一种风力发电机组偏航用电源系统的制作方法

本实用新型涉及风力发电机组的偏航控制技术，具体是一种风力发电机组偏航用的电源系统。

背景技术：

在风力发电机组的结构中，偏航系统用作控制风轮对风/避风，其是风力发电机组的重要组成部件之一。通常，偏航系统的供电是由偏航变频器所电联接的电网实现的，其供电电源单一。

服役于海上或沿海风场的风力发电机组需要经常应对风力强劲的台风环境，但是，基于台风的破坏性，在台风环境下，电网容易发生故障而掉电。上述单靠电网进行供电的偏航系统在台风环境下，由于电网掉电的不确定性而不能有效、可靠地对风力发电机组进行主动偏航动作，因而，需要对偏航系统的电源系统设置后备电源，若有后备电源的存在，则在台风环境下即便电网发生掉电情况，风力发电机组的偏航系统亦能够稳定、可靠地运行，确保能够可靠地实现主动偏航。

目前，风力发电机组偏航系统用的后备电源主要是以柴油发电机提供的，例如中国专利文献公开的“一种风电场偏航后备电源系统”（公开号CN 206894351，公开日2018年01月16日）、“一种风电场偏航用的后备电源系统”（公开号CN 206894350，公开日2018年01月16日）等。这些以柴油发电机作为风力发电机组偏航系统后备电源的技术，虽然能够在一定程度上提高风力发电机组偏航的稳定性和可靠性，但其存在如下主要技术问题：

1. 柴油发电机因耗油量高、污染物排放量大等，不够经济、环保，增加了风力发电机组的运营成本；

2. 柴油发电机的日常维护工作量大，且受限于海上对柴油的管控，需要对柴油发电机配置相应的防火措施，进一步增加了风力发电机组的运营成本；

3. 柴油发电机由于结构体积较大，通常布置于风力发电机组的机舱外部-例如基础平台上，不仅管控麻烦、不可靠，而且其在台风等恶劣环境下的服役稳定性变差，导致风力发电机组偏航系统的供电稳定性和可靠性依然存在隐患，不甚理想。

综上所述，基于风力发电机组偏航的特殊性和必要性，以及上述柴油发电机作为偏航系统备用电源的技术不足，有必要为风力发电机组的偏航系统研发一种经济性好、运行过程环保、稳定且可靠的电源系统。

技术实现要素：

本实用新型的技术目的在于：针对上述风力发电机组偏航的特殊性和必要性，以及上述现有技术的不足，提供一种经济性好、运行过程环保、稳定且可靠的风力发电机组偏航用电源系统。

本实用新型实现其技术目的所采用的技术方案是：一种风力发电机组偏航用电源系统，所述电源系统包括有AC-DC-AC拓扑结构的偏航变频器，所述偏航变频器通过整流单元与电网电联接，所述偏航变频器通过逆变单元与偏航系统的对应偏航电机电联接，所述偏航变频器与所述风力发电机组的主控系统保持通信；所述电源系统还包括有后备电池组，所述后备电池组和所述整流单元通过能够自动投切的连锁开关与所述偏航变频器的直流母线电联接，使得所述后备电池组和所述整流单元在所述偏航变频器上形成互锁状态。

作为优选方案之一，所述后备电池组为铝空燃料电池，所述后备电池组的控制单元与所述风力发电机组的主控系统的UPS电源电联接。进一步的，所述后备电池组的控制单元与所述风力发电机组的主控系统保持通信。再进一步的，所述主控系统与所述后备电池组的控制单元之间以CANopen通信协议保持通信，所述主控系统通过CANopen通信协议对所述后备电池组的供电状态进行自检。

作为优选方案之一，所述主控系统与所述偏航变频器之间以CANopen通信协议保持通信，所述主控系统通过CANopen通信协议对所述偏航变频器的工作状态及电网供电状态进行自检。

所述偏航变频器上的逆变单元数量对应于偏航系统上的偏航电机数量，所述偏航变频器上的逆变单元与偏航系统上的偏航电机呈一一对应关系。

所述偏航变频器和后备电池组分别布置在所述风力发电机组的机舱内。

本实用新型的有益技术效果是：

1. 本实用新型在AC-DC-AC拓扑结构偏航变频器上，保留电网供电的同时，将后备电池组通过能够自动投切的连锁开关电联接在偏航变频器上，使后备电池组和电网在偏航变频器上形成互锁状态的供电形式，从而在电网出现掉电情况时由后备电池组提供偏航系统的电源，确保风力发电机组的偏航系统能够稳定、可靠地进行偏航动作，以应对不同的风况变化，此外，本实用新型具有结构紧凑、排布容易、维护方便、经济环保等特点；

2. 本实用新型的后备电池组采用铝空燃料电池，其具有比能量大、质量轻、无毒危险等特点，进一步增强了本实用新型的经济性和环保性。

附图说明

图1是本实用新型的一种原理框图。

图2是本实用新型在工作状态中的控制流程图。

图中代号含义：1—偏航变频器；2—整流单元；3—后备电池组；4—控制单元；5—UPS电源；6—主控系统；7—逆变单元；8—偏航电机；9—连锁开关。

具体实施方式

本实用新型涉及风力发电机组的偏航控制技术，具体是一种风力发电机组偏航用的电源系统，下面结合说明书附图-即图1和图2对本实用新型的内容进行详细、具体的说明。在此需要特别说明的是，本实用新型的附图是示意性的，其为了清楚本实用新型的技术目的已经简化了不必要的细节，以避免模糊了本实用新型贡献于现有技术的技术方案。

参见图1所示，本实用新型包括偏航变频器1和后备电池组3。

其中，偏航变频器1为AC-DC-AC拓扑结构，其布置在风力发电机组在机舱内。偏航变频器1的直流母线通过开关与整流单元2电联接，而整流单元2与电网电联接，即偏航变频器1通过整流单元2与电网电联接，以使电网能够对偏航变频器1进行正常供电。偏航变频器1的直流母线上对应偏航系统上的偏航电机8数量而电联接有相应的逆变单元7，即偏航变频器1上所联接的逆变单元7与偏航系统上的偏航电机8呈一一对应关系；偏航变频器1通过各逆变单元7而与偏航系统的对应偏航电机8电联接。此外，偏航变频器1与风力发电机组的主控系统6之间以CANopen通信协议保持通信，由主控系统6通过CANopen通信协议对偏航变频器1的工作状态及电网供电状态进行自检（包括对与偏航变频器1所联接的整流单元2和逆变单元7的通信自检等）。

后备电池组3采用铝空燃料电池，其布置在风力发电机组在机舱内。铝空燃料电池的后备电池组3具有控制单元4，该控制单元4与风力发电机组的主控系统6的UPS电源5电联接，由UPS电源5对后备电池组3的控制单元进行电网掉电时的紧急供电；后备电池组3的控制单元4与主控系统6之间以CANopen通信协议保持通信，由主控系统6通过CANopen通信协议对后备电池组3的供电状态进行自检。前述后备电池组3通过开关电联接在偏航变频器1的直流母线上。

为了使后备电池组3的电能对电网的电能形成替换补充，要求上述后备电池组3和上述电联接电网的整流单元2在偏航变频器1上应形成互锁状态，如此，偏航变频器1与整流单元2和后备电池组3之间的开关为连锁开关9，即后备电池组3和整流单元2通过能够自动投切的连锁开关9与偏航变频器1的直流母线电联接。

本实用新型以服役于海上或沿海的风力发电机组为例，对其在工作状态中的控制流程作简单说明，参见图2所示。

-在机组正常运行模式下，电网对偏航变频器进行正常供电，此时的后备电池组处于关机状态；

-当机组接收到台风临近的信息时，机组进入预台风模式，此时电网仍对偏航变频器进行正常供电，而后备电池组则进入热待机状态，热待机状态的后备电池组不向偏航变频器输送电能；

-机组进入台风模式下，当主控系统检测到电网发生掉电时，则UPS电源投入运行，UPS电源为主控系统和后备电池组的控制单元进行紧急供电，后备电池组的控制单元启动电堆开始发电，同时，连锁开关动作，切入后备电池组对偏航变频器进行供电；当主控系统检测到整流单元正常供电时，连锁开关动作，切出后备电池组，后备电池组的控制单元停止电堆发电，机组进入正常运行模式。

以上具体技术方案仅用以说明本实用新型，而非对其限制；尽管参照上述具体技术方案对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：本实用新型依然可以对上述具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换（例如后备电池组可以采用其它已有的大容量蓄电电池代替等），而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型的精神和范围。