CN102460899B - 应急电源装置 - Google Patents

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Abstract

用于风力发电装置(1)的转子叶片调节***(10)的应急电源装置，具有：多个储能器(16、17、18)；电气的充电设备(20)和电气的电路布置(19)，通过该电路布置(19)所述充电设备(20)可以和所述储能器(16、17、18)中的多个电相连；其中，设置有一个或者多个附加充电设备(21、23)，以使得所述充电设备的数量与所述储能器的数量一致，并且其中，通过所述电路布置(19)每个充电设备(20、21、22)可以和多个储能器(16、17、18)电相连，并且，每个储能器(16、17、18)可以和多个充电设备(20、21、22)电相连。

Description

应急电源装置
技术领域
本发明涉及一种用于风力发电装置的转子叶片调节***的应急电源装置，所述应急电源装置具有多个电储能器、充电设备和可将所述充电设备和所述多个储能器电耦接的电路布置。此外，本发明还涉及一种用于运行风力发电装置的转子叶片调节***的应急电源装置的方法。
背景技术
在现代的风力发电装置中是通过改变转子叶片的角度来调节功率和转速的，对转子叶片角度的调节要用到叶片调节***。在此，所述叶片调节***典型地为液压***或者电气***。此外，对转子叶片角度的调节还被用于所述风力发电装置的停机和故障停机，这样，所述叶片调节***就成了所述风力发电装置的主制动***。为了确保所述叶片调节***的可用性应用了蓄能器，以便在所述风力发电装置的主能量供应发生故障时向该***供能。对电气的叶片调节***典型地把蓄电池组用作蓄能器，所述蓄电池组通过充电设备保持可用。通常，把这些蓄能器以对各个转子叶片自给自足的方式实施，对此，典型地要用到充电设备，所述充电设备借助开关元件周期性地切换到所述各个蓄电池。
在DE102005030709A1中公开了一种对风力发电装置的转子叶片的调节装置(Stellantrieb)，所述调节装置包括一台电动机和一个频率转换器。在所述频率转换器的中间电路上连接有一个应急电源装置，所述应急电源装置包括一个提供基准电压以及具有蓄电池单元组串联电路的蓄能器，对所述蓄能器设置了一个为给单个蓄电池单元充电而构造的充电装置。此外，设置了开关装置，通过所述开关装置可将所述蓄电池单元组中的单个单元与所述充电装置相连。
其缺点在于，当所述充电装置发生故障时所述应急电源装置可能无法运行，以至于必须关闭所述风力发电装置。此外，由于所述充电装置的周期性的切换，不可能进行最优的满充电或者补充充电。特别是在当只用一个充电设备时，对每个转子叶片的补充充电时间是累加的。
为了提高所述应急电源装置的可用性，可以使用两个充电设备并且可以通过对开关元件的适当布置构造一个冗余***。可是所述补充充电时间依旧还是累加的。
此外，可以在每个轴上设置一个独立的充电设备。这样虽然减少了补充充电时间，但是还是会因为一个充电设备发生故障而导致所述叶片调节***发生故障。
发明内容
由此，本发明要解决的技术问题在于，对本文开头提到的那种应急电源装置进行改造，以使得可以在减少补充充电时间的情况下提高设备的可用性。
按照本发明，所述技术问题通过按照本发明的应急电源装置和按照本发明的方法得以解决。
按照本发明的、用于风力发电装置的转子叶片调节***的应急电源装置具有：多个电储能器；充电设备和可将所述充电设备和所述多个储能器电连接的电路布置；其中，设置了一个或者多个附加的充电设备，以使得所述充电设备的数量与所述储能器的数量相等，并且其中，通过所述电路布置每个充电设备可与多个储能器相连，并且每个储能器可与多个充电设备电耦接。
在按照本发明的应急电源装置中，一个发生故障的充电器的职能可被一个或者至少一个其他的充电设备替代，这样就使所述应急电源装置具有很高的可用性。此外，因为所述充电设备的数量与所述储能器的数量相同，所以在工作的充电设备的情况下储能器中的每一个都可以同充电设备中的一个(优选地长时间地)电连接，这样就可以保持很短的补充充电时间。此外，可以避免从充电设备到储能器的持续的切换，这样就不必持续地，而仅在发生故障时才使用所述开关元件。
所述充电设备中的每一个优选地不同时与多个储能器相连。尤其是，无论何时所述充电设备中的每一个仅与唯一一个储能器或者不与储能器相连。此外，所述储能器中的每一个优选地不同时与多个充电设备相连。尤其是，无论何时储能器中的每一个仅与唯一一个充电设备或者不与充电设备相连。
按照本发明的构造可以通过所述电路布置把所述充电设备中的每一个与所述储能器中的每一个电连接。然而优选地是通过所述电路布置把所述充电设备中的每一个与所述储能器中的两个相连和/或者所述储能器中的每一个与所述充电设备中的两个相连。
对所述储能器中的每一个优选地把所述充电设备中的一个或者某一个配属给其作为主要充电设备。在正常的运行状态下，特别地所述储能器中的每一个只与配属于其的主要充电设备(主要是长时间地)电连接。所述正常的运行状态的特征特别在于，所有充电设备都正常工作。相反地，在出现故障时(也就是当一个或多个所述充电设备发生故障时)所述储能器中的至少一个会优选地通过所述充电设备中的一个并非作为主要充电设备配属于其的充电设备充电。因此，至少可以使一个储能器在当配属于其的主要充电设备发生故障时仍可以对其充电。
对所述储能器中的每一个优选地把所述充电设备中的另一个或者某另一个配属给其作为辅助充电设备。在正常的运行状态下，所述储能器中的每一个尤其是不与配属于其的辅助充电设备电连接。相反地，在出现故障时(也就是当一个或多个所述充电设备发生故障时)所述储能器中的至少一个(配属于其的主要充电设备发生了故障)会优选地通过配属于其的辅助充电设备充电。特别地，所述充电设备中的一个或者至少一个在既作为主要充电设备配属于所述储能器中的第一储能器，又作为辅助充电设备配属于所述储能器中的第二储能器的充电设备时，在配属于所述第二储能器的主要充电设备发生故障的情况下要与所述第一和第二储能器交替地电连接。
对每个储能器所述电路布置优选地具有配属于该储能器的总开关，这样就使得所述储能器中的每一个都通过配属于其的总开关与配属于其的主要充电设备电连接或者可以电连接。此外，对每个储能器所述电路布置优选具有配属于该储能器的辅助开关，这样就使得所述储能器中的每一个都通过配属于其的辅助开关与配属于其的辅助充电设备电连接或者可以电连接。通过总开关和辅助开关的组合借助所述电路布置可以实现：所述储能器中的每一个与配属于其的主要充电设备和辅助充电设备电连接或者可以电连接。
所述电路布置优选地与电气的控制装置电连接，借助该控制装置所述电路布置和/或者其开关被或者可以被控制或者操纵。所述控制装置可以被集成在所述电路布置中，或者也可以独立于所述电路布置之外。所述电路布置的开关优选地包括所述总开关和/或者所述辅助开关。特别是可以通过所述控制装置获悉所述充电设备中的一个或者多个所发生的故障，这样，通过所述控制装置依据所述充电设备的功能状态操作或者可以操作所述开关。所述开关例如是由继电器和/或者晶体管构成。
所述储能器中的每一个可以包含有一个或者多个电容器。此外，所述储能器可以包含有电容器和蓄电池。所述储能器中的每一个优选地具有一个或者多个蓄电池，在这里，所述蓄电池也称为电池。
所述充电设备尤其是以这种方式设计的，使得流向所述储能器的电流通过或者可以通过所述充电设备进行控制和调节。这样，就有可能对所述储能器进行可控的充电，利用这种可控的充电尤其是在以电池作为储能器的情况下延长了或者可以延长电池的寿命。
利用所述充电设备可以实施传统的(例如，在相关的标准中已知的)充电方式。然而，所述储能器优选地采用脉冲充电技术(Pulsladetechnik)进行充电，这种充电方式尤其是通过所述充电设备或者可以通过所述充电设备进行的。这样，在储能器是电池的情况下就可以避免对电池单元不均衡的充电。
因为按照本发明的应急电源装置特别是用于风力发电装置的转子叶片调节***的，所以所述储能器优选地与电机电相连或者可以电相连，所述电机优选地与所述风力发电装置的转子叶片相连，尤其是机械相连。在电网故障时，所述储能器与所述电机电相连，以使得所述风力发电装置的转子叶片可以通过所述电机转动到理想的位置，特别是可以转动到所谓的附装羽毛状位置(Fahnenstellung)。
所述电机优选地与变流器或者逆变器电相连，并且通过它们或者可以通过它们供电；所述变流器或者逆变器优选地与充电设备一起由同一个电网供电或者可以由同一个电网供电。所述电网例如是：本地的风力发电装置网、包括多个风力发电装置的电网、开放式的供电网或者是其他的电网。所述电网尤其是交流电网，但也可是直流电网。
风力发电装置通常具有两个或者三个转子叶片。因此，储能器的数量优选地也为至少两个或者至少三个。储能器的数量尤其为三个。
本发明还涉及一种带有支撑的风力发电装置，在所述支撑上支撑有通过风力驱动或者可以通过风力驱动绕转子轴转动的转子；所述转子具有轮毂和多个安装在轮毂上可绕叶片轴转动的转子叶片，和转子叶片调节***；所述转子叶片调节***对每个转子叶片具有至少一个电机，通过这些电机可以围绕各个叶片轴转动各个转子叶片。此外，还设置有按照本发明的应急电源装置，其蓄能器与所述电机电相连或者可以电相连。所述应急电源装置可以按照在此描述的所有构造进一步扩展。
所述转子叶片的数量优选地至少为两个或者至少为三个。特别地，转子叶片的数量为三个。每个叶片轴的走向都横穿(quer)或者斜穿过()所述转子轴。
本发明还涉及如何把按照本发明的应急电源装置应用到风力发电装置的转子叶片调节***上，其中，在所有充电设备都起作用的状态(正常运行状态)下，每个储能器正好与一个所述充电设备(优选地长时间地)电相连或者被电相连；并且其中，在至少一个所述充电设备发生故障后、发生故障时和/或者在故障期间，使至少一个未发生故障的充电设备交替地至少与两个所述储能器电相连。这样，即便在充电设备发生故障时，所述储能器中的每一个也可以进行充电。
此外，本发明涉及一种运行风力发电装置的转子叶片调节***的应急电源装置的方法，其中，所述应急电源装置包含多个储能器以及相应多个充电设备，其中，在所有充电设备都起作用的状态下，每个储能器正好与一个所述充电设备(优选地长时间地)电相连或者被电相连；并且其中，在至少一个所述充电设备发生故障后、发生故障时和/或者在故障期间，使至少一个未发生故障的充电设备交替地至少与两个所述储能器电相连。
在所述故障发生后、发生故障时和/或者在故障期间，在至少另一个未发生故障的充电设备和与其相连的储能器之间的长时间的电连接优选地保持不变。
对于按照本发明的使用和按照本发明的方法可以按照所有描述出的构造对所述应急电源装置和/或者所述风力发电装置进行扩展。
附图说明
下面，依据优选的实施方式通过图示对本发明进行说明。其中：
图1示意性地示出风力发电装置，
图2示意性地示出按照本发明的实施方式的应急电源装置的结构图，
图3示意性地示出对于转子叶片的转子叶片调节***的部分的结构图，并且，
图4示意性地示出所述风力发电装置的转子的平面图。
具体实施方式
在附图1中清楚地显示了风力发电装置1的示意图，所述风力发电装置包括有竖立在基座2上的塔身3，在塔身3远离基座2的一端设置有机器间4。机器间4具有支撑(支架)5，在其上支撑有可转动的转子6，所述转子6包括有转子轮毂7和多个与该轮毂相连的转子叶片8、38和39(参见图4)。转子6与发电机9机械相连，该发电机9设置在机器间4中并且固定在支架5上。
在转子轮毂7中设置有转子叶片调节***10，该***10包括有按照本发明的实施方式的应急电源装置11和叶片角度调节驱动装置12，借助于所述叶片角度调节驱动装置，转子叶片8、38和39可以相对于转子轮毂7围绕各自的纵轴13、40和41转动(参见图4)。转子6可以通过风力14围绕转子轴15转动。
图4示出了转子6的示意性的平面图，以便清楚可见三个转子叶片8、38和39。
在图2中清楚地显示了应急电源装置11的示意图，其中，三个电池16、17和18通过电路布置19与三个电池充电设备20、21和22相连或者可相连。其中，充电设备20为配属于电池16的主充电设备，充电设备21为配属于电池17的主充电设备，并且充电设备22为配属于电池18的主充电设备。此外，充电设备21为配属于电池16的辅助充电设备，充电设备22为配属于电池17的辅助充电设备，并且充电设备20为配属于电池18的辅助充电设备。充电设备20、21和22与交流电网23相连并且通过该电网供电。
电路布置具有三个主开关24、25和26，以及三个辅助开关27、28和29，以便通过主开关和辅助开关使得每个电池都能与各自的主充电设备和辅助充电设备电相连。其中，主开关24和辅助开关27配属于电池16，主开关25和辅助开关28配属于电池17，并且主开关26和辅助开关29配属于电池18。
正常运行状态的特点在于，所有充电设备20、21和22都运转正常(funktionsbereit)。特别地，在正常运行状态下，主开关24、25和26闭合而辅助开关27、28和29断开。在所述正常运行状态下每个电池仅与配属于其的主充电设备电相连。从所述充电设备流入电池16、17和18的电流I在此可以借助于充电设备20、21、22被调节和/或者被控制。如果所述充电设备中的一个发生故障，在此例如充电设备22，则可以通过闭合辅助开关29使电池18通过充电设备20进行充电，其中，特别是开关26是断开的。这样，电池16和18就通过充电设备20交替地进行充电，与此不同的是，充电设备21持续地给电池17充电。上述方法同样适用于当充电设备21或者充电设备20发生故障的情况。当充电设备21发生故障时，则可以通过闭合辅助开关28使电池17通过充电设备22进行充电，其中，特别是开关25是断开的。这样，电池17和18就通过充电设备22交替地进行充电，与此不同的是，充电设备20持续地给电池16充电。当充电设备20发生故障时，则可以通过闭合辅助开关27使电池16通过充电设备21进行充电，其中，特别是开关24是断开的。这样，电池16和17就通过充电设备21交替地进行充电，与此不同的是，充电设备22持续地给电池18充电。
按照图2主开关24接到充电设备20与电池16之间，主开关25接到充电设备21与电池17之间，并且主开关26接到充电设备22与电池18之间。此外，辅助开关27接到充电设备21与电池16之间，辅助开关28接到充电设备22与电池17之间，并且辅助开关29接到充电设备20与电池18之间。
所述电路布置19的开关可以通过与电路布置19电相连的电气控制装置30来控制。此外，通过该控制装置30可以掌握一个或者多个充电设备的故障，以使得所述开关通过控制装置30根据所述充电设备的运行状态被接通或者可以被接通。
在图3中示出了所述转子叶片调节***10对转子叶片8的叶片角度调节驱动装置12的结构示意图，其中，在此构造为直流电机的电机31与逆变器32电相连，该逆变器32与电网23相连并由该电网23供电。此外，逆变器32与对其进行控制的控制装置33相连。逆变器32包括整流器34，带有电容器35的中间电路和输出级(Ausgangsstufe)36，该输出级在此例如是：直流调节器或者是用于为电机31提供可控的直流电的其他设备。对于电网23发生故障的情况，将开关37闭合，通过该开关，电池16直接与电机31接通。由此，与电机31机械相连的转子叶片8将围绕叶片轴13旋转到附装羽毛状位置。对于转子叶片38和39同样设置有叶片角度调节驱动装置，该叶片角度调节驱动装置与在图3中所示的一致，只是设置在其中的电池不是电池16而是电池17或者电池18。这样，转子叶片38和39也可以在电网发生故障时围绕其叶片轴40或者41旋转到附装羽毛状位置。
附图标记
1风力发电装置
2基座
3塔身
4机器间
5支架/支撑
6转子
7转子轮毂
8转子叶片
9发电机
10转子叶片调节***
11应急电源装置
12叶片角度调节驱动装置
13叶片轴
14风
15转子轴
16电池
17电池
18电池
19电路布置
20电池充电设备
21电池充电设备
22电池充电设备
23电网
24主开关
25主开关
26主开关
27辅助开关
28辅助开关
29辅助开关
30控制装置
31电机
32逆变器
33控制装置
34整流器
35中间电路电容器
36输出级
37开关
38转子叶片
39转子叶片
40叶片轴
41叶片轴
I电流

Claims (13)

1.一种用于风力发电装置(1)的转子叶片调节***(10)的应急电源装置，具有：多个储能器(16、17、18)；充电设备(20)；电路布置(19)，通过所述电路布置(19)所述充电设备(20)能够与多个储能器(16、17、18)电相连；其特征在于，
设置了一个或者多个附加的充电设备(21、22)，以使得所述充电设备的数量与所述储能器的数量一致，其中，通过所述电路布置(19)，每个充电设备(20、21、22)能够与多个储能器(16、17、18)电相连，并且每个储能器(16、17、18)能够与多个充电设备(20、21、22)电相连，其中每个储能器(16、17、18)恰好配属有所述充电设备(20、21、22)中的一个作为主充电设备，并且，恰好配属有所述充电设备(20、21、22)中的另一个作为辅助充电设备，
在所有充电设备正常运转的状态下，每个储能器(16、17、18)仅与配属于其的主充电设备(20、21、22)电相连并且
在至少一个所述充电设备发生故障时，所述储能器(16、17、18)中的至少一个要通过配属于其的辅助充电设备(20、21、22)供电。
2.按照权利要求1的应急电源装置，其特征在于，通过所述电路布置(19)，每个充电设备(20、21、22)能够与每个储能器(16、17、18)电相连。
3.按照权利要求1的应急电源装置，其特征在于，所述充电设备(20、21、22)中的一个分别作为主充电设备和辅助充电设备配属于所述储能器(16、17、18)中的第一储能器和第二储能器，当所述第二储能器(16、17、18)所配属的主充电设备发生故障时，将所述充电设备交替地与所述第一储能器和所述第二储能器电相连或者能够与之电相连。
4.按照权利要求1或3的应急电源装置，其特征在于，所述电路布置(19)对于每个储能器(16、17、18)具有与之相配的电气主开关(24、25、26)，以使得每个储能器(16、17、18)通过配属于其的主开关(24、25、26)与配属于其的主充电设备(20、21、22)电相连或者能够电相连。
5.按照权利要求4的应急电源装置，其特征在于，所述电路布置(19)对每个储能器(16、17、18)具有与之相配的电气辅助开关(27、28、29)，以使得每个储能器(16、17、18)通过配属于其的辅助开关(27、28、29)与配属于其的辅助充电设备(20、21、22)电相连或者能够电相连。
6.按照权利要求1的应急电源装置，其特征在于，每个储能器(16、17、18)具有一个或者多个电池。
7.按照权利要求中1的应急电源装置，其特征在于，流向所述储能器(16、17、18)的充电电流由所述充电设备(20、21、22)调节或者控制或者能够由其调节或者控制。
8.按照权利要求1的应急电源装置，其特征在于，所述储能器(16、17、18)能够与电机(31)电相连，所述电机(31)与所述风力发电装置(1)的转子叶片(8、38、39)机械相连。
9.按照权利要求8的应急电源装置，其特征在于，所述电机(31)与整流器(36)电相连，并且通过或者能够通过该整流器(36)供电，所述整流器(36)与所述充电设备(16、17、18)一起由同一电网供电或者能够由同一电网(23)供电。
10.按照权利要求1的应急电源装置，其特征在于，所述储能器(16、17、18)的数量为三个。
11.一种按照权利要求1的应急电源装置在风力发电装置(1)的转子叶片调节***(10)中的应用，其特征在于，在所有充电设备(20、21、22)都处于正常运转状态时，每个储能器(16、17、18)恰好与所述充电设备(20、21、22)中的一个持续地电相连或者将其电相连，并且其中，在至少一个充电设备(22)发生故障期间，将至少一个未发生故障的充电设备(20)与至少两个储能器(16、18)交替地电相连。
12.一种用于运行风力发电装置的转子叶片调节***的应急电源装置的方法，其中，所述应急电源装置(11)包括多个储能器(16、17、18)和相应多个电气充电设备(20、21、22)，其中，每个储能器(16、17、18)恰好配属有所述充电设备(20、21、22)中的一个作为主充电设备，并且，恰好配属有所述充电设备(20、21、22)中的另一个作为辅助充电设备，其中
在所有充电设备(20、21、22)都正常运转的状态下，每个储能器(16、17、18)仅与其所配属的主充电设备(20、21、22)电连接，并且其中，在至少一个充电设备(22)发生故障期间，将至少一个未发生故障的充电设备(20)与第一和与第二储能器(16、18)交替地电相连，当第二储能器所配属的主充电设备是发生故障的充电设备时，所述至少一个未发生故障的充电设备作为主充电设备以及辅助充电设备配属于所述第一和第二储能器。
13.按照权利要求12的方法，其特征在于，在所述故障期间在至少另一个未发生故障的充电设备(20、21、22)和与其相连的储能器(16、17、18)之间的持续的电连接保持不变。
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