风力发电变桨系统中的供电装置的制造方法
风力发电变桨系统中的供电装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及风电技术领域，特别涉及一种风力发电变桨系统中的供电装置。
【背景技术】
[0002]风力发电变桨系统是风力发电机实现风能捕获的关键部件，是风力发电机实现功率控制和转速控制的执行机构，是实现风力发电机紧急停机、故障停机、安全的停机的最后保障。变桨系统肩负着捕获风能、实现风力发电机功率控制、转速控制、安全停机的重要任务。变桨系统的设计直接关系到风力发电机正常运行。
[0003]目前变桨系统其实并不复杂，但是，往往因为过多的线缆增加了变桨系统的故障环节，给风电机组在维护上带来诸多不便，尤其是变桨系统的动力回路与控制回路并没有真正意义上的电气分离，从而需要许多额外的保护装置保护控制系统。
【发明内容】
[0004]本发明的实施例提供一种风力发电变桨系统中的供电装置，可实现将风力发电机变桨系统中的动力供电回路及控制供电回路之间实现电气分离，不相互干扰，同时节省回路中电缆线。
[0005]为达到上述目的，本发明的实施例提供了一种风力发电变桨系统中的供电装置，包括:动力回路供电模块和控制回路供电模块;所述动力回路供电模块分别与风电机组的滑环进线以及变桨系统的变桨电机连接，所述控制回路供电模块与所述滑环进线以及所述风电机组的变桨控制系统连接，所述变桨控制系统还与所述变桨电机连接;所述动力回路供电模块采用感应耦合方式将所述滑环进线的电能传输至所述变桨电机，和/或，所述控制回路供电模块采用近场谐振方式将所述滑环进线的电能传输至所述变桨控制系统。
[0006]如上所述的供电装置，所述动力回路供电模块包括:能量发射回路和能量接收回路;所述能量发射回路与所述滑环进线连接，所述能量接收回路与所述变桨电机连接;所述能量发射回路和所述能量接收回路之间采用感应耦合方式传输电能。
[0007]如上所述的供电装置，所述能量发射回路包括:依次连接的整流单元、滤波单元、逆变单元、补偿单元和能量发射单元;所述整流单元与所述滑环进线连接;所述能量发射单元中设置有用于感应耦合的原边绕组。
[0008]如上所述的供电装置，所述能量接收回路包括:依次连接的能量接收单元、补偿单元和整流单元;所述整流单元与所述变桨电机连接;所述能量接收单元中设置有与所述原边绕组配合作用的副边绕组。
[0009]如上所述的供电装置，所述控制回路供电模块包括:依次连接的整流单元、滤波单元、逆变单元、原边线圈和副边线圈；所述整流单元与所述滑环进线连接;所述副边线圈与所述变桨控制系统连接;所述原边线圈和所述副边线圈之间采用近场谐振方式传输电能。
[0010]如上所述的供电装置，所述控制回路供电模块还包括:连接在所述原边线圈与所述副边线圈之间的谐振单元。
[0011]如上所述的供电装置，所述控制回路供电模块还包括与所述谐振单元连接的另一个所述副边线圈，另一个所述副边线圈与所述变桨系统中的温湿度控制系统相连接。
[0012]如上所述的供电装置，所述供电装置还包括:与所述谐振单元连接的又一个所述副边线圈及维护与测试用电接口，所述维护与测试用电接口与又一个所述副边线圈连接。
[0013]如上所述的供电装置，所述供电装置还包括:无线通信模块;所述无线通信模块分别与所述变桨控制系统、所述温湿度控制系统和所述变桨电机连接，用于提供所述变桨控制系统、所述温湿度控制系统与所述变桨电机之间进行无线通信。
[0014]如上所述的供电装置，所述供电装置还包括:微波自供电模块，所述微波自供电模块包括:依次连接的直流电源、微波功率发生器和整流天线;所述整流天线与所述变桨电机的自备储能装置相连，用于向所述变桨电机提供备电。
[0015]本发明实施例提供的风力发电变桨系统中的供电装置，包括:动力回路供电模块和控制回路供电模块，通过设计动力回路供电模块采用感应耦合方式将滑环进线的电能传输至变桨电机，和/或，控制回路供电模块采用近场谐振方式将滑环进线的电能传输至变桨控制系统，从而避免了复杂线缆纠缠连接引入的动力回路和控制回路之间的信号干扰，实现了两个回路在空间上电气隔离，同时由于采用了感应耦合以及近场谐振的无线传输方式传输电能，节省了部分线缆。
【附图说明】
[0016]图1为本发明提供的风力发电变桨系统中的供电装置一个实施例的结构框图；
[0017]图2为本发明提供的风力发电变桨系统中的供电装置另一个实施例的结构框图；
[0018]图3为本发明提供的动力回路供电模块的结构框图的结构示意图；
[0019]图4为本发明提供的控制回路供电模块的结构框图；
[0020]图5为本发明提供的风力发电变桨系统中的供电装置又一个实施例的结构框图；
[0021]图6为本发明提供的微波自供电模块的结构框图；
[0022]图7为本发明提供的风力发电变桨系统中的供电装置再一个实施例的结构框图。
[0023]附图标号说明:1_动力回路供电模块、11-能量发射回路、12-能量接收回路、111-整流单元、112-滤波单元、113-逆变单元、114-补偿单元、115-能量发射单元、121-能量接收单元、122-补偿单元、123-整流单元、2-控制回路供电模块、21-整流单元、22-滤波单元、23-逆变单元、24-原边线圈、25-谐振单元、26-副边线圈、3-滑环进线、4-变桨电机、5-变桨控制系统、6-温湿度控制系统、7-维护与测试用电接口、8-无线通信模块、9-微波自供电模块、91-直流电源、92-微波功率发生器、93-整流天线。
【具体实施方式】
[0024]本方案的发明构思是，通过对连接在滑环进线与变桨电机之间的动力回路采用感应耦合方式，和/或，对连接在滑环进线与变桨控制系统之间的控制回路采用近场谐振方式将上述两个供电回路进行电气隔离，同时利用感应耦合以及近场谐振方式传输电能，减小了线缆连接的复杂程度。
[0025]实施例一
[0026]图1为本发明提供的风力发电变桨系统中的供电装置一个实施例的结构框图。如图1所示，其结构包括:动力回路供电模块1和控制回路供电模块2。其中，动力回路供电模块1分别与风电机组的滑环进线3以及变桨系统的变桨电机4连接，控制回路供电模块2与滑环进线3以及风电机组的变桨控制系统5连接，变桨控制系统5还与变桨电机4连接;动力回路供电模块1采用感应耦合方式将滑环进线3的电能传输至变桨电机4，和/或，控制回路供电模块2采用近场谐振方式将滑环进线3的电能传输至变桨控制系统5。
[0027]在当前变桨系统的架构下，变桨系统的体积和复杂程度迅速增大，特别是线缆的复杂度极具增大，线路之间的信号干扰严重。变桨系统需要更高的电能质量，而目前解决的办法是在变桨系统滑环进线处、增加体积较大的滤波器来解决这个问题，这无疑增加了变桨系统的体积与复杂性。与此同时，变桨系统的动力回路与控制回路并没有真正意义上的电气分离。
[0028]针对现有技术存在的问题，本发明提供了如图1所示的风力发电变桨系统中的供电装置，以一种无电缆、无线缆、模块化的方式提出一款新型变桨系统的供电装置。该供电装置同样从变桨系统滑环进线3处获取到电能，但与现有技术不同，本实施例中，在连接滑环进线3以及变桨电机4之间的动力回路供电模块1中采用了感应耦合方式将滑环进线3的电能传输至变桨电机4，和/或，在连接滑环进线3以及变桨控制系统5之间的控制回路供电模块2中采用近场谐振方式将滑环进线3的电能传输至变桨控制系统5。以此保证，在从滑环进线3中摄取电能至变桨系统的变桨电机4以及变桨控制系统5时，至少有一个供电回路是不采用滑环的方式传输电能，从而节省了这部分的连接线缆。与此同时，由于动力回路和控制回路中至少一个供电回路采用了感应耦合或是近场谐振的无线电能传输的方式，那么必然不会产生像现有技术中由于彼此电缆缠绕复杂而导致的电气信号干扰，增强了各自供电回路上的电能质量。
[0029]本发明提供的风力发电变桨系统中的供电装置，无需滑环参与电能传输，既可以减少电缆连接的复杂度，又可以实现动力回路和控制回路之间的电气干扰，提高供电电能质量。
[0030]实施例二
[0031]在上述实施例的基础上，图2为本发明提供的风力发电变桨系统中的供电装置另一个实施例的结构框图。具体地，本实施例将对动力回路供电模块1进行详细说明。
[0032]如图2所示，上述动力回路供电模块1包括:能量发射回路11和能量接收回路12;其中，能量发射回路11与滑环进线3连接，用于从滑环进线3上摄取电能，并传输至能量接收回路12;能量接收回路12与变桨电机4连接，用于将从能量发射回路11接收的电能供给变桨电机4。具体地，在能量发射回路11和能量接收回路12之间可设置采用感应耦合方式传输电能所需的绕组，以及一些对电能质量进行合理提高和优化的单元电路。
[0033]例如，图3所示，为本实施例示出的能量发射回路11以及能量接收回路12的具体结构框图。其中:
[0034]能量发射回路11包括:依次连接的整流单元111、滤波单元112、逆变单元113、补偿单元114和能量发射单元115。整流单元111与滑环进线3连接，用于将滑环进线3的交流电能进行整流处理，得到直流电能，该整流单元111可由整流二极管、支撑电容并联组成，同时还可以增设充电电路和放电电路对支撑电容进行充放电;滤波单元112由滤波器构成，用于对整流单元111输出的直流电能进行滤波处理，得到更为纯净的直流电能;逆变单元113中可包括逆变器，用于对滤波单元112处理后的直流电能进行逆变处理，生成交流电能；补偿单元114可由直流电源以及谐振电路、电容构成，用于对逆变单元113输出的交流电进行频率、幅值的补偿处理，以更适应于能量发射单元115与能量接收单元121进行感应耦合产生耦合磁场的最高功率传输的需求;能量发射单元115中设置有用于感应耦合的原边绕组。能量发射回路11从滑环进线3摄取电能并依次进行整流、滤波、逆变和补偿处理后输送至能量发射单元115，从而利用能量发射单元115中的原边绕组与能量接收单元121中的副边绕组进行磁场親合来传输电能。
[0035]能量接收回路12包括:依次连接的能量接收单元121、补偿单元122和整流单元123。能量接收单元121中设置有与上述原边绕组配合作用的副边绕组，该副边绕组通过与能量发射单元115中的原边绕组进行磁场耦合来接收电能;补偿单元122与补偿单元114的功能结构相似，用于对能量接收单元121在接收电能时，电能的损 耗进行补偿，以更符合变桨电机4的供电需求;整流单元123与变桨电机4连接;其与整流单元111的功能结构相似，用于将补偿单元122输出的交流电能进行整流处理得到直流电流，提供给变桨电机4。能量接收回路12通过能量接收单元121从能量发射单元115感应得到电能，并依次进行补偿和整流处理后提供该电能至变桨电机4。
[0036]本实施例中，对动力回路供电模块进行了详细说明，包括发射回路和能量接收回路。能量发射回路与能量接收回路间通过感应耦合的无线缆能量传输方式进行电能的传送。
[0037]实施例三
[0038]在上述实施例的基础上，如图4所示，为本方案提供的控制回路供电模块2的详细结构说明。
[0039]如图4所示，上述控制回路供电模块2包括:依次连接的整流单元21、滤波单元22、逆变单元23、原边线圈24和副边线圈26。其中，整流单元21与前述整流单元111功能结构相同，滤波单元22与前述滤波单元112功能结构相同，在具体实现场景中，可如图7中所示，将整流单元21、滤波单元22省去，直接从能量发射回路11中的滤波单元112的输出端获取所需电能。图7为本发明提供的风力发电变桨系统中的供电装置中包括的所有功能模块的结构框图。逆变单元23中可包括逆变器，用于对滤波单元22处理后的直流电能进行逆变处理，生成交流电能;这里强调，逆变单元23与前述逆变器113的功能相近，但具体逆变后产生的交流电频率和幅值都有所不同，其主要是为了适用于控制回路供电模块2采用谐振方式进行电能传输的需求。原边线圈24和副边线圈26共同搭建了谐振线圈的耦合场，即利用耦合谐振实现电能的无线缆传输。其中，整流单元21与滑环进线3连接;副边线圈26与变桨控制系统5连接;控制回路供电模块2将从滑环进线摄取的电能依次经整流、滤波、逆变处理后通过原边线圈24和副边线圈26之间的近场谐振将电能输送至变桨控制系统5。
[0040]进一步地，在图4中，控制回路供电模块2还可包括:连接在原边线圈24与副边线圈26之间的谐振单元25。该谐振单元25可以是近场谐振器，用于提高原边线圈24与副边线圈26之间的谐振能量。
[0041]可选的，上述控制回路供电模块2中可包括多个副边线圈26，与原边线圈24通过单对多的线圈个数比实现无线电能的传输。每一个副边线圈26除了可与变桨控制系统5连接供电外，还可以与变桨系统中的其他控制系统如变桨系统中的温湿度控制系统6相连接，以为其供电。本实施例不一一列举其他控制系统。
[0042]值得一提的，如图4中所示，本实施例示出的上述供电装置中，增设了维护与测试用电接口 7，该维护与测试用电接口 7也与一个上述副边线圈26连接，用于对风力发电变桨系统中的供电装置中各功能模块进行测试与维护。例如，可通过该维护与测试用电接口 7监测整个供电装置的运行状态，并在发生异常时进行故障报警。
[0043]本实施例中，对控制回路供电模块进行了详细说明，通过利用原边线圈与副边线圈之间的近场谐振耦合的无线缆能量传输方式进行电能的传送。
[0044]实施例三
[0045]如图5所示，为本方案提供的风力发电变桨系统中的供电装置又一个实施例的结构框图。如图5所示，在上述实施例的基础上，本实施例中的供电装置中新增设了无线通信模块8和微波自供电模块9。
[0046]无线通信模块8分别与变桨控制系统5、温湿度控制系统6和变桨电机4连接，用于提供变桨控制系统5、温湿度控制系统6与变桨电机4之间进行无线通信。例如，该无线通信模块8采用现有任一种形式的无线通信方式，如蓝牙、红外、光纤、WIFI等方式，并集成规定了上述功能模块间无线通信所需的通信协议，数据传输格式等。相适应的，在变桨控制系统
5、温湿度控制系统6以及变桨电机4上也会增设通信模块，用于与无线通信模块进行数据交互。
[0047]微波自供电模块9作为变桨电机的备用电能设备，如图6所示，主要包括:依次连接的直流电源91、微波功率发生器92和整流天线93;整流天线93与变桨电机4的自备储能装置相连，用于向变桨电机4提供备电。其中，直流电源91可设置在风电机组的塔筒底部，可以通过对交流储能设备如电容组进行整流后形成的直流电能。直流电源提供的电能通过微波功率发生器92转化成微波后，经过如图7中所示的微波无线传输的方式传送至整流天线93，整流天线93获取到该电能后传输到变桨电机的自备储能装置中，从而完成备电储能。
[0048]本实施例中，对无线通信模块8和微波自供电模块9的结构和用途进行了详细说明。通过在变桨控制系统、温湿度控制系统与变桨电机之间搭建无线通信模块进行无线通信数据传输，进一步节省了相应电缆，简化了变桨控制系统的复杂度，避免了这部分原有线缆之间产生的电气干扰。同时，利用微波自供电模块也同样起到的无线缆供电的目的，节省了使用线缆的成本。
[0049]上述根据本发明的方法可在硬件、固件中实现，或者被实现为可存储在记录介质(诸如CD R0M、RAM、软盘、硬盘或磁光盘)中的软件或计算机代码，或者被实现通过网络下载的原始存储在远程记录介质或非暂时机器可读介质中并将被存储在本地记录介质中的计算机代码，从而在此描述的方法可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件(诸如ASIC或FPGA)的记录介质上的这样的软件处理。可以理解，计算机、处理器、微处理器控制器或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件(例如，RAM、ROM、闪存等)，当所述软件或计算机代码被计算机、处理器或硬件访问且执行时，实现在此描述的处理方法。此外，当通用计算机访问用于实现在此示出的处理的代码时，代码的执行将通用计算机转换为用于执行在此示出的处理的专用计算机。
[0050]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1.一种风力发电变桨系统中的供电装置，其特征在于，包括:动力回路供电模块(1)和控制回路供电模块(2); 所述动力回路供电模块(1)分别与风电机组的滑环进线(3)以及变桨系统的变桨电机(4)连接，所述控制回路供电模块(2)与所述滑环进线(3)以及所述风电机组的变桨控制系统(5)连接，所述变桨控制系统(5)还与所述变桨电机(4)连接； 所述动力回路供电模块(1)采用感应耦合方式将所述滑环进线(3)的电能传输至所述变桨电机(4)，和/或，所述控制回路供电模块(2)采用近场谐振方式将所述滑环进线(3)的电能传输至所述变桨控制系统(5)。2.根据权利要求1所述的供电装置，其特征在于，所述动力回路供电模块(1)包括:能量发射回路(11)和能量接收回路(12); 所述能量发射回路(11)与所述滑环进线(3)连接，所述能量接收回路(12)与所述变桨电机(4)连接;所述能量发射回路(11)和所述能量接收回路(12)之间采用感应耦合方式传输电能。3.根据权利要求2所述的供电装置，其特征在于，所述能量发射回路(11)包括:依次连接的整流单元(111)、滤波单元(112)、逆变单元(113)、补偿单元(114)和能量发射单元(115);所述整流单元(111)与所述滑环进线(3)连接;所述能量发射单元(115)中设置有用于感应耦合的原边绕组。4.根据权利要求3所述的供电装置，其特征在于，所述能量接收回路(12)包括:依次连接的能量接收单元(121)、补偿单元(122)和整流单元(123);所述整流单元(123)与所述变桨电机(4)连接;所述能量接收单元(121)中设置有与所述原边绕组配合作用的副边绕组。5.根据权利要求1所述的供电装置，其特征在于，所述控制回路供电模块(2)包括:依次连接的整流单元(21)、滤波单元(22)、逆变单元(23)、原边线圈(24)和副边线圈(26);所述整流单元(21)与所述滑环进线(3)连接;所述副边线圈(26)与所述变桨控制系统(5)连接；所述原边线圈(24)和所述副边线圈(26)之间采用近场谐振方式传输电能。6.根据权利要求5所述的供电装置，其特征在于，所述控制回路供电模块(2)还包括:连接在所述原边线圈(24)与所述副边线圈(26)之间的谐振单元(25)。7.根据权利要求5所述的供电装置，其特征在于，所述控制回路供电模块(2)还包括与所述谐振单元(25)连接的另一个所述副边线圈(26)，另一个所述副边线圈(26)与所述变桨系统中的温湿度控制系统(6)相连接。8.根据权利要求7所述的供电装置，其特征在于，所述供电装置还包括:与所述谐振单元(25)连接的又一个所述副边线圈(26)及维护与测试用电接口(7)，所述维护与测试用电接口( 7)与又一个所述副边线圈(26)连接。9.根据权利要求8所述的供电装置，其特征在于，所述供电装置还包括:无线通信模块(8);所述无线通信模块(8)分别与所述变桨控制系统(5)、所述温湿度控制系统(6)和所述变桨电机(4)连接，用于提供所述变桨控制系统(5)、所述温湿度控制系统(6)与所述变桨电机(4)之间进行无线通信。10.根据权利要求1所述的供电装置，其特征在于，所述供电装置还包括:微波自供电模块(9)，所述微波自供电模块(9)包括:依次连接的直流电源(91)、微波功率发生器(92)和整流天线(93);所述整流天线(93)与所述变桨电机(4)的自备储能装置相连，用于向所述变桨电机(4)提供备电。
【专利摘要】本发明公开了一种风力发电变桨系统中的供电装置，所述供电装置包括：动力回路供电模块和控制回路供电模块；所述动力回路供电模块分别与风电机组的滑环进线以及变桨系统的变桨电机连接，所述控制回路供电模块与所述滑环进线以及风电机组的变桨控制系统连接，所述变桨控制系统还与所述变桨电机连接；所述动力回路供电模块采用感应耦合方式将所述滑环进线的电能传输至所述变桨电机，和/或，所述控制回路供电模块采用近场谐振方式将所述滑环进线的电能传输至所述变桨控制系统。本发明实现将风力发电机变桨系统中的动力供电回路及控制供电回路之间实现电气分离，不相互干扰，同时节省回路中电缆线。
【IPC分类】H02J11/00, H02J50/20, H02J50/12, H02J50/10
【公开号】CN105490380
【申请号】CN201511001132
【发明人】张明阳, 王大为, 张欣露
【申请人】北京天诚同创电气有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月28日
【技术领域】
[0001]本发明涉及风电技术领域，特别涉及一种风力发电变桨系统中的供电装置。
【背景技术】
[0002]风力发电变桨系统是风力发电机实现风能捕获的关键部件，是风力发电机实现功率控制和转速控制的执行机构，是实现风力发电机紧急停机、故障停机、安全的停机的最后保障。变桨系统肩负着捕获风能、实现风力发电机功率控制、转速控制、安全停机的重要任务。变桨系统的设计直接关系到风力发电机正常运行。
[0003]目前变桨系统其实并不复杂，但是，往往因为过多的线缆增加了变桨系统的故障环节，给风电机组在维护上带来诸多不便，尤其是变桨系统的动力回路与控制回路并没有真正意义上的电气分离，从而需要许多额外的保护装置保护控制系统。
【发明内容】
[0004]本发明的实施例提供一种风力发电变桨系统中的供电装置，可实现将风力发电机变桨系统中的动力供电回路及控制供电回路之间实现电气分离，不相互干扰，同时节省回路中电缆线。
[0005]为达到上述目的，本发明的实施例提供了一种风力发电变桨系统中的供电装置，包括:动力回路供电模块和控制回路供电模块;所述动力回路供电模块分别与风电机组的滑环进线以及变桨系统的变桨电机连接，所述控制回路供电模块与所述滑环进线以及所述风电机组的变桨控制系统连接，所述变桨控制系统还与所述变桨电机连接;所述动力回路供电模块采用感应耦合方式将所述滑环进线的电能传输至所述变桨电机，和/或，所述控制回路供电模块采用近场谐振方式将所述滑环进线的电能传输至所述变桨控制系统。
[0006]如上所述的供电装置，所述动力回路供电模块包括:能量发射回路和能量接收回路;所述能量发射回路与所述滑环进线连接，所述能量接收回路与所述变桨电机连接;所述能量发射回路和所述能量接收回路之间采用感应耦合方式传输电能。
[0007]如上所述的供电装置，所述能量发射回路包括:依次连接的整流单元、滤波单元、逆变单元、补偿单元和能量发射单元;所述整流单元与所述滑环进线连接;所述能量发射单元中设置有用于感应耦合的原边绕组。
[0008]如上所述的供电装置，所述能量接收回路包括:依次连接的能量接收单元、补偿单元和整流单元;所述整流单元与所述变桨电机连接;所述能量接收单元中设置有与所述原边绕组配合作用的副边绕组。
[0009]如上所述的供电装置，所述控制回路供电模块包括:依次连接的整流单元、滤波单元、逆变单元、原边线圈和副边线圈；所述整流单元与所述滑环进线连接;所述副边线圈与所述变桨控制系统连接;所述原边线圈和所述副边线圈之间采用近场谐振方式传输电能。
[0010]如上所述的供电装置，所述控制回路供电模块还包括:连接在所述原边线圈与所述副边线圈之间的谐振单元。
[0011]如上所述的供电装置，所述控制回路供电模块还包括与所述谐振单元连接的另一个所述副边线圈，另一个所述副边线圈与所述变桨系统中的温湿度控制系统相连接。
[0012]如上所述的供电装置，所述供电装置还包括:与所述谐振单元连接的又一个所述副边线圈及维护与测试用电接口，所述维护与测试用电接口与又一个所述副边线圈连接。
[0013]如上所述的供电装置，所述供电装置还包括:无线通信模块;所述无线通信模块分别与所述变桨控制系统、所述温湿度控制系统和所述变桨电机连接，用于提供所述变桨控制系统、所述温湿度控制系统与所述变桨电机之间进行无线通信。
[0014]如上所述的供电装置，所述供电装置还包括:微波自供电模块，所述微波自供电模块包括:依次连接的直流电源、微波功率发生器和整流天线;所述整流天线与所述变桨电机的自备储能装置相连，用于向所述变桨电机提供备电。
[0015]本发明实施例提供的风力发电变桨系统中的供电装置，包括:动力回路供电模块和控制回路供电模块，通过设计动力回路供电模块采用感应耦合方式将滑环进线的电能传输至变桨电机，和/或，控制回路供电模块采用近场谐振方式将滑环进线的电能传输至变桨控制系统，从而避免了复杂线缆纠缠连接引入的动力回路和控制回路之间的信号干扰，实现了两个回路在空间上电气隔离，同时由于采用了感应耦合以及近场谐振的无线传输方式传输电能，节省了部分线缆。
【附图说明】
[0016]图1为本发明提供的风力发电变桨系统中的供电装置一个实施例的结构框图；
[0017]图2为本发明提供的风力发电变桨系统中的供电装置另一个实施例的结构框图；
[0018]图3为本发明提供的动力回路供电模块的结构框图的结构示意图；
[0019]图4为本发明提供的控制回路供电模块的结构框图；
[0020]图5为本发明提供的风力发电变桨系统中的供电装置又一个实施例的结构框图；
[0021]图6为本发明提供的微波自供电模块的结构框图；
[0022]图7为本发明提供的风力发电变桨系统中的供电装置再一个实施例的结构框图。
[0023]附图标号说明:1_动力回路供电模块、11-能量发射回路、12-能量接收回路、111-整流单元、112-滤波单元、113-逆变单元、114-补偿单元、115-能量发射单元、121-能量接收单元、122-补偿单元、123-整流单元、2-控制回路供电模块、21-整流单元、22-滤波单元、23-逆变单元、24-原边线圈、25-谐振单元、26-副边线圈、3-滑环进线、4-变桨电机、5-变桨控制系统、6-温湿度控制系统、7-维护与测试用电接口、8-无线通信模块、9-微波自供电模块、91-直流电源、92-微波功率发生器、93-整流天线。
【具体实施方式】
[0024]本方案的发明构思是，通过对连接在滑环进线与变桨电机之间的动力回路采用感应耦合方式，和/或，对连接在滑环进线与变桨控制系统之间的控制回路采用近场谐振方式将上述两个供电回路进行电气隔离，同时利用感应耦合以及近场谐振方式传输电能，减小了线缆连接的复杂程度。
[0025]实施例一
[0026]图1为本发明提供的风力发电变桨系统中的供电装置一个实施例的结构框图。如图1所示，其结构包括:动力回路供电模块1和控制回路供电模块2。其中，动力回路供电模块1分别与风电机组的滑环进线3以及变桨系统的变桨电机4连接，控制回路供电模块2与滑环进线3以及风电机组的变桨控制系统5连接，变桨控制系统5还与变桨电机4连接;动力回路供电模块1采用感应耦合方式将滑环进线3的电能传输至变桨电机4，和/或，控制回路供电模块2采用近场谐振方式将滑环进线3的电能传输至变桨控制系统5。
[0027]在当前变桨系统的架构下，变桨系统的体积和复杂程度迅速增大，特别是线缆的复杂度极具增大，线路之间的信号干扰严重。变桨系统需要更高的电能质量，而目前解决的办法是在变桨系统滑环进线处、增加体积较大的滤波器来解决这个问题，这无疑增加了变桨系统的体积与复杂性。与此同时，变桨系统的动力回路与控制回路并没有真正意义上的电气分离。
[0028]针对现有技术存在的问题，本发明提供了如图1所示的风力发电变桨系统中的供电装置，以一种无电缆、无线缆、模块化的方式提出一款新型变桨系统的供电装置。该供电装置同样从变桨系统滑环进线3处获取到电能，但与现有技术不同，本实施例中，在连接滑环进线3以及变桨电机4之间的动力回路供电模块1中采用了感应耦合方式将滑环进线3的电能传输至变桨电机4，和/或，在连接滑环进线3以及变桨控制系统5之间的控制回路供电模块2中采用近场谐振方式将滑环进线3的电能传输至变桨控制系统5。以此保证，在从滑环进线3中摄取电能至变桨系统的变桨电机4以及变桨控制系统5时，至少有一个供电回路是不采用滑环的方式传输电能，从而节省了这部分的连接线缆。与此同时，由于动力回路和控制回路中至少一个供电回路采用了感应耦合或是近场谐振的无线电能传输的方式，那么必然不会产生像现有技术中由于彼此电缆缠绕复杂而导致的电气信号干扰，增强了各自供电回路上的电能质量。
[0029]本发明提供的风力发电变桨系统中的供电装置，无需滑环参与电能传输，既可以减少电缆连接的复杂度，又可以实现动力回路和控制回路之间的电气干扰，提高供电电能质量。
[0030]实施例二
[0031]在上述实施例的基础上，图2为本发明提供的风力发电变桨系统中的供电装置另一个实施例的结构框图。具体地，本实施例将对动力回路供电模块1进行详细说明。
[0032]如图2所示，上述动力回路供电模块1包括:能量发射回路11和能量接收回路12;其中，能量发射回路11与滑环进线3连接，用于从滑环进线3上摄取电能，并传输至能量接收回路12;能量接收回路12与变桨电机4连接，用于将从能量发射回路11接收的电能供给变桨电机4。具体地，在能量发射回路11和能量接收回路12之间可设置采用感应耦合方式传输电能所需的绕组，以及一些对电能质量进行合理提高和优化的单元电路。
[0033]例如，图3所示，为本实施例示出的能量发射回路11以及能量接收回路12的具体结构框图。其中:
[0034]能量发射回路11包括:依次连接的整流单元111、滤波单元112、逆变单元113、补偿单元114和能量发射单元115。整流单元111与滑环进线3连接，用于将滑环进线3的交流电能进行整流处理，得到直流电能，该整流单元111可由整流二极管、支撑电容并联组成，同时还可以增设充电电路和放电电路对支撑电容进行充放电;滤波单元112由滤波器构成，用于对整流单元111输出的直流电能进行滤波处理，得到更为纯净的直流电能;逆变单元113中可包括逆变器，用于对滤波单元112处理后的直流电能进行逆变处理，生成交流电能；补偿单元114可由直流电源以及谐振电路、电容构成，用于对逆变单元113输出的交流电进行频率、幅值的补偿处理，以更适应于能量发射单元115与能量接收单元121进行感应耦合产生耦合磁场的最高功率传输的需求;能量发射单元115中设置有用于感应耦合的原边绕组。能量发射回路11从滑环进线3摄取电能并依次进行整流、滤波、逆变和补偿处理后输送至能量发射单元115，从而利用能量发射单元115中的原边绕组与能量接收单元121中的副边绕组进行磁场親合来传输电能。
[0035]能量接收回路12包括:依次连接的能量接收单元121、补偿单元122和整流单元123。能量接收单元121中设置有与上述原边绕组配合作用的副边绕组，该副边绕组通过与能量发射单元115中的原边绕组进行磁场耦合来接收电能;补偿单元122与补偿单元114的功能结构相似，用于对能量接收单元121在接收电能时，电能的损 耗进行补偿，以更符合变桨电机4的供电需求;整流单元123与变桨电机4连接;其与整流单元111的功能结构相似，用于将补偿单元122输出的交流电能进行整流处理得到直流电流，提供给变桨电机4。能量接收回路12通过能量接收单元121从能量发射单元115感应得到电能，并依次进行补偿和整流处理后提供该电能至变桨电机4。
[0036]本实施例中，对动力回路供电模块进行了详细说明，包括发射回路和能量接收回路。能量发射回路与能量接收回路间通过感应耦合的无线缆能量传输方式进行电能的传送。
[0037]实施例三
[0038]在上述实施例的基础上，如图4所示，为本方案提供的控制回路供电模块2的详细结构说明。
[0039]如图4所示，上述控制回路供电模块2包括:依次连接的整流单元21、滤波单元22、逆变单元23、原边线圈24和副边线圈26。其中，整流单元21与前述整流单元111功能结构相同，滤波单元22与前述滤波单元112功能结构相同，在具体实现场景中，可如图7中所示，将整流单元21、滤波单元22省去，直接从能量发射回路11中的滤波单元112的输出端获取所需电能。图7为本发明提供的风力发电变桨系统中的供电装置中包括的所有功能模块的结构框图。逆变单元23中可包括逆变器，用于对滤波单元22处理后的直流电能进行逆变处理，生成交流电能;这里强调，逆变单元23与前述逆变器113的功能相近，但具体逆变后产生的交流电频率和幅值都有所不同，其主要是为了适用于控制回路供电模块2采用谐振方式进行电能传输的需求。原边线圈24和副边线圈26共同搭建了谐振线圈的耦合场，即利用耦合谐振实现电能的无线缆传输。其中，整流单元21与滑环进线3连接;副边线圈26与变桨控制系统5连接;控制回路供电模块2将从滑环进线摄取的电能依次经整流、滤波、逆变处理后通过原边线圈24和副边线圈26之间的近场谐振将电能输送至变桨控制系统5。
[0040]进一步地，在图4中，控制回路供电模块2还可包括:连接在原边线圈24与副边线圈26之间的谐振单元25。该谐振单元25可以是近场谐振器，用于提高原边线圈24与副边线圈26之间的谐振能量。
[0041]可选的，上述控制回路供电模块2中可包括多个副边线圈26，与原边线圈24通过单对多的线圈个数比实现无线电能的传输。每一个副边线圈26除了可与变桨控制系统5连接供电外，还可以与变桨系统中的其他控制系统如变桨系统中的温湿度控制系统6相连接，以为其供电。本实施例不一一列举其他控制系统。
[0042]值得一提的，如图4中所示，本实施例示出的上述供电装置中，增设了维护与测试用电接口 7，该维护与测试用电接口 7也与一个上述副边线圈26连接，用于对风力发电变桨系统中的供电装置中各功能模块进行测试与维护。例如，可通过该维护与测试用电接口 7监测整个供电装置的运行状态，并在发生异常时进行故障报警。
[0043]本实施例中，对控制回路供电模块进行了详细说明，通过利用原边线圈与副边线圈之间的近场谐振耦合的无线缆能量传输方式进行电能的传送。
[0044]实施例三
[0045]如图5所示，为本方案提供的风力发电变桨系统中的供电装置又一个实施例的结构框图。如图5所示，在上述实施例的基础上，本实施例中的供电装置中新增设了无线通信模块8和微波自供电模块9。
[0046]无线通信模块8分别与变桨控制系统5、温湿度控制系统6和变桨电机4连接，用于提供变桨控制系统5、温湿度控制系统6与变桨电机4之间进行无线通信。例如，该无线通信模块8采用现有任一种形式的无线通信方式，如蓝牙、红外、光纤、WIFI等方式，并集成规定了上述功能模块间无线通信所需的通信协议，数据传输格式等。相适应的，在变桨控制系统
5、温湿度控制系统6以及变桨电机4上也会增设通信模块，用于与无线通信模块进行数据交互。
[0047]微波自供电模块9作为变桨电机的备用电能设备，如图6所示，主要包括:依次连接的直流电源91、微波功率发生器92和整流天线93;整流天线93与变桨电机4的自备储能装置相连，用于向变桨电机4提供备电。其中，直流电源91可设置在风电机组的塔筒底部，可以通过对交流储能设备如电容组进行整流后形成的直流电能。直流电源提供的电能通过微波功率发生器92转化成微波后，经过如图7中所示的微波无线传输的方式传送至整流天线93，整流天线93获取到该电能后传输到变桨电机的自备储能装置中，从而完成备电储能。
[0048]本实施例中，对无线通信模块8和微波自供电模块9的结构和用途进行了详细说明。通过在变桨控制系统、温湿度控制系统与变桨电机之间搭建无线通信模块进行无线通信数据传输，进一步节省了相应电缆，简化了变桨控制系统的复杂度，避免了这部分原有线缆之间产生的电气干扰。同时，利用微波自供电模块也同样起到的无线缆供电的目的，节省了使用线缆的成本。
[0049]上述根据本发明的方法可在硬件、固件中实现，或者被实现为可存储在记录介质(诸如CD R0M、RAM、软盘、硬盘或磁光盘)中的软件或计算机代码，或者被实现通过网络下载的原始存储在远程记录介质或非暂时机器可读介质中并将被存储在本地记录介质中的计算机代码，从而在此描述的方法可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件(诸如ASIC或FPGA)的记录介质上的这样的软件处理。可以理解，计算机、处理器、微处理器控制器或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件(例如，RAM、ROM、闪存等)，当所述软件或计算机代码被计算机、处理器或硬件访问且执行时，实现在此描述的处理方法。此外，当通用计算机访问用于实现在此示出的处理的代码时，代码的执行将通用计算机转换为用于执行在此示出的处理的专用计算机。
[0050]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1.一种风力发电变桨系统中的供电装置，其特征在于，包括:动力回路供电模块(1)和控制回路供电模块(2); 所述动力回路供电模块(1)分别与风电机组的滑环进线(3)以及变桨系统的变桨电机(4)连接，所述控制回路供电模块(2)与所述滑环进线(3)以及所述风电机组的变桨控制系统(5)连接，所述变桨控制系统(5)还与所述变桨电机(4)连接； 所述动力回路供电模块(1)采用感应耦合方式将所述滑环进线(3)的电能传输至所述变桨电机(4)，和/或，所述控制回路供电模块(2)采用近场谐振方式将所述滑环进线(3)的电能传输至所述变桨控制系统(5)。2.根据权利要求1所述的供电装置，其特征在于，所述动力回路供电模块(1)包括:能量发射回路(11)和能量接收回路(12); 所述能量发射回路(11)与所述滑环进线(3)连接，所述能量接收回路(12)与所述变桨电机(4)连接;所述能量发射回路(11)和所述能量接收回路(12)之间采用感应耦合方式传输电能。3.根据权利要求2所述的供电装置，其特征在于，所述能量发射回路(11)包括:依次连接的整流单元(111)、滤波单元(112)、逆变单元(113)、补偿单元(114)和能量发射单元(115);所述整流单元(111)与所述滑环进线(3)连接;所述能量发射单元(115)中设置有用于感应耦合的原边绕组。4.根据权利要求3所述的供电装置，其特征在于，所述能量接收回路(12)包括:依次连接的能量接收单元(121)、补偿单元(122)和整流单元(123);所述整流单元(123)与所述变桨电机(4)连接;所述能量接收单元(121)中设置有与所述原边绕组配合作用的副边绕组。5.根据权利要求1所述的供电装置，其特征在于，所述控制回路供电模块(2)包括:依次连接的整流单元(21)、滤波单元(22)、逆变单元(23)、原边线圈(24)和副边线圈(26);所述整流单元(21)与所述滑环进线(3)连接;所述副边线圈(26)与所述变桨控制系统(5)连接；所述原边线圈(24)和所述副边线圈(26)之间采用近场谐振方式传输电能。6.根据权利要求5所述的供电装置，其特征在于，所述控制回路供电模块(2)还包括:连接在所述原边线圈(24)与所述副边线圈(26)之间的谐振单元(25)。7.根据权利要求5所述的供电装置，其特征在于，所述控制回路供电模块(2)还包括与所述谐振单元(25)连接的另一个所述副边线圈(26)，另一个所述副边线圈(26)与所述变桨系统中的温湿度控制系统(6)相连接。8.根据权利要求7所述的供电装置，其特征在于，所述供电装置还包括:与所述谐振单元(25)连接的又一个所述副边线圈(26)及维护与测试用电接口(7)，所述维护与测试用电接口( 7)与又一个所述副边线圈(26)连接。9.根据权利要求8所述的供电装置，其特征在于，所述供电装置还包括:无线通信模块(8);所述无线通信模块(8)分别与所述变桨控制系统(5)、所述温湿度控制系统(6)和所述变桨电机(4)连接，用于提供所述变桨控制系统(5)、所述温湿度控制系统(6)与所述变桨电机(4)之间进行无线通信。10.根据权利要求1所述的供电装置，其特征在于，所述供电装置还包括:微波自供电模块(9)，所述微波自供电模块(9)包括:依次连接的直流电源(91)、微波功率发生器(92)和整流天线(93);所述整流天线(93)与所述变桨电机(4)的自备储能装置相连，用于向所述变桨电机(4)提供备电。
【专利摘要】本发明公开了一种风力发电变桨系统中的供电装置，所述供电装置包括：动力回路供电模块和控制回路供电模块；所述动力回路供电模块分别与风电机组的滑环进线以及变桨系统的变桨电机连接，所述控制回路供电模块与所述滑环进线以及风电机组的变桨控制系统连接，所述变桨控制系统还与所述变桨电机连接；所述动力回路供电模块采用感应耦合方式将所述滑环进线的电能传输至所述变桨电机，和/或，所述控制回路供电模块采用近场谐振方式将所述滑环进线的电能传输至所述变桨控制系统。本发明实现将风力发电机变桨系统中的动力供电回路及控制供电回路之间实现电气分离，不相互干扰，同时节省回路中电缆线。
【IPC分类】H02J11/00, H02J50/20, H02J50/12, H02J50/10
【公开号】CN105490380
【申请号】CN201511001132
【发明人】张明阳, 王大为, 张欣露
【申请人】北京天诚同创电气有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月28日
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