一、应用概述

为了保证风力发电机安全可靠地运行，必须设置可靠的应急顺浆机构，即变桨距系统。

1.用作后备电源：使风力机的发电功率始终保持在额定功率附近；

2.用作紧急制动电源：当突遇大风或运行异常时，紧急制动，停止桨叶工作。

二、风机变桨系统采用超级电容器作为储能系统相对于电池而言有五大优势：

1. 高功率密度 = 瞬间释放大功率

与电池不同，超级电容器能瞬间释放大功率，从而确保桨叶在电网发生故障情况下以迅速恢复到空档位置。鉴于超级电容器充电速度比电池快很多，在电力需求和供电能力短期不匹配的情况下，超级电容器也能提供高可靠性。

2. 降低总购置成本

采用超级电容器的电动变桨系统的前期投入成本跟电池系统一样，但采用电池的电动变桨系统（不含储能装置）需要更复杂的充电和监控系统，这就导致其成本更高。采用超级电容器的系统需要的组件数量较少，机械安装和减振等机制也比电池系统更简单。

3. 使用寿命长，老化周期可预测

超级电容器在正常工作条件下平均寿命为12年，这主要归功于两点：，一是超级电容器能在–40℃到65℃的广泛温度范围内工作；二是能可靠运行50万到100万次循环充放电。很多情况下超级电容器的效率能达到97%乃至更高。与超级电容器不同，电池的工作温度范围窄，恶劣的环境条件和连续充放电会让电池遭受重创，每两到四年就需要更换电池。

4. 没有加热制冷成本

如前所述，电池容易受极端温度的影响，超级电容器则无妨。电池需要加热制冷系统，因此采用电池系统的设计成本必然会更高。超级电容器则不需要这种额外的高维护成本。

5. 重量轻

电池储能系统通常不得不采用超大型设计以满足峰值电力要求-- 即便峰值需求只有短短几秒钟。因此，采用电池的系统相对来说更庞大、更笨重。超级电容器则要明显轻得多，因为超级电容器本身能瞬间释放大功率，完全可满足峰值电力需求，因此不需要采用超大型设计。

三、方案介绍

方案一：

在主动风机变桨系统中，超级电容模组系统通过一可控开关连接到变桨电机直流母线，需要系统提供控制信号进行放电。同时需要加入充电机对电容器进行充电或不间断续电。

● 超级电容模组，储存电能，额定电压450V，额定容量2F；

● 2KW充电机，主要为超级电容器充电，当充到额定电压时保持浮充；

● SCR主要用于防止直流母线向电容充电，同时在需要放电时触发其导通，另电容向直流母线放电；

●管理系统，用于管理整个后备电源系统正常有序工作，同时与整个风机变桨的PLC管理系统进行指令交互；

● DI/AO接口，主要为风机厂提出的要求，用于与常规功能模块连接。

方案二：

超级电容模组系统直接与变桨电机通过一个功率电阻进行连接（建议铝壳电阻），阻值约150Ω，功率3KW。

● 超级电容模组，储存电能，额定电压450V，额定容量2F；

● 功率电阻，主要为超级电容器在充放电时进行限流，不至于在电容电压低或高于直流母线电压时将直流母线电压拉高或拉低；

● 整流桥主要是将380V交流电整流成直流，供应变桨电机电源；

● 管理系统，用于管理整个后备电源系统正常有序工作，同时与整个风机变桨的PLC管理系统进行指令交互。