一种基于超级电容器的并网风电场集中储能装置制造方法
【专利摘要】一种基于超级电容器的并网风电场集中储能装置，属于风电场中的储能领域。解决了目前并网风电场所采用的分散式的储能装置运行维护量大的问题。它包括电抗器组、电压源型变流器、1号电容C、1号功率开关、2号功率开关、电感、1号二极管、2号二极管和电容器组，电抗器组的三相输入端通过变压器与并网风电场输出母线连接，电抗器组的三相输出端与电压源型变流器的交流侧连接，电压源型变流器的直流侧与1号电容C并联，1号二极管和2号二极管串联后与1号功率开关和2号功率开关的串联电路并联，电容器组通过电感与1号功率开关和2号功率开关的相交点连接。本实用新型主要对风电场进行集中储能。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于风电场中的储能领域。 -种基于超级电容器的并网风电场集中储能装置
【背景技术】
[0002] 目前国内外研究和使用的配套安装在风电场的超级电容器储能装置都是采用分 散储能的方式，即在每台风电机组出口的箱变低压侧加装超级电容器储存风电场输出过剩 的电能。这种分散的储能装置需要分别为每台超级电容器储能装置配置整流和直流变换装 置，配置费用较高。安装分散储能装置的风电场在单台风电机的停运或检修时储能系统需 要退出运行，造成了不必要的繁琐和麻烦。另外，这种分散储能方式需要分别统计每台储能 系统的运行情况，需要风电场运维人员进行大量的分散的运行维护工作，导致了风电场运 行维护量增大，运行维护费用的增加。 实用新型内容
[0003] 本实用新型是为了解决目前并网风电场所采用的分散式的储能装置运行维护量 大的问题，本实用新型提供了一种基于超级电容器的并网风电场集中储能装置。
[0004] 一种基于超级电容器的并网风电场集中储能装置，它包括电抗器组、电压源型变 流器、1号电容C、1号功率开关、2号功率开关、电感、1号二极管、2号二极管和电容器组，
[0005] 所述的电压源型变流器包括6个功率开关，该6个功率开关分别为3号功率开关、 4号功率开关、5号功率开关、6号功率开关、7号功率开关和8号功率开关，
[0006] 电抗器组的三相输入端通过变压器与并网风电场输出母线连接，电抗器组的三相 输出端分别与3号功率开关功率信号输出端、4号功率开关功率信号输出端和5号功率开关 功率信号输出端连接，
[0007] 3号功率开关功率信号输入端同时与4号功率开关功率信号输入端、5号功率开关 功率信号输入端、1号电容C的一端、1号功率开关的功率信号输入端和1号二极管的阴极 连接，
[0008] 6号功率开关的功率信号输出端同时与7号功率开关的功率信号输出端、8号功率 开关的功率信号输出端、1号电容C的另一端、2号功率开关的功率信号输出端、2号二极管 的阳极和电容器组的一端连接，
[0009] 3号功率开关功率信号输出端与6号功率开关的功率信号输入端连接，
[0010] 4号功率开关功率信号输出端与7号功率开关的功率信号输入端连接，
[0011] 5号功率开关功率信号输出端与8号功率开关的功率信号输入端连接，
[0012] 1号功率开关的功率信号输出端同时与2号功率开关的功率信号输入端和电感的 一端连接，电感的另一端与电容器组的另一端连接。
[0013] 所述的电容器组由多个子电容器组并联组成，且每个子电容器组由多个电容器串 联组成。
[0014] 所述的1号功率开关和2号功率开关均为绝缘栅双极型晶体管。
[0015] 所述的3号功率开关、4号功率开关、5号功率开关、6号功率开关、7号功率开关和 8号功率开关均为绝缘栅双极型晶体管。
[0016] 1号电容C为电压源型变流器提供电压支撑并缓冲各个桥臂关断时的冲击电流， 减小直流侧谐波。
[0017] 电容器组在充放电过程中其端电压发生变化，加入1号功率开关和2号功率开关 解决电容器组端电压波动问题，为直流母线提供平稳电压，从而使得电压源型变流器工作 在持续稳定状态。从图1中可以看到，电压源型变流器做为本实用新型的整流装置由6个 绝缘栅双极型晶体管（IGBT)构成，当电容器组充电时，通过1号功率开关构成的降压斩波 电路完成。当需要释放电容器组中储存的电能为直流设备供电时，通过2号功率开关构成 的升压斩波电路将电容器组端电压升至需要的直流电压，并保持在规定的电压值附近。1号 二极管和2号二极管用来保护电容器组，防止电容器组反向充电。
[0018] 风电场的功率流动可由下面公式表示：乂 1: - ^ 5，
[Qe = Q w -q<,
[0019] 式中匕和QE为本实用新型所述的一种基于超级电容器的并网风电场集中储能装 置吸收的有功和无功功率，P w和Qw为风电场输出的有功和无功功率，Pe和Qe为注入电网的 有功和无功功率。
[0020] 本实用新型带来的有益效果是，采用本实用新型所述的一种基于超级电容器的并 网风电场集中储能装置在并网风电场输出母线上集中储能，解决传统分散储能的不足，通 过集中储能可以实现整体风电场输出过剩电能的储存，在配置上只需要配置一台整流和直 流变换装置，减少了大量的设备配置费用。在运行维护上只需要对一台集中储能装置进行 维护工作，大量减少的运行维护量，降低了运行维护成本。另外本实用新型所述的一种基于 超级电容器的并网风电场集中储能装置储存的电能也可以为风电场中的直流设备供电。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1为本实用新型所述的一种基于超级电容器的并网风电场集中储能装置的原 理示意图；
[0022] 如图2为装设本实用新型所述的一种基于超级电容器的并网风电场集中储能装 置的风电场结构图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0023] 一：参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于超级电 容器的并网风电场集中储能装置，它包括电抗器组L、电压源型变流器1、1号电容C、1号功 率开关Sp2号功率开关S 2、电感Ll、l号二极管VDp2号二极管VD2和电容器组2，
[0024] 所述的电压源型变流器1包括6个功率开关，该6个功率开关分别为3号功率开 关S3、4号功率开关S 4、5号功率开关S5、6号功率开关S6、7号功率开关S7和8号功率开关 S8，
[0025] 电抗器组L的三相输入端通过变压器与并网风电场输出母线连接，电抗器组L的 三相输出端分别与3号功率开关S 3功率信号输出端、4号功率开关S4功率信号输出端和5 号功率开关S5功率信号输出端连接，
[0026] 3号功率开关S3功率信号输入端同时与4号功率开关S4功率信号输入端、5号功 率开关S 5功率信号输入端、1号电容C的一端、1号功率开关Si的功率信号输入端和1号二 极管VDi的阴极连接，
[0027] 6号功率开关S6的功率信号输出端同时与7号功率开关S7的功率信号输出端、8号 功率开关S 8的功率信号输出端、1号电容C的另一端、2号功率开关S2的功率信号输出端、 2号二极管VD 2的阳极和电容器组2的一端连接，
[0028] 3号功率开关S3功率信号输出端与6号功率开关S6的功率信号输入端连接，
[0029] 4号功率开关S4功率信号输出端与7号功率开关S7的功率信号输入端连接，
[0030] 5号功率开关S5功率信号输出端与8号功率开关S8的功率信号输入端连接，
[0031] 1号功率开关Si的功率信号输出端同时与2号功率开关S2的功率信号输入端和 电感L1的一端连接，电感L1的另一端与电容器组2的另一端连接。
【具体实施方式】 [0032] 二：参见图1说明本实施方式，本实施方式与一所述 的一种基于超级电容器的并网风电场集中储能装置的区别在于，所述的电容器组2由多个 子电容器组并联组成，且每个子电容器组由多个电容器串联组成。
[0033] 以某实际一期含12台双馈风电机组DFIG的风电场为例，其单机容量为2. 5MW，机 端电压为〇. 69kV，将本实用新型所述的一种基于超级电容器的并网风电场集中储能装置通 过变压器安装在并网风电场公共连接点PCC处，如图2为装设本实用新型所述的一种基于 超级电容器的并网风电场集中储能装置的超级电容器储能装置的风电场结构图。该风电的 总装机容量为30MW，通过计算选择电容器单体容量为3000F，额定电压2. 7V，串联等效电阻 为0. 045m Ω，将4500个电容器单体配置成以150个电容器单体串联成为一串，共30串并联 形成电容器组，最大可储存2丽的风电场过剩电能，同时可以为风电场中的直流设备提供 直流电源。
[0034]
【具体实施方式】三：参见图1说明本实施方式，本实施方式与【具体实施方式】一或二 所述的一种基于超级电容器的并网风电场集中储能装置的区别在于，所述的1号功率开关 Si和2号功率开关S2均为绝缘栅双极型晶体管。
【具体实施方式】 [0035] 四：参见图1说明本实施方式，本实施方式与一或二 所述的一种基于超级电容器的并网风电场集中储能装置的区别在于，所述的3号功率开关 S3、4号功率开关S4、5号功率开关S5、6号功率开关S6、7号功率开关S 7和8号功率开关S8 均为绝缘栅双极型晶体管。
[0036] 采用本实用新型所述的一种基于超级电容器的并网风电场集中储能装置吸收风 电场过剩的电能，采用集中配置储能系统方式，不需要改变并网风电场的原有配置方式，仅 需要在并网风电场输出母线上或风电场群的入网节点处加装本实用新型所述的一种基于 超级电容器的并网风电场集中储能装置，该储能装置的维护和管理方便，整体的可靠性较 高。这种配置方式解决了以往因分散配置而导致的单台风电机的停运或检修时储能系统需 要退出运行的繁琐和效率低的问题，同时减少了设备配置成本和运行维护费用。
【权利要求】
1. 一种基于超级电容器的并网风电场集中储能装置，其特征在于，它包括电抗器组 (L)、电压源型变流器（1)、1号电容C、1号功率开关（SJ、2号功率开关（S 2)、电感（Ll)、l号 二极管（VDi)、2号二极管（VD2)和电容器组（2)， 所述的电压源型变流器（1)包括6个功率开关，该6个功率开关分别为3号功率开关 (S3)、4号功率开关（S4)、5号功率开关（S5)、6号功率开关（S 6)、7号功率开关（S7)和8号功 率开关（S8)， 电抗器组（L)的三相输入端通过变压器与并网风电场输出母线连接，电抗器组（L)的 三相输出端分别与3号功率开关（S3)功率信号输出端、4号功率开关（S4)功率信号输出端 和5号功率开关（S 5)功率信号输出端连接， 3号功率开关（S3)功率信号输入端同时与4号功率开关（S4)功率信号输入端、5号功 率开关（S5)功率信号输入端、1号电容C的一端、1号功率开关（SJ的功率信号输入端和1 号二极管（VDD的阴极连接， 6号功率开关（S6)的功率信号输出端同时与7号功率开关（S7)的功率信号输出端、8 号功率开关（S8)的功率信号输出端、1号电容C的另一端、2号功率开关（S2)的功率信号输 出端、2号二极管（VD 2)的阳极和电容器组（2)的一端连接， 3号功率开关（S3)功率信号输出端与6号功率开关（S6)的功率信号输入端连接， 4号功率开关（S4)功率信号输出端与7号功率开关（S7)的功率信号输入端连接， 5号功率开关（S5)功率信号输出端与8号功率开关（S8)的功率信号输入端连接， 1号功率开关（S^的功率信号输出端同时与2号功率开关（S2)的功率信号输入端和 电感（L1)的一端连接，电感（L1)的另一端与电容器组（2)的另一端连接。
2. 根据权利要求1所述的一种基于超级电容器的并网风电场集中储能装置，其特征在 于，所述的电容器组（2)由多个子电容器组并联组成，且每个子电容器组由多个电容器串 联组成。
3. 根据权利要求1或2所述的一种基于超级电容器的并网风电场集中储能装置，其特 征在于，所述的1号功率开关（SD和2号功率开关（S 2)均为绝缘栅双极型晶体管。
4. 根据权利要求1或2所述的一种基于超级电容器的并网风电场集中储能装置，其 特征在于，所述的3号功率开关（S3)、4号功率开关（S 4)、5号功率开关（S5)、6号功率开关 (S6)、7号功率开关（S 7)和8号功率开关（S8)均为绝缘栅双极型晶体管。
【文档编号】H02J3/28GK203850848SQ201420287295
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】刘金龙 申请人:国家电网公司, 国网黑龙江省电力有限公司哈尔滨供电公司