一种永磁同步风电系统的储能系统的能量控制方法

文档序号:8364541阅读:613来源:国知局
一种永磁同步风电系统的储能系统的能量控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及风力发电技术领域,具体涉一种永磁同步风电系统的储能系统的能量 控制方法。
【背景技术】
[0002] 风力发电已成为实现我国能源、电力可持续发展,保障生态环保的有效技术。然而 风电系统输出功率具有很强的波动性、随机性特点,尤其是随着风电穿透功率不断提高,风 电与电网之间的影响也越来越大,大规模风电并网给电力系统带来一系列技术难题。通过 储能技术可以对风电机组输出功率进行调控,储能系统能将负荷低谷时段的电力存储起来 并在负荷高峰时段释放,与风电联合应用可以平滑风电出力的波动性,完全能与风电功率 互补。而在平滑风电的功率波动方面,储能系统既需要具备一定的快速大功率充放电能力, 还需配置较大的储能容量,以满足对风电波动功率的快速持续补偿。
[0003] 蓄电池的能量密度大,但功率密度小,充放电效率低,循环寿命短,对充放电过程 敏感,大功率充放电和频繁充放电的适应性不强;而超级电容器功率密度大,响应时间短、 释放能力快,充放电效率高,循环寿命长,非常适合大功率充放电和循环充放电场合。超级 电容器和蓄电池在技术性能上具有较强的互补性。有鉴于此,本发明提出一种永磁同步风 电系统功率平抑的混合储能系统能量管理及控制方法,将蓄电池与超级电容器混合使用, 建立起一种基于蓄电池和超级电容器的新型混合储能系统,通过制定能量管理策略,实现 储能元件充放电全过程的精确管理,延长储能装置的使用寿命,保持直流输出电压稳定,提 高低电压穿越能力,将其应用于永磁直驱式风电系统,以提高储能系统和风电装备的整体 性能。

【发明内容】

[0004] 本发明的目的在于提供一一种永磁同步风电系统的储能系统的能量控制方法,可 以应用于带有储能装置的风电系统中,通过构建基于蓄电池和超级电容器的混合储能系统 结构,应用能量管理策略,设计适宜的储能系统控制策略,使混合储能系统进行快速、高效 的功率吞吐,平抑风电功率波动,减少风电场输出功率波动对并网电力系统的冲击,同时提 高系统的低电压故障穿越能力,保持电网不脱网运行。
[0005] 本发明将蓄电池与超级电容器混合使用,构成混合储能系统结构,将其应用于永 磁直驱式风电系统中,该系统有机侧变流器、网侧变流器、超级电容器和蓄电池混合储能系 统、两套双向DC/DC变换器、永磁直驱式风力发电机和电网接口组成,其中机侧变流器由三 相不可控整流器、滤波电容和Boost变换器构成,用以实现对风力发电机的有功功率控制; 网侧变流器用以控制直流侧电压和流入电网的无功,实现有功、无功的解耦控制;超级电容 器和蓄电池储能系统复合使用,构成混合储能系统,通过各自的DC/DC变换器并入网侧变 流器的直流侧,其中DC/DCConverterA用以控制蓄电池充放电过程,避免蓄电池在风电功 率平抑过程中超倍率充放电,延长蓄电池的使用寿命;DC/DCConverterB负责超级电容器 储能系统的充放电控制,以保持直流侧电压稳定。通过应用混合储能系统,实现直驱式风电 系统的有功控制,通过采用控制策略,有效平抑风电功率波动,保持风电系统不脱网运行。
[0006] 为了充分发挥蓄电池和超级电容器的优势,使得在风电功率平抑中优势互补,应 用如下能量管理策略。对于出现尖峰及往复性的风电功率波动,以及频率较高的风电功率 波动,采用超级电容器储能系统进行风电功率平抑,对于长期稳态的风电功率波动或较为 低频的风电功率波动,采用蓄电池储能系统进行功率平抑。
[0007] 在能量管理策略中,以超级电容器作为优先响应,以其端电压为主控制变量,进行 储能状态和释能状态的模式选择,具体模式如下: 设超级电容器端电压为%,系统的总吞吐功率为蓄电池充放电功率为超级 电容器充放电功率为&,超级电容器上限电压为超级电容器下限电压为 ,当风电输出功率大于实时调度目标值,储能系统进行蓄能,其具体策略为: (1) 当通过DC/DCConverterB,以恒功率方式对超级电容器充电,通过 DC/DCConverterA直接切除蓄电池储能装置,以延长蓄电池的使用寿命; (2) 当?通过DC/DCConverterB,超级电容器以恒功率方式吸 收功率,同时通过DC/DCConverterA控制蓄电池储能装置充电, (3) 当?/,通过DC/DCConverterB,储能装置以恒功率&吸收功率,同时 通过DC/DCConverterA控制蓄电池储能装置充 电旯 ,超级电容器放电^j=PB
[0008] 当风电功率小于调度目标值时,系统进入释能状态,具体策略为: (1) 当通过DC/DCConverterA切除蓄电池储能装置,以延长蓄电池的 使用寿命,通过DC/DCConverterB,超级电容器输出功率1^=1^; (2) 当通过DC/DCConverterA控制蓄电池储能装置放电,通 过DC/DCConverterB,超级电容器进行功率补偿,& =4-; (3) 当f,c 通过DC/DCConverterA控制蓄电池储能装置放电通过DC/ DCConverterB,超级电容器恒功率放电4 =4~4。
[0009] 本发明的应用效果分析: 通过构建超级电容器和蓄电池混合储能系统,实施能量管理策略,发挥了超级电容器 和蓄电池储能的各自优势,实现了优势互补。减小了蓄电池的配置容量,节约了因采用蓄电 池储能造成的功率超额配置成本,避免了蓄电池进行小循环、超倍率充放电,提高了使用寿 命;充分发挥了超级电容器功率密度大的优势,有效控制储能系统快速、准确的功率吞吐, 比单一储能系统的平抑效果好很多。
【附图说明】
[0010] 图1为基于混合储能的直驱式风电系统结构图; 图2混合储能装置的能量管理策略图。
【具体实施方式】
[0011] 为了使从事风电技术相关领域人员能更好地理解本发明方案,下面参照附图对本 发明实施方式进行详细说明。
[0012] 参见图1,本系统提供了一个永磁直驱式同步风电系统,该系统包含风力机,直 接和永磁同步发电机相连接,将风能转换为机械能,带动永磁同步发电机旋转;永磁同步 发电机和机侧变流器连接,将机械能转化为电能输出;机侧变流器采用不可控整流电路和 Boost变换器构成;网侧变换器采用全控型器件IGBT,通过逆变,将直流电转化为交流电, 通过电网接口进行并网,图中变流器直流侧采用电容器作为电压支撑;超级电容器和蓄电 池组构成混合储能装置,通过各自的双向DC/DC变换器并联于网侧变流器直流侧,构成了 混合储能控制系统。
[0013] 参见图2,为混合储能装置的能量管理策略,用以控制蓄电池组的双向DC/DC变换 器(Conv
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