一种风力发电机组电控系统交流UPS电源的制作方法

一种风力发电机组电控系统交流ups电源
技术领域
1.本发明涉及风力发电中的电力，具体而言，涉及一种风力发电机组电控系统交流ups电源。


背景技术：

2.风力发电机组在电网波动、电网突然停电情况下，如果风力发电机组自身未配备ups电源或配备的ups电源失效，则可能出现故障停机或故障无法安全停机的问题。故障停机主要影响风力发电机组的运行可靠性和稳定性，导致发电效益降低。故障无法安全停机则会引发风力发电机组超速飞车的安全隐患。
3.风力发电机组电控系统内部的ups电源，主要给plc控制器、变频器、并网接触器、通信交换机等电气部件供电。如果风力发电机组电控系统内部的ups电源失效或运行不可靠，则会引起plc控制器工作异常(例如突然关机、数据记录异常、频繁死机)、变频器容易损坏、并网接触器异常脱开、通信信号丢失或通信信号立即中断等问题。
4.风力发电机组电控系统使用的现有单相交流230v电压等级的ups电源，属于普通型ups电源，容量一般在2kva以内，采用的是传统的“交-直-交”设计模式，即：将市电输入的230v交流电先整流成直流电，再将整流后的直流电逆变成230v交流电输出。这些普通型ups电源主要是给室内计算机、计算机网络系统或某些室内的电力电子设备提供不间断的电力供应设计的，虽然能满足风力发电机组电控系统对ups电源功能的基本需求，但在风力发电机组电控系统使用过程中也暴露了若干问题，这些问题及影响主要有：
5.(1)现有普通型ups电源工作环境温度要求在0℃～40℃范围内，而风力发电机组运行的环境温度往往超过这个范围，时常出现低于0℃或高于40℃的情况，这会导致普通型ups电源容易报故障、容易老化、寿命缩短。
6.(2)现有普通型ups电源配置的铅酸电池寿命通常仅为3～5年，这给风力发电机组运行维护增加了一定的工作量，也增加运维的人工和备件成本，从而影响了风电场运维的经济效益。
7.(3)现有普通型ups电源输出过载允许时间通常在300毫秒以上、且过载超过限定时间后只是转到旁路输出并提供告警信号，但是无过载跳闸保护功能。风力发电机组正常运行时，电控系统ups电源负载变化的主要原因是接触器控制线圈等感性负载，冲击时间通常在50毫秒以内。如果风力发电机组电控系统ups电源负载出现短路或接地故障，而ups电源不能快速保护跳闸，很可能引起负载元件严重损坏甚至引发电控柜失火的安全事件。
8.(4)现有普通型ups电源在市电有输入时，会立即启动工作并输出给负载供电。风力发电机组接入的电网虽然比较稳定，但是在设备维护维修的停、送电过程中，特别是采用三相跌落保险形式给风电机组的箱式变电站供电时，ups电源的输入会存在波动或较大的浪涌电压，容易导致ups电源内部器件损坏。
9.(5)现有普通型ups电源的输入输出接口都为插座连接形式，这种插座连接形式适合无振动的运行工况。但是，风力发电机组在实际运行过程中会存在一定的振动或晃动，插
座连接位置容易松动，容易造成ups电源报故障或输入输出接口损坏。
10.因此，为了提高风力发电机组电控系统ups电源的稳定性和可靠性，从而提高风力发电机组的安全性和发电效益，设计制作一种新型的风力发电机组电控系统用的ups电源，以满足风电机组的特殊环境工况，是迫切需要且非常必要的。


技术实现要素：

11.本发明提供一种风力发电机组电控系统交流ups电源，用以解决上述现有技术存在的问题。
12.为达到上述目的，本发明提供了一种风力发电机组电控系统交流ups电源，连接在ups电源输入与ups电源输出之间，其包括：输入控制单元、输入滤波装置、旁路控制单元、旁路、ac/dc整流单元、dc/ac逆变单元、dc/dc开关、充电控制与充电单元、铅酸电池、输出滤波装置、输出过载保护单元以及ups电源控制模块，所述输入控制单元连接在ups电源输入与所述输入滤波装置之间，所述输入滤波装置进一步与所述旁路控制单元、所述ac/dc整流单元以及所述充电控制与充电单元连接，所述dc/ac逆变单元连接在所述ac/dc整流单元与所述输出滤波装置之间，所述铅酸电池连接在所述充电控制与充电单元与所述dc/dc开关之间，所述输出滤波装置连接在所述dc/ac逆变单元与所述输出过载保护单元之间，所述输出过载保护单元与ups电源输出连接，
13.所述风力发电机组电控系统交流ups电源的输入电压与输出电压均为230v以及频率为50hz，
14.所述ups电源控制模块根据负载大小对输出过载保护模式进行配置，配置方法为：
15.当105％《负载≤125％时，超过10秒转到旁路运行并报警；
16.当125％《负载≤150％时，超过3秒转到旁路运行并报警；
17.当150％《负载≤200％时，超过1秒转到旁路运行并报警；
18.当负载＞200％时，超过100毫秒转到旁路运行并报警；以及
19.ups转到旁路运行后，当负载＞130％时，延时50毫秒关闭输出；
20.所述ups电源控制模块中设置有电源输入电压的欠压保护值、过压保护值和输入延时启动值：
21.欠压保护值设置为90％的额定电压，调整范围为80％至100％额定电压；
22.过压保护值设置为130％的额定电压，调整范围为110％至130％额定电压；
23.输入延时启动值允许设置范围为0秒至1分钟，默认设置时间为10秒；
24.230v交流输入电压正常且延时计数器时间到达时，ups电源从关机状态转到开机启动状态。
25.在本发明的一实施例中，所述风力发电机组电控系统交流ups电源内部的电子元器件均为工业级低温型器件，工作环境温度介于-30℃～+150℃之间。
26.在本发明的一实施例中，所述铅酸电池的工作环境温度介于-20℃～+50℃之间。
27.在本发明的一实施例中，所述铅酸电池为两组直流12v电池串联，单组电池容量为7.2ah。
28.在本发明的一实施例中，所述电压的欠压保护值、所述保护值和所述延时启动值通过硬件拨码开关设置或软件程序设置。
29.在本发明的一实施例中，所述ups电源控制模块设有一拨码开关，拨码开关的其中一位为优先级控制标识，当所述优先级控制标识为“on”时表示硬件控制优先，当所述优先级控制标识为“off”位置时表示软件控制优先。
30.在本发明的一实施例中，ups电源输入与ups电源输出均采用接线端子进行连接固定，接线端子允许接入的导线横截面积不小于6mm2。
31.本发明提供的风力发电机组电控系统交流ups电源相比目前风力发电机组电控系统使用的普通型ups电源，可提高ups电源的寿命、运行可靠性和稳定性，降低ups电源的故障率，同时还能降低风力发电机组电控系统ups的成本，从而提升风电场的经济效益。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为本发明一实施例的风力发电机组电控系统交流ups电源的结构示意图；
34.图2为本发明一实施例的对输出过载保护模式进行配置的流程图；
35.图3为本发明一实施例的输入控制和判断流程图。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.图1为本发明一实施例的风力发电机组电控系统交流ups电源的结构示意图，如图1所示，本发明提供了一种风力发电机组电控系统交流ups电源，连接在ups电源输入与ups电源输出之间，其包括：输入控制单元、输入滤波装置、旁路控制单元、旁路、ac/dc整流单元、dc/ac逆变单元、dc/dc开关、充电控制与充电单元、铅酸电池、输出滤波装置、输出过载保护单元以及ups电源控制模块，所述输入控制单元连接在ups电源输入与所述输入滤波装置之间，所述输入滤波装置进一步与所述旁路控制单元、所述ac/dc整流单元以及所述充电控制与充电单元连接，所述dc/ac逆变单元连接在所述ac/dc整流单元与所述输出滤波装置之间，所述铅酸电池连接在所述充电控制与充电单元与所述dc/dc开关之间，所述输出滤波装置连接在所述dc/ac逆变单元与所述输出过载保护单元之间，所述输出过载保护单元与ups电源输出连接，
38.ups电源控制模块因大部分功能为通过软件实现，其与其他各部分的实体连接较少，故未标示在图1中。
39.所述风力发电机组电控系统交流ups电源的输入电压与输出电压均为230v以及频率为50hz，所述ups电源控制模块根据负载大小对输出过载保护模式进行配置，如图2所示为本发明一实施例的对输出过载保护模式进行配置的流程图，配置方法为：
40.当105％《负载≤125％时，超过10秒转到旁路运行并报警；
41.当125％《负载≤150％时，超过3秒转到旁路运行并报警；
42.当150％《负载≤200％时，超过1秒转到旁路运行并报警；
43.当负载＞200％时，超过100毫秒转到旁路运行并报警；以及
44.ups转到旁路运行后，当负载＞130％时，延时50毫秒关闭输出；
45.所述ups电源控制模块中设置有电源输入电压的欠压保护值、过压保护值和输入延时启动值，如图3所示为本发明一实施例的输入控制和判断流程图，具体如下：
46.欠压保护值设置为90％的额定电压，调整范围为80％至100％额定电压；
47.过压保护值设置为130％的额定电压，调整范围为110％至130％额定电压；
48.输入延时启动值允许设置范围为0秒至1分钟，默认设置时间为10秒；
49.230v交流输入电压正常且延时计数器时间到达时，ups电源从关机状态转到开机启动状态。
50.本实施例中，所述风力发电机组电控系统交流ups电源内部的电子元器件均为工业级低温型器件，工作环境温度介于-30℃～+150℃之间，这些电子元器件例如包括工业级低温型电源管理芯片、信号检测芯片、信号控制芯片、二极管、三极管、场效应管、电感、电容、光耦等电子元器件等。商业级电子元器件的工作环境温度通常要求在0℃至80℃范围，本发明使用工业级低温型器件，使得ups电源的工作环境温度范围明显变宽，老化速度会得到有效降低，使用寿命得到有效提高。
51.所述铅酸电池的工作环境温度介于-20℃～+50℃之间，以代替原先工作环境温度在0℃至+40℃范围的铅酸电池。风力发电机组运行时，ups电源位置环境温度通常在-10℃至+45℃，所以选用上述铅酸电池可以降低老化速度，从而提高铅酸电池的使用寿命。
52.所述铅酸电池为两组直流12v电池串联，单组电池容量为7.2ah。如此一来，既能解决普通型ups电源每次更换铅酸电池时至少需要更换4组以上直流12v电池的问题，又不影响风力发电机组电控系统对ups电源容量的要求。
53.所述电压的欠压保护值、所述保护值和所述延时启动值通过硬件拨码开关设置或软件程序设置。
54.所述ups电源控制模块设有一拨码开关，拨码开关的其中一位为优先级控制标识，当所述优先级控制标识为“on”时表示硬件控制优先，当所述优先级控制标识为“off”位置时表示软件控制优先。
55.ups电源输入与ups电源输出均采用接线端子进行连接固定，接线端子允许接入的导线横截面积不小于6mm2，以满足实际通过的电压和电流对导线的需求。
56.本发明提供的风力发电机组电控系统交流ups电源相比目前风力发电机组电控系统使用的普通型ups电源，可提高ups电源的寿命、运行可靠性和稳定性，降低ups电源的故障率，同时还能降低风力发电机组电控系统ups的成本，从而提升风电场的经济效益。
57.本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
58.本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
59.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管
参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。