[發明專利]基于超級電容的冗余電變槳系統

有效

• 申請號: 201010556628.1
• 申請日: 2010-11-24
• 公開（公告）號: CN102022260A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發明（設計）人: 廖恩榮;李更生;王中;黃曉輝;楊偉建
• 申請（專利權）人: 南京颶能電控自動化設備制造有限公司
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00;H02J9/06
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 孫忠浩

技術領域

本發明涉及一種風力發電變槳系統，尤其是一種基于超級電容、通過BOOSTER升壓電路提供備份直流電源的、高可靠冗余電變槳系統。

背景技術

變槳系統在風力發電系統中發揮著重要作用，變槳系統性能直接影響到風電機組的輸入功率和風力發電機組安全穩定。變槳系統通過調節槳葉角度來調節吸收的風力功率大小，并且在不同工況下風力發電機組發生任何故障時，都能保證槳葉迅速收槳，使風機轉速下降。在故障情況下，槳葉能否順利收槳，關系到整個風電機組的安全，如果收槳失敗，特別是在風速很大的情況下，將會損壞齒輪箱、剎車盤，甚至整個機組損壞的嚴重后果。

現在風力發電領域變槳系統執行機構主要有2種：液壓變槳距執行機構和電氣變槳距執行機構。液壓變槳控制機構具有傳動力矩大、重量輕、剛度大、執行機構動態響應速度快等優點，能夠保證更加快速、準確地把槳葉調節至設定節距，但液壓變槳距系統存在漏油、卡塞、不易維護等缺點。電氣變槳執行機構是利用電機驅動槳葉轉動的。電氣變槳距系統沒有液壓變槳機構那么復雜，便于維護，也沒有漏油、卡塞等現象發生，因此受到了許多廠家的關注。隨著電機控制技術的進步，電氣變槳距系統已經受到了大多數整機廠家的青睞，越來越多國內外大型整機廠的風力發電機組都采用了電氣變槳距機構。

而電氣變槳距機構又可以分為2種：直流變槳系統和交流變槳系統。直流變槳系統一般由電池組串聯組成后備電源，采用直流串激電機作為驅動電機，但直流電機具有電刷，存在需要經常維護，體積大、重量大等問題，同時直流電機魯棒性也沒有交流電機強。交流變槳系統采用交流感應電機和伺服電機，具備體積小、驅動性能好的特點。

蓄電池因為成本低廉、技術成熟、產品較多等原因，現在廣泛被用于變槳系統的后備電源，但是蓄電池在風力發電變槳系統中使用，也存在一定的問題。首先，電池放電過程中會發生化學反應，多次充放電會嚴重影響電池壽命和性能，且電池充放電管理復雜。在電網長時間掉電情況下，為了保證電池供電不間斷，還要進行深度放電，導致電池使用壽命縮短，要經常更換，同時在重新給電池充電時時間較長。其次電池功率密度不高，在故障情況下，要提供足夠的能量，就要很多個電池串并組合，增大系統成本和體積。由于電池工作溫度范圍較窄，一般要到0℃以上才能開始正常工作，不太適應寒冷氣候。

在風力發電領域的變槳系統中，備份直流電源和交流驅動電源都采用采用冗余互聯設計的方式，并在電網掉電和驅動系統出現故障的情況下，能夠互相協調順利收槳，目前尚未見諸報道。

發明內容

本發明的目的在于：針對目前風力發電領域變槳系統中電氣變槳距系統存在的問題，尤其是電氣變槳距中直流電機魯棒性差、采用交流感應電機和伺服電機時以蓄電池為備份直流電源維護困難、工作可靠性特別是在低溫環境的可靠性差等一系列問題，提供一種基于超級電容的冗余電變槳系統。

本發明的目的是這樣實現的：一種基于超級電容的冗余電變槳系統，包括PLC模塊、交流電源、備份直流電源和三個槳葉變槳驅動模塊，PLC模塊通過主回路開關電源獲得直流工作電源，各槳葉的安全位置設有限位開關，與各槳葉對應的驅動電機上設有編碼器，其特征在于：

a)每個槳葉變槳驅動模塊由兩路電源輸入，一路為380V三相交流電源，另一路為備份直流電源；

b)各槳葉變槳驅動模塊通過設在輸出端的主電源接觸器K₁或K₂或K₃直接驅動對應的驅動電機M₁或M₂或M₃；當三個槳葉變槳驅動模塊中至少有一個無故障，且有故障的槳葉變槳驅動模塊無法直接驅動對應的驅動電機時，在無故障的槳葉變槳驅動模塊直接驅動對應的驅動電機收槳，使對應槳葉到達安全位置后，再由無故障的槳葉變槳驅動模塊驅動有故障的槳葉變槳驅動模塊對應的驅動電機到達安全位置；