CN104734170A - 用于风力发电系统的储能式电能质量调节器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于风力发电系统的储能式电能质量调节器，包括三相全桥DC-AC变换器、三相半桥DC-AC变换器、双向DC-DC变换器和储能装置，三相全桥DC-AC变换器各相交流端口的一个出线端子分别与风电机组中对应相的出线端子相连、另一个出线端子分别与升压变压器低压侧中对应相的连接端子相连，三相全桥DC-AC变换器各相的直流端口与三相半桥DC-AC变换器的直流端口相连，三相半桥DC-AC变换器的三路交流端口与升压变压器低压侧的连接端口相连，储能装置通过双向DC-DC变换器和三相半桥DC-AC变换器的直流端口相连。本发明不仅可以平滑风电的功率波动，而且还能提高风电的低电压穿越能力。

Description

用于风力发电系统的储能式电能质量调节器
技术领域
本发明涉及风力发电系统领域，具体涉及一种用于风力发电系统的储能式电能质量调节器。
背景技术
目前，风电系统所面临的挑战主要来源于两个方面：一方面，由于风能资源具有波动性，导致风电出力也具有波动性，这在风电穿透率较高的情况下会对电网的电能质量及其稳定性产生较大的负面影响。另一方面，随着风电在电网中所占比例不断增大，若风电机组在电网发生故障时仍采取被动保护式的解列方式，则会增加整个系统的恢复难度，甚至可能加剧故障，严重影响到电网的安全运行。为此，新的电网规则均要求当电网发生故障时，并网风电机组都能够在一定时间范围内实现低电压穿越运行，并在故障切除后风力发电机组能够迅速恢复正常运行，以帮助电网恢复正常工作。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的上述缺陷，提供一种不仅可以平滑风电的功率波动，而且还能提高风电的低电压穿越能力的用于风力发电系统的储能式电能质量调节器。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种用于风力发电系统的储能式电能质量调节器，包括三相全桥DC-AC变换器、三相半桥DC-AC变换器、双向DC-DC变换器和储能装置，所述三相全桥DC-AC变换器各相交流端口的一个出线端子分别与风电机组中对应相的出线端子相连、另一个出线端子分别与风力发电系统中升压变压器低压侧中对应相的连接端子相连，所述三相全桥DC-AC变换器各相的直流端口与三相半桥DC-AC变换器的直流端口相连，所述三相半桥DC-AC变换器的交流端口与风力发电系统中升压变压器低压侧的连接端口相连，所述储能装置通过双向DC-DC变换器和三相半桥DC-AC变换器的直流端口相连。
优选地，所述三相全桥DC-AC变换器各相交流端口的一个出线端子与风电机组中对应相的出线端子之间分别串联连接有单相滤波电感。
优选地，所述三相半桥DC-AC变换器的交流端口与风力发电系统中升压变压器低压侧的连接端口之间串联布置有三相滤波电感。
优选地，所述储能装置为超级电容器或者蓄电池。
优选地，所述三相全桥DC-AC变换器、三相半桥DC-AC变换器均为基于全控开关器件的DC-AC变换器，所述双向DC-DC变换器为基于全控开关器件的双向DC-DC变换器，所述全控开关器件为绝缘栅双极型功率管IGBT、集成门极换流晶闸管IGCT及可关断晶闸管GTO中的一种。
本发明用于风力发电系统的储能式电能质量调节器具有下述优点：
1、本发明包括三相全桥DC-AC变换器、三相半桥DC-AC变换器、双向DC-DC变换器和储能装置，三相全桥DC-AC变换器各相交流端口的一个出线端子分别与风电机组中对应相的出线端子相连、另一个出线端子分别与风力发电系统中升压变压器低压侧中对应相的连接端子相连，三相全桥DC-AC变换器各相的直流端口与三相半桥DC-AC变换器的直流端口相连，三相半桥DC-AC变换器的交流端口与风力发电系统中升压变压器低压侧的连接端口相连，储能装置通过双向DC-DC变换器和三相半桥DC-AC变换器的直流端口相连，通过控制三相全桥DC-AC变换器的工作状态，能够实现在电网发生电压跌落时，即升压变压器低压侧出现电压跌落时，快速动态补偿升压变压器的电压偏差量，以保证风电机组出线端口的电压稳定，从而提高风电系统的低电压穿越能力。
2、本发明包括三相全桥DC-AC变换器、三相半桥DC-AC变换器、双向DC-DC变换器和储能装置，三相全桥DC-AC变换器各相交流端口的一个出线端子分别与风电机组中对应相的出线端子相连、另一个出线端子分别与风力发电系统中升压变压器低压侧中对应相的连接端子相连，三相全桥DC-AC变换器各相的直流端口与三相半桥DC-AC变换器的直流端口相连，三相半桥DC-AC变换器的交流端口与风力发电系统中升压变压器低压侧的连接端口相连，储能装置通过双向DC-DC变换器和三相半桥DC-AC变换器的直流端口相连，通过控制三相半桥DC-AC变换器的工作状态，能够实现控制三相半桥DC-AC变换器的有功/无功输出，在电网正常运行时，能够平滑风电的有功功率波动；当电网发生故障时，能够为电网提供一定的无功功率以帮助电网恢复正常运行。
3、本发明包括三相全桥DC-AC变换器、三相半桥DC-AC变换器、双向DC-DC变换器和储能装置，三相全桥DC-AC变换器各相交流端口的一个出线端子分别与风电机组中对应相的出线端子相连、另一个出线端子分别与风力发电系统中升压变压器低压侧中对应相的连接端子相连，三相全桥DC-AC变换器各相的直流端口与三相半桥DC-AC变换器的直流端口相连，三相半桥DC-AC变换器的交流端口与风力发电系统中升压变压器低压侧的连接端口相连，储能装置通过双向DC-DC变换器和三相半桥DC-AC变换器的直流端口相连，通过控制双向DC-DC变换器的工作状态，能够实现控制储能装置的有功功率输出，从而保证直流母线电压的稳定以及整个储能式电能质量调节器的正常运行。
附图说明
图1为应用本发明实施例的风力发电系统的结构示意图。
图例说明：1、三相全桥DC-AC变换器；11、单相滤波电感；2、三相半桥DC-AC变换器；21、三相滤波电感；3、双向DC-DC变换器；4、储能装置；5、风电机组；6、升压变压器；7、电网。
具体实施方式
如图1所示，应用本实施例储能式电能质量调节器的风力发电系统包括风电机组5、升压变压器6以及本实施例用于风力发电系统的储能式电能质量调节器，其中升压变压器6的高压侧绕组和电网7相连，本实施例用于风力发电系统的储能式电能质量调节器包括三相全桥DC-AC变换器1、三相半桥DC-AC变换器2、双向DC-DC变换器3和储能装置4。
本实施例中，三相全桥DC-AC变换器1各相交流端口的一个出线端子分别与风电机组5中对应相的出线端子相连、另一个出线端子分别与风力发电系统中升压变压器6低压侧中对应相的连接端子相连。参见图1，以三相全桥DC-AC变换器1的A相为例，A相交流端口的一个出线端子b1与风电机组5中对应相的出线端子a相连、另一个出线端子c1与升压变压器6低压侧中对应相的连接端子i相连；同理，B相交流端口的一个出线端子b2与风电机组5中B相对应的出线端子相连、另一个出线端子c2与升压变压器6低压侧中B相对应的连接端子相连，C相交流端口的一个出线端子b3与风电机组5中C相对应的出线端子相连、另一个出线端子c3与升压变压器6低压侧中C相对应的连接端子相连。
本实施例中，三相全桥DC-AC变换器1各相的直流端d同时与三相半桥DC-AC变换器2的直流端口e相连，三相半桥DC-AC变换器2的三路交流端口f与风力发电系统中升压变压器6低压侧的连接端口i相连，储能装置4通过双向DC-DC变换器3和三相半桥DC-AC变换器2的直流端口相连。参见图1，储能装置4的连接端口l与双向DC-DC变换器3的低压侧直流端口k相连，双向DC-DC变换器3的高压侧直流端口j则与三相半桥DC-AC变换器2的直流端口e相连（同时也与三相全桥DC-AC变换器1各相的直流端口d相连）。
本实施例中，三相全桥DC-AC变换器1各相交流端口的一个出线端子与风电机组5中对应相的出线端子之间分别串联连接有单相滤波电感11。参见图1，三相全桥DC-AC变换器1的A相交流端口的一个出线端子b1与风电机组5中A相对应的出线端子a之间串联连接有单相滤波电感11，同理，三相全桥DC-AC变换器1的B相交流端口的一个出线端子b2与风电机组5中B相对应的出线端子之间也串联连接有单相滤波电感11，三相全桥DC-AC变换器1的C相交流端口的一个出线端子b3与风电机组5中C相对应的出线端子之间也串联连接有单相滤波电感11。
本实施例中，三相半桥DC-AC变换器2的交流端口f与风力发电系统中升压变压器6低压侧的连接端口i之间串联布置有三相滤波电感21。参见图1，三相半桥DC-AC变换器2的交流端口f和三相滤波电感21一侧的连接端口g相连，三相滤波电感21另一侧的连接端口h则与风力发电系统中升压变压器6低压侧的连接端口i相连。
本实施例中，储能装置4为超级电容器或者蓄电池。
本实施例中，三相全桥DC-AC变换器1、三相半桥DC-AC变换器2均为基于全控开关器件的DC-AC变换器，双向DC-DC变换器3为基于全控开关器件的双向DC-DC变换器，全控开关器件为绝缘栅双极型功率管IGBT、集成门极换流晶闸管IGCT及可关断晶闸管GTO中的一种。调整三相全桥DC-AC变换器1、三相半桥DC-AC变换器2以及双向DC-DC变换器3的工作状态，即为调整三相全桥DC-AC变换器1、三相半桥DC-AC变换器2以及双向DC-DC变换器3中全控开关器件的工作状态。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于风力发电系统的储能式电能质量调节器，其特征在于：包括三相全桥DC-AC变换器（1）、三相半桥DC-AC变换器（2）、双向DC-DC变换器（3）和储能装置（4），所述三相全桥DC-AC变换器（1）各相交流端口的一个出线端子分别与风电机组（5）中对应相的出线端子相连、另一个出线端子分别与风力发电系统中升压变压器（6）低压侧中对应相的连接端子相连，所述三相全桥DC-AC变换器（1）各相的直流端口与三相半桥DC-AC变换器（2）的直流端口相连，所述三相半桥DC-AC变换器（2）的交流端口与风力发电系统中升压变压器（6）低压侧的连接端口相连，所述储能装置（4）通过双向DC-DC变换器（3）和三相半桥DC-AC变换器（2）的直流端口相连。
2.根据权利要求1所述的用于风力发电系统的储能式电能质量调节器，其特征在于：所述三相全桥DC-AC变换器（1）各相交流端口的一个出线端子与风电机组（5）中对应相的出线端子之间分别串联连接有单相滤波电感（11）。
3.根据权利要求2所述的用于风力发电系统的储能式电能质量调节器，其特征在于：所述三相半桥DC-AC变换器（2）的交流端口与风力发电系统中升压变压器（6）低压侧的连接端口之间串联布置有三相滤波电感（21）。
4.根据权利要求3所述的用于风力发电系统的储能式电能质量调节器，其特征在于：所述储能装置（4）为超级电容器或者蓄电池。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的用于风力发电系统的储能式电能质量调节器，其特征在于：所述三相全桥DC-AC变换器（1）、三相半桥DC-AC变换器（2）均为基于全控开关器件的DC-AC变换器，所述双向DC-DC变换器（3）为基于全控开关器件的双向DC-DC变换器，所述全控开关器件为绝缘栅双极型功率管IGBT、集成门极换流晶闸管IGCT及可关断晶闸管GTO中的一种。
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