CN101714764A - 发电系统和用于存储电能的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种发电系统(10)和用于存储电能的方法。该方法包括自风力涡轮发电机(22)产生第一AC电压，以及利用整流器(40)将第一AC电压转换成第一DC电压。该方法进一步包括通过DC电压总线(41)将第一DC电压传送到功率变换器(24)的换流器(42)，以及响应于来自功率变换器控制器(46)的第一控制信号而利用换流器(42)将第一DC电压转换成第二AC电压，且将第二AC电压输出到电网(12)。该方法进一步包括从可操作地联接到DC电压总线(41)上的DC-DC变换器(44)处接收来自DC电压总线的第一DC电压，且响应于第二控制信号而利用DC-DC变换器(44)将来自第一DC电压的电能存储到电池存储单元(26)中。

Description

发电系统和用于存储电能的方法
发明背景
风电场已经用于产生电能。风电场通常具有各产生电能的多个风力涡轮机。然而，当风电场开始产生电网不需要的过剩电能时，控制系统减小由风力涡轮机产生的电能的量。因此，风力涡轮机能够产生的电能的量没有被完全地利用。
因此，发明人在本文已经认识到对最大程度地减小和/或消除上述缺陷的改进了的发电系统的需要。
发明内容
提供了根据示例性实施例的发电系统。该发电系统包括具有壳体、整流器、DC电压总线、换流器和功率变换器控制器的功率变换器。整流器、DC电压总线、换流器和功率变换器控制器设置在壳体中。DC电压总线电联接到整流器和换流器两者上。控制器与换流器可操作地连通。整流器构造成接收第一AC电压，且将第一AC电压转换成第一DC电压。DC电压总线构造成将第一DC电压传送到换流器。换流器构造成响应于来自功率变换器控制器的第一控制信号而将第一DC电压转换成第二AC电压，且将第二AC电压输出到电网。发电系统进一步包括可操作地联接到DC电压总线上的DC-DC变换器。DC-DC变换器构造成从DC电压总线接收第一DC电压，且响应于第二控制信号而将来自第一DC电压的电能存储到电池存储单元中。DC-DC变换器进一步构造成响应于第三控制信号而输出通过DC电压总线传送到换流器的第二DC电压。功率变换器的换流器进一步构造成响应于来自功率变换器控制器的第四控制信号而将第二DC电压转换成第三AC电压，且将第三AC电压输出在电网上。
提供了一种根据另一个示例性实施例的用于存储电能的方法。该方法包括自风力涡轮发电机产生第一AC电压。该方法进一步包括利用电联接到风力涡轮发电机上的功率变换器的整流器来将第一AC电压转换成第一DC电压。该方法进一步包括通过DC电压总线将第一DC电压传送到功率变换器的换流器。该方法进一步包括响应于来自功率变换器控制器的第一控制信号而利用换流器将第一DC电压转换成第二AC电压，且将第二AC电压输出到电网。该方法进一步包括自可操作地联接到DC电压总线上的DC-DC变换器处接收来自DC电压总线的第一DC电压。该方法进一步包括响应于第二控制信号而利用DC-DC变换器将来自第一DC电压的电能存储到电池存储单元中。
附图简述
图1显示了根据一个示例性实施例的风电场发电系统的示意图；以及
图2和3显示了根据另一个示例性实施例的用于存储电能的方法的流程图。
部件列表
风电场发电系统10
AC电网12
风力涡轮机20
风力涡轮机壳体21
AC发电机22
功率变换器24
电池存储单元26
风力涡轮机控制系统28
风电场控制器30
壳体39
整流器40
DC电压总线41
换流器42
DC-DC变换器44
功率变换器控制器46
放电-充电控制器48
具体实施方式
参看图1，现在将阐述用于将电能输送到AC电网12的风电场发电系统10。风电场发电系统10包括风力涡轮机20、风力涡轮机壳体21、AC发电机22、功率变换器24、电池存储单元26、风力涡轮机控制系统28和风电场控制器30。
风力涡轮机20构造成响应于接触风力涡轮机的风而旋转，以驱动AC发电机22，从而使得AC发电机22输出AC电压。风力涡轮机20操作地联接到可控制风力涡轮机20的操作的风力涡轮机控制器28上。
风力涡轮机壳体21构造成将AC发电机22、功率变换器24、电池存储单元26和风力涡轮机控制器围绕在其中。风力涡轮机20可旋转地联接到风力涡轮机壳体21上。
功率变换器24构造成接收来自AC发电机22的AC电压，并将AC电压供应到AC电网12。功率变换器24进一步构造成将DC电压供应到电池存储单元26，以存储由AC发电机22产生的过剩电能。功率变换器24包括壳体39、整流器40、换流器42、DC-DC变换器44、功率变换器控制器46和放电-充电控制器48。在一个示例性实施例中，壳体39构造成将整流器40、换流器42、DC-DC变换器44、控制器46和放电-充电控制器48保持在其中。在另一个示例性实施例中，DC-DC变换器44设置在壳体39的外面，且可操作地联接在DC电压总线41和电池存储单元26之间。
整流器40构造成接收来自AC发电机22的AC电压，且对AC电压进行整流，以获得DC电压。整流器40将DC电压输出在DC电压总线41上。DC电压总线41将DC电压传送到换流器42和DC-DC变换器44两者上。
换流器42构造成接收来自DC电压总线41的DC电压，且将DC电压转换成AC电压，此AC电压从换流器42输出到AC电网12。特别地，换流器42响应于接收来自功率变换器控制器46的控制信号而将AC电压输出到AC电网12。另外，功率变换器控制器46响应于接收来自风电场控制器30的控制信号而产生由换流器42所接收的控制信号。
DC-DC变换器44构造成接收来自DC电压总线41的DC电压。DC-DC变换器44响应于来自放电-充电控制器48的控制信号而调节DC电压的电压水平，且将DC电压输出到电池存储单元26。电池存储单元26接收来自DC-DC变换器44的DC电压输出，且将电能存储在其中。DC-DC变换器44进一步构造成响应于来自放电-充电控制器48的另一个控制信号而利用来自电池存储单元26的电能输出DC电压在DC电压总线41上。
功率变换器控制器46构造成控制功率变换器24的操作。特别地，控制器46响应于来自风电场控制器30的控制信号而产生控制信号，以促使换流器42将AC电压输出在AC电网12上。另外，控制器46产生另一个控制信号，以促使放电-充电控制器48指示DC-DC变换器44将电能存储到电池存储单元26中。另外，控制器46产生另一个控制信号，以促使放电-充电控制器48指示DC-DC变换器44使用存储在电池存储单元26中的电能来将DC电压输出在DC电压总线41上。如图所示，功率变换器控制器46可操作地联接到换流器42、放电-充电控制器48、风电场控制器30和风力涡轮机控制系统28。
放电-充电控制器48构造成控制DC-DC变换器44的操作，从而使得DC-DC变换器44将DC电压输出到电池存储单元26，以将电能存储在其中，或者将DC电压输出在DC电压总线41上。
电池存储单元26构造成响应于接收来自DC-DC变换器44的DC电压而将电能存储在其中。电池存储单元26包括电联接在一起的一个或多个电池。电池存储单元26还可将DC电压输出到DC-DC变换器44。
风力涡轮机控制系统28构造成控制风力涡轮机20的操作。特别地，风力涡轮机控制系统28可控制风力涡轮机20的操作位置，且可响应于接收自风电场控制器30的控制信号而控制风力涡轮机的最大旋转速度。
风电场控制器30构造成控制从功率变换器24输出到AC电网12的电能的量。风电场控制器30产生由风力涡轮机控制系统28、功率变换器控制器46和放电-充电控制器48所接收的控制信号。
现在提供风电场发电系统10的运行的一般综述。风电场控制器30监视和控制从系统10输出的电能的实际量。通常，风电场控制器30将指示功率变换器控制器46将所有产生的电能输出到AC电网12。但是，如果风速高得足以允许AC发电机22产生多于需要的电能，则风电场控制器30可指示放电-充电控制器48将来自AC发电机22的所产生的电能的至少一部分存储到电池存储单元26中。应当注意，对于存储最优化来说，可基于本地风条件来选择各个电池存储单元26的存储容量。如果风速太低以致于风力涡轮AC发电机22无法输出期望的电能量，则风电场控制器30可指示功率变换器24和放电-充电控制器48从本地电池存储单元26中提取电能，且将电能输出在AC电网12上。
参看图2和3，现在将阐述利用风电场发电系统10的用于存储电能的方法的流程图。
在步骤60处，风力涡轮AC发电机22产生由功率变换器24的整流器40接收的第一AC电压。
在步骤62处，整流器40将第一AC电压转换成输出在功率变换器24的DC电压总线41上的第一DC电压。
在步骤64处，DC电压总线41将第一DC电压传送到功率变换器24的换流器42。
在步骤66处，换流器42响应于来自功率变换器控制器46的第一控制信号而将第一DC电压转换成第二AC电压，且将第二AC电压输出到电网12。
在步骤68处，DC-DC电压变换器44接收来自DC电压总线41的第一DC电压。
在步骤70处，DC-DC电压变换器44响应于来自放电-充电控制器48的第二控制信号而调节第一DC电压的电压水平，以获得第二DC电压。
在步骤72处，电池存储单元26响应于接收第二DC电压而存储电能。
在步骤74处，DC-DC电压变换器44响应于来自放电-充电控制器48的第三控制信号而利用来自电池存储单元26的存储的电能来将第三DC电压输出在DC电压总线41上。
在步骤76处，换流器42接收第三DC电压，且响应于来自功率变换器控制器24的第四控制信号而将第三DC电压转换成第三AC电压，且将第三AC电压输出在电网12上。
此发电系统和用于存储电能的方法提供优于其它系统和方法的重要优点。特别地，发电系统和方法提供利用可操作地联接到风力涡轮机壳体内的功率变换器上的电池存储单元来存储电能的技术效果。
虽然参考示例性实施例对本发明进行了描述，但是本领域技术人员将理解，在不偏离本发明的范围的情况下，可进行各种改变，等效物可代替本发明的元件。另外，在不偏离本发明的范围的情况下，可依据本发明的教导进行许多修改，以适应特定情况。因此，本发明不限于用于实现本发明而公开的实施例，而是本发明包括落入权利要求书的范围内的所有实施例。此外，用语第一、第二等的使用不表示重要性的任何顺序，而是，用语第一、第二等用于使一个元件区别于另一个元件。

Claims (10)

1.一种发电系统(10)，包括：
具有壳体(39)、整流器(40)、DC电压总线(41)、换流器(42)和功率变换器控制器(46)的功率变换器(24)，所述整流器(40)、所述DC电压总线(41)、所述换流器(42)和所述功率变换器控制器(46)设置在所述壳体(39)中，所述DC电压总线(41)电联接到所述整流器(40)和所述换流器(42)两者上，所述控制器(46)与所述换流器(42)可操作地连通，所述整流器(40)构造成接收第一AC电压，且将所述第一AC电压转换成第一DC电压，所述DC电压总线(41)构造成将所述第一DC电压传送到所述换流器(42)，所述换流器(40)构造成响应于来自所述功率变换器控制器(46)的第一控制信号而将所述第一DC电压转换成第二AC电压，且将所述第二AC电压输出到电网(12)；
可操作地联接到所述DC电压总线(41)上的DC-DC变换器(44)，所述DC-DC变换器(44)构造成接收来自所述DC电压总线(41)的所述第一DC电压，且响应于第二控制信号而将来自所述第一DC电压的电能存储到电池存储单元(26)中，所述DC-DC变换器(44)进一步构造成响应于第三控制信号而输出第二DC电压，所述第二DC电压通过所述DC电压总线(41)被传送到所述换流器(42)；并且
所述功率变换器(24)的所述换流器(42)进一步构造成响应于来自所述功率变换器控制器(46)的第四控制信号而将所述第二DC电压转换成第三AC电压，且将所述第三AC电压输出在所述电网(12)上。
2.根据权利要求1所述的发电系统(10)，其特征在于，所述发电系统(10)进一步包括可操作地联接到所述DC-DC变换器(44)上的放电-充电控制器(48)。
3.根据权利要求2所述的发电系统，其特征在于，所述DC-DC电压变换器(44)构造成响应于来自所述放电-充电控制器(48)的所述第二控制信号而调节所述第一DC电压的电压水平，以获得第三DC电压。
4.根据权利要求3所述的发电系统(10)，其特征在于，所述电池存储单元(26)构造成响应于从所述DC-DC变换器(44)接收所述第三DC电压而存储电能。
5.根据权利要求2所述的发电系统(10)，其特征在于，所述DC-DC电压变换器(44)进一步构造成响应于来自所述放电-充电控制器(48)的所述第三控制信号而利用来自所述电池存储单元(26)的存储的电能来将所述第二DC电压输出到所述DC电压总线(41)。
6.根据权利要求1所述的发电系统(10)，其特征在于，所述DC-DC变换器(44)设置在所述功率变换器(24)的所述壳体(39)中。
7.根据权利要求1所述的发电系统(10)，其特征在于，所述DC-DC变换器(44)设置在所述功率变换器(24)的所述壳体(39)的外面。
8.根据权利要求1所述的发电系统(10)，其特征在于，所述发电系统(10)进一步包括构造成产生所述第一AC电压的风力涡轮发电机(22)，所述风力涡轮发电机(22)电联接到所述功率变换器(24)的所述整流器(40)上。
9.一种用于存储电能的方法，包括：
自风力涡轮发电机(22)产生第一AC电压；
利用电联接到所述风力涡轮发电机(22)上的功率变换器(24)的整流器(40)来将所述第一AC电压转换成第一DC电压；
通过DC电压总线(41)将所述第一DC电压传送到所述功率变换器的换流器(42)；
响应于来自功率变换器控制器(46)的第一控制信号而利用所述换流器(42)将所述第一DC电压转换成第二AC电压，且将所述第二AC电压输出到电网(12)；
在可操作地联接到所述DC电压总线(41)的DC-DC变换器(44)处接收来自所述DC电压总线(41)的所述第一DC电压；以及
响应于第二控制信号而利用所述DC-DC变换器(44)将来自所述第一DC电压的电能存储到电池存储单元(26)中。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
响应于第三控制信号而从所述DC-DC变换器(44)输出第二DC电压，所述第二DC电压通过所述DC电压总线(41)被传送到所述换流器(42)；以及
响应于来自所述功率变换器控制器(46)的第四控制信号而利用所述换流器(42)将所述第二DC电压转换成第三AC电压，且将所述第三AC电压输出到所述电网(12)。
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