[发明专利]带储能的双馈风力发电系统

说明书

技术领域

本发明属于风力发电技术和储能技术，具体涉及一种带储能的双馈风力发电系统。

背景技术

风力发电是风能大规模利用的有效途径。变速恒频双馈风力发电机运行主要是通过交流励磁电源对发电机转子实施励磁控制来实现，利用双PWM电压源型变换器这种励磁结构，对发电机转子的转差功率实施控制。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、谐波污染等问题，在风电设备独立带本地负荷运行过程中，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。

为解决以上问题，目前常用的方法是：1、利用双馈风力发电自身变换器的控制使储存在风机转子中的动能对功率波动进行补偿，这种方法由于转子存储动能容量有限，当风速波动较大时其调节能力有限。2、储能装置通过电力电子变换器联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励磁变换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励磁控制器统一调控，降低了控制的可靠性。

为解决以上问题，华中科技大学提出了一种基于超导磁储能的变速恒频双馈风力发电机励磁变频器(公开号为CN1901360A，公开日为2007年1月24日)。该装置把超导磁体作为交流励磁电源的中间直流储能环节，在控制超导磁体与双馈风力发电机转子之间的转差功率交换、实现风力发电机变速恒频运行的同时，还为并网电力系统提供有功功率和无功功率补偿。该系统能够解决并网型风力发电设备输出功率波动带来的问题，但并未涉及独立带负载运行时风力发电系统的运行中发电设备与用电设备功率动态平衡的控制问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种带储能的双馈风力发电系统，在并网运行时可以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，改善电能质量；在独立带负载运行时可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，确保风电设备和负载的安全、经济、高效、优质运行。

一种带储能的双馈风力发电系统，包括双馈型风力发电机1、交流励磁电源和储能装置3，交流励磁电源包括转子侧变换器2和定子侧变换器4，转子侧变换器2的交流端与双馈型风力发电机1的转子绕组连接，转子侧变换器2和定子侧变换器4的公共直流端与储能装置3的正负极连接，其特征在于：该系统还包括并网接触器6和监控装置7，并网接触器6的一端与双馈型风力发电机1的定子绕组、定子侧变换器4的交流端一起连接负载5，并网接触器6的另一端连接电网；监控装置7用于控制并网接触器6的连通状态以实现系统独立或并网运行模式的转换，并控制转子侧变换器2从储能装置3中获取保证双馈风力发电机正常运行所需的转差功率，控制定子侧变换器4从储能装置3中获取功率以补偿电机定子输出的波动或补偿电机定子输出功率与负载需求功率的差额。

本发明相对于现有技术的优点在于：

(1)转子侧变换器具有功率双向流动的能力，可控制储能装置与双馈风力发电机转子之间的转差功率交换，使双馈风力发电机运行在最大风能跟踪状态，最大限度地利用风能。

(2)定子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，可以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，改善电能质量。

(3)定子侧变换器与储能装置相连，控制风力发电系统在独立带负载运行模式下，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、经济、高效、优质运行。

(4)因本发明中增加了直流储能装置，使得转子侧变换器和定子侧变换器可以相互独立的运行。在风速不满足发电要求的情况下储能装置可通过定子侧变换器单独运行，可并入电力系统或独立对负载进行供电，增强了双馈风力发电系统供电可靠性。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图；

图2为本发明中转子侧变换器的电路拓扑结构图；

图3为本发明中定子侧变换器的电路拓扑结构图；

图4为本发明中并网运行时双馈风力发电系统各端口的功率波形图；

图5为本发明中独立带负载运行时双馈风力发电系统各端口的功率波形图。

具体实施方式

本发明提出的直流环节带储能装置的双馈风力发电系统，其结构如图1所示，包括双馈型风力发电机1、交流励磁电源、储能装置3、并网接触器6和监控装置7。