CN110486224A - 一种变桨电源管理装置 - Google Patents

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Abstract

一种变桨电源管理装置，包括第一防雷模块、第一AC/DC模块、第二AC/DC模块、第一至第五DC/DC模块、PLC模块和控制单元，交流电通过第一防雷模块连接至第一AC/DC模块和第二AC/DC模块的输入端；第二AC/DC模块的输出端分别连接至第二至第五DC/DC模块的输入端；第二至第四DC/DC模块的输出分别连接至变桨轴柜A/B/C；第五DC/DC模块作为冗余供电；第一DC/DC模块的输出端与第一AC/DC模块的输出端并联；PLC模块分别接变桨轴柜A/B/C中安全链继电器、EFC继电器。本发明结构设计紧凑合理，缩小了装置的体积；将变桨控制和驱动功能分离，具有更好的安全性。

Description

一种变桨电源管理装置
技术领域
本发明属于电源技术领域，尤其涉及一种用于风电变桨***的电源管理装置。
背景技术
变桨***是MW级以上风力发电机组控制和保护的重要装置，是风机停机的主刹车***。目前，大多数变桨***采用三轴柜设计，三个轴柜具有几乎相同的功能和结构，每个轴柜配有同样规格的独立或集成在驱动器中的充电模块，同时每个轴柜配置独立或集成在驱动器中的PLC模块。充电模块作为变桨***中的重要部件，将三相400VAC整流成***要求的DC输出，为变桨轴柜后备电源(超级电容)充电和驱动模块供电。PLC模块是变桨***中的控制器，实现变桨***的逻辑控制、信号采集、故障诊断等功能。
目前三轴柜变桨部件数量较多，特别是采用独立的充电模块、PLC模块、驱动器的变桨***，同时变桨是风机风电机组故障率和停机时间的最大影响因素之一。因此，变桨集成度和稳定性方面需进一步提高。
发明内容
为了解决现有技术中存在的以上问题，优化变桨结构，本发明公开了一种用于变桨的新型电源管理装置，该电源管理装置输出三路DC，分别接入变桨三轴柜，为轴柜供电。同时集成了防雷模块、PLC模块、DC/DC模块等。本发明电源管理装置结构设计紧凑合理，与现有设计中3块充电器和3组PLC模块总体积相比，大幅缩小了装置的体积；与PLC模块、充电模块、驱动模块集成的驱动器相比，将变桨控制和驱动功能分离，具有更好的安全性。本发明电源管理装置安装在A轴柜外侧，三轴柜中空间得到了释放，提供了变桨大容量化的空间。
本发明采用以下技术方案：
一种变桨电源管理装置，包括第一防雷模块1、第一AC/DC模块3、第二AC/DC模块4、第一至第五DC/DC模块、PLC模块5和控制单元6；其特征在于：
来自滑环的400V AC交流电通过第一防雷模块1连接至第一AC/DC模块3和第二AC/DC模块4的输入端；
所述第二AC/DC模块4的输出端分别连接至第二至第五DC/DC模块的输入端；
第二DC/DC模块8、第三DC/DC模块9、第四DC/DC模块10的输出端分别连接变桨轴柜A/B/C的驱动器；
第五DC/DC模块11的正极输出经过二极管分别接第二至第四DC/DC模块正极输出，第五DC/DC模块11与第二至第四DC/DC模块共负极连接；
来自滑环的400V AC交流电经防雷模块1后，三相中一相230V AC接入轴柜A，经轴柜A再并联接入轴柜B和轴柜C，用于加热器、风扇的供电；三相另一相接扩展柜的电源接口；
第二DC/DC模块8的输出端与第一DC/DC模块7的输入端连接，第一DC/DC模块7的输出端与第一AC/DC模块3的输出端并接在一起，连接至PLC模块和控制单元的电源端；
PLC模块5集成多种通讯协议，用于和风机主控、控制单元6、变桨轴柜通讯。
本发明进一步包括以下优选方案：
所述第一防雷模块1为400V AC防雷模块，该模块为串接模块式电涌保护器("3+1"模式)，防雷等级为2级；
所述第二防雷模块2为信号防雷模块，该模块为串接复合型雷电流/电涌保护模块，用于直接或间接屏蔽接地的非电隔离高频传输信号线保护；
所述PLC模块5通过CANopen/DP总线与风机主控通讯，接收主控指令，上传变桨信息；
所述PLC模块5通过CANopen总线与变桨轴柜A/B/C的驱动器通讯，读取驱动器信息，下发变桨控制指令；
PLC模块5的DI/DO模块对应的通道分别接滑环安全链进线、变桨轴柜A/B/C中安全链继电器，实现安全链控制。
所述控制单元6通过CANopen总线接收PLC模块5的指令，控制第一至第五DC/DC模块的启停；实现对电源管理装置中电源功能的故障诊断和状态监控，并通过CANopen总线将故障诊断和运行状态上传给PLC模块5。
所述第一AC/DC模块3为单相整流的AC/DC模块，输出24V DC，在电源管理装置上电时和正常运行时为PLC模块和控制器单元供电；
所述第二AC/DC模块为3相整流AC/DC模块,输出电压560V DC；
所述第二至第五DC/DC模块，输入为560V DC，输出为450V DC，其中第二至第四DC/DC模块分别接变桨轴柜A/B/C的驱动器，为驱动器供电；同时经过轴柜隔离开关连接超级电容，给超级电容充电；
第五DC/DC模块11为冗余充电模块，当第二至第四DC/DC模块出现故障或过载导致超级电容电压下降至设定阈值时，第五DC/DC模块11经过二极管为变桨轴柜供电；
第一DC/DC模块7宽输入直流电源，输出为24V DC，在电源管理装置正常运行和电网掉电时为PLC模块和控制器单元供电；
所述变桨电源管理装置还包括吊装选择开关，所述吊装选择开关串接在电源管理装置的DI回路中，风机桨叶吊装时，触发吊装选择开关，控制单元6接收到DI信号，电源管理模块降载运行；
所述电源管理装置还设置有备用CANopen、以太网通讯、230V AC接口，用于连接扩展柜；
所述电源管理装置还包括密闭式的金属外壳，在外壳的下方安装方形散热铝板，铝板采用多齿结构，增加散热面积；
所述电源管理装置还包括以太网口调试接口。
与现有技术相比，本发明技术方案具有下述有益的技术效果：
集成化设计：电源管理模块集成了变桨PLC模块、防雷模块、24V电源模块、安全链等，同时集成4路DC/DC输出，实现1台电源管理模块对变桨3轴的控制、供电等功能；
供电冗余设计：三轴箱电容共负设计，当电源管理模块三路充电模块中某一路损坏或者过载导致电容电压降低时，由冗余DC/DC为超级电容充电。
电网隔离设计：采用隔离的AC/DC电源，有效隔离电网，保证在电网存在冲击时变桨的安全。
附图说明
图1为本发明变桨电源管理装置的结构示意图；
图2为本发明变桨电源管理装置的接口示意图。
其中，附图标记的含义如下：
1为第一防雷模块，2为第二防雷模块，3为第一AC/DC模块，4为第二AC/DC模块，5为PLC模块，6为控制单元，7为第一DC/DC模块，8为第二DC/DC模块，9为第三DC/DC模块，10为第四DC/DC模块，11为第五DC/DC模块，12为滑环400V供电接口，13为滑环安全链和CanOpen接口，14为Ethernet调试接口，15为吊装开关接口，16为230VAC供电接口，17为扩展柜接口，18为轴A供电接口，19为轴A信号接口，20为轴B供电接口，21为轴B信号接口，22为轴C供电接口，23为轴C信号接口。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细介绍。
如附图1所示为本发明变桨电源管理装置的结构示意图，本发明公开的变桨电源管理装置包括第一防雷模块1、第二防雷模块2、第一AC/DC模块3、第二AC/DC模块4、第一至第五DC/DC模块、PLC模块5和控制单元6。
所述第一防雷模块1为400V AC防雷模块，该模块为串接电涌保护器("3+1"模式)，防雷等级为2级。所述第二AC/DC模块4为3相整流AC/DC模块,输出电压560VDC。来自滑环的400V AC交流电通过第一防雷模块1连接至第一AC/DC模块3和第二AC/DC模块4的输入端；所述第二AC/DC模块4的输出端分别连接至第二至第五DC/DC模块的输入端。
第二DC/DC模块8、第三DC/DC模块9、第四DC/DC模块10是同样规格的模块，输出电压为变桨电容充电电压450V，第二DC/DC模块8、第三DC/DC模块9、第四DC/DC模块10的输出经装置内的二极管分别连接变桨轴柜A/B/C的驱动器，为驱动器供电；同时经过轴柜内隔离开关连接超级电容，给超级电容充电。
第五DC/DC模块11的正极输出经过二极管分别接第二至第四DC/DC模块正极输出，第五DC/DC模块11与第二至第四DC/DC模块共负极连接；当第二至第四DC/DC模块出现故障或过载导致超级电容电压下降至设定阈值时，第五DC/DC模块11经过二极管为变桨A/B/C轴柜超级电容充电，实现冗余供电。
第二DC/DC模块8的输出端与第一DC/DC模块7的输入端连接，第一DC/DC模块7的输出端与第一AC/DC模块3的输出端并接在一起，连接至PLC模块和控制单元的电源端。
所述第一AC/DC模块3为单相整流的AC/DC模块，输出24V DC，在电源管理装置上电时和正常运行时为PLC模块5和控制单元6供电。第一DC/DC模块7为宽输入直流电源，输出为24V DC，在电源管理装置正常运行时和第一AC/DC模块3一起供电，当电网掉电时单独供电。
三相经防雷模块1后，其中一相230V AC接入变桨轴柜A，经轴柜A再并联接入轴柜B和轴柜C，用于加热器、风扇的供电；三相另一相接扩展柜的电源接口。
PLC模块5的DI/DO模块相应的通道分别接滑环安全链进线、变桨轴柜A/B/C中安全链继电器、EFC继电器，实现安全链控制。PLC模块5提供CANopen/DP等总线与风机主控通讯，接收主控指令，上传变桨信息；PLC模块5通过CANopen总线与变桨轴柜A/B/C的驱动器通讯，读取驱动器信息，下发变桨控制指令。
PLC模块5和控制单元6通过CANopen总线进行通讯，控制单元6接收PLC模块5的指令，控制第一至第五DC/DC模块的启停；实现对电源装置的故障诊断和状态监控，并通过CANopen总线将故障诊断和运行状态上传给PLC模块5。
电源管理装置支持功能柜扩展，提供备用CANopen、以太网通讯、230V AC接口，用于连接扩展柜。
如附图2所示为本发明变桨电源管理装置的接口图，本发明公开的变桨电源管理装置包括12个接口：滑环400V供电接口12，滑环安全链和CanOpen接口13，Ethernet调试接口14，吊装选择开关15，230VAC供电接口16，扩展柜接口17，轴A供电接口18，轴A信号接口19，轴B供电接口20，轴B信号接口21，轴C供电接口22，轴C信号接口23。
轴A供电接口18、轴B供电接口20、轴C供电接口22分别经变桨轴柜A/B/C的接口连接驱动器，为对应轴柜供电。
轴A信号接口19、轴B信号接口21、轴C信号接口23，分别与变桨轴柜A/B/C的接口连接；其中每个接口中包括安全链信号、Ethernet信号、CANopen通讯。
吊装选择开关15串接在电源管理装置的DI回路中，风机桨叶吊装时，触发吊装选择开关，控制单元6接收到DI信号，电源管理模块降载运行。
Ethernet调试接口14，用于连接PLC模块5进行程序下装、界面登录、调试等。同时，电源管理装置通过以太网和变桨轴柜A/B/C及扩展柜通讯，因此可通过调试接口直接连接变桨轴柜A/B/C的驱动器及扩展柜中通讯设备。
申请人结合说明书附图对本发明的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种变桨电源管理装置，其特征在于：该电源管理装置输出三路DC，分别接入变桨三轴柜，为轴柜供电；同时集成了防雷模块、PLC模块、DC/DC模块。
2.一种变桨电源管理装置，包括第一防雷模块(1)、第一AC/DC模块(3)、第二AC/DC模块(4)、第一至第五DC/DC模块、PLC模块(5)和控制单元(6)；其特征在于：
来自滑环的400V AC交流电通过第一防雷模块(1)连接至第一AC/DC模块(3)和第二AC/DC模块(4)的输入端；
所述第二AC/DC模块(4)的输出端分别连接至第二至第五DC/DC模块的输入端；
第二DC/DC模块(8)、第三DC/DC模块(9)、第四DC/DC模块(10)的输出端分别连接至变桨轴柜A/B/C的驱动器；
第五DC/DC模块(11)的正极输出经过二极管分别接第二至第四DC/DC模块正极输出，第五DC/DC模块(11)与第二至第四DC/DC模块共负极连接；
来自滑环的400V AC交流电经防雷模块(1)后，三相中一相230V AC接入变桨轴柜A，经轴柜A再并联接入轴柜B和轴柜C，用于加热器、风扇的供电；三相另一相230V AC接扩展柜的电源接口；
第二DC/DC模块(8)的输出端与第一DC/DC模块(7)的输入端连接，第一DC/DC模块(7)的输出端与第一AC/DC模块(3)的输出端并接在一起，连接至PLC模块和控制单元的电源端；
PLC模块(5)集成多种通讯协议，用于和风机主控、控制单元(6)、变桨轴柜通讯。
3.根据权利要求2所述的变桨电源管理装置，其特征在于：
所述第一防雷模块(1)为400V AC防雷模块，该防雷模块为串接电涌保护器，防雷等级为2级。
4.根据权利要求2所述的变桨电源管理装置，其特征在于：
所述第二防雷模块(2)为信号防雷模块，该模块为串接复合型雷电流/电涌保护模块，用于直接或间接屏蔽接地的非电隔离高频传输信号线保护。
5.根据权利要求2所述的变桨电源管理装置，其特征在于：
所述PLC模块(5)提供多种通讯协议与风机主控通讯，接收主控指令，上传变桨信息；
所述PLC模块(5)通过CANopen总线与变桨轴柜A/B/C的驱动器通讯，读取驱动器信息，下发变桨控制指令；
PLC模块(5)的DI/DO模块对应的通道分别接滑环安全链进线、变桨轴柜A/B/C中安全链继电器，实现安全链控制。
6.根据权利要求5所述的变桨电源管理装置，其特征在于：
所述控制单元(6)通过CANopen总线接收PLC模块(5)的指令，控制第一至第五DC/DC模块的启停；实现对电源管理装置中电源功能的故障诊断和状态监控，并通过CANopen总线将故障诊断和运行状态上传给PLC模块(5)。
7.根据权利要求2或6所述的变桨电源管理装置，其特征在于：
所述第一AC/DC模块(3)为单相整流的AC/DC模块，输出24V DC，在电源管理装置上电时和正常运行时为PLC模块和控制器单元供电。
8.根据权利要求7所述的变桨电源管理装置，其特征在于：
所述第二AC/DC模块为3相整流AC/DC模块，输出电压560V DC。
9.根据权利要求6所述的变桨电源管理装置，其特征在于：
所述第二至第五DC/DC模块，输入为560V DC，输出为450V DC，其中第二至第四DC/DC模块分别接变桨***A/B/C相3个轴柜的驱动器，为驱动器供电；同时经过轴柜隔离开关连接超级电容，给超级电容充电。
10.根据权利要求9所述的变桨电源管理装置，其特征在于：
第五DC/DC模块(11)为冗余充电模块，当第二至第四DC/DC模块出现故障或过载导致超级电容电压下降至设定阈值时，第五DC/DC模块(11)经过二极管为变桨轴柜供电。
11.根据权利要求2所述的变桨电源管理装置，其特征在于：
第一DC/DC模块(7)为宽输入直流电源，输出为24V DC，在电源管理装置正常运行和电网掉电时为PLC模块和控制器单元供电。
12.根据权利要求2所述的变桨电源管理装置，其特征在于：
所述变桨电源管理装置还包括吊装选择开关，吊装选择开关串接在电源管理装置的DI回路中，风机桨叶吊装时，触发吊装选择开关，控制单元(6)接收到DI信号，电源管理装置降载运行。
13.根据权利要求2或12所述的变桨电源管理装置，其特征在于：
所述电源管理装置还设置有备用CANopen、以太网通讯、230V AC接口，用于连接扩展柜。
14.根据权利要求2或13所述的变桨电源管理装置，其特征在于：
所述电源管理装置还包括密闭式的金属外壳，在外壳的下方安装方形散热铝板，铝板采用多齿结构，增加散热面积。
所述电源管理装置还包括以太网口调试接口。
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