CN102013726A - 风电变桨***的备用供电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种风电变桨***中的备用供电装置，其中，所述风电变桨***中的备用供电装置包括一电性连接电源直流母线的二极管，与所述二极管并联的电容组，以及与所述电容组并联的电容充电器。与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用超级电容替代原来的风电变桨***中的后备电池组，超级电容充电器替代原来的电池充电器可靠性较强、充电时间较短。

Description

风电变桨***的备用供电装置
技术领域
本发明涉及一种风力发电设备，尤其涉及一种风电变桨***中的备用供电装置。
背景技术
随着不可再生能源在世界范围面临枯竭的窘境，为满足工业化生产和人类生活所需，人们对太阳能、风力、水力这些可再生能源的关注和利用已日渐提升。其中，风力发电是一种已经发展相对成熟的能源开发技术，尤其在高原、沿海等地区有着广泛的普及应用。
在风电变桨***中，为了保证电网瞬时掉电时变桨***仍然能够可靠工作，以及风机故障等特殊情况下，变桨***能够收拢桨叶。***必须拥有自己的后备电源。如图1所示，以往的做法是在电源的直流母线上通过二极管10并联一个蓄电池组12，当电网正常时，后备蓄电池组12处于充电状态，当由于掉电或其他原因导致电网电压跌落时，就改为由蓄电池组12供电。电网正常时，自动恢复成电网供电。这种方案属于在线式后备电源方案，两电源自动切换，中间不存在切换时间、冲击电流等问题。
在风电变桨***中，后备电池组12一般采用阀控免维护铅酸蓄电池，而给其充电的充电器14一般采用开关电源电路，由单片机监控电池的电压来控制充电状态。通过调整开关管的PWM来输出一定的电压，对电池进行充电；是一种开关电源式的充电方式。这种充电方式的电压瞬时升高，电流相对较小，电池的充电时间较长；并且在电池组充电接近充满时容易产生振荡现象及过充电现象。
以上方案虽然被广泛应用，但也暴露了一些问题，主要是以下几个方面：
1：蓄电池组的维护麻烦：蓄电池组的实际在使用寿命在3年左右。而蓄电池的更换非常麻烦，不仅要停掉风机，还要搬运蓄电池组。
2：蓄电池充电时间长：蓄电池组的充电时间比较长。快充则容易减短蓄电池组的寿命乃至充坏。慢充则充电时间长。
3：蓄电池组使用时会对环境造成污染：蓄电池的制造，使用环节都会对环境造成污染。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种改进的风电变桨***中的备用供电装置，采用更加可靠的、充电时间较短的超级电容加充电器的结构来作为备用供电装置。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：
一种风电变桨***中的备用供电装置，其中，所述风电变桨***中的备用供电装置包括一电性连接电源直流母线的二极管，与所述二极管并联的电容组，以及与所述电容组并联的电容充电器。
作为本发明进一步改进，所述电容组由多个电容模块组合而成。
作为本发明进一步改进，所述电容组包括两组由多个电容模块串联的第一串联组和第二串联组，所述第一串联组并联所述第二串联组。
作为本发明进一步改进，所述第一串联组为15个电容模块串联而成，所述第二串联组为15个电容模块串联而成。
作为本发明进一步改进，所述电容模块的特性为16V/58F。
作为本发明进一步改进，所述电容充电器包括开关电源电路、与所述开关电源电路并联的电压电流调整电路、与所述电压电流调整电路串联的光电隔离电路，以及与所述电压电流调整电路并联的监测报警电路。
作为本发明进一步改进，所述开关电源电路通过开关管开关高频变压器来对外输出直流电。
作为本发明进一步改进，所述高频变压器的拓扑结构为反激式。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：可靠性较强、充电时间较短。
附图说明
图1是现有技术的风电变桨***的备用供电装置的电路图。
图2是本发明的具体实施方式的风电变桨***的备用供电装置的电路图。
图3是本发明的电容组的电路图。
图4是本发明的电容充电器的电路图。
具体实施方式
下面参照附图以示例的方式对本发明的具体实施方式进行说明。
本发明揭示了一种风电变桨***的备用供电装置。
如图2所示，本发明的风电变桨***专用的备用供电装置包括用于替代现有技术中后背电池组的电容组21和用于替代现有技术中蓄电池充电器的电容充电器23。即是电性连接电源的直流母线的二极管20，与所述二极管20并联一个电容组21，所述电容组21并联所述电容充电器23。
其中，电容组21由电容模块串联而成，以达到要求的电压范围。与电池相比，超级电容具有高功率，长搁置寿命及循环寿命等好处。对于电池，能量是通过导致整个***退化的电极物质的化学反应进行储存和释放。而对于电容，能量是通过分布在电极的电荷和电解液中的离子的物理迁移进行储存和释放。由于充放电属于纯粹的高可逆的物理变化过程，电容器比依靠化学反应的电池可以以更快功率释放能量，并且可以进行几十万次循环而对性能没有大的影响。解决了电池在使用中的遇到的问题。
电容充电器23由开关电源加单片机控制来实现限流，限压，变频充电。由于电容的特性与电池组的特性不同，与之匹配的电容充电器与蓄电池充电器由较大的差异。电容的快速充电特性决定了电容充电器的输出电流必须更大，输出功率也自然加大，这直接导致了高频变压器的体积增大。对于充电器的小型化不利。本方案利用变频技术，当电容充电器的输出电压较高时，保持较高的开关频率，当输出电压较低时，保持较低的开关频率。频率范围在50K-250K之间。反激式拓扑结构的变压器的输出功率可以由以下公式表示：Pin＝(1/2)*L*I  *f其中L为变压器线圈的电感量，I为峰值电流，f为开关频率。当输出电压较低时，Pin也相对较小，此时保持较小的开关频率，可以减少开关管的损耗。当输出电压较高时，Pin也相对较大，此时保持较高的开关频率，就可以保证输出足够的功率。这样做可以充分发挥高频变压器的性能。也可以减少发热损耗。由于电容对温度不敏感。所以也就省去了以往蓄电池充电器的温度补偿部分。以往的温度补偿电路需要温度传感器，而温度传感器布置于蓄电池旁，其距离充电器往往有一段距离。温度传感器的信号往往是低电压信号，使得此信号往往容易受到干扰，如遇断线，受干扰，传感器故障等情况时，会造成充电电压的波动，乃至对蓄电池造成伤害。用电容充电器就不存在此问题。
如图3所示，电容组21由多个电容模块210组合而成。单个电容模块210是16V/58F。电容组21一共由30个电容模块210构成，先将15个电容模块210串联为第一串联组，再将另外15个电容模块210串联为第二串联组。然后再并联第一串联组和第二串联组。最后组成的电容组21电压为240V/7.7F。
如图4所示，电容充电器23包括开关电源电路231，与所述开关电源电路231并联的电压电流调整电路233，与所述电压电流调整电路233串联的光电隔离电路234，以及与所述电压电流调整电路233并联的监测报警电路235。电容充电器23输入电源为AC220V，50Hz。开关电源电路231完成整流，滤波以及通过开关管开关高频变压器来对外输出直流电，拓扑结构为反激式。电压电流调整电路233通过对当前电压电流信号的采集来控制充电状态。监测报警电路235监视充电的过程是否有异常，如发生过流、过压、故障等情况，对外输出报警触点。
尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施方式，但是本领域的普通技术人员将意识到，在不脱离由所附的权利要求书公开的本发明的范围和精神的情况下，各种改进、增加以及取代是可能的。

Claims (8)

1.一种风电变桨***中的备用供电装置，其特征在于，所述风电变桨***中的备用供电装置包括一电性连接电源直流母线的二极管，与所述二极管并联的电容组，以及与所述电容组并联的电容充电器。
2.根据权利要求1中所述的风电变桨***中的备用供电装置，其特征在于：所述电容组由多个电容模块组合而成。
3.根据权利要求2中所述的风电变桨***中的备用供电装置，其特征在于：所述电容组包括两组由多个电容模块串联的第一串联组和第二串联组，所述第一串联组并联所述第二串联组。
4.根据权利要求3中所述的风电变桨***中的备用供电装置，其特征在于：所述第一串联组为15个电容模块串联而成，所述第二串联组为15个电容模块串联而成。
5.根据权利要求4中所述的风电变桨***中的备用供电装置，其特征在于：所述电容模块的特性为16V/58F。
6.根据权利要求1中所述的风电变桨***中的备用供电装置，其特征在于：所述电容充电器包括开关电源电路、与所述开关电源电路并联的电压电流调整电路、与所述电压电流调整电路串联的光电隔离电路，以及与所述电压电流调整电路并联的监测报警电路。
7.根据权利要求6中所述的风电变桨***中的备用供电装置，其特征在于，所述开关电源电路通过开关管开关高频变压器来对外输出直流电。
8.根据权利要求7中所述的风电变桨***中的备用供电装置，其特征在于，所述高频变压器的拓扑结构为反激式。
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