[发明专利]用于保护风力涡轮机电池备用变桨控制系统的系统和方法

说明书

技术领域

本发明通常涉及用于风力涡轮机的变桨控制系统的领域，并且更具体地，涉及用于保护这样的变桨控制系统的备用的电池免受反向极性状况的系统。 

背景技术

常规的风力涡轮机的变桨控制系统通常包括紧急变桨控制能力，从而如果发生AC控制功率的损耗或开始紧急关闭，则保护风力涡轮机免受超速状况。在AC功率的下降或损耗（例如，来自电网功率的损耗）的检测后，系统起动以使叶片变桨至使轮毂减速或停止的位置。已知的紧急变桨控制系统为了该目的而利用例如分配至每个叶片变桨驱动的4至8个电池的备用电池组。 

美国专利No. 7,740,448描述电池备用变桨控制系统，其中，存储在DC链路电容器中的能量首先用于在发生AC输入功率的损耗或下降的情况下操作变桨控制系统。当在紧急系统的操作的期间电压降低时，充电的备用电池维持DC链路上的电荷。在电路中使用二极管，以在DC链路电压高于电池电压时，防止备用电池的不受控制的充电。熔断器防止在发生DC链路上的短路的情况下对电池的损害。 

美国专利No. 7,642,748描述用于对在风力涡轮机的紧急变桨控制系统中串联连接的一系列备用电池进行充电的系统。对于独立性和针对具体的电池要求而定制的电荷分布，电池充电器并联耦合至每个相应的电池。 

对于其中多个充电器分配至组内的相应的电池的系统，诸如在上文中讨论的美国专利No. 7,642,748中的系统，某些电池故障模式可能导致对充电器的损害。一个这样的模式是，在电池在开路中或在高阻抗故障模式下出故障时出现的反向极性状况，并且执行紧急变桨操作。在该情况下，施加在坏的电池及其相应的充电器上的电压反向，其中该反向极性电压是组中的剩余的电池的总和。另一个模式出现在当该组连接至变桨驱动马达时组中的电池瞬态地开路时。存储在马达绕组中的能量导致损害充电器的大的瞬态电流。 

本发明提供保护电池充电器免受在上文中讨论的故障模式的系统。 

发明内容

本发明的方面和优点将在以下的描述中部分地陈述，或可以从描述显而易见，或可以通过本发明的实践而认识到。 

根据本发明的方面，提供一种用于风力涡轮机的变桨控制系统，其中，风力涡轮机具有耦合至轮毂的一个或更多转子叶片和分配至转子叶片的每个的变桨驱动马达。该系统包括分配至每个变桨驱动马达的备用电池组，其中每个电池组具有串联连接的多个单独的电池。电池充电器在电池组中的每个电池的两端并联连接。某些电池故障模式可能导致对充电器的损害。如在上文中所讨论的，一个这样的模式是，当电池在开路中或在高阻抗状态下出故障，从而导致充电器处的反向极性电压状况时出现的反向极性状况。另一个模式在当电池组连接至变桨驱动马达时电池瞬态地开路，从而导致会损害充电器的大的瞬态电流时出现。为了保护充电器，保护电路与每个电池充电器一起配置。保护电路包括电压比较器电路，该电压比较器电路检测施加至电池充电器的高于阈值的反向电压，以开始电池充电器与电池的隔离（并且从而与反向电压隔离）。 

在特定的实施例中，保护电路包括开关装置，在检测到高于阈值的反向电压后起动该开关装置，以隔离电池充电器。电池充电器中的控制器可以被配置成控制阈值和开关装置的开关滞后。 

为了免受瞬态电流浪涌，保护电路还可以包括在电池充电器与电池之间并联连接的浪涌抑制器，以抑制备用变桨控制系统的操作的期间的瞬态开路电池状态所造成的线路电压尖峰。浪涌抑制器可以例如是变阻器，诸如金属氧化物变阻器（MOV）。 

在某些实施例中，变桨控制系统可以包括中央控制器和中央控制器与电池充电器的每个之间的通信链路，其中，充电器将保护电路的起动报告至中央控制器。这些报告可以触发指示电池故障并要求校正/维护行动的警报或警告。中央控制器可以是风力涡轮机控制器，该控制器又可以将该状况传送至现场控制器或远程监测站。在另一个实施例中，充电器可以经由通信链路而与远程现场控制器或非现场监测站直接通信。 

本发明还包含根据在上文中讨论的方面的用于控制风力涡轮机的备用变桨控制系统的各种方法。在特定的实施例中，该方法要求不但对变桨控制系统中的每个变桨驱动而配置串联的多个备用电池，而且将充电电路与单独的电池的每个一起配置。如果发生至变桨控制系统的线路功率的损耗或风力涡轮机的紧急关闭，则电池连接至其相应的变桨驱动。在每个充电电路，该方法包括对由于相关联的电池的故障而产生的反向电压状况的监测。在检测到高于阈值的反向电压后，例如通过将充电电路从电池断开而将充电电路从反向电压断开。