一种风力发电机极限保护组件的控制装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种风力发电机极限保护组件的控制装置，包括风力发电机，依次与所述风力发电机连接的第一整流桥和蓄电池，以及依次与所述风力发电机连接的第二整流桥和独立冗余卸荷处理部件；所述第一整流桥的输入端和第二整流桥的输入端连接。本发明所述风力发电机极限保护组件的控制装置，可以克服现有技术中供电可靠性低、设备易损坏和安全性差等缺陷，以实现供电可靠性高、设备不易损坏和使用安全性好的优点。
【专利说明】—种风力发电机极限保护组件的控制装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及风电【技术领域】，具体地，涉及一种风力发电机极限保护组件的控制装置。
【背景技术】
[0002]目前新能源(风力发电，太阳能发电)的应用进入了一个实用的阶段，相对应的电子控制装置(如，风光互补控制器，风机控制器等)起到举足轻重的作用。尤其是对风力发电机的控制。由于风的不确定性，容易造成风力发电机烧毁，或者直接损坏控制器，造成控制失控，发电系统就会崩溃。
[0003]—般的控制器对风机的控制仅仅是依赖在控制器正常的工作状态下才能保护到风力发电机，一旦控制器损坏了，则，风机也会连带损坏。尤其是:用户在使用习惯上的不当造成的。比如:一般控制器都需要要求先接蓄电池供电，然后才能接风机输入，这样，风机输入的能量可以直接释放到电池中去。如果先接风力发电机，再接蓄电池，则极容易造成，由于输入电压过高，直接过压破坏控制器，控制器损坏后，极可能再造成风机发电机负载短路。由于风力发电机突然加入过重负载，相当于风机在高速运转时候，直接刹车的后果，造成风机叶片由于突然受到反作用的阻力，会折断叶片，或引起的剧烈抖动，折损风力发电机的支架问题。为了处理这类特殊或极限状态的异常发生，需要提出新的保护方式。
[0004]在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在供电可靠性低、设备易损坏和使用安全性差等缺陷。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种风力发电机极限保护组件的控制装置，以实现供电可靠性高、设备不易损坏和使用安全性好的优点。
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:一种风力发电机极限保护组件的控制装置，包括风力发电机，依次与所述风力发电机连接的第一整流桥和蓄电池，以及依次与所述风力发电机连接的第二整流桥和独立冗余卸荷处理部件；所述第一整流桥的输入端和第二整流桥的输入端连接。
[0007]进一步地，在所述第一整流桥与蓄电池之间，并联有多个滤波电容。
[0008]进一步地，所述独立冗余卸荷处理部件，包括第一至五反相器U1A、U1B、U1C和U1D，分压网络模块，第三二极管D3、第四三极管D4、第五二极管D5，第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10和第i^一电阻R11，第一电容C1、第二电容C2，第一开关管Q1、第三开关管Q3，M0S管驱动电路，卸荷M0S管QX和外接卸荷电阻RX;其中:
所述第三二极管D3的阳极与第二整流桥的输出端连接，第三二极管D3的阳极经外接卸荷电阻RX后与卸荷M0S管QX的源极连接，第三二极管D3的阳极还经分压网络模块后与第一反相器U1A的输入端连接；第三二极管D3的阴极经第九电阻R9后与M0S管驱动电路连接，第三二极管D3的阴极经第三电阻R3后与第四二极管D4的阴极连接，第三二极管D3的阴极还经第一电容C1后接地，第四二极管D4的阳极接地，第一电容C1的接地端为负极，第三电阻R3与第四二极管D4的公共端依次经第六电阻R6和第二电容C2后接地；
所述第一反相器U1A的输出端与第二反相器U1B的输入端连接，第二反相器U1B的输出端依次经第四电阻R4和第五电阻R5后接地，第四电阻R4和第五电阻R5的公共端与第一开关管Q1的基极连接，第一开关管Q1的发射极接地，第一开关管Q1的集电极与第三反相器U1C的输入端连接，第一开关管Q1的集电极还与第六电阻R6和第二电容C2的公共端连接；
所述第三反相器U1C的输出端与第四反相器U1D的输入端连接，第四反相器U1D的输出端经第八电阻R8后与第三开关管Q3的基极连接，第三开关管Q3的集电极与MOS管驱动电路连接，第三开关管Q3的集电极接地，第十电阻R10连接在第三开关管Q3的基极与第三开关管Q3的发射极之间，第十电阻R10还并联有一电容；第^^一电阻R11连接在第九电阻R9和MOS管驱动电路的公共端与第三开关管Q3的集电极之间，第十一电阻Rl 1远离第九电阻R9的一端与第五二极管D5的阴极连接，第五二极管D5的阳极接地；
所述MOS管驱动电路与卸荷MOS管QX的栅极连接，卸荷MOS管QX的漏极接地。
[0009]进一步地，所述分压网络模块，包括第二二极管即稳压二极管D2、第一分压电阻R1和第二分压电阻R2 ;所述稳压二极管D2的阴极与第三三极管D3的阳极连接，稳压二极管D2的阳极依次经第一分压电阻R1和第二分压电阻R2后接地，第一分压电阻R1和第二分压电阻R2的公共端连接至第一反相器U1A的输入端；
和/或，
所述M0S管驱动电路，包括第二开关管Q2和第四开关管Q4 ;所述第二开关管Q2的基极和第四开关管Q4的基极分别与第三开关管Q3的集电极、第五二极管D5的阴极和第十一电阻R11远离第九电阻R9的一端连接，第二开关管Q2的集电极分别与第九电阻R9远离第一电容C1的一端和第^ 电阻R11远离第五二极管D5的一端连接，第二开关管Q2的发射极分别与第四开关管Q4的发射极和卸荷M0S管QX的栅极连接，第四开关管Q4的集电极接地；
风力发电机输入整流后输入到40V和GND之间的线路，当整流后的输入电压超过40V后，由稳压二极管D2、第一分压电阻R1、第二分压电阻R2组成分压网络模块，让第一反相器U1A的输入端即1脚输入高电平，从而第二反相器由U1B的输出端即4脚输出高电平，第一开关管Q1导通，对第二电容C2放电，然后第三反相器U1C的输入端即5脚输入低电平，第三开关管Q3的基极即输入端关闭，由第二开关管Q2和第四开关管Q4组成的M0S管驱动电路输出驱动电压，让卸荷M0S管QX导通，接通外接卸荷电阻RX让风力发电机卸荷；
卸荷开始后，风力发电机电压下降，下降到预设下降阈值，第一反相器U1A的输入端即1脚输入电平变成低电平，第一开关管Q1关闭，第六电阻R6开始对第二电容C2充电，充电时间约为2ms后，第三反相器U1C的输入端即5脚输入高电平，第三开关管Q3导通，驱动的卸荷M0S管QX变为截止，外接卸荷电阻RX断开，风力发电机输入电压开始上升，然后再次卸荷，循环此过程；
上述卸荷过程的工作频率由第六电阻R6和第二电容C2决定，只要风机输入电压超过40V则会产生PWM卸荷脉冲卸荷。
[0010]进一步地，所述第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4，均为三极管。
[0011]本发明各实施例的风力发电机极限保护组件的控制装置，由于包括风力发电机，依次与风力发电机连接的第一整流桥和蓄电池，以及依次与风力发电机连接的第二整流桥和独立冗余卸荷处理部件；第一整流桥的输入端和第二整流桥的输入端连接；可以应用于风力发电机安全冗余控制过程中；从而可以克服现有技术中供电可靠性低、设备易损坏和安全性差的缺陷，以实现供电可靠性高、设备不易损坏和使用安全性好的优点。
[0012]本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
[0013]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1为本发明风力发电机极限保护组件的控制装置的工作原理示意图；
图2为本发明风力发电机极限保护组件的控制装置中风机极限保护组件的工作原理示意图。
【具体实施方式】
[0015]以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0016]根据本发明实施例，如图1和图2所示，提供了一种风力发电机极限保护组件的控制装置。
[0017]本实施例的风力发电机极限保护组件的控制装置，包括风力发电机，依次与风力发电机连接的第一整流桥和蓄电池，以及依次与风力发电机连接的第二整流桥和独立冗余卸荷处理部件；第一整流桥的输入端和第二整流桥的输入端连接。在第一整流桥与蓄电池之间，并联有多个滤波电容。
[0018]具体地，上述独立冗余卸荷处理部件，包括第一至五反相器U1A、U1B、U1C和U1D，分压网络模块，第三二极管D3、第四三极管D4、第五二极管D5，第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10和第十一电阻R11,第一电容C1、第二电容C2，第一开关管Q1、第三开关管Q3，M0S管驱动电路，卸荷M0S管QX和外接卸荷电阻RX ;其中:
第三二极管D3的阳极与第二整流桥的输出端连接，第三二极管D3的阳极经外接卸荷电阻RX后与卸荷M0S管QX的源极连接，第三二极管D3的阳极还经分压网络模块后与第一反相器U1A的输入端连接；第三二极管D3的阴极经第九电阻R9后与M0S管驱动电路连接，第三二极管D3的阴极经第三电阻R3后与第四二极管D4的阴极连接，第三二极管D3的阴极还经第一电容C1后接地，第四二极管D4的阳极接地，第一电容C1的接地端为负极，第三电阻R3与第四二极管D4的公共端依次经第六电阻R6和第二电容C2后接地；
第一反相器U1A的输出端与第二反相器U1B的输入端连接,第二反相器U1B的输出端依次经第四电阻R4和第五电阻R5后接地，第四电阻R4和第五电阻R5的公共端与第一开关管Q1的基极连接，第一开关管Q1的发射极接地，第一开关管Q1的集电极与第三反相器U1C的输入端连接，第一开关管Q1的集电极还与第六电阻R6和第二电容C2的公共端连接；第三反相器U1C的输出端与第四反相器U1D的输入端连接，第四反相器U1D的输出端经第八电阻R8后与第三开关管Q3的基极连接，第三开关管Q3的集电极与MOS管驱动电路连接，第三开关管Q3的集电极接地，第十电阻R10连接在第三开关管Q3的基极与第三开关管Q3的发射极之间，第十电阻R10还并联有一电容；第十一电阻R11连接在第九电阻R9和MOS管驱动电路的公共端与第三开关管Q3的集电极之间，第十一电阻R11远离第九电阻R9的一端与第五二极管D5的阴极连接，第五二极管D5的阳极接地；MOS管驱动电路与卸荷MOS管QX的栅极连接，卸荷MOS管QX的漏极接地。
[0019]该分压网络模块，包括第二二极管即稳压二极管D2、第一分压电阻R1和第二分压电阻R2 ;稳压二极管D2的阴极与第三三极管D3的阳极连接，稳压二极管D2的阳极依次经第一分压电阻R1和第二分压电阻R2后接地，第一分压电阻R1和第二分压电阻R2的公共端连接至第一反相器U1A的输入端；
和/或，
该M0S管驱动电路，包括第二开关管Q2和第四开关管Q4 ;第二开关管Q2的基极和第四开关管Q4的基极分别与第三开关管Q3的集电极、第五二极管D5的阴极和第十一电阻R11远离第九电阻R9的一端连接，第二开关管Q2的集电极分别与第九电阻R9远离第一电容C1的一端和第十一电阻R11远离第五二极管D5的一端连接，第二开关管Q2的发射极分别与第四开关管Q4的发射极和卸荷M0S管QX的栅极连接，第四开关管Q4的集电极接地；
风力发电机输入整流后输入到40V和GND之间的线路，当整流后的输入电压超过40V后，由稳压二极管D2、第一分压电阻R1、第二分压电阻R2组成分压网络模块，让第一反相器U1A的输入端即1脚输入高电平，从而第二反相器由U1B的输出端即4脚输出高电平，第一开关管Q1导通，对第二电容C2放电，然后第三反相器U1C的输入端即5脚输入低电平，第三开关管Q3的基极即输入端关闭，由第二开关管Q2和第四开关管Q4组成的M0S管驱动电路输出驱动电压，让卸荷M0S管QX导通，接通外接卸荷电阻RX让风力发电机卸荷；
卸荷开始后，风力发电机电压下降，下降到预设下降阈值，第一反相器U1A的输入端即1脚输入电平变成低电平，第一开关管Q1关闭，第六电阻R6开始对第二电容C2充电，充电时间约为2ms后，第三反相器U1C的输入端即5脚输入高电平，第三开关管Q3导通，驱动的卸荷M0S管QX变为截止，外接卸荷电阻RX断开，风力发电机输入电压开始上升，然后再次卸荷，循环此过程；
上述卸荷过程的工作频率由第六电阻R6和第二电容C2决定，只要风机输入电压超过40V则会产生PWM卸荷脉冲卸荷。第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4,均为三极管。
[0020]上述实施例的风力发电机极限保护组件的控制装置，针对以上存在的缺点，采用技术手段，创新性地制造出真正适合风力发电机安全冗余控制的方法，成功应用到我司风光互补控制器中，得到用户肯定。结构图如图1。
[0021]上述实施例的风力发电机极限保护组件的控制装置中涉及的风力发电机极限保护的电信号控制，工作过程描述如下: 风力发电机极限保护组件主要有:整流桥，独立冗余卸荷处理部件，卸荷电阻组成。其中，独立冗余卸荷处理部件的原理图如图2。
[0022]独立冗余卸荷处理部件电器上独立于风光互补控制器的控制，内置到控制器外壳内部，用于保护控制器和风机，属于冗余保护组件。其中，RX为外接的卸荷电阻，QX为卸荷M0S 管。
[0023]风力发电机输入整流后输入到40V和GND之间的线路，当整流后的输入电压超过40V后，由稳压二极管D2，R1，R2组成分压网络，让U1A1脚输入高电平，从而由U1B4脚输出高电平Q1导通，对C2放电，然后U1C5脚输入低电平，Q3三极管的输入关闭，由Q2、Q4组成的M0S管驱动电路输出驱动电压，让M0S管导通，接通了卸荷电阻让风力发电机卸荷。卸荷开始后，风力发电机电压下降，下降到约到29V，U1A的1脚输入变成低电平，Q1关闭，R6开始对C2充电，充电时间约为2ms后，U1C的5脚输入高电平，Q3导通，驱动的M0S管变为截止，卸荷电阻断开，风力发电机输入电压开始上升，然后再次卸荷。循环此过程。这个过程工作频率由R6、C2决定，约为2kHz，只要风机输入电压超过40V则会产生PWM卸荷脉冲卸荷。此部分电路不受处理器控制，独立的。如果我们不接蓄电池，先接风力发电机，则接入的瞬间就会立即卸荷操作，释放部分能量，一方面风机接入控制器时候只提供比较轻的负载，所以切入瞬间，不会对风机造成大的抖动，避免风机撕裂损坏；另一单方面冲击性的能量由卸荷电阻释放了，不会对控制器造成电压冲击，不会由于高压输入损坏控制器，还有即使控制器长期使用过程中，电池虚脱后，造成风机接近空载运行，也能使风机加入了负载，避免了一直空载造成的高速旋转从而损坏风机。
[0024]上述实施例的风力发电机极限保护组件的控制装置，采用独立于风光互补控制器的的冗余卸荷部件用于风机卸荷和空载保护，冗余卸荷部件保护实现的方法及其应用延伸。该风力发电机极限保护组件的控制装置，至少可以达到以下有益效果:
⑴保证风机不会长期空载高转速运行，规避了风机控制器损坏后的连带风险。
[0025]⑵避免了风光互补控制器接线顺序错误造成的控制器损坏，可以实现无序接线方式，更适合客户使用。
[0026]上述实施例的风力发电机极限保护组件的控制装置使用的主要器件型号包括:74HC14 (施密特反相器)，120N15 (MOS管)，2N551 (N型三极管)，2N5401 (P型三极管)，RX(卸荷功率电阻)。
[0027]最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种风力发电机极限保护组件的控制装置，其特征在于，包括风力发电机，依次与所述风力发电机连接的第一整流桥和蓄电池，以及依次与所述风力发电机连接的第二整流桥和独立冗余卸荷处理部件；所述第一整流桥的输入端和第二整流桥的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的风力发电机极限保护组件的控制装置，其特征在于，在所述第一整流桥与蓄电池之间，并联有多个滤波电容。
3.根据权利要求1或2所述的风力发电机极限保护组件的控制装置，其特征在于，所述独立冗余卸荷处理部件，包括第一至五反相器U1A、U1B、UlC和U1D，分压网络模块，第三二极管D3、第四三极管D4、第五二极管D5，第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻RlO和第i^一电阻R11，第一电容Cl、第二电容C2，第一开关管Ql、第三开关管Q3，MOS管驱动电路，卸荷MOS管QX和外接卸荷电阻RX ;其中: 所述第三二极管D3的阳极与第二整流桥的输出端连接，第三二极管D3的阳极经外接卸荷电阻RX后与卸荷MOS管QX的源极连接，第三二极管D3的阳极还经分压网络模块后与第一反相器UlA的输入端连接；第三二极管D3的阴极经第九电阻R9后与MOS管驱动电路连接，第三二极管D3的阴极经第三电阻R3后与第四二极管D4的阴极连接，第三二极管D3的阴极还经第一电容Cl后接地，第四二极管D4的阳极接地，第一电容Cl的接地端为负极，第三电阻R3与第四二极管D4的公共端依次经第六电阻R6和第二电容C2后接地； 所述第一反相器UlA的输出端与第二反相器UlB的输入端连接，第二反相器UlB的输出端依次经第四电阻R4和第五电阻R5后接地，第四电阻R4和第五电阻R5的公共端与第一开关管Ql的基极连接，第一开关管Ql的发射极接地，第一开关管Ql的集电极与第三反相器UlC的输入端连接,第一开关管Ql的集电极还与第六电阻R6和第二电容C2的公共端连接； 所述第三反相器UlC的输出端与第四反相器UlD的输入端连接，第四反相器UlD的输出端经第八电阻R8后与第三开关管Q3的基极连接，第三开关管Q3的集电极与MOS管驱动电路连接，第三开关管Q3的集电极接地，第十电阻RlO连接在第三开关管Q3的基极与第三开关管Q3的发射极之间，第十电阻RlO还并联有一电容；第十一电阻Rll连接在第九电阻R9和MOS管驱动电路的公共端与第三开关管Q3的集电极之间，第十一电阻Rll远离第九电阻R9的一端与第五二极管D5的阴极连接，第五二极管D5的阳极接地； 所述MOS管驱动电路与卸荷MOS管QX的栅极连接，卸荷MOS管QX的漏极接地。
4.根据权利要求3述的风力发电机极限保护组件的控制装置，其特征在于，所述分压网络模块，包括第二二极管即稳压二极管D2、第一分压电阻Rl和第二分压电阻R2 ;所述稳压二极管D2的阴极与第三三极管D3的阳极连接，稳压二极管D2的阳极依次经第一分压电阻Rl和第二分压电阻R2后接地，第一分压电阻Rl和第二分压电阻R2的公共端连接至第一反相器UlA的输入端； 和/或， 所述MOS管驱动电路，包括第二开关管Q2和第四开关管Q4 ;所述第二开关管Q2的基极和第四开关管Q4的基极分别与第三开关管Q3的集电极、第五二极管D5的阴极和第十一电阻Rll远离第九电阻R9的一端连接，第二开关管Q2的集电极分别与第九电阻R9远离第一电容Cl的一端和第^ 电阻Rll远离第五二极管D5的一端连接,第二开关管Q2的发射极分别与第四开关管Q4的发射极和卸荷MOS管QX的栅极连接，第四开关管Q4的集电极接地； 风力发电机输入整流后输入到40V和GND之间的线路，当整流后的输入电压超过40V后，由稳压二极管D2、第一分压电阻R1、第二分压电阻R2组成分压网络模块，让第一反相器UlA的输入端即I脚输入高电平，从而第二反相器由UlB的输出端即4脚输出高电平，第一开关管Ql导通，对第二电容C2放电,然后第三反相器UlC的输入端即5脚输入低电平，第三开关管Q3的基极即输入端关闭，由第二开关管Q2和第四开关管Q4组成的MOS管驱动电路输出驱动电压，让卸荷MOS管QX导通，接通外接卸荷电阻RX让风力发电机卸荷； 卸荷开始后，风力发电机电压下降，下降到预设下降阈值，第一反相器UlA的输入端即I脚输入电平变成低电平，第一开关管Ql关闭，第六电阻R6开始对第二电容C2充电,充电时间约为2ms后，第三反相器UlC的输入端即5脚输入高电平，第三开关管Q3导通，驱动的卸荷MOS管QX变为截止，外接卸荷电阻RX断开，风力发电机输入电压开始上升，然后再次卸荷，循环此过程； 上述卸荷过程的工作频率由第六电阻R6和第二电容C2决定，只要风机输入电压超过40V则会产生PWM卸荷脉冲卸荷。
5.根据权利要求4述的风力发电机极限保护组件的控制装置，其特征在于，所述第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4，均为三极管。
【文档编号】H02P9/00GK104320029SQ201410613724
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月5日 优先权日:2014年11月5日
【发明者】陈乐春, 谢冶峰 申请人:无锡曼克斯电子科技有限公司