專利名稱：一種適用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)超級(jí)電容的充電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電變槳系統(tǒng)備用電源充電方法。
背景技術(shù)：
變槳系統(tǒng)又稱變槳距系統(tǒng)，是指通過(guò)控制技術(shù)改變?nèi)~片槳距角以提高風(fēng)能效率和 獲得最佳能量輸出的系統(tǒng)。電網(wǎng)電壓是變槳距系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，而電網(wǎng)電壓會(huì)發(fā)生掉 電、跌落等現(xiàn)象。為了防止來(lái)自電網(wǎng)的電壓掉電或跌落，變槳系統(tǒng)需要加裝備用電源。當(dāng) 電網(wǎng)電壓掉電時(shí)由備有電源給變槳距系統(tǒng)提供能量來(lái)支撐變槳復(fù)位、風(fēng)機(jī)停機(jī)的一系列操 作，使變槳距系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間，以保證風(fēng)機(jī)的安全。備用電源儲(chǔ)能裝置一般采用蓄電池和超級(jí)電容器。在風(fēng)電剛起步階段，由于蓄電 池具有能量密度高、原材料豐富、成本低廉、制造技術(shù)成熟、可以大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，備有電 源采用蓄電池儲(chǔ)能。但蓄電池在使用過(guò)程中的一些缺點(diǎn)例如壽命短、功率密度小、蓄電池能 量管理復(fù)雜、充放電效率低、維護(hù)成本高等被逐步暴露。而超級(jí)電容相對(duì)蓄電池具有無(wú)可比 擬的優(yōu)越性。超級(jí)電容器優(yōu)點(diǎn)包括1)充放電速度快，容量大。超級(jí)電容器能夠瞬間釋放巨大 的能量，在系統(tǒng)突然斷電時(shí)，在極短時(shí)間內(nèi)為系統(tǒng)提供能量；2)壽命長(zhǎng)、免維護(hù)；3)工作溫 度范圍寬，而且綠色環(huán)保；4)能夠安全放電，安裝簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，不易老化等。超級(jí)電容器 的這些優(yōu)點(diǎn)使得它非常適合作為變槳系統(tǒng)后備電源儲(chǔ)能裝置。當(dāng)前，作為變漿系統(tǒng)后備電源的超級(jí)電容器，其充放電電路大多采用BUCK-BOOST電 路拓?fù)?。其充電方法多為傳統(tǒng)蓄電池的充電方法，仍然包括均充、浮充等階段，充電效率低下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種適用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)超級(jí)電容的充電方法，用 以解決現(xiàn)有技術(shù)充電效率低的問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案是一種適用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)超級(jí)電容 的充電方法，設(shè)定一個(gè)啟動(dòng)閥值、一個(gè)終止閥值、啟動(dòng)閥值和終止閥值之間至少一個(gè)優(yōu)化充 電閥值，如果超級(jí)電容器組端電壓小于啟動(dòng)閥值，則投入充電支路，開(kāi)始充電；當(dāng)超級(jí)電容 器組端電壓達(dá)到第一優(yōu)化充電閥值時(shí)，增大充電電流，如果沒(méi)有第二優(yōu)化充電閥值，則繼續(xù) 充電直到超級(jí)電容器組端電壓達(dá)到終止閥值，如果有第二優(yōu)化充電閥值，則再次增大充電 電流，如此依次類推，直到達(dá)到最后一個(gè)優(yōu)化充電閥值，增大充電電流繼續(xù)充電，直到超級(jí) 電容器組端電壓達(dá)到終止閥值。采用上述充電方法，充電效率高。所述增大充電電流是通過(guò)減少充電電路的電阻實(shí)現(xiàn)的。


圖1是采用本發(fā)明方法的系統(tǒng)的電路原理圖；圖2是充電流程圖； 圖3是充電過(guò)程電流電壓關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的方法要點(diǎn)在于在充電電流不斷減小的過(guò)程中，通過(guò)切掉充電電路的電阻 來(lái)增大充電電流。采用本發(fā)明的方法的風(fēng)電變槳備用電源系統(tǒng)如圖1所示，直流正負(fù)母線 之間依次串聯(lián)接有充電繼電器31的觸頭、第一投切電阻R1、第二投切電阻R2、功率電阻R3、 超級(jí)電容器組A，第一投切電阻R1、第二投切電阻R2上均并聯(lián)有投切繼電器觸頭(32，33)， 功率電阻R3為常設(shè)電阻，上述三個(gè)電阻與繼電器觸頭共同構(gòu)成超級(jí)電容器組的充電電路； 功率電阻R3與超級(jí)電容器組串聯(lián)的部分并聯(lián)有一個(gè)放電繼電器觸頭34，功率電阻R3與放 電繼電器觸頭34共同構(gòu)成超級(jí)電容器組的放電電路，功率電阻R3充當(dāng)限流電阻。超級(jí)電 容器組A的正端和直流母線的正端之間連接有一個(gè)正向功率二極管D，作為風(fēng)電變槳備用 電源系統(tǒng)的饋電支路。上面提到的繼電器(31，32，33，34)的線圈與比較電路C的各輸出端 連接，比較電路C包括對(duì)應(yīng)各繼電器觸頭的比較器，比較器的參考電壓根據(jù)需要設(shè)置。放大 電路B的輸入端接在超級(jí)電容器組A正端，放大電路B輸出端連接比較電路C。充電繼電器31的觸頭是充電開(kāi)關(guān)，當(dāng)需要充電時(shí)，首先要使該觸頭閉合。第一投 切電阻Rl的繼電器32觸頭，第二投切電阻R2的繼電器33觸頭，用來(lái)調(diào)節(jié)充電電流大小， 觸頭閉合，對(duì)應(yīng)的投切電阻被短路，充電電流便會(huì)增加。反之，觸頭斷開(kāi)，對(duì)應(yīng)的投切電阻接 入充電電路，充電電流便會(huì)減小。放電繼電器34的觸頭是放電開(kāi)關(guān)，當(dāng)需要放電時(shí)，要使該 觸頭閉合，而繼電器31觸頭斷開(kāi)。這樣，超級(jí)電容器組A通過(guò)功率電阻R3進(jìn)行放電。為了保證超級(jí)電容器在充電的同時(shí)引起誤放電或者超級(jí)電容器在放電的同時(shí)引 起誤充電，電路設(shè)置了繼電器互鎖電路。充電繼電器31和放電繼電器34組成互鎖電路?；?鎖電路又稱為先動(dòng)作優(yōu)先電路，即以先給出控制信號(hào)的那個(gè)繼電器吸合，而后給出控制信 號(hào)的另一個(gè)繼電器被鎖定在釋放狀態(tài)?；ユi電路的電路連接方式為把充電繼電器31的常 閉觸頭接到放電繼電器34的線圈回路中，把放電繼電器34的常閉觸頭接到充電繼電器31 的線圈回路中。當(dāng)給出控制信號(hào)使充電繼電器31線圈得電時(shí)，充電繼電器31的常閉觸頭 斷開(kāi)，即使給出放電繼電器34的控制信號(hào)，也不能使放電繼電器34的線圈得電；當(dāng)給出控 制信號(hào)使放電繼電器34線圈得電時(shí)，放電繼電器34的常閉觸頭斷開(kāi)，即使給出充電繼電器 31的控制信號(hào)，也不能使充電繼電器31的線圈得電。通過(guò)繼電器互鎖電路也就保證了超級(jí) 電容器在充電狀態(tài)下不至引起誤放電或者超級(jí)電容器在放電狀態(tài)下不至引起誤充電。功率二極管D用于超級(jí)電容器組A用作后備電源時(shí)充當(dāng)饋電支路。直流母線電壓 大于超級(jí)電容器組A電壓時(shí)，功率二極管D截止。當(dāng)電網(wǎng)電壓掉電時(shí)，直流母線電壓迅速下 降，當(dāng)直流母線電壓小于超級(jí)電容器組A電壓時(shí)，功率二極管D受正向電壓而導(dǎo)通，超級(jí)電 容器組A通過(guò)功率二極管D給直流母線供電，保證變槳系統(tǒng)將葉片旋轉(zhuǎn)到順槳位置，以維護(hù) 設(shè)備安全。同時(shí)超級(jí)電容器組A還支撐整個(gè)控制系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間，以記錄必要的數(shù)據(jù)。功 率二極管D也可以連接在直流母線負(fù)極與超級(jí)電容器組A的負(fù)極之間，當(dāng)然電路需要一些 改動(dòng)，要使功率二極管D導(dǎo)通時(shí)能夠短路充電支路，具體結(jié)構(gòu)不再贅述。該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)
一、 電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，需要幾個(gè)電阻和繼電器就可以了。而用DC/DC充放電電路需要使用高頻開(kāi)關(guān)器件，對(duì)高頻開(kāi)關(guān)器件需要加復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)電路。二、 運(yùn)行可靠性高。DC/DC充放電電路如果電路設(shè)計(jì)不理想，容易造成功率開(kāi)關(guān) 管短路，開(kāi)關(guān)管短路后，直流母線電壓就直接加到了超級(jí)電容上，使超級(jí)電容承受過(guò)電壓而 損壞。三、 電路采用接觸器控制超級(jí)電容充放電，接觸器本身不會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，所 以也不會(huì)對(duì)周圍的電子設(shè)備有影響。DC/DC充放電電路使用功率開(kāi)關(guān)器件，功率開(kāi)關(guān)器件本 身會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。四、功能多，不僅能完成超級(jí)電容充電，還具有快速的放電功能。五、方便產(chǎn)品系列化。在不同的應(yīng)用場(chǎng)合，超級(jí)電容器耐壓不同，一旦超級(jí)電容 器電壓修改，只需要修改電阻阻值就可以了，方便產(chǎn)品系列化。如果采用DC/DC充電電路， 則開(kāi)關(guān)器件、電感、電解電容要一起修改。超級(jí)電容器組的充電方法在于，設(shè)定一個(gè)啟動(dòng)閥值VI，終止閥值V4，兩個(gè)優(yōu)化充 電閥值(V1<V2，V3<V4)。充電時(shí)，每當(dāng)超級(jí)電容器組兩端電壓大于設(shè)定的兩個(gè)充電優(yōu)化閥值 時(shí)，便增大充電電流，直到充電完畢。系統(tǒng)工作過(guò)程如圖2、圖3所示，系統(tǒng)上電后，檢測(cè)超級(jí) 電容器組A端電壓，當(dāng)超級(jí)電容器組A端電壓小于設(shè)定啟動(dòng)閥值Vl時(shí)，控制充電繼電器31 觸頭閉合，超級(jí)電容器組A開(kāi)始充電；當(dāng)檢測(cè)到超級(jí)電容器組A電壓大于終止閥值V4 (Vl< V4)時(shí)，控制充電繼電器31觸頭斷開(kāi)，超級(jí)電容器組A停止充電；當(dāng)再次檢測(cè)到超級(jí)電容器 組A電壓小于啟動(dòng)閥值Vl時(shí)，控制充電繼電器31觸頭閉合，超級(jí)電容器組A再次進(jìn)入充電 狀態(tài)。在給超級(jí)電容器組A充電過(guò)程中，當(dāng)檢測(cè)到超級(jí)電容器組A電壓大于第一優(yōu)化值V2 時(shí)，控制第一投切繼電器32觸頭吸合，把第一投切電阻Rl短接，加快充電速度；當(dāng)檢測(cè)到超 級(jí)電容器組A電壓大于第二優(yōu)化閥值V3 (V2< V3< V4)時(shí)，控制第二投切繼電器33觸頭吸 合，把第二投切電阻R2短接，進(jìn)一步提高充電速度，繼續(xù)充電直到電壓達(dá)到終止閥值V4為 止。當(dāng)超級(jí)電容器組A快速放電時(shí)，控制放電繼電器34觸頭吸合，超級(jí)電容器組A通過(guò)功 率電阻R3快速放電。設(shè)定電壓(VI，V2，V3，V4)通過(guò)比較電路C中的比較器的參考電壓進(jìn) 行設(shè)定。
權(quán)利要求
一種適用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)超級(jí)電容的充電方法，其特征在于，設(shè)定一個(gè)啟動(dòng)閥值、一個(gè)終止閥值、啟動(dòng)閥值和終止閥值之間至少一個(gè)優(yōu)化充電閥值，如果超級(jí)電容器組端電壓小于啟動(dòng)閥值，則投入充電支路，開(kāi)始充電；當(dāng)超級(jí)電容器組端電壓達(dá)到第一優(yōu)化充電閥值時(shí)，增大充電電流，如果沒(méi)有第二優(yōu)化充電閥值，則繼續(xù)充電直到超級(jí)電容器組端電壓達(dá)到終止閥值，如果有第二優(yōu)化充電閥值，則再次增大充電電流，如此依次類推，直到達(dá)到最后一個(gè)優(yōu)化充電閥值，增大充電電流繼續(xù)充電，直到超級(jí)電容器組端電壓達(dá)到終止閥值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)超級(jí)電容的充電方法，其 特征在于，所述增大充電電流是通過(guò)減少充電電路的電阻實(shí)現(xiàn)的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)超級(jí)電容的充電方法，設(shè)定一個(gè)啟動(dòng)閥值、一個(gè)終止閥值、啟動(dòng)閥值和終止閥值之間至少一個(gè)優(yōu)化充電閥值，如果超級(jí)電容器組端電壓小于啟動(dòng)閥值，則投入充電支路，開(kāi)始充電；當(dāng)超級(jí)電容器組端電壓達(dá)到第一優(yōu)化充電閥值時(shí)，增大充電電流，如果沒(méi)有第二優(yōu)化充電閥值，則繼續(xù)充電直到超級(jí)電容器組端電壓達(dá)到終止閥值，如果有第二優(yōu)化充電閥值，則再次增大充電電流，如此依次類推，直到達(dá)到最后一個(gè)優(yōu)化充電閥值，增大充電電流繼續(xù)充電，直到超級(jí)電容器組端電壓達(dá)到終止閥值。上述充電方法效率高。
文檔編號(hào)H02J15/00GK101924395SQ201010257459
公開(kāi)日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月19日
發(fā)明者劉德林, 初永剛, 張舉良, 李朝鋒, 楊銀鍇, 胡劍生, 趙瑞杰, 陶學(xué)軍 申請(qǐng)人:許繼集團(tuán)有限公司;許繼電氣股份有限公司