專利名稱：風力發(fā)電機組的備用電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種風力發(fā)電機組的備用電源系統(tǒng)，更具體地講，涉及一種利用太陽能光伏發(fā)電的風力發(fā)電機組備用電源系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著技術(shù)的發(fā)展，可再生能源的關(guān)注和利用程度日益增加，其中，風力發(fā)電是一種已經(jīng)發(fā)展相對成熟的新能源技術(shù)。然而，在風力發(fā)電機組運行期間，可能因為外部電網(wǎng)故障而失去電網(wǎng)支持。這時，將會給風力發(fā)電機組帶來以下危害第一，系統(tǒng)中的環(huán)境保障系統(tǒng)，例如除濕裝置、加熱裝置、冷卻裝置等將因為失去電源無法正常動作，低溫、潮濕可能導致風機的一些系統(tǒng)出現(xiàn)損壞或銹蝕，導致故障隱患。第二，系統(tǒng)內(nèi)的儲能器件的能量將會耗盡，這將延長風機上電啟動所需的準備時間，影響風 機的可利用率。第三，在極端惡劣的暴風或臺風天氣下，系統(tǒng)的保護機制，例如偏航系統(tǒng)也將無法動作。因此，為了滿足風力發(fā)電機組在失去電網(wǎng)支持情況下仍然能夠安全穩(wěn)定運行，現(xiàn)有的風力發(fā)電機組大多已經(jīng)配備了一套備用電源系統(tǒng)，使得風力發(fā)電機能夠不依賴于外部電網(wǎng)供電系統(tǒng)而為風力發(fā)電機組的環(huán)境保障系統(tǒng)和安全裝置供電。具體地講，現(xiàn)有風力發(fā)電機組的備用電源系統(tǒng)一般都是采用各種儲能裝置，如蓄電池、超級電容等。然而，使用儲能裝置作為備用電源系統(tǒng)存在嚴重的問題，即儲能裝置存儲的電能有限，在外部電網(wǎng)斷電時間較長或者維修人員和維修設(shè)備較難到達的地區(qū)，無法長時間持續(xù)為風力發(fā)電機組的電氣系統(tǒng)供電。這樣，一旦大電網(wǎng)斷電時間較長，則儲能裝置存儲的電能將被耗盡，從而使風力發(fā)電機組徹底停機，危害風力發(fā)電機組的電氣系統(tǒng)，也會因電氣系統(tǒng)損壞和變槳系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)無法動作造成風力發(fā)電機組存在損壞隱患。因此，需要一種能夠長時間有效供電的風力發(fā)電機組的備用電源系統(tǒng)。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種利用太陽能光伏發(fā)電來實現(xiàn)長時間有效供電的風力發(fā)電機組備用電源系統(tǒng)。為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本實用新型的風力發(fā)電機組的備用電源系統(tǒng)，包括太陽能電池、電池充電器、蓄電池以及逆變器，其中，太陽能電池將光能轉(zhuǎn)化成電能，電池充電器將太陽能電池供應的電能充入蓄電池，當外部電網(wǎng)掉電時，逆變器將蓄電池存儲的直流電逆變?yōu)槿嘟涣麟?，以便為風力發(fā)電機組的電氣系統(tǒng)供電。此外，所述逆變器為非并網(wǎng)的逆變器，輸出頻率為50/60HZ。此外，所述逆變器將所述蓄電池存儲的直流電逆變?yōu)槿嘟涣麟?，在風力發(fā)電機組的控制變壓器控制下為風力發(fā)電機組的風機加熱系統(tǒng)、風機除濕系統(tǒng)、風機冷卻系統(tǒng)、風機偏航系統(tǒng)、風機變槳系統(tǒng)及其儲能裝置供電。此外，所述太陽能電池按照以下形式中的至少一種布設(shè)將太陽能光伏組件布設(shè)在風力發(fā)電機組附近的地面上的就地布設(shè)形式；在風力發(fā)電機組的塔架上設(shè)置太陽能光伏組件的支架，將太陽能光伏組件安裝在支架上的塔身布設(shè)形式；將太陽能光伏組件設(shè)置在風力發(fā)電機組的機艙頂部的機艙頂部布設(shè)形式。此外，如果所述太陽能電池按照機艙頂部布設(shè)形式布設(shè)，則太陽能光伏組件被水平地布設(shè)。此外，如果所述太陽能電池按照機艙頂部布設(shè)形式布設(shè)，則當外部電網(wǎng)掉電時，通過風機偏航系統(tǒng)將機艙尾部指向陽光主要照射方向。根據(jù)本實用新型實施例的風力發(fā)電機組的備用電源系統(tǒng)能夠長時間穩(wěn)定有效地供電，從而提供不依賴于外部電網(wǎng)的備用電源，使得風力發(fā)電機組在脫離外部電網(wǎng)供電后仍然可以為環(huán)境保障系統(tǒng)和安全裝置供電。對于在海上或者不易抵達區(qū)域的外部電網(wǎng)維修存在困難的情況下，該備用電源系統(tǒng)將更能體現(xiàn)其優(yōu)勢。
通過
以下結(jié)合附圖對實施例進行的描述，本實用新型的這些和/或其他方面和優(yōu)點將會變得清楚和更易于理解，其中圖I是示出根據(jù)本實用新型實施例的風力發(fā)電機組備用電源系統(tǒng)的示意性框圖；圖2是示出根據(jù)本實用新型實施例的風力發(fā)電機組備用電源系統(tǒng)的示意圖。
具體實施方式
現(xiàn)在對本實用新型實施例進行詳細的描述，其示例表示在附圖中，其中，相同的標號始終表示相同的部件。下面通過參照附圖對實施例進行描述以解釋本實用新型。圖I是示出根據(jù)本實用新型實施例的風力發(fā)電機組的備用電源系統(tǒng)的示意性框圖。參照圖1，所述風力發(fā)電機組的備用電源系統(tǒng)包括太陽能電池10、電池充電器20、蓄電池30以及逆變器40。具體地講，太陽能電池10可通過光電效應或者光化學效應直接將光能轉(zhuǎn)化成電能并存儲電能。太陽能電池10可實現(xiàn)為晶體太陽能電池和薄膜太陽能電池。然而，本實用新型不限于此，太陽能電池10可實現(xiàn)為任何類型的太陽能電池。由于太陽能用之不竭，并且具有無污染、維護簡便等優(yōu)點，因此可以在所述風力發(fā)電機組備用電源系統(tǒng)中容易地設(shè)置太陽能電池10。電池充電器20用于將太陽能電池10供應的電能充入蓄電池30。蓄電池30用于存儲和供應電能。例如，當外部電網(wǎng)正常供電從而風力發(fā)電機組正常運行時，蓄電池30處于存儲電能的狀態(tài)。當外部電網(wǎng)掉電時，蓄電池30處于供應電能的狀態(tài)。上述兩種狀態(tài)的劃分僅是說明性的，而非用于限制本實用新型。實際上，只要有足夠的太陽輻射，太陽能電池10就可將光能轉(zhuǎn)化成電能并存儲電能，因此太陽能電池10可不管外部電網(wǎng)是否正常供電而持續(xù)地為蓄電池30充電。逆變器40用于將蓄電池存儲的直流電逆變?yōu)槿嘟涣麟?，以便外部電網(wǎng)掉電時為風力發(fā)電機組的電氣系統(tǒng)供電。逆變器40為非并網(wǎng)的逆變器，其輸出頻率為50/60HZ。在外部電網(wǎng)掉電時，需要為風力發(fā)電機組的以下電氣系統(tǒng)提供工作電源。一、風機加熱系統(tǒng)風力發(fā)電機組內(nèi)部的加熱器件對于風力發(fā)電機組有著極為重要的意義，它不僅可以保證風力發(fā)電機組內(nèi)部的電子電氣元件始終處于合理的溫度范圍內(nèi)，保證器件不會因為低溫而出現(xiàn)損壞和性能下降的現(xiàn)象。還可以保證風力發(fā)電機組內(nèi)的潤滑油脂處于合理的溫度范圍，保證風力發(fā)電機組的傳動系統(tǒng)安全正常。二、風機除濕系統(tǒng)在一些風力發(fā)電機組的變流器內(nèi)安裝了半導體除濕裝置，在部分沿海型風力發(fā)電機組內(nèi)安裝了轉(zhuǎn)輪除濕機。保持合適的濕度可以減少電子器件受潮損壞現(xiàn)象，避免風力發(fā)電機組內(nèi)部出現(xiàn)凝露現(xiàn)象。三、風機冷卻系統(tǒng)風力發(fā)電機組主要發(fā)熱部件有發(fā)電機、變流、箱變等，這些主要發(fā)熱部件均設(shè)計有獨立的冷卻系統(tǒng)，如發(fā)電機可采用內(nèi)外循環(huán)空氣冷卻，即內(nèi)循環(huán)空氣將熱量帶至換熱器，外部環(huán)境空氣通過換熱器將熱量帶走；變流和箱變可采用介質(zhì)冷卻，即用冷卻介質(zhì)將變流或箱變產(chǎn)生的熱量傳至外部散熱裝置從而實現(xiàn)冷卻的目的。除此之外風力發(fā)電機組內(nèi)部還有其他發(fā)熱設(shè)備，如控制柜、變頻器、變漿柜等，這些設(shè)備產(chǎn)生的熱量一般都采用在柜體上加·裝通風風扇的方式排放至柜體外部環(huán)境中，這些熱量累積會導致風力發(fā)電機機組內(nèi)部環(huán)境有一定溫升，當溫升達到一定程度時可采用換熱器冷卻或引入新風冷卻等環(huán)境控制方法降低風力發(fā)電機組內(nèi)部溫度。在失去外部電網(wǎng)支持的情況下，尤其是處于高溫地區(qū)的夏天，風力發(fā)電機組若要啟動內(nèi)部的循環(huán)風機、風扇或者熱換器，需利用外部備電方可正常工作，以確保風風力發(fā)電機組內(nèi)部溫度不至于過高。四、風機變槳系統(tǒng)及其儲能裝置變槳所需的能量源來自兩個方面，第一是由機艙提供的主電，第二是備電。當風力發(fā)電機組在外部電網(wǎng)故障時，變槳所需的能量需要通過備電提供。另外，如果風力發(fā)電機組內(nèi)部還設(shè)置有超級電容或蓄電池，則在風力發(fā)電機組失去外部電網(wǎng)支持后，超級電容或蓄電池會通過自放電損失掉內(nèi)部的能量。因此,要維持超級電容和蓄電池的電壓。五、風機偏航系統(tǒng)當風力發(fā)電機組失去外部電網(wǎng)支持之后，如果出現(xiàn)極高風速，風機就需要偏航以側(cè)向?qū)︼L，保證風力發(fā)電機組安全。盡管偏航系統(tǒng)為間歇工作，但也需要電源為其供電方可工作，從而確保風力發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行。在整個風力發(fā)電機組中，在失去外部電網(wǎng)支持情況下，風力發(fā)電機組的電氣系統(tǒng)工作的最大負載來自加熱系統(tǒng)和除濕系統(tǒng)，變槳系統(tǒng)僅需要消耗極少功率，冷卻系統(tǒng)需要根據(jù)風力發(fā)電機組所處環(huán)境來確定是否工作，偏航系統(tǒng)為間歇工作。圖2是示出根據(jù)本實用新型實施例的風力發(fā)電機組備用電源系統(tǒng)的示意圖。參照圖2，Tl為風力發(fā)電機組的控制變壓器，Ul為逆變器，U2為電池充電器。逆變器Ul和電池充電器U2之間設(shè)置有蓄電池。當外部電網(wǎng)正常供電時，開關(guān)Ql閉合，Q2斷開。此時，蓄電池處于存儲電能的狀態(tài)。當外部電網(wǎng)掉電時，開關(guān)Ql斷開，Q2閉合，蓄電池通過逆變器Ul向風力發(fā)電機組供電，從而將電能提供給需要供電的各個電氣系統(tǒng)。此時，蓄電池處于供應電能的狀態(tài)。另外，蓄電池可同時處于存儲電能的狀態(tài)。根據(jù)本實用新型的實施例，太陽能電池的布設(shè)方式可包含以下形式中的至少一種就地布設(shè)，即將太陽能光伏組件布設(shè)在風力發(fā)電機組附近的地面上；塔身布設(shè)，即在風力發(fā)電機組的塔架上設(shè)置太陽能光伏組件的支架，將太陽能光伏組件安裝在支架上；機艙頂部布設(shè)，即將太陽能光伏組件設(shè)置在風力發(fā)電機組的機艙頂部。對于機艙頂部布設(shè)，一般考慮水平布置太陽能光伏組件，以減少風對太陽能光伏組件的影響。然而，也可垂直或傾斜地布置太陽能光伏組件。另一方面，對于機艙頂部布設(shè)，應考慮葉片轉(zhuǎn)動對太陽能光伏組件的遮蔽引起的輸出波動。因此，在確定失去外部電網(wǎng)支持后可通過風機偏航系統(tǒng)使風機偏航，將機艙尾部指向陽光主要照射方向(該方向通常是一個比較固定的方向)，以確保太陽能光伏組件無遮蔽地接受太陽能輻射。盡管以上描述了幾種太陽能電池的布設(shè)方式，但是本實用新型不限于此，可以以其他各種布設(shè)方式來布置太陽能電池。根據(jù)本實用新型實施例的風力發(fā)電機組備用電源系統(tǒng)能夠長時間穩(wěn)定有效地供電，從而提供不依賴于外部電網(wǎng)的備用電源，使得風力發(fā)電機組在脫離外部電網(wǎng)供電后仍然可以為環(huán)境保障系統(tǒng)和安全裝置供電。對于在海上或者不易抵達區(qū)域的外部電網(wǎng)維修存在困難的情況下，該備用電源系統(tǒng)將更能體現(xiàn)其優(yōu)勢。根據(jù)本實用新型實施例的風力發(fā)電機組備用電源系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)概念的風光互 補的應用。傳統(tǒng)的風光互補應用在于兩者在能源來源上互補，根據(jù)本實用新型實施例的風力發(fā)電機組備用電源系統(tǒng)則是將光伏發(fā)電作為風力機組的輔助電源裝置而存在，其將光伏備用電源裝置作為風機在無外部電網(wǎng)支持條件下的一種自我支持的備用裝置。通過使用根據(jù)本實用新型實施例的風力發(fā)電機組備用電源系統(tǒng)，能減少低溫、高溫、潮濕等不利的環(huán)境因素對風力發(fā)電機組內(nèi)部電氣系統(tǒng)的危害，減少風力發(fā)電機組啟動前必要的除濕、加熱的時間，提升風力發(fā)電機組啟動的速度。在必要時，該備用電源系統(tǒng)還可以驅(qū)動偏航實現(xiàn)對極端風況的規(guī)避。此外，該備用電源系統(tǒng)同時還能減少變槳系統(tǒng)中對超級電容或者電池儲能的依賴。雖然已經(jīng)顯示和描述了一些實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應該理解，在不脫離本實用新型的原理和精神的情況下，可以對這些實施例進行修改，本實用新型的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求1.一種風力發(fā)電機組的備用電源系統(tǒng)，包括太陽能電池、電池充電器、蓄電池以及逆變器，其特征在于太陽能電池將光能轉(zhuǎn)化成電能，電池充電器將太陽能電池供應的電能充入蓄電池，當外部電網(wǎng)掉電時，逆變器將蓄電池存儲的直流電逆變?yōu)槿嘟涣麟姡员銥轱L力發(fā)電機組的電氣系統(tǒng)供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風力發(fā)電機組的備用電源系統(tǒng)，其特征在于，所述逆變器為非并網(wǎng)的逆變器，輸出頻率為50/60HZ。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風力發(fā)電機組的備用電源系統(tǒng)，其特征在于，所述逆變器將所述蓄電池存儲的直流電逆變?yōu)槿嘟涣麟?，以便為風力發(fā)電機組的風機加熱系統(tǒng)、風機除濕系統(tǒng)、風機冷卻系統(tǒng)、風機偏航系統(tǒng)、風機變槳系統(tǒng)及其儲能裝置供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風力發(fā)電機組的備用電源系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽能電池按照以下形式中的至少一種布設(shè)將太陽能光伏組件布設(shè)在風力發(fā)電機組附近的地面上的就地布設(shè)形式；在風力發(fā)電機組的塔架上設(shè)置太陽能光伏組件的支架，將太陽能光伏組件安裝在支架上的塔身布設(shè)形式；將太陽能光伏組件設(shè)置在風力發(fā)電機組的機艙頂部的機艙頂部布設(shè)形式。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風力發(fā)電機組的備用電源系統(tǒng)，其特征在于，如果所述太陽能電池按照機艙頂部布設(shè)形式布設(shè)，則太陽能光伏組件被水平地布設(shè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風力發(fā)電機組的備用電源系統(tǒng)，其特征在于，如果所述太陽能電池按照機艙頂部布設(shè)形式布設(shè)，則當外部電網(wǎng)掉電時，通過所述風力發(fā)電機組的風機偏航系統(tǒng)將機艙尾部指向陽光主要照射方向。
專利摘要本實用新型公開一種風力發(fā)電機組的備用電源系統(tǒng)，包括太陽能電池、電池充電器、蓄電池以及逆變器，其中，太陽能電池將光能轉(zhuǎn)化成電能，電池充電器將太陽能電池供應的電能充入蓄電池，當外部電網(wǎng)掉電時，逆變器將蓄電池存儲的直流電逆變?yōu)槿嘟涣麟?，以便為風力發(fā)電機組的電氣系統(tǒng)供電。所述備用電源系統(tǒng)能夠長時間穩(wěn)定有效地供電，從而提供不依賴于外部電網(wǎng)的備用電源，使得風力發(fā)電機組在脫離外部電網(wǎng)供電后仍然可以為環(huán)境保障系統(tǒng)和安全裝置供電。對于在海上或者不易抵達區(qū)域的外部電網(wǎng)維修存在困難的情況下，該備用電源系統(tǒng)將更能體現(xiàn)其優(yōu)勢。
文檔編號H02J7/35GK202435115SQ20112054891
公開日2012年9月12日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者龐云亭, 張黎杰, 李慶江, 申亮, 胡清陽 申請人:北京金風科創(chuàng)風電設(shè)備有限公司