本实用新型涉及风力发电技术领域，更具体地讲，涉及一种风力发电机组变桨系统的备用电源系统。
背景技术：
变桨系统是保障风力发电机组整体安全的关键环节。电网状态正常时，变桨系统需要的电能主要由三相交流电网提供；当电网断电或者发生低电压穿越时，由备用电源来提供能量，直接给变桨系统供电，在保证整套变桨电控系统内部电路正常工作的前提下，使叶片顺桨到安全位置。
目前，由于成本低的优点，铅酸蓄电池被广泛用于并网型风力发电机组变桨系统的备用电源。但是由于铅酸蓄电池具有易受高温的影响且充电时间相当长的缺点，使得风力发电机组在运行2-3年，有些甚至只运行1年时就频繁报出备用电源系统相关故障，从而导致整个风电厂批量更换铅酸蓄电池，严重影响发电收益。
因此，需要一种能够保证经济效益且可靠性高的备用电源系统。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于针对现有技术存在的问题，提出一种将已投入运行的风力发电机组变桨系统的备用电源系统替换为超级电容备用电源系统的技术方案。
根据本实用新型的一方面，提供了一种风力发电机组变桨系统的备用电源系统，其特征在于，包括：控制单元、超级电容、用于对超级电容进行充电的充电器、电源切换器；其中，控制单元分别连接充电器和超级电容，控制单元控制充电器向超级电容充电；其中，经由电源切换器将风力发电机组变桨系统连接到超级电容，当主电源发生故障时，超级电容通过电源切换器向风力发电机组变桨系统供电。
优选地，控制单元在主电源发生故障时向充电器发送指示停止对超级电容充电的信号。
优选地，电源切换器可为二极管，其中，所述二极管的阳极连接到超级电容，风力发电机组变桨系统的供电接口连接到所述二极管的阴极和主电源。
优选地，控制单元响应于从充电器接收的超级电容充满的信息向充电器发送指示对超级电容进行浮充电的信号，以及响应于从充电器接收的充电器的输出电压不正常的信息向充电器发送指示停止对超级电容充电的信号。
优选地，所述备用电源系统可还包括：监控单元，可连接到控制单元，以响应于检测到超级电容的温度超出阈值、发生反极性或过电压，向控制单元发送故障信号。
优选地，充电器可设置在风力发电机组的第一柜体中，超级电容可设置在风力发电机组的第二柜体中。
优选地，所述风力发电机组可为双馈型风力发电机组。
根据本实用新型的风力发电机组变桨系统的备用电源系统能够使风力发电机组运行更稳定可靠。此外，根据本实用新型的风力发电机组变桨系统的备用电源系统，能够以较低成本将超级电容应用于现有的风力发电机组变桨系统的备用电源系统，从而进行改造升级。
附图说明
下面将结合附图进行本实用新型的详细描述，本实用新型的上述特征和其他目的以及优点将会变得更加清楚，其中：
图1示出根据本实用新型的实施例的风力发电机组变桨系统的备用电源系统的结构框图；
图2示出根据本实用新型的实施例的超级电容的示意图。
具体实施方式
提供以下参照附图的描述以帮助全面理解由权利要求及其等同物限定的本实用新型的示例性实施例。在附图中，相同的标号始终表示相同的部件。
图1示出根据本实用新型的实施例的风力发电机组变桨系统的备用电源系统的结构框图。
如图1所示，根据一个实施例的备用电源系统100可包括：控制单元10、超级电容20、用于对超级电容20进行充电的充电器30、以及电源切换器40。控制单元10分别连接充电器30和超级电容20，控制单元10控制充电器30向超级电容20充电。可经由电源切换器40将风力发电机组变桨系统连接到超级电容20，当主电源发生故障时，超级电容20通过电源切换器40向风力发电机组变桨系统供电。并且，风力发电机组变桨系统还通过直流母线L连接至风力发电机组的主电源，其中，主电源可以是用于风力发电机组变桨系统的直流电源，主电源为变桨驱动器提供由交流电源输出的交流电压经过三相整流后产生的直流电压。
控制单元10可包括各种类型的控制组件。例如，控制单元10可以是中央控制器(CPU)。控制单元10可连接到充电器30。这里，充电器30可以是用于对超级电容20进行充电的各种充电器。例如，充电器30也可称为超级电容充电器。
当风力发电机组的主电源(以下称为主电源)正常操作时，控制单元10可控制充电器30对超级电容20进行充电。例如，在风力发电机组启机前，充电器30可在控制单元10的控制下，对超级电容20进行快速充电。当超级电容20的电压达到额定值时，超级电容20可被认为已充满，此时，满足风力发电机组的启机条件。随后，充电器30可用于对超级电容20进行浮充电。这里，浮充电是指由充电器30对超级电容20进行补充充电，以补充超级电容20的自放电，使超级电容20以满容量的状态处于备用。
控制单元10可响应于从充电器30接收的超级电容20充满的信息，向充电器30发送指示对超级电容20进行浮充电的信号，以及响应于从充电器30接收的充电器30的输出电压不正常的信息向充电器30发送指示停止对超级电容20充电的信号。
例如，控制单元10可从充电器30接收指示超级电容20已充满的信息和指示充电器30的输出电压不正常的信息。当接收到指示超级电容20已充满的信息时，控制单元10可向充电器30发送信号以指示充电器30对超级电容20进行上述的浮充电。当接收到指示充电器30的输出电压不正常(例如，充电器出现故障)的信息时，控制单元10可向充电器30发送信号以指示充电器30停止对超级电容20充电。此时，控制单元10可根据从充电器30接收到的信息生成相应的故障信息。
此外，控制单元10可在主电源发生故障时向充电器30发送指示停止对超级电容20充电的信号。例如，当主电源发生故障(例如，主电源掉电或出现质量相关故障)时，控制单元10可向充电器30发送信号以指示充电器30停止对超级电容20充电。例如，此时，控制单元10可向充电器30发送信号以关闭充电器30。控制单元10可从充电器30接收关于工作温度、输出电压等的状态信息，并生成相应的故障信息。
如上所述，可经由电源切换器40将风力发电机组的变桨系统连接到超级电容20，当主电源发生故障时，超级电容20通过电源切换器40向变桨系统供电。
具体来说，风力发电机组的变桨系统可通过电源切换器40连接到超级电容20。当主电源未发生故障时，变桨系统可通过直流母线L连接到主电源，以由主电源向变桨系统供电。当主电源发生故障(例如，主电源掉电或出现质量相关故障)时，电源切换器40可将变桨系统连接到超级电容20，并将主电源与变桨系统的连接断开，以由超级电容20作为备用电源向变桨系统供电。因此，可使得变桨系统的桨叶在风力发电机组的主电源发生故障时仍然能够顺桨至安全位置，从而保证风力发电机组运行的可靠性。
电源切换器40可以是能够实现电源切换功能的各种组件(例如，开关)。作为一个实施例，电源切换器40可以是二极管。此时，二极管的阳极可连接到超级电容20，而变桨系统的供电接口可连接到二极管的阴极和主电源。当主电源正常(未发生故障)时，二极管处于反向截止状态，因此主电源与变桨系统经由直流母线L连通，由主电源向变桨系统供电。当主电源故障时，由于超级电容已充满电，电压达到额定值，二极管被导通，因此超级电容20与变桨系统连通，由超级电容20向变桨系统供电。然而，本实用新型不限于此，电源切换器40可以是其他组件。
如图1所示，备用电源系统100可还包括监控单元50。监控单元50可连接到控制单元10，以响应于检测到超级电容20的温度超出阈值、发生反极性或过电压，向控制单元10发送故障信号。
例如，监控单元50可连接到超级电容20，以实时检测超级电容20的包括温度、极性等的状态信息。如果超级电容20的温度超出预先设定的阈值，或发生反极性或过电压，则监控单元50可向连接的控制单元10发送相关的故障信号，以及时通知控制单元10。根据另一实施例，监控单元50还可包括在控制单元10中。
根据一个实施例，充电器30可设置在风力发电机组的第一柜体中，超级电容20可设置在风力发电机组的第二柜体中。这里，第一柜体可与第二柜体不同。
具体来说，由于各种备用电源可具有不同体积，所以现有的备用电源柜体可能不适合于放置超级电容充电器，因此，可将充电器30设置在风力发电机组的第一柜体中，而在不同于第一柜体的第二柜体中放置超级电容20。这里，第二柜体可以是放置原本使用的备用电源(例如，铅酸蓄电池)的柜体。也就是说，可将超级电容20与充电器30相分离，放置在不同的柜体中。
本实用新型中的风力发电机组可以为双馈型风力发电机组。例如，SL1500风力发电机组为双馈变速恒频风力发电机组，采用铅酸蓄电池作为备用电源，其电池柜放置于机舱尾部，通过滑环向变桨系统提供能量。本实用新型的实施例针对SL1500机组的特点提出充电系统与超级电容模组相分离的方案，可将超级电容模组(即，超级电容20)设置在机舱尾部的电容柜中，而将超级电容充电器(即，充电器30)设置在机舱中部的300柜中。然而，这仅为示例，本实用新型不限于此。
以下将描述超级电容和超级电容充电器的结构设计。
图2示出根据本实用新型的实施例的超级电容的示意图。
如图2所示，根据实施例的超级电容20可包括六个超级电容模组C。六个超级电容模组C可设置为以下连接方式：三个超级电容模组C为一行，每行的三个超级电容模组C串联，并且两个行并联。六个超级电容模组C彼此之间留有一定间隔(例如，10毫米)，以便空气流通。
超级电容的柜体(例如，电容柜)可通过设置水平安装板而配置成底部和上部两部分。上述超级电容模组可设置在底部。柜体的上部可安装各种器件，例如，主电接线端子、信号接线端子、电容保护熔断器、风扇保护断路器等。然而，本实用新型不限于此。作为示例，为了便于超级电容模组的维护，可在柜体的上部中设置多个维护孔，以用于通过维护孔对超级电容模组进行电压、信号测量以及二次接线等操作。柜体一侧还可安装用于空气流通的风扇，柜体的另一侧可作为出线口。
为了在超级电容充电器的柜体中固定充电器，柜体中可包括支撑横梁和固定组件。支撑横梁的尺寸可根据超级电容充电器的尺寸而设置。固定组件可设置为包括两个结构对称的Z字型卡件。每个Z字型卡件上可设置通孔，以用于将固定组件的位置沿水平方向调节。固定组件的中部也可设置通孔，用于适应不同宽度的充电器。
根据本实用新型的风力发电机组变桨系统的备用电源系统可以降低备用电源的故障率，提高风力发电机组运行的可靠性。此外，根据本实用新型的风力发电机组变桨系统的备用电源系统，能够以较低成本将超级电容应用于现有的风力发电机组变桨系统的备用电源系统，从而进行改造升级。
虽然已经显示和描述了一些示例实施例，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，可以对这些示例实施例进行修改，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。