一种风电变桨系统用超级电容充电器及其充电方法与流程

本发明属于风力发电机的变桨控制系统领域，特别涉及该领域中的一种风电变桨系统用超级电容充电器及其充电方法。

背景技术：

目前，风力发电变桨系统使用的超级电容充电器，可以分为独立式和变桨驱动器内置充电器两种。独立式超级电容充电器外置于变桨驱动器，作为一个单独的产品，一般是三相输入，输出连接超级电容。由于独立式充电器主电路大多使用高频变压器隔离，导致独立式超级电容充电器体积大，又由于一般采用多级功率变换，导致效率较低，输出充电电流小。内置超级电容充电器集成在变桨驱动器内部，内置超级电容充电器的输入一般是变桨驱动器的直流母线，输出通过二极管连接到超级电容，受变桨驱动器体积限制，内置充电器主电路一般采用不隔离的降压斩波电路，例如buck电路，由于受buck电路开关管开关损耗大和buck滤波电感体积限制，内置充电器的充电电流也不大。综上，目前风力发电变桨系统使用的超级电容充电器，不管独立式还是内置式，都存在充电电流小的问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题就是提供一种可以提高充电电流的风电变桨系统用超级电容充电器及其充电方法。

本发明采用如下技术方案：

一种风电变桨系统用超级电容充电器，其改进之处在于，所述的充电器包括与交流电源电连接的整流器，所述整流器的输出电压由第一控制器控制，所述整流器通过第一滤波电容与buck电路电连接，所述的buck电路包括开关管，与开关管电连接的第一滤波电感，第一滤波电感的一侧与二极管电连接，另一侧与第二滤波电容电连接，所述的二极管、第一滤波电感和第二滤波电容组成闭合回路，所述闭合回路的一端通过电流传感器和二极管与超级电容的正极电连接，另一端通过二极管与超级电容的负极电连接，与第一控制器电连接的第二控制器检测超级电容的电压并控制buck电路中开关管的通断。

进一步的，所述的整流器为三相半控桥式整流电路或者三相桥式全控整流电路。

进一步的，所述的电流传感器通过第二滤波电感与二极管电连接。

进一步的，所述的开关管为igbt或mosfet。

进一步的，第二控制器通过与超级电容电连接的电压检测电路获取超级电容的电压值。

进一步的，在二极管、第一滤波电感和第二滤波电容组成的闭合回路中，还包括与第二滤波电容电连接的阻尼电阻。

进一步的，所述的buck电路既可以采用正端buck电路，也可以采用负端buck电路。

一种风电变桨系统用超级电容充电方法，使用上述的充电器，其改进之处在于，包括如下步骤：

（1）第一控制器将整流器的输出电压升至δu，第二控制器控制buck电路中开关管接通，按照设定的充电电流为超级电容充电，超级电容的电压开始上升，第二控制器将超级电容电压值实时传输给第一控制器，第一控制器则控制整流器的输出电压始终比超级电容电压高δu；

（2）在超级电容电压达到额定值后，第一控制器控制整流器的输出电压升至直流母线电压并保持不变。

进一步的，步骤（1）中的充电电流在充电过程中分段单独设定。

本发明的有益效果是：

本发明所公开的超级电容充电器，第一滤波电感和第二滤波电容组成lc滤波器、或者第一滤波电感、第二滤波电容和第二滤波电感组成lcl滤波器，减小了buck电路滤波电感的体积，从而实现了超级电容充电器的大电流充电。buck电路的闭合回路中设置阻尼电阻，降低输出充电电流的纹波。

本发明所公开的超级电容充电方法，在其他条件不变的情况下，通过降低buck电路的输入电压以降低开关管的开关损耗和温升，温升降低可以允许开关管流过更大电流，从而实现了大电流充电。充电电流在充电过程中分段单独设定，为超级电容内部的单体平衡提供了等待时间，改善了充电效果。

附图说明

图1是本发明实施例1所公开的超级电容充电器的电路连接示意图；

图2是本发明实施例1所公开的充电方法中整流器输出电压随超级电容电压变化的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，如图1所示，本实施例公开了一种风电变桨系统用超级电容充电器，所述的充电器包括与交流电源电连接的整流器，所述整流器的输出电压由第一控制器控制，所述整流器通过第一滤波电容与buck电路电连接，所述的buck电路包括开关管，与开关管电连接的第一滤波电感，第一滤波电感的一侧与二极管电连接，另一侧与第二滤波电容电连接，所述的二极管、第一滤波电感和第二滤波电容组成闭合回路，所述闭合回路的一端通过电流传感器和二极管与超级电容的正极电连接，另一端通过二极管与超级电容的负极电连接，与第一控制器电连接的第二控制器检测超级电容的电压并控制buck电路中开关管的通断。

作为一种可供选择的方式，在本实施例中，所述的整流器为三相半控桥式整流电路或者三相桥式全控整流电路。所述的电流传感器通过第二滤波电感与二极管电连接，该电流传感器可以放置在第二滤波电感的前面或者后面。所述的开关管为igbt或mosfet。第二控制器通过与超级电容电连接的电压检测电路获取超级电容的电压值。在二极管、第一滤波电感和第二滤波电容组成的闭合回路中，还包括与第二滤波电容电连接的阻尼电阻。所述的buck电路既可以采用正端buck电路，也可以采用负端buck电路。

本实施例所公开的超级电容充电器，相比现有充电器体积小，可以集成到变浆驱动器内部，充电电流大，减少了系统的启动时间，具有良好的经济效益。

本实施例还公开了一种风电变桨系统用超级电容充电方法，使用上述的充电器，包括如下步骤：

（1）第一控制器将整流器的输出电压升至δu，第二控制器控制buck电路中开关管接通，按照设定的充电电流为超级电容充电，超级电容的电压开始上升，第二控制器将超级电容电压值实时传输给第一控制器，如图2所示，第一控制器则控制整流器的输出电压始终比超级电容电压高δu；

（2）在超级电容电压达到额定值后，第一控制器控制整流器的输出电压升至直流母线电压并保持不变。

上述步骤（1）中的充电电流在充电过程中分段单独设定。

本实施例所公开的充电方法，在充电过程中通过实时检测超级电容电压，控制整流器的输出电压与超级电容电压协调同步上升，以达到减小开关损耗、降低开关管温升、进而提高输出电流的目的，使充电电流可以达到8a、甚至10a以上。

此外需要特别说明的是，本实施例所公开的超级电容充电器及充电方法，不仅可以用于集成式内置充电器，还可以用于独立充电器。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种风电变桨系统用超级电容充电器及充电方法，所述的充电器包括与交流电源电连接的整流器，所述整流器的输出电压由第一控制器控制，所述整流器通过第一滤波电容与BUCK电路电连接，所述的BUCK电路包括开关管，与开关管电连接的第一滤波电感，第一滤波电感的一侧与二极管电连接，另一侧与第二滤波电容电连接，另一端通过二极管与超级电容的负极电连接，与第一控制器电连接的第二控制器检测超级电容的电压并控制BUCK电路中开关管的通断。本发明公开的充电方法，充电电流在充电过程中分段单独设定，为超级电容内部的单体平衡提供了等待时间，改善了充电效果。

技术研发人员：刁红泉;秦泗德;戴富坤;韩琨;刘钊
受保护的技术使用者：埃斯倍风电科技（青岛）有限公司
技术研发日：2017.11.08
技术公布日：2018.03.23