风力发电储能系统的制作方法

专利名称：风力发电储能系统的制作方法
技术领域：
本实用新型主要涉及一种风力发电储能系统，特别是涉及一种对防护装置、滤波装置、斩波装置、储能装置加以改进的风力发电储能系统，属于风电利用技术领域。
背景技术：
风能是一种清洁的可再生能源。我国风力资源丰富，风电在我国具备充分发展的自然条件。但风能具有随机性、间歇性的特点，可调度性、稳定性较差，因此风电场难以发出稳定的电能。风力发电对电能质量的影响主要包括电压偏差、电压波动、电压闪变和谐波等。电力系统中的负荷及风力发电机组的出力随时都在发生变化，其中系统无功功率不平衡是引起电压偏离标称值的根本原因。从传统的风电储能系统到今天的风电储能系统有了一个飞越的发展，但是在防护装置、滤波装置、斩波装置、储能装置等方面还是有些局限性 的，例如变流器装置的结构、滤波装置的状况以及电网的短路容量都会影响谐波干扰的程度，其中含有的谐波成分越大，也越容易对控制信号造成干扰，也越容易对设备造成损害，为了更进一步提高风力发电储能系统的安全性、稳定性和能源的利用率，这些问题还是有待于解决的。
发明内容发明目的为了解决上述现有技术所存在的问题，本实用新型提出了一种风力发电储能系统，可提高电网的稳定性，对风电进行储能，得到稳定的电能后再送入电网中，从而更加有效地提高电力系统的稳定性和电能的利用率。技术方案一种风力发电储能系统，其特征在于主要由风力发电机、滤波补偿装置、整流器、储能装置、逆变器和变压器构成，风力发电机连接变压器，变压器通过滤波补偿装置连接整流器，整流器通过储能装置连接逆变器，逆变器通过滤波补偿装置连接变压器，变压器连接电网；储能装置为蓄电池和超级电容器；在风力发电机与变压器之间以及电网与变压器之间均设置有静止开关，在整流器与逆变器之间还设置有斩波器。所述斩波器包括Buck斩波器、Boost斩波器和双向Buck/Boost斩波器,整流器连接Buck斩波器,Buck斩波器连接Boost斩波器,Boost斩波器连接逆变器；蓄电池(锂电池)和超级电容器都并联在Buck斩波器和Boost斩波器之间。所述蓄电池(锂电池)是通过双向Buck/Boost斩波器并联在Buck斩波器和Boost斩波器之间。优点及效果本实用新型提出了一种风力发电储能系统，具有如下优点本实用新型这种风力发电储能系统，通过增加静止开关，和对滤波器、斩波器及储能装置的合理设计，可以更加有效的提高储能系统的稳定性和增大储能容量，从而为电网提供稳定的电能和弥补风电机组直接对电网供电的不足。

图I为传统风电储能系统结构示意图；图2为本实用新型结构示意图；图3为本实用新型原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步的说明如图I中所示，传统风力发电储能系统大体包括风力发电机、滤波补偿装置、整流 器、蓄电池、逆变器、变压器等几部分。风能经过风力发电机将交流电经过变压器通过滤波补偿装置送到整流器，整流器将交流电转变成直流电，一部分送入蓄电池，一部分直接送入逆变器，逆变器再将直流电转变成交流电经过滤波补偿装置通过变压器送入电网，从而通过此控制系统弥补了风力发电机对电网输送电能的不稳定性。本实用新型是在传统风力发电储能系统中加入静止开关、对电能进入和输出的滤波补偿装置进行改进。在直流侧的斩波器加以改进，并采用锂电池和超级电容器联合储能的办法，并且对蓄电池(锂电池)单独采用双向Buck/Boost斩波器并入Buck斩波器和Boost斩波器之间，然而超级电容器则直接并入Buck斩波器和Boost斩波器之间，从而进一步增加储能系统的容量，提高储能系统的稳定性，提高能源的利用率。本实用新型这种风力发电储能系统，其结构示意图如图2中所示，主要由风力发电机、滤波补偿装置、整流器、储能装置、逆变器和变压器构成，风力发电机连接变压器，变压器通过滤波补偿装置连接整流器，整流器通过储能装置(蓄电池和超级电容器)连接逆变器，逆变器通过滤波补偿装置连接变压器，变压器连接电网；在风力发电机与变压器之间以及电网与变压器之间均设置有静止开关，在整流器与逆变器之间还设置有斩波器。所述斩波器包括Buck斩波器、Boost斩波器和双向Buck/Boost斩波器,整流器连接Buck斩波器，Buck斩波器连接Boost斩波器，Boost斩波器连接逆变器。蓄电池(锂电池)和超级电容器是分别并联在Boost斩波器和Boost斩波器之间的，并且蓄电池(锂电池)是通过双向Buck/Boost斩波器并联在Buck斩波器和Boost斩波器之间的。如图3中所示，本实用新型工作原理如下风力发电机将一部分交流电能通过静止开关I、双绕组降压变压器TM2，经过无功补偿装置晶闸管控制电抗器和滤波器进入整流器将交流电变换成直流电，在直流侧分别并联两个储能装置一个是锂电池一个是超级电容器，直流电经过Buck斩波器将电压降到适合超级电容器的充电电压，一部分直接给超级电容器进行储能，一部分经过双向Buck/Boost斩波器给锂电池进行储能。储能装置(蓄电池和超级电容器)放电时将直流电经过Boost斩波器送入到逆变器把直流电转变成交流电，交流电经过滤波器、双绕组升压变压器TM2、静止开关2送入电网。(I)静止开关是一种无触点开关，是用两只晶闸管反向并联组成的一种交流开关，一只晶闸管用于通过正半周电流，另一只晶闸管则用于通过负半周电流，其闭合和断开由逻辑控制器控制。其作用是实现从一路到另一路的自动切换，其优点具有寿命长、工作可靠、无噪声、速度快、无弹跳等现象。在储能系统中加入静止开关，减少了开断电路速度慢和动作频繁对储能系统设备造成损害。(2)无功补偿装置由晶闸管控制电抗器和滤波器组成。晶闸管控制电抗器由电抗器LI与反并联的晶闸管串联后接地，其作用增加了电力系统功率传输能力，减小线路能量损耗，提高功率因数；滤波器由电容Cl和电感L2串联组成接地，使得补偿回路的阻抗在某次谐波相对于感性负载来说呈感性，从而消除由于电路呈容性而带来的谐波震荡。用以消除变压器和晶闸管高次谐波和开断静止开关所产生的过电压，从而消除对通讯线路造成的感应干扰和对一般设备造成危害。最终达到感性无功和容性无功相互协调使系统更加稳定，然而传统在此处装置只是并联电容并没有很好的解决这些问题。(3)整流器采用并联IGBT晶闸管三相桥式整流电路。(4)Buck斩波器由IGBT晶闸管、二极管和电感L3组成，主要是把直流电压进行降 压对超级电容器储能；双向buck/boost斩波器是由一个电感和两个IGBT晶闸管组成,主要是针对蓄电池进行储能；B00st斩波器是由电感、二极管、IGBT晶闸管和电容C2组成，用于将储能装置(蓄电池和超级电容器)放出电能的电压进行升压，电容C2用于稳压的。此处储能装置的设计有利于实现大容量储能，避免由于时间长久蓄电池损坏造成中断储能，因此超级电容器和蓄电池的合理分配相互协调的运用具有更为深远的意义。(5)逆变器采用并联IGBT晶闸管三相桥式整流电路。(6)滤波装置由两个单调谐滤波器，一个高通滤波器组成。第一个单调谐滤波器由C3，L5，R1串联接地组成，第二个单调谐滤波器由C4，L6，R2组成接地，高通滤波器由C5，L7，rl，R3组成接地，其中，C6为无功补偿电容器的电容量，而R4为系统谐波等值阻抗。此装置可以消除从系统出来的各次谐波电流和防止母线电压畸变，同时还满足无功补偿容量的要求。传统装置主要是串并联电容进行滤波而忽视了高次谐波对设备和系统的危害，此装置解决了这个问题，并保证储能系统安全可靠和经济运行。
权利要求1.一种风力发电储能系统，其特征在于主要由风力发电机、滤波补偿装置、整流器、储能装置、逆变器和变压器构成，风力发电机连接变压器，变压器通过滤波补偿装置连接整流器，整流器通过储能装置连接逆变器，逆变器通过滤波补偿装置连接变压器，变压器连接电网；储能装置为蓄电池和超级电容器；在风力发电机与变压器之间以及电网与变压器之间均设置有静止开关，在整流器与逆变器之间还设置有斩波器。
2.根据权利要求I所述的风力发电储能系统，其特征在于所述斩波器包括Buck斩波器、Boost斩波器和双向Buck/Boost斩波器,整流器连接Buck斩波器，Buck斩波器连接Boost斩波器，Boost斩波器连接逆变器；蓄电池和超级电容器都并联在Buck斩波器和Boost斩波器之间。
3.根据权利要求2所述的风力发电储能系统，其特征在于蓄电池是通过双向Buck/Boost斩波器并联在Buck斩波器和Boost斩波器之间。
专利摘要本实用新型主要是涉及一种风力发电储能系统，主要由风力发电机、滤波补偿装置、整流器、储能装置、逆变器和变压器构成，风力发电机连接变压器，变压器通过滤波补偿装置连接整流器，整流器通过储能装置(蓄电池和超级电容器)连接逆变器，逆变器通过滤波补偿装置连接变压器，变压器连接电网；在风力发电机与变压器之间以及电网与变压器之间均设置有静止开关，在整流器与逆变器之间还设置有斩波器。本实用新型可提高电网的稳定性，通过对风电进行储能，得到稳定的电能后再送入电网中，从而更加有效地提高电力系统的稳定性和电能的利用率，适于推广应用。
文档编号H02J3/18GK202535090SQ20122018558
公开日2012年11月14日 申请日期2012年4月27日 优先权日2012年4月27日
发明者卢芸, 赵永来 申请人:沈阳工业大学