专利名称：风力发电机组的备用电源系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种风力发电机组的备用电源系统，更具体地讲，涉及一种利用太阳能光伏发电的风力发电机组备用电源系统。
背景技术：
随着技术的发展，可再生能源的关注和利用程度日益增加，其中，风力发电是一种已经发展相对成熟的新能源技术。然而，在风力发电机组运行期间，可能因为外部电网故障而失去电网支持。这时，将会给风力发电机组带来以下危害第一，系统中的环境保障系统，例如除湿装置、加热装置、冷却装置等将因为失去电源无法正常动作，低温、潮湿可能导致风机的一些系统出现损坏或锈蚀，导致故障隐患。第二，系统内的储能器件的能量将会耗尽，这将延长风机上电启动所需的准备时间，影响风 机的可利用率。第三，在极端恶劣的暴风或台风天气下，系统的保护机制，例如偏航系统也将无法动作。因此，为了满足风力发电机组在失去电网支持情况下仍然能够安全稳定运行，现有的风力发电机组大多已经配备了一套备用电源系统，使得风力发电机能够不依赖于外部电网供电系统而为风力发电机组的环境保障系统和安全装置供电。具体地讲，现有风力发电机组的备用电源系统一般都是采用各种储能装置，如蓄电池、超级电容等。然而，使用储能装置作为备用电源系统存在严重的问题，即储能装置存储的电能有限，在外部电网断电时间较长或者维修人员和维修设备较难到达的地区，无法长时间持续为风力发电机组的电气系统供电。这样，一旦大电网断电时间较长，则储能装置存储的电能将被耗尽，从而使风力发电机组彻底停机，危害风力发电机组的电气系统，也会因电气系统损坏和变桨系统、偏航系统无法动作造成风力发电机组存在损坏隐患。因此，需要一种能够长时间有效供电的风力发电机组的备用电源系统。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种利用太阳能光伏发电来实现长时间有效供电的风力发电机组备用电源系统。为了实现上述目的，根据本实用新型的风力发电机组的备用电源系统，包括太阳能电池、电池充电器、蓄电池以及逆变器，其中，太阳能电池将光能转化成电能，电池充电器将太阳能电池供应的电能充入蓄电池，当外部电网掉电时，逆变器将蓄电池存储的直流电逆变为三相交流电，以便为风力发电机组的电气系统供电。此外，所述逆变器为非并网的逆变器，输出频率为50/60HZ。此外，所述逆变器将所述蓄电池存储的直流电逆变为三相交流电，在风力发电机组的控制变压器控制下为风力发电机组的风机加热系统、风机除湿系统、风机冷却系统、风机偏航系统、风机变桨系统及其储能装置供电。此外，所述太阳能电池按照以下形式中的至少一种布设将太阳能光伏组件布设在风力发电机组附近的地面上的就地布设形式；在风力发电机组的塔架上设置太阳能光伏组件的支架，将太阳能光伏组件安装在支架上的塔身布设形式；将太阳能光伏组件设置在风力发电机组的机舱顶部的机舱顶部布设形式。此外，如果所述太阳能电池按照机舱顶部布设形式布设，则太阳能光伏组件被水平地布设。此外，如果所述太阳能电池按照机舱顶部布设形式布设，则当外部电网掉电时，通过风机偏航系统将机舱尾部指向阳光主要照射方向。根据本实用新型实施例的风力发电机组的备用电源系统能够长时间稳定有效地供电，从而提供不依赖于外部电网的备用电源，使得风力发电机组在脱离外部电网供电后仍然可以为环境保障系统和安全装置供电。对于在海上或者不易抵达区域的外部电网维修存在困难的情况下，该备用电源系统将更能体现其优势。
通过
以下结合附图对实施例进行的描述，本实用新型的这些和/或其他方面和优点将会变得清楚和更易于理解，其中图I是示出根据本实用新型实施例的风力发电机组备用电源系统的示意性框图；图2是示出根据本实用新型实施例的风力发电机组备用电源系统的示意图。
具体实施方式
现在对本实用新型实施例进行详细的描述，其示例表示在附图中，其中，相同的标号始终表示相同的部件。下面通过参照附图对实施例进行描述以解释本实用新型。图I是示出根据本实用新型实施例的风力发电机组的备用电源系统的示意性框图。参照图1，所述风力发电机组的备用电源系统包括太阳能电池10、电池充电器20、蓄电池30以及逆变器40。具体地讲，太阳能电池10可通过光电效应或者光化学效应直接将光能转化成电能并存储电能。太阳能电池10可实现为晶体太阳能电池和薄膜太阳能电池。然而，本实用新型不限于此，太阳能电池10可实现为任何类型的太阳能电池。由于太阳能用之不竭，并且具有无污染、维护简便等优点，因此可以在所述风力发电机组备用电源系统中容易地设置太阳能电池10。电池充电器20用于将太阳能电池10供应的电能充入蓄电池30。蓄电池30用于存储和供应电能。例如，当外部电网正常供电从而风力发电机组正常运行时，蓄电池30处于存储电能的状态。当外部电网掉电时，蓄电池30处于供应电能的状态。上述两种状态的划分仅是说明性的，而非用于限制本实用新型。实际上，只要有足够的太阳辐射，太阳能电池10就可将光能转化成电能并存储电能，因此太阳能电池10可不管外部电网是否正常供电而持续地为蓄电池30充电。逆变器40用于将蓄电池存储的直流电逆变为三相交流电，以便外部电网掉电时为风力发电机组的电气系统供电。逆变器40为非并网的逆变器，其输出频率为50/60HZ。在外部电网掉电时，需要为风力发电机组的以下电气系统提供工作电源。一、风机加热系统风力发电机组内部的加热器件对于风力发电机组有着极为重要的意义，它不仅可以保证风力发电机组内部的电子电气元件始终处于合理的温度范围内，保证器件不会因为低温而出现损坏和性能下降的现象。还可以保证风力发电机组内的润滑油脂处于合理的温度范围，保证风力发电机组的传动系统安全正常。二、风机除湿系统在一些风力发电机组的变流器内安装了半导体除湿装置，在部分沿海型风力发电机组内安装了转轮除湿机。保持合适的湿度可以减少电子器件受潮损坏现象，避免风力发电机组内部出现凝露现象。三、风机冷却系统风力发电机组主要发热部件有发电机、变流、箱变等，这些主要发热部件均设计有独立的冷却系统，如发电机可采用内外循环空气冷却，即内循环空气将热量带至换热器，外部环境空气通过换热器将热量带走；变流和箱变可采用介质冷却，即用冷却介质将变流或箱变产生的热量传至外部散热装置从而实现冷却的目的。除此之外风力发电机组内部还有其他发热设备，如控制柜、变频器、变浆柜等，这些设备产生的热量一般都采用在柜体上加·装通风风扇的方式排放至柜体外部环境中，这些热量累积会导致风力发电机机组内部环境有一定温升，当温升达到一定程度时可采用换热器冷却或引入新风冷却等环境控制方法降低风力发电机组内部温度。在失去外部电网支持的情况下，尤其是处于高温地区的夏天，风力发电机组若要启动内部的循环风机、风扇或者热换器，需利用外部备电方可正常工作，以确保风风力发电机组内部温度不至于过高。四、风机变桨系统及其储能装置变桨所需的能量源来自两个方面，第一是由机舱提供的主电，第二是备电。当风力发电机组在外部电网故障时，变桨所需的能量需要通过备电提供。另外，如果风力发电机组内部还设置有超级电容或蓄电池，则在风力发电机组失去外部电网支持后，超级电容或蓄电池会通过自放电损失掉内部的能量。因此,要维持超级电容和蓄电池的电压。五、风机偏航系统当风力发电机组失去外部电网支持之后，如果出现极高风速，风机就需要偏航以侧向对风，保证风力发电机组安全。尽管偏航系统为间歇工作，但也需要电源为其供电方可工作，从而确保风力发电机组的安全稳定运行。在整个风力发电机组中，在失去外部电网支持情况下，风力发电机组的电气系统工作的最大负载来自加热系统和除湿系统，变桨系统仅需要消耗极少功率，冷却系统需要根据风力发电机组所处环境来确定是否工作，偏航系统为间歇工作。图2是示出根据本实用新型实施例的风力发电机组备用电源系统的示意图。参照图2，Tl为风力发电机组的控制变压器，Ul为逆变器，U2为电池充电器。逆变器Ul和电池充电器U2之间设置有蓄电池。当外部电网正常供电时，开关Ql闭合，Q2断开。此时，蓄电池处于存储电能的状态。当外部电网掉电时，开关Ql断开，Q2闭合，蓄电池通过逆变器Ul向风力发电机组供电，从而将电能提供给需要供电的各个电气系统。此时，蓄电池处于供应电能的状态。另外，蓄电池可同时处于存储电能的状态。根据本实用新型的实施例，太阳能电池的布设方式可包含以下形式中的至少一种就地布设，即将太阳能光伏组件布设在风力发电机组附近的地面上；塔身布设，即在风力发电机组的塔架上设置太阳能光伏组件的支架，将太阳能光伏组件安装在支架上；机舱顶部布设，即将太阳能光伏组件设置在风力发电机组的机舱顶部。对于机舱顶部布设，一般考虑水平布置太阳能光伏组件，以减少风对太阳能光伏组件的影响。然而，也可垂直或倾斜地布置太阳能光伏组件。另一方面，对于机舱顶部布设，应考虑叶片转动对太阳能光伏组件的遮蔽引起的输出波动。因此，在确定失去外部电网支持后可通过风机偏航系统使风机偏航，将机舱尾部指向阳光主要照射方向(该方向通常是一个比较固定的方向)，以确保太阳能光伏组件无遮蔽地接受太阳能辐射。尽管以上描述了几种太阳能电池的布设方式，但是本实用新型不限于此，可以以其他各种布设方式来布置太阳能电池。根据本实用新型实施例的风力发电机组备用电源系统能够长时间稳定有效地供电，从而提供不依赖于外部电网的备用电源，使得风力发电机组在脱离外部电网供电后仍然可以为环境保障系统和安全装置供电。对于在海上或者不易抵达区域的外部电网维修存在困难的情况下，该备用电源系统将更能体现其优势。根据本实用新型实施例的风力发电机组备用电源系统不同于传统概念的风光互 补的应用。传统的风光互补应用在于两者在能源来源上互补，根据本实用新型实施例的风力发电机组备用电源系统则是将光伏发电作为风力机组的辅助电源装置而存在，其将光伏备用电源装置作为风机在无外部电网支持条件下的一种自我支持的备用装置。通过使用根据本实用新型实施例的风力发电机组备用电源系统，能减少低温、高温、潮湿等不利的环境因素对风力发电机组内部电气系统的危害，减少风力发电机组启动前必要的除湿、加热的时间，提升风力发电机组启动的速度。在必要时，该备用电源系统还可以驱动偏航实现对极端风况的规避。此外，该备用电源系统同时还能减少变桨系统中对超级电容或者电池储能的依赖。虽然已经显示和描述了一些实施例，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。
权利要求1.一种风力发电机组的备用电源系统，包括太阳能电池、电池充电器、蓄电池以及逆变器，其特征在于太阳能电池将光能转化成电能，电池充电器将太阳能电池供应的电能充入蓄电池，当外部电网掉电时，逆变器将蓄电池存储的直流电逆变为三相交流电，以便为风力发电机组的电气系统供电。
2.根据权利要求I所述的风力发电机组的备用电源系统，其特征在于，所述逆变器为非并网的逆变器，输出频率为50/60HZ。
3.根据权利要求I所述的风力发电机组的备用电源系统，其特征在于，所述逆变器将所述蓄电池存储的直流电逆变为三相交流电，以便为风力发电机组的风机加热系统、风机除湿系统、风机冷却系统、风机偏航系统、风机变桨系统及其储能装置供电。
4.根据权利要求I所述的风力发电机组的备用电源系统，其特征在于，所述太阳能电池按照以下形式中的至少一种布设将太阳能光伏组件布设在风力发电机组附近的地面上的就地布设形式；在风力发电机组的塔架上设置太阳能光伏组件的支架，将太阳能光伏组件安装在支架上的塔身布设形式；将太阳能光伏组件设置在风力发电机组的机舱顶部的机舱顶部布设形式。
5.根据权利要求4所述的风力发电机组的备用电源系统，其特征在于，如果所述太阳能电池按照机舱顶部布设形式布设，则太阳能光伏组件被水平地布设。
6.根据权利要求4所述的风力发电机组的备用电源系统，其特征在于，如果所述太阳能电池按照机舱顶部布设形式布设，则当外部电网掉电时，通过所述风力发电机组的风机偏航系统将机舱尾部指向阳光主要照射方向。
专利摘要本实用新型公开一种风力发电机组的备用电源系统，包括太阳能电池、电池充电器、蓄电池以及逆变器，其中，太阳能电池将光能转化成电能，电池充电器将太阳能电池供应的电能充入蓄电池，当外部电网掉电时，逆变器将蓄电池存储的直流电逆变为三相交流电，以便为风力发电机组的电气系统供电。所述备用电源系统能够长时间稳定有效地供电，从而提供不依赖于外部电网的备用电源，使得风力发电机组在脱离外部电网供电后仍然可以为环境保障系统和安全装置供电。对于在海上或者不易抵达区域的外部电网维修存在困难的情况下，该备用电源系统将更能体现其优势。
文档编号H02J7/35GK202435115SQ20112054891
公开日2012年9月12日 申请日期2011年12月23日 优先权日2011年12月23日
发明者庞云亭, 张黎杰, 李庆江, 申亮, 胡清阳 申请人:北京金风科创风电设备有限公司