储能型直驱永磁风力发电系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明专利涉及风力发电技术和储能技术，具体涉及一种带储能的直驱永磁风力发电系统。
【背景技术】
[0002]风力发电是利用新能源的有效途径，风能具有随机变化的特性，风力发电机的输出功率通常随着风速大幅快速变化，会对电网电能质量和电网稳定性产生影响。
[0003]直驱永磁风力发电机通过一个双PWM变流器与电网相连，其定子电压不受电网电压的约束，而定子电流则受到机侧变流器的控制。机侧变流器将发电机发出的交流电变换成直流，并控制发电机的输出功率，实现最佳风能捕获；网侧变流器将直流电能逆变成与电网同频率、同幅值的交流量，并控制并网电能的功率因数和直流侧电压的稳定。
[0004]但由于风电机组的输出功率主要受风速、气压、温度等多方面影响，会经常发生波动，在并网运行过程中，其输出功率的随机波动将带来电力系统中频率不稳定、电压闪变等问题，另外，在并网运行时，发生外部故障导致功率无法通过网侧变流器输送出去时，会使得直流电容电压升高，危及设备;在离网运行时，波动的功率会影响发电设备与用电设备的动态功率平衡，影响风力发电系统的稳定运行，此外，直流电容电压保持稳定也需要一定的措施。
[0005]目前，过直流侧泄流电路能部分解决直流电容电压过高等问题，但效果一般;采用储能装置可解决功率波动问题，但现有的设计都是将储能装置独立出来，即储能装置通过能量转换设备(PCS)连接在风电设备功率输出端口，对功率波动进行补偿，这种方法将储能装置与风力发电系统变流器分成相对独立的系统进行控制，不能通过原有风力发电系统控制器统一调控，降低了控制的可靠性。
【发明内容】
[0006]为解决上述技术问题，本发明提出了储能型直驱永磁风力发电系统，以达到提高并网电能质量和稳定性、维持直流电容电压、便于控制和兼顾风机运行时的电能质量管理和能量管理的目的。
[0007]为达到上述目的，本发明的技术方案如下:
[0008]—种储能型直驱永磁风力发电系统，包含有风轮机、永磁同步发电机、背靠背双PWM变流器、储能装置、并网变压器和控制系统，所述并网变压器与所述背靠背双PWM变流器相连接，所述背靠背双PWM变流器连接有永磁同步发电机，所述永磁同步发电机连接有所述风轮机，所述背靠背双PWM变流器与所述储能装置实现连接，且所述储能装置和所述背靠背双PWM变流器分别与所述控制系统实现连接，所述储能装置为由超级电容和锂电池组成的混合储能装置。
[0009]作为优选的，所述背靠背双PffM变流器包含有机侧变流器和网侧变流器，所述机侧变流器与所述永磁同步发电机实现连接，所述网侧变流器与所述并网变压器实现连接，所述机侧变流器与所述网侧变流器共享直流侧，所述储能装置与所述直流侧相连接。
[0010]作为优选的，所述超级电容和锂电池并联，且所述超级电容和锂电池均由降压-升压斩波电路进行DC/DC转换。
[0011]作为优选的，所述控制系统包含由第一控制器、第二控制器和储能控制器，所述第一控制器与所述机侧变流器相连接，所述第二控制器与所述网侧变流器相连接，所述储能控制器分别与所述超级电容和锂电池实现连接。
[0012]作为优选的，所述超级电容用于风速突变引起的高频风电出力变化，所述锂电池用于补偿相对平缓的低频风电出力波动。
[0013]通过上述技术方案，本发明通过将储能系统安装于风机变流器直流侧，减少因风能变化而引起的功率波动，将直驱风力发电机的控制系统和储能部分的控制系统进行整合，综合协调控制，采用了超级电容和锂电池配合的混合储能方式，达到提高并网电能质量和稳定性、维持直流电容电压、便于控制和兼顾风机运行时的电能质量管理和能量管理的目的。
【附图说明】
[0014]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0015]图1为本发明实施例公开的储能型直驱永磁风力发电系统的系统示意图；
[0016]图2为本发明实施例公开的储能型直驱永磁风力发电系统的储能装置的系统示意图。
[0017]图中数字和字母所表示的相应部件的名称:
[0018]1.风轮机2.永磁同步发电机3.背靠背双PffM变流器31.机侧变流器
[0019]32.网侧变流器4.储能装置41.超级电容42.锂电池5.并网变压器
[0020]6.控制系统61.第一控制器62.第二控制器63.储能控制器
【具体实施方式】
[0021]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0022]本发明提供了储能型直驱永磁风力发电系统，其工作原理是通过将储能系统安装于风机变流器直流侧，减少因风能变化而引起的功率波动，将直驱风力发电机的控制系统和储能部分的控制系统进行整合，综合协调控制，采用了超级电容和锂电池配合的混合储能方式，达到提高并网电能质量和稳定性、维持直流电容电压、便于控制和兼顾风机运行时的电能质量管理和能量管理的目的。
[0023]下面结合实施例和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0024]如图1和图2所示，一种储能型直驱永磁风力发电系统，包含有风轮机1、永磁同步发电机2、背靠背双PWM变流器3、储能装置4、并网变压器5和控制系统6，所述并网变压器5与所述背靠背双PWM变流器3相连接，所述背靠背双PWM变流器3连接有永磁同步发电机2，所述永磁同步发电机连接有所述风轮机I，所述背靠背双PWM变流器3与所述储能装置4相连接，所述背靠背双PWM变流器4和所述背靠背双PWM变流器3分别与所述控制系统6实现连接，所述储能装置4为由超级电容41和锂电池42组成的混合储能装置。
[0025]值得注意的是，所述背靠背双HVM变流器3包含有机侧变流器31和网侧变流器32，所述机侧变流器31与所述永磁同步发电机2实现连接，所述网侧变流器32与所述并网变压器5实现连接，所述机侧变流器31与所述网侧变流器32共享直流侧，所述储能装置与所述直流侧相连接。
[0026]值得注意的是，所述超级电容和锂电池并联，且所述超级电容和锂电池均由降压-升压斩波电路电路进行DC/DC转换。
[0027]值得注意的是，所述控制系统6包含由第一控制器61、第二控制器62和储能控制器63，所述第一控制器61与所述机侧变流器31相连接，所述第二控制器62与所述网侧变流器32相连接，所述储能控制器63分别与所述超级电容和锂电池实现连接。
[0028]值得注意的是，所述超级电容用于风速突变引起的高频风电出力变化，所述锂电池用于补偿相对平缓的低频风电出力波动。
[0029]本发明的具体使用步骤如下:再如图1和图2所示，网侧变换器与储能装置相连，控制风力发电系统在并网运行模式下，主动参与电力系统运行与控制，提供有功功率和无功功率补偿，抑制功率波动，改善电能质量;控制风力发电系统在离网运行模式下，达到发电侧与用电负载侧有功功率和无功功率的动态平衡效果，改善电能质量，使发电系统和负荷安全有效运行。从而解决直驱永磁风力发电机低电压穿越过程中出现的直流侧过电压问题；同时储能装置采用了超级电容和锂电池配合的混合储能方式，充分利用超级电容和锂电池在充电时间，充放电频率上的差异和各自的优势来进行，以兼顾风机运行时的电能质量管理和能量管理。
[0030]当风机功率大于所需输出功率时，若储能部分剩余容量(SOC)不足，直流母线通过功率变换器给超级电容和锂电池充电，当风机功率小于所需输出功率时，若储能部分剩余容量正常，则超级电容和锂电池放电，以补充能量不足部分，在直流母线电压发生短时中断以及跌落时，超级电容和锂电池通过功率变换器释放能量以维持直流母线电压在正常范围内，保证系统的正常工作。
[0031]通过以上的方式，本发明所提供的储能型直驱永磁风力发电系统，通过将储能系统安装于风机变流器直流侧，减少因风能变化而引起的功率波动，将直驱风力发电机的控制系统和储能部分的控制系统进行整合，综合协调控制，采用了超级电容和锂电池配合的混合储能方式，达到提高并网电能质量和稳定性、维持直流电容电压、便于控制和兼顾风机运行时的电能质量管理和能量管理的目的。
[0032]以上所述的仅是本发明所公开的储能型直驱永磁风力发电系统的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种储能型直驱永磁风力发电系统，其特征在于，包含有风轮机、永磁同步发电机、背靠背双PWM变流器、储能装置、并网变压器和控制系统，所述并网变压器与所述背靠背双PWM变流器相连接，所述背靠背双PWM变流器连接有永磁同步发电机，所述永磁同步发电机连接有所述风轮机，所述背靠背双PWM变流器与所述储能装置实现连接，且所述储能装置和所述背靠背双PWM变流器分别与所述控制系统实现连接，所述储能装置为由超级电容和锂电池组成的混合储能装置。2.根据权利要求1所述的储能型直驱永磁风力发电系统，其特征在于，所述背靠背双PWM变流器包含有机侧变流器和网侧变流器，所述机侧变流器与所述永磁同步发电机实现连接，所述网侧变流器与所述并网变压器实现连接，所述机侧变流器与所述网侧变流器共享直流侧，所述储能装置与所述直流侧相连接。3.根据权利要求1所述的储能型直驱永磁风力发电系统，其特征在于，所述超级电容和锂电池并联，且所述超级电容和锂电池均由降压-升压斩波电路进行DC/DC转换。4.根据权利要求2所述的储能型直驱永磁风力发电系统，其特征在于，所述控制系统包含由第一控制器、第二控制器和储能控制器，所述第一控制器与所述机侧变流器相连接，所述第二控制器与所述网侧变流器相连接，所述储能控制器分别与所述超级电容和锂电池实现连接。5.根据权利要求1所述的储能型直驱永磁风力发电系统，其特征在于，所述超级电容用于风速突变引起的高频风电出力变化，所述锂电池用于补偿相对平缓的低频风电出力波动。
【专利摘要】本发明公开了一种储能型直驱永磁风力发电系统，包含有风轮机、永磁同步发电机、背靠背双PWM变流器、储能装置、并网变压器和控制系统，并网变压器与背靠背双PWM变流器相连接，背靠背双PWM变流器连接有永磁同步发电机，永磁同步发电机连接有风轮机，背靠背双PWM变流器与储能装置实现连接，且储能装置和背靠背双PWM变流器分别与控制系统实现连接，储能装置为由超级电容和锂电池组成的混合储能装置；达到提高并网电能质量和稳定性、维持直流电容电压、便于控制和兼顾风机运行时的电能质量管理和能量管理的目的。
【IPC分类】H02J3/32, H02J3/38
【公开号】CN105552966
【申请号】CN201610094127
【发明人】嵇志强, 刘步峰, 杨凌风
【申请人】南京相量电气有限公司
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2016年2月22日