CN108306323A - 用于风电场的分布式风电机组储能系统及其储能实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于风电场的分布式风电机组储能系统及其储能实现方法。该系统包括DC/DC变换器、与DC/DC变换器相连的储能装置、以及控制DC/DC变换器的运行模式的DC/DC变换控制器。其中，DC/DC变换器一侧连接至机组变流器的直流母线，另一侧连接至储能装置。该方法包括：通过控制DC/DC变换器，实现机组变流器直流母线能量对储能电池组的充电和电池组储能向机组变流器直流母线能量释放，机组变流器通过对直流母线电能的逆变，将所存能量回馈给电网。本发明充分利用机组的变流器装置，降低了构建风电场储能系统的造价。
Description
技术领域
本发明涉及一种风力发电技术，尤其涉及一种用于风电场的分布式风电机组储能系统及其储能实现方法。
背景技术
由于风能的随机和间歇性的特点，风电机组的发电能力频繁波动，从而风电场发电可靠性也差；而且风电比重过大，会使电网的调频、调峰压力加大。
大容量储能技术在风电应用中能够降低风场输出能量的波动，减少风电波动对电网的影响和冲击，提高风电输出可预测性；通过以所储能量优化风场出力，提高风电输出可信度；提高调度能力，用于电网调峰，可以使风电机组作为电网调度机组单元运行，而且具备向电力系统提供频率控制、快速功率响应等辅助服务的能力。通过利用大功率大容量储能系统，可以将波动性大的风能暂存收集，并在电网需要的时候将其释放，转移能量峰值，降低对电网冲击；提高电网纳入风电能力。大容量储能技术可使风电提供削峰、紧急功率支持等服务。
当前大容量储能技术主要应用在光伏发电场以及风光互补电场，单独风电场应用较少，而且其储能形式主要为大功率大容量的变流装置与储能电池组的联合应用，应用成本较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于风电场的分布式风电机组储能系统及其储能实现方法，利用风电场每台风电机组自身的变流器装置，结合采用DC/DC变换装置和储能装置进行各自机组的电能存储和释放。
为了解决上述技术问题，本发明公开了如下技术方案：
提出一种用于风电场的分布式风电机组储能系统。该系统包括位于风电机组处的直流/直流(简称DC/DC)变换器、与DC/DC变换器相连的储能装置、以及控制DC/DC变换器的运行模式的DC/DC变换控制器，其中，DC/DC变换器一侧连接至机组变流器的直流母线，另一侧连接至储能装置；DC/DC变换控制器控制DC/DC变换器通过机组变流器的直流母线对储能装置进行充电和放电双向控制。
对于上述用于风电场的分布式风电机组储能系统，储能装置通过DC/DC变换器与机组变流器的直流母线并联。
对于上述用于风电场的分布式风电机组储能系统，DC/DC变换器与机组变流器相连的一侧为第一侧，与储能装置相连的一侧为第二侧，机组变流器包括机侧变流器和通过直流母线与机侧变流器相连的网侧变流器，DC/DC变换器的第一侧连接在机侧变流器和网侧变流器之间的直流母线上。
上述用于风电场的分布式风电机组储能系统还包括机组叶片、以及连接在机组叶片和机组变流器的机侧之间的传动链及发电机，其中，传动链及发电机包括传动链和与传动链相连的发电机，发电机与机组变流器中的机侧变流器相连，传动链与机组叶片相连。
对于上述用于风电场的分布式风电机组储能系统，分布式风电机组储能系统是全功率风电机组储能，机侧变流器连接发电机的定子。
对于上述用于风电场的分布式风电机组储能系统，分布式风电机组储能系统是双馈风电机组储能，机侧变流器连接发电机的转子而且网侧变流器连接电网。
对于上述用于风电场的分布式风电机组储能系统，储能装置是超级电容器和电池组中的至少一种。
上述用于风电场的分布式风电机组储能系统还包括与机组变流器的直流母线、DC/DC变换器以及储能装置相关的保护和/或监控辅助设备。
上述用于风电场的分布式风电机组储能系统还包括用于DC/DC变换器以及储能装置的电气开关、冷却和/或加热辅助设备。
另一方面，提出一种上述用于风电场的分布式风电机组储能系统的储能实现方法，该方法包括：通过控制DC/DC变换器，实现机组变流器直流母线能量对储能装置的充电和储能装置的储能向机组变流器直流母线能量的释放，机组变流器通过对直流母线电能的逆变，将所存能量回馈给电网。
由于本发明采用了上述技术方案，使风电场的风电机组具备电能储存能力，实现了一种风电场分布式风电机组储能。
本发明充分利用机组的变流器装置，降低了构建风电场储能系统的造价。利用风电场每台风电机组自身的变流器装置，结合采用DC/DC变换装置和储能装置进行各自机组的电能存储和释放。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明实施例的一部分，本发明的附图及其说明用于解释本发明实施例，并不构成对本发明实施例的不当限定。在附图中：
图1是本发明一个实施例提供的用于风电场的分布式风电机组储能系统的结构示意图；
图2是本发明另一个实施例提供的用于风电场的分布式风电机组储能系统的结构示意图；
图3为本发明的用于风电场的分布式风电机组储能系统的储能实现方法的流程图；
图4为本发明的用于风电场的分布式风电机组储能系统的储能实现方法中充电过程的流程图；
图5为本发明的用于风电场的分布式风电机组储能系统的储能实现方法中放电过程的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例及相应的附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地示例性描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的部分，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示的以外的顺序实施。
本发明适用于需要进行电能存储的风电场，在风电场各风力发电机组实现储能。
图1是本发明一个实施例提供的用于风电场的分布式风电机组储能系统的结构示意图。如图1所示，该实施例的用于风电场的风电场分布式风电机组储能系统1包括位于风电机组处的直流/直流(DC/DC)变换器11、与DC/DC变换器11相连的储能装置12、以及控制DC/DC变换器11的运行模式的DC/DC变换控制器13。其中，DC/DC变换器11一侧连接至机组变流器14的直流母线，另一侧连接至储能装置12。具体来说，储能装置12通过DC/DC变换器11与机组变流器14的直流母线并联。DC/DC变换器11与机组变流器14的直流母线相连的一侧为第一侧，与储能装置12相连的一侧为第二侧。在此，储能装置12可以是超级电容器、电池组、以及其他类似的储能装置中任一种储能装置或者其中至少两种储能装置的组合。其中，DC/DC变换控制器13可以是独立的装置，也可以集成在机组控制系统、或者是集成在机组变流器及机组其它部件中。
DC/DC变换控制器13控制DC/DC变换器通过机组变流器14的直流母线对储能装置进行充电、放电双向控制。DC/DC变换控制器13对DC/DC变换器11进行控制，实现机组变流器14的直流母线能量对储能装置12的充电，以及储能装置12向机组变流器14的直流母线的能量释放，机组变流器14通过对直流母线电能的逆变，将所存能量回馈给电网2。
机组变流器14包括机侧变流器141和通过直流母线与机侧变流器141相连的网侧变流器142，DC/DC变换器11的第一侧连接在机侧变流器141和网侧变流器142之间的直流母线上。
图1所示的用于风电场的分布式风电机组储能系统还包括位于风电机组处的机组叶片15、以及连接在机组叶片15和机组变流器141的机侧之间的传动链及发电机16，还包括连接在机组变流器11的网侧和电网2之间的机组变压器17。具体地，传动链及发电机16包括传动链161和与传动链161相连的发电机162，发电机162与机组变流器14中的机侧变流器141相连，传动链161与机组叶片15相连。
在该实施例中，用于风电场的分布式风电机组储能系统所在的风电机组的类型是全功率风电机组，如图1所示，对于这种类型的风电机组，机组变流器14与发电机162的连接方式为：机侧变流器141连接发电机162的定子。
在另一个实施例中，用于风电场的分布式风电机组储能系统所在的风电机组的类型是双馈风电机组，如图2所示，对于这种类型的风电机组，机组变流器14’与发电机162’的连接方式为：机侧变流器141’连接发电机162’的转子而且网侧变流器142’与电网连接。其他结构与上述实施例类似。
本发明的用于风电场的分布式风电机组储能系统还可以包括与机组变流器的直流母线、DC/DC变换器以及储能装置相关的保护、监控辅助设备。此外，本发明的用于风电场的分布式风电机组储能系统还可以包括用于DC/DC变换器以及储能装置的电气开关、冷却、加热等辅助设备。
本发明采用DC/DC变换器分别连接到机组变流器的直流母线和储能电池组上。通过控制DC/DC变换器，实现机组变流器直流母线能量对储能电池组的充电和电池组储能向机组变流器直流母线能量释放，机组变流器通过对直流母线电能的逆变，将所存能量回馈给电网。
图3为本发明一个实施例提供的用于风电场的分布式风电机组储能系统的储能实现方法的流程图。如图3所示，该实施例的用于风电场的分布式风电机组储能系统的储能实现方法包括下列步骤：
步骤S31，将风力发电机组中机组变流器的直流母线引出连接到DC/DC变换器的一侧，将DC/DC变换器的另一侧连接到储能装置，比如电池组。
步骤S32，实现储能，根据电网、风场、和/或风况等要求，控制DC/DC变换器通过机组变流器的直流母线对储能装置进行充电和放电双向控制。通过控制DC/DC变换器，实现机组变流器直流母线能量对储能装置的充电和储能装置的储能向机组变流器直流母线能量的释放，机组变流器通过对直流母线电能的逆变，将所存能量回馈给电网。
上述步骤S31中，储能装置通过DC/DC变换器与机组变流器的直流母线并联。DC/DC变换器与机组变流器的直流母线相连的一侧为第一侧，与储能装置相连的一侧为第二侧。在此，储能装置可以是超级电容器、电池组、以及其他类似的储能装置中任一种储能装置或者其中至少两种储能装置的组合。
机组变流器包括机侧变流器和与机侧变流器通过直流母线相连的网侧变流器，DC/DC变换器的第一侧连接在机侧变流器和网侧变流器之间的直流母线上。
此外，用于风场的分布式风电机组储能系统还包括位于风电机组处的机组叶片、以及连接在机组叶片和机组变流器的机侧之间的传动链及发电机，还包括连接在机组变流器的网侧和电网之间的机组变压器。具体地，传动链及发电机包括传动链和与传动链相连的发电机，发电机与机组变流器中的机侧变流器相连，传动链与机组叶片相连。
图4示出图3中步骤S32中充电过程的一个例子。如图4所示，用于风场的分布式风电机组储能系统的充电过程包括下列步骤：
步骤S321，设置储能装置电池组电压的最高预定阈值，例如根据储能装置电池组特性等要求来确定这个电压阈值；
步骤S322，测量储能装置电池组的电压并得到电压测量值；
步骤S323，将储能装置电池组的电压测量值与最高预定阈值作比较；
步骤S324，当储能装置电池组的电压测量值低于最高预定阈值时，DC/DC变换控制器控制DC/DC变换器二次侧处于对储能装置充电的模式，流程返回步骤S322；
步骤S325，当储能装置电池组的电压测量值大于或等于最高预定阈值时，DC/DC变换控制器控制DC/DC变换器处于使储能装置浮充电的模式，流程返回步骤S322。
图5示出图3中步骤S32中放电过程的一个例子。如图5所示，用于风场的分布式风电机组储能系统的放电过程包括下列步骤：
步骤S421，设置储能装置电池组电压的最低预定阈值；
步骤S422，测量储能装置电池组上的电压并得到电压测量值；
步骤S423，将储能装置电池组上的电压测量值与最低预定阈值作比较；
步骤S424，当储能装置电池组上的电压测量值大于最低预定阈值时，DC/DC变换控制器控制DC/DC变换器处于使储能装置对直流母线放电的模式，流程返回步骤S422；
步骤S425，当储能装置电池组上的电压测量值小于或等于预定阈值时，DC/DC变换控制器控制DC/DC变换器处于使储能装置停止放电模式，流程返回步骤S422。
本发明的方法是在风电场采用分布式结构进行风电储存的实现方法。充分利用机组的变流器设备，降低了构建风电场储能系统的造价。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种用于风电场的分布式风电机组储能系统，其特征在于，包括位于风电机组处的直流/直流DC/DC变换器、与DC/DC变换器相连的储能装置、以及控制DC/DC变换器运行模式的DC/DC变换控制器，其中，
DC/DC变换器一侧连接至机组变流器的直流母线，另一侧连接至储能装置；
DC/DC变换控制器控制DC/DC变换器通过机组变流器的直流母线对储能装置进行充电和放电双向控制。
2.根据权利要求1所述的用于风电场的分布式风电机组储能系统，其特征在于，储能装置通过DC/DC变换器与机组变流器的直流母线并联。
3.根据权利要求1或2所述的用于风电场的分布式风电机组储能系统，其特征在于，DC/DC变换器与机组变流器相连的一侧为第一侧，与储能装置相连的一侧为第二侧；机组变流器包括机侧变流器和通过直流母线与机侧变流器相连的网侧变流器，DC/DC变换器的第一侧连接在机侧变流器和网侧变流器之间的直流母线上。
4.根据权利要求1所述的用于风电场的分布式风电机组储能系统，其特征在于，还包括机组叶片、以及连接在机组叶片和机组变流器的机侧之间的传动链及发电机，其中，传动链及发电机包括传动链和与传动链相连的发电机，发电机与机组变流器中的机侧变流器相连，传动链与机组叶片相连。
5.根据权利要求4所述的用于风电场的分布式风电机组储能系统，其特征在于，分布式风电机组储能系统是全功率风电机组储能，机侧变流器连接发电机的定子。
6.根据权利要求4所述的用于风电场的分布式风电机组储能系统，其特征在于，分布式风电机组储能系统是双馈风电机组储能，机侧变流器连接发电机的转子而且网侧变流器连接电网。
7.根据权利要求1所述的用于风电场的分布式风电机组储能系统，其特征在于，储能装置是超级电容器和/或电池组。
8.根据权利要求1所述的用于风电场的分布式风电机组储能系统，其特征在于，还包括与机组变流器的直流母线、DC/DC变换器以及储能装置相关的保护和/或监控辅助设备。
9.根据权利要求1所述的用于风电场的分布式风电机组储能系统，其特征在于，还包括用于DC/DC变换器以及储能装置的电气开关、冷却和/或加热辅助设备。
10.权利要求1-9中任一项所述的用于风电场的分布式风电机组储能系统的储能实现方法，其特征在于，该方法包括：通过控制DC/DC变换器，实现机组变流器直流母线能量对储能装置的充电和储能装置的储能向机组变流器直流母线能量的释放，机组变流器通过对直流母线电能的逆变，将所存能量回馈给电网。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180720 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |