备电源的输入端连接，且充电机和后备电源分别与控制模块通讯连接，所述控制模块与小型风力机的抱闸控制系统通讯连接，通过控制模块检测后备电源的电量，并发送信号至抱闸控制系统使其调节小型风力机的运行状态，进而向后备电源充电，所述第一切换装置的第二输出端分别与第二切换装置的第一输入端和第三切换装置的第一输入端连接，所述后备电源的输出端分别与第二切换装置的第二输入端和第三切换装置的第二输入端连接，所述第一切换装置在控制模块的控制下实现小型风力机的输出电路的转换，所述第二切换装置的输出端与机组的变桨系统的变桨电机输入端连接，且该第二切换装置及变桨系统分别与控制模块通讯连接，通过控制模块检测变桨系统与后备电源之间的通电状态，进而控制第二切换装置实现变桨系统的输入电路的转换，所述第三切换装置的输出端与机组的偏航系统的偏航电机输入端连接，且该第三切换装置及偏航系统分别与控制模块通讯连接，通过控制模块检测偏航系统与后备电源之间的通电状态，进而控制第三切换装置实现偏航系统的输入电路的转换。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组后备辅助系统，其特征在于：所述抱闸控制系统包括抱闸电磁阀、继电器和抱闸支路，所述抱闸电磁阀的一端与继电器的输出端连接，其另一端通过抱闸支路与控制模块通讯连接，所述抱闸支路设置有常闭触点和第一常开触点，所述常闭触点、第一常开触点分别与控制模块的机舱主控连接，通过机舱主控控制继电器输入端的信号，并控制常闭触点和第一常开触点的闭合。

3.根据权利要求1所述的风力发电机组后备辅助系统，其特征在于：所述充电机包括双向逆变器、交流调压电源和接触器，所述接触器与控制模块通讯连接，通过控制模块控制接触器开关动作，使其输入端通过第一切换装置与小型风力机的输出端连通；所述双向逆变器与交流调压电源的输入端并联连接至接触器的输出端上，且该双向逆变器与交流调压电源分别与控制模块通讯连接，所述交流调压电源的输出端与后备电源连接。

4.根据权利要求1所述的风力发电机组后备辅助系统，其特征在于：所述控制模块包括机舱主控及连接机舱主控的变桨PLC系统驱动器和偏航PLC系统驱动器。

5.根据权利要求1所述的风力发电机组后备辅助系统，其特征在于：所述第一切换装置、第二切换装置和第三切换装置均内置交流调压装置。

6.根据权利要求1所述的风力发电机组后备辅助系统，其特征在于：所述后备电源采用铅酸蓄电池或超级电容。

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