变桨后备电源系统、变桨系统及后备电源系统工作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种锂离子超级电容器变桨后备电源系统、变桨系统及后备电源系统工作方法，属于风电装置技术领域；该系统包括后备电源模块、后备电源控制模块、接触器、充电机、驱动器、变桨电机与限位开关；其中，驱动器、充电机与后备电源电连接以形成充电回路，后备电源、接触器与驱动器电连接以形成放电回路；本发明专利技术用锂离子超级电容器作为后备电源储能元件。相比目前变桨系统后备电源中主要使用的双电层型超级电容器能量密度大幅度提高，因此可大幅度减小风机变桨后备电源系统体积，有效解决目前变桨系统柜体体积庞大的缺点，有效减少变桨系统成本。变桨系统成本。变桨系统成本。

【技术实现步骤摘要】
变桨后备电源系统、变桨系统及后备电源系统工作方法


[0001]本专利技术涉及一种锂离子超级电容器变桨后备电源系统、变桨系统及后备电源系统工作方法，属于风电装置


技术介绍

[0002]变桨系统是安装在风机轮毂内用来实现风机叶片桨距角调节的控制装置，是风力发电机组控制系统中核心系统之一，变桨系统的失效通常会导致风力发电机组飞车损毁，严重时甚至倒塌，造成巨大的经济损失和恶劣的社会影响。变桨系统的性能对风力发电机组的安全性、稳定性与发电性能起着至关重要的影响。随着风力发电技术不断突破，风力发电机组规模逐渐扩大，风力发电对变桨系统的要求也越来越高。安全、可靠、经济的变桨系统是当前大型风力发电机组技术研究的难点之一。
[0003]变桨系统因其重要性通常采用两套电源系统：正常状态时，由电网提供电源；异常状态时，如电网断电、电网高/低压穿越超时的状态，变桨后备电源系统将提供电源给变桨系统来完成紧急顺桨，而后备电源作为后备电源系统中最重要的部分，后备电源的性能直接影响后备电源系统的性能。
[0004]早期安装的风力发电机组采用铅酸蓄电池作为后备电源，但是铅酸蓄电池由于其功率密度小、高低温表现差、寿命短、故障率高等问题已经逐渐淘汰。目前主要解决方案是以超级电容为后备电源的变桨后备电源系统，然而超级电容因其能量密度低下，随着大功率风力发电机组近年来突飞猛进式发展，尤其是海上大功率机组。可以预见的是研究更大功率机组机型是风力发电机组的趋势，风力发电机组断崖式上升的功率等级对风机顺桨能量要求急剧升高，厂家在使用超级电容模组时，只能被迫对模组进行多串多并，导致后备电源故障率、成本、体积均大幅度升高。同时轮毂内体积空间有限，过大的柜体体积迫使相关设计人员不得不设计更复杂的柜体结构与更复杂的柜体安装方式，增加了故障率的同时也不利于安装维护。现有的技术，即使对超级电容后备电源系统进行设计上的创新与优化，在目前超大功率风力发电机组以及未来更大功率的风力发电机组上，依然无法做到同时兼顾安全性、可靠性与经济性。
[0005]对于传统电池、传统所采用的超级电容、目前的锂离子超级电容作为对比分析：
[0006]蓄电池：风力发电机组早期使用铅酸蓄电池作为变桨后备电源，然而，铅酸蓄电池虽然具有极高的能量密度、较长的循环寿命以及较低的价格，但是因其功率密度不理想、过充过放耐受性差、高温和低温特性不理想、电池爆炸风险以及故障率高等缺陷，在行业内已逐渐淘汰。
[0007]超级电容器：在过去的一段时间内，超级电容器因其功率密度大、高低温性能良好、性能稳定、充放电时间短和寿命长，是风力发电机组使用最多的后备电源选型。从经济性上考虑，主流的风机厂商均采用串联模组的方式连接后备电源。
[0008]目前，随着风力发电机组功率等级的上升，尤其是在超大功率风电机组中，超级电容器受限制于其较低的能量密度，厂商不得不对超级电容模组采用并联的方式来增加后备
电源总能量来满足风机使用，使用的模组数量成倍增长的同时，价格、体积、重量、故障率都成倍增加。后备电源系统一般安装于风机轮毂内侧，轮毂内空间狭小，多次并联的超级电容模组带来的大体积等缺点，使得柜体空间设计复杂程度增加，同时也不利于安装和维护，严重影响了风机稳定性。
[0009]锂离子电容器：锂离子电容器是将锂离子电池与超级电容特性相结合的一种新型储能器件，具有部分锂离子电池和超级电容器的特性。
[0010]锂离子电容器主要优势：充放电性能、寿命与超级电容器相似，但是在能量密度上，锂离子电容器有更高的体积能量密度与质量能量密度(均约10倍于超级电容器)，有效解决目前超级电容器能量不足的痛点，大幅度减小后备电源体积。在高温性能上，超级电容器在高温下寿命衰减严重，锂离子电容器在高温环境下具有更好的循环寿命与稳定性。在安全性上，锂离子电容器虽然嵌入锂离子，但是电极材料中不含氧化物，因此没有自燃与爆炸的风险，与超级电容具有同样的安全性。经济性上，锂离子电容器单体具有更高的使用电压，因此相比超级电容器，锂离子电容器可以使用更少的单体数量达到同样的电压等级，利于维护和具有更高的经济性。

技术实现思路

[0011]本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，提供一种锂离子超级电容器变桨后备电源系统、变桨系统及后备电源系统工作方法，通过优化电路系统以及控制逻辑，在保证安全性和可靠性的基础上，有效解决目前超大型风机发电机组中变桨后备电源系统故障率高、可靠性低、成本高、体积庞大等问题。
[0012]本专利技术采用的技术方案如下：
[0013]一种变桨后备电源系统，包括后备电源模块、后备电源控制模块、接触器、充电机、驱动器、变桨电机与限位开关；其中，驱动器、充电机与后备电源电连接以形成充电回路，后备电源、接触器与驱动器电连接以形成放电回路；
[0014]所述驱动器的供电还来自于电网，该驱动器还电连接变桨电机和限位开关，通过驱动器驱动变桨电机运转，并通过限位开关给予驱动器信号控制变桨电机的运转和停止；
[0015]所述后备电源控制模块用于用控制接触器、充电机以及后备电源模块，所述后备电源控制模块通过驱动器供电，并通过驱动器传送信号至后备电源控制模块。
[0016]进一步，所述后备电源模块包括至少1个锂离子超级电容器模组；
[0017]当后备电源模块包括N个锂离子超级电容器模组时，锂离子超级电容器模组通过串联形成整体模块，其中N为大于1的整数。
[0018]进一步，所述后备电源模块设置有报警触点，每个所述锂离子超级电容器模组对应设有报警分触点；
[0019]当后备电源模块包括N个锂离子超级电容器模组时，设置于每个锂离子超级电容器模组上的报警分触点串联或并联至报警触点。
[0020]进一步，所述后备电源模块设置有用于检测温度或/和过压或/和欠压或/和极性反接的报警触点，每个所述锂离子超级电容器模组对应设有用于检测温度或/和过压或/和欠压或/和极性反接的报警分触点。
[0021]进一步，当后备电源模块包括N个锂离子超级电容器模组时，每2个所述锂锂离子
超级电容器模组之间设置开路电压触点或者其中任意2个所述锂锂离子超级电容器模组之间设置开路电压触点。
[0022]进一步，所述锂离子超级电容器模组选型满足后备电源模块执行一次顺桨的能量需求，所述锂离子超级电容器模组选型满足后备电源最小工作电压大于等于变桨电机额定电压。
[0023]进一步，所述后备电源控制模块包括用于控制接触器的接触器控制模块和用于控制充电机的充电机控制模块，所述后备电源模块设置有报警触点或/和开路电压触点，所述报警触点或/和开路电压触点与充电机控制模块电连接以用于控制充电机。
[0024]进一步，所述驱动器设置有信号输入点和信号输出点，所述信号输入点与限位开关电连接，所述信号输出点与接触器控制模块电连接。
[0025]一种变桨系统，电网供电通过滑环，进入电源模块，由电源模块将输入三相电源输出为并联连接的三路三相电源，每一路三相电源均设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变桨后备电源系统，其特征在于：包括后备电源模块、后备电源控制模块、接触器、充电机、驱动器、变桨电机与限位开关；其中，驱动器、充电机与后备电源电连接以形成充电回路，后备电源、接触器与驱动器电连接以形成放电回路；所述驱动器的供电还来自于电网，该驱动器还电连接变桨电机和限位开关，通过驱动器驱动变桨电机运转，并通过限位开关给予驱动器信号控制变桨电机的运转和停止；所述后备电源控制模块用于用控制接触器、充电机以及后备电源模块，所述后备电源控制模块通过驱动器供电，并通过驱动器传送信号至后备电源控制模块。2.如权利要求1所述的一种变桨后备电源系统，其特征在于：所述后备电源模块包括至少1个锂离子超级电容器模组；当后备电源模块包括N个锂离子超级电容器模组时，锂离子超级电容器模组通过串联形成整体模块，其中N为大于1的整数。3.如权利要求2所述的一种变桨后备电源系统，其特征在于：所述后备电源模块设置有报警触点，每个所述锂离子超级电容器模组对应设有报警分触点；当后备电源模块包括N个锂离子超级电容器模组时，设置于每个锂离子超级电容器模组上的报警分触点串联或并联至报警触点。4.如权利要求3所述的一种变桨后备电源系统，其特征在于：所述后备电源模块设置有用于检测温度或/和过压或/和欠压或/和极性反接的报警触点，每个所述锂离子超级电容器模组对应设有用于检测温度或/和过压或/和欠压或/和极性反接的报警分触点。5.如权利要求2所述的一种变桨后备电源系统，其特征在于：当后备电源模块包括N个锂离子超级电容器模组时，每2个所述锂锂离子超级电容器模组之间设置开路电压触点或者其中任意2个所述锂锂离子超级电容器模组之间设置开路电压触点。6.如权利要求2所述的一种变桨后备电源系统，其特征在于：所述锂离子超级电容器...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗天，李博，余业祥，曾钰琳，肖杰，谢夏，阳静，杨忾，王淋，胡华东，刘奇，刘红丹，
申请(专利权)人：东方电气风电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：