CN201433850Y - 超级电容储能的直流变桨距*** - Google Patents

超级电容储能的直流变桨距*** Download PDF

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许家群
于冬宁
宋小敬
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Abstract

本实用新型是一种超级电容储能的直流变桨距***，属于风力发电装置。该***包括直流电机、电机驱动器、超级电容组和充放电控制器。电机驱动器包括前端处理装置和驱动桥。电机驱动器输入端接三相交流电源，前端处理装置输出端接至直流母线上。驱动桥输入端与直流母线相连，输出端与直流电机相连。充放电控制器的端口a与超级电容组连接；端口b经开关K1连接至直流母线上，端口b与直流电机输入端口通过开关K2、开关K3相连接；端口c通过开关K5与单相交流电源连接；端口d通过开关K4与三相交流电源连接。本实用新型使直流电机具备充放电控制器和驱动桥双重控制装置，且二者互为备用，不仅使电机的可控性更好，还提高了***的可靠性。

Description

超级电容储能的直流变桨距***
技术领域
本实用新型属于风力发电装置范围，尤其是一种超级电容储能的直流变桨距***。
背景技术
变桨距***作为大型风电机组的技术核心，可改善桨叶受力状况、获取最大风量、提高机组的发电效率和电能质量，并可在超高风速下紧急顺桨以保证风机安全运行。
电动变桨距***采用伺服电机对每个桨叶进行单独调节，结构简单，不存在漏油、卡塞等现象，因而受到广泛关注，直流电机是电动变桨距***中的重要执行机构。
电动变桨距***采用三相四线制电源供电，为实现故障或断电后的紧急变桨功能，需要储能装置作为后备电源供给电机将桨叶调为顺桨位置。储能装置一般采用蓄电池，但超级电容以其充放电速度快、效率高、循环寿命长等特点而在风电领域很有发展前景。
专利CN2736554Y和CN101083404A公布了采用超级电容与直流母线直接连接的电动变桨距***方案，该方案必须选择容量很大的超级电容才能满足使用要求，因而能量利用率低，经济性差。
专利CN201050444Y公布了基于蓄电池和直流电机的变桨距***，紧急变桨时，蓄电池通过简单电路给电机供电，而不经过电机驱动器。这种方案使得电机可控性变差，而且一旦控制装置出现故障，将难以有效控制电机。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有电动变桨距***的上述缺陷，提供了一种新型的超级电容储能的直流变桨距***。该***采用了超级电容组，由于超级电容的能量利用率高，所以减少了其实际使用容量，降低了***成本；具备充放电控制器和驱动桥双重控制装置，不但使直流电机的可控性更好，而且提高了***的可靠性。
为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。本实用新型包括超级电容组1、充放电控制器2、直流电机3、电机驱动器4。
所述的电机驱动器4包括前端处理装置5和驱动桥6。电机驱动器4的输入端即前端处理装置5的输入端接三相交流电源A、B、C，前端处理装置5的输出端接至直流母线P、直流母线N上。驱动桥6由功率开关器件构成，其输入端与直流母线相连接，输出端与直流电机3相连接。
充放电控制器2的端口a与超级电容组1连接。端口b经开关K1连接至直流母线，同时充放电控制器2的端口b还与直流电机输入端口通过开关K2、开关K3相连接。端口c通过开关K5与单相交流电源连接，端口d通过开关K4与三相交流电源连接。
当电能由超级电容组1经充放电控制器2流向直流母线时，充放电控制器2具有升压功能，使超级电容可以释放更多的储能，因此，高能量利用率降低了其实际使用容量，从而使***成本降低。
当超级电容组1充电时，电能从供电电源经充放电控制器2流向超级电容组1，供电电源根据需要从直流母线、三相交流电源或单相交流电源中任意选择其一，因此，超级电容的充电方式更灵活。
***正常工作时，电机驱动器4接收的电能来自三相交流电源A、B、C。
充放电控制器2的端口b同时与直流电机输入端口通过开关K2、开关K3相连接。发生电源断电故障需要紧急变桨时，可通过两种方式控制电机：一是控制充放电控制器2和驱动桥6实现能量由超级电容组1经充放电控制器2、驱动桥6流向直流电机3；二是控制充放电控制器2和驱动桥6实现能量由超级电容组1经充放电控制器2直接流向直流电机3。两种控制方式均能有效控制电机，而且当一路装置出现故障时，另一路装置仍可有效控制电机，因此提高了***的可靠性。
本实用新型具有以下优点：
1)超级电容的能量利用率高，减少了其实际使用容量，降低了***成本。
2)超级电容的充电方式灵活，可以根据实际需要选择直流母线、单相或三相交流作为充电电源。
3)直流电机具备充放电控制器和驱动桥双重控制装置，且二者互为备用，不仅使电机的可控性更好，而且提高了***的可靠性。
附图说明
图1是超级电容储能的直流变桨距***结构图。
具体实施方式
下面结合图1对本实用新型作进一步说明：
如图1所示，本实施例包括有超级电容组1、充放电控制器2、直流电机3、电机驱动器4。
电机驱动器4包括前端处理装置5和驱动桥6。电机驱动器4的输入端即前端处理装置5的输入端接三相交流电源A、B、C，前端处理装置5的输出端接至直流母线P、直流母线N上。驱动桥6由功率开关器件构成，其输入与直流母线P、直流母线N相连接，输出与直流电机3相连。通过控制功率开关器件的通断，来自直流母线的电能通过驱动桥6送入电机3。
充放电控制器2的端口a与超级电容组1连接，端口b经开关K1连接至直流母线，端口c通过开关K5与单相交流电源连接，端口d通过开关K4与三相交流电源连接。
当电能由超级电容组1经充放电控制器2流向直流母线时，充放电控制器2具有升压功能。当超级电容组1充电时，电能从供电电源经充放电控制器2流向超级电容组1，供电电源根据需要从直流母线、三相交流电源或单相交流电源中任选其一，通过控制开关K1、开关K4及开关K5具体实现，当开关K1、开关K4及开关K5中的一个闭合时，另外两个开关处于断开状态。
***正常工作时，电机驱动器4接收的电能来自三相交流电源A、B、C。
充放电控制器2的端口b同时与直流电机输入端口通过开关K2、开关K3相连接。发生电源断电故障需要紧急变桨时，可通过两种方式控制电机：一是控制充放电控制器2和驱动桥6实现能量由超级电容组1经充放电控制器2、驱动桥6流向直流电机3，此时开关K2、K3断开；二是控制充放电控制器2和驱动桥6实现能量由超级电容组1经充放电控制器2直接流向直流电机3，此时开关K2、K3接通。

Claims (1)

1、超级电容储能的直流变桨距***，直流电机(3)和电机驱动器(4)，其特征在于：还包括超级电容组(1)和充放电控制器(2)；
所述的电机驱动器(4)包括前端处理装置(5)和驱动桥(6)；电机驱动器(4)的输入端即前端处理装置(5)的输入端接三相交流电源A、B、C，前端处理装置(5)的输出端接至直流母线(P)、直流母线(N)上；驱动桥(6)的输入端与直流母线相连接，输出端与直流电机(3)相连接；
充放电控制器(2)的端口(a)与超级电容组(1)连接；端口(b)经开关(K1)连接至直流母线，同时端口(b)还与直流电机输入端口通过开关(K2)、开关(K3)相连接；端口(c)通过开关(K5)与单相交流电源连接；端口(d)通过开关(K4)与三相交流电源连接。
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