CN112803456B - 一种风储系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种风储系统及其控制方法，该风储系统的风储单元中：风力发电单元的输出端依次通过机侧变流单元、直流母线、网侧变流单元和变压器连接风储系统的交流母线；储能单元通过双向变换单元连接直流母线、交流母线和网侧变流单元的交流侧中的至少一个；网侧变流单元的交流侧通过整流单元连接免爬提升单元中变流器的第一端；而且变流器的第一端还与储能单元相连，以在风储系统无电检修时，使变流器接收储能单元的供电、为免爬提升单元中的免爬器或提升机提供上升电能，从而，风储系统维护检修时整个风储系统或风力发电单元断电时，可利用储能单元为免爬器或提升机提供电源，保证无电情况下可以正常工作，便于现场运维。

Description

一种风储系统及其控制方法

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，更具体的说，尤其涉及一种风储系统及其控制方法。

背景技术

随着风电行业的快速发展，受限于电力输送能力，三北地区这类风资源较为丰富的区域，其风电发展已经趋于饱和；由此风电发展开始趋于向南方丘陵及平原地区布局。为了捕获更多的风资源，风机塔筒高度也变得越来越高，超过100米高度的柔塔风机已经普遍应用。

由于风机系统属于高度集成的电气机械设备，不可避免的会出现一些故障问题。随着塔筒高度的增加，给产品运维带来巨大压力。一般风机塔基都会配套一台免爬器，方便人员到机舱进行维护；而且机舱会配一套提升机，供吊装、维护时设备运输使用。随着变频技术的成熟，免爬器和提升机一般都通过市电取电，通过变频器控制电机运行；而在风机系统维护检修时往往需要对整个风场或风机系统断电，这种情况下变频器将无法工作，也即无法实现免爬器或提升机上升动作。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种风储系统及其控制方法，用于在风机系统断电时，风储系统中的变流器正常运行，以使免爬器或提升机实现上升动作。

本发明第一方面公开了一种风储系统，包括：至少一个风储单元，所述风储单元包括：风力发电单元、机侧变流单元、网侧变流单元、整流单元、双向变换单元、储能单元及免爬提升单元；所述风储单元中：

所述风力发电单元的输出端依次通过所述机侧变流单元、直流母线、所述网侧变流单元和变压器连接所述风储系统的交流母线；

所述储能单元通过所述双向变换单元连接所述直流母线、所述交流母线和所述网侧变流单元的交流侧中的至少一个；

所述网侧变流单元的交流侧通过所述整流单元连接所述免爬提升单元中变流器的第一端；

所述变流器的第一端还与所述储能单元相连，以在所述风储系统无电检修时，使所述变流器接收所述储能单元的供电、为所述免爬提升单元中的免爬器或提升机提供上升电能。

可选的，所述免爬器和所述提升机共用同一所述变流器，所述变流器的第二端通过单刀双掷开关分别连接所述免爬器和所述提升机的供电端。

可选的，所述变流器还用于将所述免爬器或所述提升机制动回馈的电能传送至所述储能单元或电网。

可选的，所述储能单元的电池母线电压，高于所述整流单元的输出电压。

可选的，在所述双向变换单元连接直流母线时，所述双向变换单元包括：双向DC/DC变换器。

可选的，在所述双向变换单元连接所述网侧变流单元的交流侧或者所述交流母线时，所述双向变换单元包括：双向AC/DC变换器和双向DC/DC变换器；

所述双向AC/DC变换器的交流侧与所述网侧变流单元的交流侧或者所述交流母线连接；

所述双向AC/DC变换器的直流侧通过所述双向DC/DC变换器连接所述储能单元。

可选的，还包括：设置于所述储能单元与所述变流器的第一端之间的第一开关。

可选的，还包括：第二开关；所述第二开关的一端连接所述直流母线、所述交流母线或者所述网侧变流单元的交流侧，另一端通过所述双向变换单元连接所述储能单元。

可选的，所述变流器为DC/AC变换器。

可选的，所述变流器在变压变频VVVF控制方式下控制所述免爬器或所述提升机的电机变频运行。

可选的，所述整流单元为三相或两相整流单元。

可选的，所述风力发电单元，包括：风力机和发电机；

所述风力机通过所述发电机向外输出电能。

可选的，在所述风储单元的个数大于1时：

若各个所述风储单元分散布置，则所述双向变换单元连接所述直流母线或所述网侧变流单元的交流侧；

若各个所述风储单元集中布置，则各所述风储单元共用同一所述双向变换单元及同一所述储能单元，且所述双向变换单元连接所述交流母线。

本发明第二方面公开了一种风储系统的控制方法，应用于本发明第一方面任一项所述的风储系统的控制器，所述控制方法，包括：

确定所述风储系统当前的运行状态；

在所述运行状态为断电状态时，则在所述风储系统中免爬提升单元的免爬器或提升机需要上升电能时，控制所述免爬提升单元从所述风储系统中的储能单元取电运行。

可选的，在确定所述风储系统当前的运行状态之后，还包括：

在所述运行状态为断电状态时，若所述免爬提升单元处于下降状态，则控制所述免爬提升单元将制动回馈的电能传送至所述储能单元。

可选的，在确定所述风储系统当前的运行状态之后，还包括：

在所述运行状态为风机正常运行状态时，则在所述免爬器或所述提升机需要上升电能时，控制所述免爬提升单元从所述风储系统的风力发电单元取电运行；若所述免爬提升单元处于下降状态，则控制所述免爬提升单元将制动回馈的电能传送至电网。

可选的，在确定所述风储系统当前的运行状态之后，还包括：

在所述运行状态为风机待机时，则在所述免爬器或所述提升机需要上升电能时，控制所述免爬提升单元从所述电网取电运行；若所述免爬提升单元处于下降状态，则控制所述免爬提升单元将制动回馈的电能传送至所述储能单元。

可选的，所述风储系统包括设置于所述储能单元与所述免爬提升单元之间的第一开关时，控制所述免爬提升单元从所述风储系统中的储能单元取电运行包括：

控制所述第一开关闭合，以及，控制所述免爬提升单元中的变流器通过所述第一开关从所述储能单元取电运行。

可选的，所述风储系统包括设置于所述储能单元与所述免爬提升单元之间的第一开关时，控制所述免爬提升单元将制动回馈的电能传送至所述储能单元包括：

控制所述第一开关闭合，以及，控制所述免爬器或所述提升机依次通过所述免爬提升单元中的变流器和所述第一开关将制动回馈的电能传送至所述储能单元。

可选的，所述风储系统包括设置于所述储能单元与所述免爬提升单元之间的第一开关和设置于直流母线与双向变换单元之间的第二开关时：

控制所述免爬提升单元从所述风储系统的风力发电单元取电运行包括：控制所述第一开关和所述第二开关均闭合，以及，控制所述免爬提升单元中的变流器依次通过所述第一开关、所述双向变换单元和所述第二开关从风力单元取电运行；

控制所述免爬提升单元将制动回馈的电能传送至电网，包括：控制所述第一开关和所述第二开关均闭合，以及，控制所述免爬器或所述提升机依次通过所述免爬提升单元中的变流器、所述第一开关、所述双向变换单元、所述第二开关、网侧变流单元和变压器将制动回馈的电能传送至电网。

可选的，所述风储系统包括设置于所述储能单元与所述免爬提升单元之间的第一开关和设置于直流母线与双向变换单元之间的第二开关时：

控制所述免爬提升单元从所述电网取电运行包括：控制所述第一开关和所述第二开关均断开，以及，控制所述免爬提升单元中的变流器依次通过整流单元和变压器从电网取电运行；

控制所述免爬提升单元将制动回馈的电能传送至所述储能单元，包括：控制所述第一开关闭合、所述第二开关断开，以及，控制所述免爬器或所述提升机依次通过所述免爬提升单元中的变流器和所述第一开关将制动回馈的电能传送至储能单元。

可选的，在控制所述免爬提升单元取电之前，还包括：

确定所述免爬提升单元的工作对象，并为所述工作对象提供相应的运行参数。

从上述技术方案可知，本发明提供的一种风储系统，包括至少一个风储单元，该风储单元中：风力发电单元的输出端依次通过机侧变流单元、直流母线、网侧变流单元和变压器连接风储系统的交流母线；储能单元通过双向变单元连接直流母线、交流母线和网侧变流单元的交流侧中的至少一个；网侧变流单元的交流侧通过整流单元连接免爬提升单元中变流器的第一端；而且变流器的第一端还与储能单元相连，以在风储系统无电检修时，使变流器接收储能单元的供电、为免爬提升单元中的免爬器或提升机提供上升电能，从而，风储系统维护检修时整个风储系统或风力发电单元断电时，可利用储能单元为免爬器或提升机提供电源，保证无电情况下可以正常工作，便于现场运维。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种风储系统的示意图；

图2是本发明实施例提供的一种风储系统在风机正常运行状态下电能路径的示意图；

图3是本发明实施例提供的一种风储系统在风机待机下电能路径的示意图；

图4是本发明实施例提供的一种风储系统在断电状态下电能路径的示意图；

图5是本发明实施例提供的一种风储系统的控制方法的流程图；

图6是本发明实施例提供的一种风储系统的控制方法的流程图。

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中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明实施例提供一种风储系统，用于解决现有技术中，在风机系统维护检修时往往需要对整个风场或风机系统断电，这种情况下变频器将无法工作，也即无法实现免爬器或提升机上升动作的问题。

参见图1，该风储系统包括：至少一个风储单元，该风储单元包括：风力发电单元(包括如图1所示的E1和E2)、机侧变流单元C1、网侧变流单元C2、整流单元D1、双向变换单元(包括如图1所示的C3)、储能单元B及免爬提升单元(包括如图1所示的M1、M2、K3和C4)；其中：

在实际应用中，风力发电单元，包括：风力机E1和发电机E2；风力机E1通过发电机E2向外输出电能，具体是依次通过机侧变流单元C1、直流母线、网侧变流单元C2和变压器连接风储系统的交流母线；该交流母线再通过相应的主变压器接入电网。

具体的，风力发电单元的输出端与机侧变流单元C1的交流侧相连，机侧变流单元C1的直流侧与直流母线相连，直流母线还用于与网侧变流单元C2的直流侧相连，网侧变流单元C2的交流侧通过变压器与交流母线相连，该交流母线还与主变压器的一端相连，主变压器的另一端连接电网。

该机侧变流单元C1主要用于将风力发电单元输出的交流电转换为直流电。该网侧变流单元C2主要用于将直流母线的直流电转换为工频交流电，经由变压器馈送到电网中。

直流母线、交流母线和网侧变流单元C2的交流侧中的至少一个通过双向变换单元连接储能单元B。具体的，当各个储能单元B分散布置时，该双向变换单元的一端与直流母线相连，该双向变换单元的另一端与储能单元B相连。该双向变换单元主要用于将较高的直流母线电压转换到较低电压，给储能单元B充电；和/或，该双向变换单元的一端与网侧变流单元C2的交流侧相连，该双向变换单元的另一端与储能单元B相连，该双向变换单元主要用于将较高的交流母线电压转换到较低电压，给储能单元B充电。当各个储能单元B集中布置时，该双向变换单元的一端与交流母线相连，该双向变换单元的另一端与储能单元B相连，该双向变换单元主要用于将较高的交流母线电压转换到较低电压，给储能单元B充电。需要说明的是，风储系统中，可以将各个储能单元B分散布置时对应的结构和各个储能单元B集中布置时对应的结构结合使用，此处不再一一赘述，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。在双向变换单元同时连接至少两种位置时，可以选择性的导通其中任意一种连接关系进行应用，其具体过程此处不再一一赘述，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。

针对于储能单元B的放电，当各个储能单元B分散布置时，可以通过改变双向变换单元的运行状态，以使储能单元B放电至直流母线或者网侧变流单元C2的交流侧；当各个储能单元B集中布置时，可以通过改变双向变换单元的运行状态，以使储能单元B放电至交流母线，此处不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。

交流母线通过整流单元D1连接免爬提升单元中变流器C4的第一端。具体的，交流母线还与整流单元D1的交流侧相连，整流单元D1的直流侧与免爬提升单元中变流器C4的第一端相连。整流单元D1用于主要用于将电网交流电整流成直流电给变流器C4供电。该整流单元D1优选为由二极管搭建的整流单元，当然也不排除为其他整流单元，此处不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。

该变流器C4的第一端还与储能单元B相连。变流器C4主要用于将从电网整流或储能单元B传送过来的直流电，或者，风力发电单元通过相应器件传送过来的直流电，逆变成特定频率的交流电，进而驱动免爬器或提升机运行。

根据上述连接关系可知，该变流器C4可以接收储能单元B的供电，也可以接收风力发电单元的供电，还可以接收电网的供电；在风储系统无电检修，也即无法接收电网和风力发电单元的供电时，使变流器C4接收储能单元B的供电、为免爬提升单元中的免爬器或提升机提供上升电能。

在本实施例中，风储系统维护检修时整个风储系统或风力发电单元断电时，可利用储能单元B为免爬器或提升机提供电源，保证无电情况下可以正常工作，便于现场运维。

需要说明的是，在风储单元的个数大于1时：若各个风储单元分散布置，也即，各个风储单元的相应电能均存储至各自对应的储能单元B中，则双向变换单元连接直流母线(如图1所示)，或者，双向变换单元连接网侧变流单元C2的交流侧(未进行图示)。

若各个风储单元集中布置，也即，各个风储单元的电能进行汇总之后，再存储至同一储能单元B中，即各风储单元共用同一双向变换单元及同一储能单元B，则双向变换单元连接交流母线。

也就是说，风储系统一般可分为两种方式：分散式风储系统(如图1所示)和集中式风储系统(未进行图示)，分散式风储系统又可分解为直流侧储能(如图1所示)和交流侧储能(未进行图示)两种方式。

在采用直流侧储能方式时，双向变换单元连接直流母线；如图1所示，双向变换单元包括：双向DC/DC变换器C3；具体的，双向DC/DC变换器C3的一端与直流母线相连，双向DC/DC变换器C3的另一端与储能单元B相连。或者，双向变换单元连接网侧变流单元C2的交流侧，双向变换单元包括：双向AC/DC变换器和双向DC/DC变换器C3；具体的，双向AC/DC变换器的交流侧与网侧变流单元C2的交流侧相连，双向AC/DC变换器的直流侧与双向DC/DC变换器C3的一端相连，双向DC/DC变换器C3的另一端与储能单元B相连(未进行图示)。

在采用交流侧储能方式时，双向变换单元连接交流母线；此时，双向变换单元包括：双向AC/DC变换器和双向DC/DC变换器C3。具体的，双向AC/DC变换器的交流侧与交流母线相连，双向AC/DC变换器的直流侧与双向DC/DC变换器C3的一端相连，双向DC/DC变换器C3的另一端与储能单元B相连(未进行图示)。

需要说明的是，双向DC/DC变换器C3与储能单元B之间的连接线可以命名为电池母线。

根据上述说明可知，相对交流侧储能来说，直流侧储能方案在实际应用中具备快速响应、高效率等优势，有着很大的应用前景。除此之外，直流侧储能方案配置的双向DC/DC变换器C3，省去了交流变压器等设备，有着巨大的成本优势。

在实际应用中，免爬提升单元包括：免爬器、提升机、变流器C4和单刀双掷开关K3；如图1所示，其中的M1为免爬器的电机，M2为提升机的电机。

在免爬提升单元中，其免爬器和提升机共用同一变流器C4，变流器C4的第二端通过单刀双掷开关K3分别连接免爬器和提升机的供电端；两者的供电端分别具体指代其电机的供电端。

具体的，变流器C4的第二端与单刀双掷开关K3的固定端相连，该单刀双掷开关K3的投切端分别与免爬器和提升机的供电端相连；当该单刀双掷开关K3的投切端投切至免爬器时，该变流器C4为免爬器供电；当该单刀双掷开关K3的投切端投切至提升机时，该变流器C4为提升机供电；也即，通过控制单刀双掷开关K3可以控制免爬器和提升机切换运行。

需要说明的是，该变流器C4可以为DC/AC变换器；也即，DC/AC变换器的直流侧作为变流器C4的第一端、分别连接储能单元B、整流单元D1和双向变换单元，该DC/AC变换器的交流侧作为变流器C4的第二端、连接单刀双掷开关K3。

需要说明的是，免爬器和提升机这两种电机分别为不同容量的变频电机，因此，变流器C4可以采用VVVF控制方式，以使参数配置可根据风储系统自行选择确认；也即，该变流器C4在VVVF控制方式下，控制免爬器的电机M1或提升机的电机M2变频运行，以使该变流器C4的输出与其所供电的电机匹配；例如，在变流器C4为免爬器供电时，该变流器C4的输出与免爬器的电机M1匹配；在变流器C4为提升机供电时，该变流器C4的输出与提升机的电机M2匹配。

在实际应用中，在免爬器或提升机上升时，将电能转化为重力势能，在免爬器或提升机下降时，将重力势能转化为电能。优选的，变流器C4还用于将免爬器或提升机制动回馈的电能传送至储能单元B或电网。

需要说明的是，通过上述说明可知，变流器C4可以是为免爬器或提升机的电机供电，也可以将免爬器或提升机制动回馈的电能传送至储能单元B或电网，因此，免爬提升单元的具体工作过程如表1所示。

表1：在免爬器/提升机设置模式

其中，C4为变流器，M1为免爬器的电机、M2为提升机的电机。

需要注意的是，变流器C4逆变启动是指其从外部取电后为免爬提升单元供电，变流器C4整流回馈是指其将免爬提升单元下降带来的电能回馈至外部。也即，逆变启动和整流回馈都是针对变流器C4而言的，而不是针对双向变换单元和/或整流单元D1而言的。

值得说明的是，现有技术中，免爬器、变流器C4、提升机均是独立的电气系统，因此，在有市电的情况下，由于电机配置差异，两套变频器通常成本较高。

而本实施例中，免爬器和提升机通过单刀双掷开关K3共用同一变流器C4，使得变流器C4可以分别驱动免爬器和提升机工作，避免现有技术中使用两套变频器，降低风储系统的成本。

在实际应用中，该风储系统，还包括：设置于储能单元B与变流器C4的第一端之间的第一开关K2，也即，第一开关K2为变流器C4供电分合的控制开关，通过控制第一开关K2的通断，来控制变流器C4与储能单元B之间建立连接或断开连接。以及，还可以包括：设置于直流母线或交流母线与双向变换单元之间的第二开关K1，也即，第二开关K1为双向变换单元分合控制开关，通过控制第二开关K1的通断，来控制双向变换单元与直流母线或交流母线之间建立连接或断开连接。

需要说明的是，风储系统中可以同时包括第一开关K2和第二开关K1(如图所示)，也可以是仅仅包括第一开关K2或第二开关K1，此处不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。

在实际应用中，储能单元B的电池母线电压，高于整流单元D1的输出电压，以使在变流器C4向储能单元B传送制动回馈电能时，整流单元D1被钳位。

整流单元D1为三相或两相整流单元，当然也不排除为其他整流单元，其具体配置可根据储能单元B的直流电压计算得到，只要保证整流单元D1输出的直流电压低于储能单元B的电池母线电压即可，此次不再一一赘述，均在本申请保护范围内。

本发明实施例提供了一种风储系统的控制方法，应用于上述任一实施例提供的风储系统的控制器，该风储系统的具体结构和工作原理，详情参见上述实施例，此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。

参见图5，该风储系统的控制方法，包括：

S101、确定风储系统当前的运行状态。

需要说明的是，该风储系统的运行状态可以是正常运行和待机等，也就是说，风储系统的运行状态能够表示风储系统的输出情况，如有输出或无输出等。在风储系统有电时，该风储系统能够传送电能至电网，在风储系统无电时，该风储系统停止传送电能至电网。

S102、在运行状态为断电状态时，则在风储系统中免爬提升单元的免爬器或提升机需要上升电能时，控制免爬提升单元从风储系统中的储能单元取电运行。

需要说明的是，断电状态为当风场处于检修状态需要断开电网时，整个风储系统无网电供电的状态，此时，机侧变流单元、网侧变流单元、双向变换单元和整流单元均不工作。

也即，在断电状态下，免爬提升单元无法从风力发电单元或电网取电，通过上述风储系统的结构可知，风储系统中的储能单元可以为免爬提升单元供电，因此，在断电状态下，若风储系统中免爬提升单元的免爬器或提升机需要上升电能，也即免爬提升单元需要取电时，控制免爬提升单元从储能单元中取电运行。

具体的，该免爬提升单元中的变流器通过自身的第一端从储能单元取电运行，并为免爬器或提升机供电，以使该免爬器或提升机能够上升。

当然，如下述储能系统的说明中，该双向DC/DC变换器还可以用于将免爬提升单元制动回馈的电能进行升压后传送至电网或储能单元。

在实际应用中，风储系统包括设置于储能单元与免爬提升单元之间的第一开关时，步骤S102中所涉及的控制免爬提升单元从风储系统中的储能单元取电运行包括：

控制第一开关闭合，以及，控制免爬提升单元中的变流器通过第一开关从储能单元取电运行(如图4所示的上升逆变的路径曲线)。

具体的，在储能单元与免爬提升单元之间的第一开关闭合时，储能单元与免爬提升单元之间建立连接关系，因此，储能单元的电能能够通过第一开关，传输至免爬提升单元中的变流器。

在本实施例中，在无电检修的工况下驱动免爬器/提升机工作风储系统维护检修时，可利用储能单元为免爬器或提升机提供电源，保证无电情况下可以正常工作，便于现场运维。

此外，在步骤S101之后，参见图6(图6未展示步骤S102)风储系统的控制方法，还可以包括：

S103、在运行状态为断电状态时，若免爬提升单元处于下降状态，则控制免爬提升单元将制动回馈的电能传送至储能单元。

需要说明的是，在免爬提升单元处于下降状态时，免爬提升单元无需从外界取电，然而，可以将免爬提升单元制动回馈的电能传送至储能单元，以提高风储系统的经济性。

需要说明的是，现有技术中免爬器和提升机在上升阶段是通过将电能转换成重力势能，而在下降阶段，则是将重力势能通过摩擦等方式消耗掉，并不经济；而本实施例中，将在免爬器/提升机下落过程将使能回馈电网或储能系统，提高储能系统的经济性。

在实际应用中，风储系统包括设置于储能单元与免爬提升单元之间的第一开关时，控制免爬提升单元将制动回馈的电能传送至储能单元包括：

控制第一开关闭合，以及，控制免爬器或提升机依次通过免爬提升单元中的变流器和第一开关将制动回馈的电能传送至储能单元(如图4所示的制动回馈的路径曲线)。

当风场处于检修状态需要断开电网时，整个风储系统无市电供电，机侧变流单元、网侧变流单元、双向DC/DC变换器以及整流单元均不工作。

在免爬器/提升机上升过程中，第一开关闭合，将储能单元接入变流器的输入母线，变流器工作于转速闭环逆变模式，根据下发的转速指令，采用VVVF控制电机变频运行。

在免爬器/提升机下降过程中，第一开关闭合，将储能单元接入变流器的输入母线。变流器为异步电机M1/M2提供定子励磁电流，工作在回馈制动整流模式，将电能馈送到自身的输入母线，以向给储能单元充电。

风机断电检修工况下，免爬器/提升机在两种模式下的电能路径如图4所示。

参见图6，在步骤S101之后，风储系统的控制方法，还可以包括：

S104、在运行状态为风机正常运行状态时，则在免爬器或提升机需要上升电能时，控制免爬提升单元从风储系统的风力发电单元取电运行；若免爬提升单元处于下降状态，则控制免爬提升单元将制动回馈的电能传送至电网。

需要说明的是，风机正常运行状态为降低风储系统的并网损耗，可以采用从风力发电单元取电运行模式，以使风储系统经济性高。

风储系统包括设置于储能单元与免爬提升单元之间的第一开关和设置于直流母线与双向DC/DC变换器之间的第二开关时，为避免储能单元充放电，储能单元与风储系统脱开，因此，可以控制第一开关闭合、第二开关闭合。

具体的，步骤S104中所涉及的控制免爬提升单元从风储系统的风力发电单元取电运行的具体过程为：控制第一开关和第二开关均闭合，以及，控制免爬提升单元中的变流器依次通过第一开关、双向DC/DC变换器和第二开关从风力单元取电运行(如图2所示的上升逆变的路径曲线)。

步骤S104中所涉及的控制免爬提升单元将制动回馈的电能传送至电网的具体过程为：控制第一开关和第二开关均闭合，以及，控制免爬器或提升机依次通过免爬提升单元中的变流器、第一开关、双向DC/DC变换器、第二开关和网侧变流单元将制动回馈的电能传送至电网(如图2所示的制动回馈的路径曲线)。

需要说明的是，双向DC/DC变换器工作于输出直流电压闭环控制模式，控制变流器的输入母线电压高于整流单元的整流电压，且电压保持恒定，将整流单元钳位。

具体的，现场人员可根据免爬器/提升机上的转速控制器给风储系统下发运行模式转速指令，变流器工作于转速闭环控制模式：

在免爬器/提升机上升过程中，变流器工作于逆变模式，根据下发的转速指令，采用VVVF控制电机变频运行。

在免爬器/提升机下降过程中，变流器为异步电机免爬器/提升机提供定子励磁电流，当免爬器/提升机下降，转子切割定子磁场产生旋转磁场，会将电能整流到直流母线，即变流器工作在回馈制动整流模式，将电能馈送到自身对应的输入母线；双向DC/DC变换器工作在电压稳定控制模式时，可将变流器输出的电能回馈到直流母线，与机侧变流单元输出的电能一并经由网侧变流单元馈送到电网中。

在风储系统并网运行时，免爬器/提升机在上述两种模式下的电能路径如图2所示。

需要说明的是，上述为直流侧储能的方案，在风储系统采用交流侧储能方案时，其包括设置于储能单元与免爬提升单元之间的第一开关和设置于交流母线与免爬器/提升机在上述两种模式下的电能路径与图2所示相似。

也即，步骤S104中所涉及的控制免爬提升单元从风储系统的风力发电单元取电运行的具体过程为：控制第一开关和第二开关均闭合，以及，控制免爬提升单元中的变流器依次通过第一开关、双向DC/DC变换器、双向AC/DC变换器、第二开关和网侧变流单元从风力单元取电运行。

步骤S104中所涉及的控制免爬提升单元将制动回馈的电能传送至电网的具体过程为：控制第一开关和第二开关均闭合，以及，控制免爬器或提升机依次通过免爬提升单元中的变流器、第一开关、双向DC/DC变换器、双向AC/DC变换器和第二开关将制动回馈的电能传送至电网。

参见图6，在步骤S101之后，风储系统的控制方法，还可以包括：

S105、在运行状态为风机待机时，则在免爬器或提升机需要上升电能时，控制免爬提升单元从电网取电运行；若免爬提升单元处于下降状态，则控制免爬提升单元将制动回馈的电能传送至储能单元。

需要说明的是，在风机待机时，机侧变流单元和网侧变流单元均处于封波停调状态，也即，停止运行。但此时，电网与风储系统之间连接，也即，电网能够为风储系统供电。

风储系统包括设置于储能单元与免爬提升单元之间的第一开关和设置于直流母线与双向DC/DC变换器之间的第二开关时，可以通过控制第一开关和第二开关的通断关系来控制变流器的取电和馈电的方式。

具体的，步骤S105中所涉及的控制免爬提升单元从电网取电运行的具体过程为：控制第一开关和第二开关均断开，以及，控制免爬提升单元中的变流器通过整流单元从电网取电运行(如图3所示的上升逆变的路径曲线)。

步骤S105中所涉及的控制免爬提升单元将制动回馈的电能传送至储能单元的具体过程为：控制第一开关闭合、第二开关断开，以及，控制免爬器或提升机依次通过免爬提升单元中的变流器和第一开关将制动回馈的电能传送至储能单元(如图3所示的制动回馈的路径曲线)。

具体的，当现场人员可根据具体需求，可根据免爬器/提升机上的转速控制器给风储系统下发运行模式转速指令。

在免爬器/提升机上升过程中，第一开关断开，整流单元从电网直接取电整流到变流器输入母线，变流器工作于转速闭环逆变模式，根据下发的转速指令，采用VVVF控制电机变频运行。

在免爬器/提升机下降过程中，第一开关闭合，将储能单元接入变流器的输入母线。由于储能电池柜母线电压比整流单元整流过来的电压高，整流单元被钳位。变流器为异步电机M1/M2提供定子励磁电流，工作在回馈制动整流模式，将电能馈送到输入母线，给电池充电。

风机待机时，免爬器/提升机在两种模式下的电能路径如图3所示。

需要说明的是，上述为直流侧储能的方案，在风储系统采用交流侧储能方案时，其包括设置于储能单元与免爬提升单元之间的第一开关和设置于交流母线与免爬器/提升机在上述两种模式下的电能路径与图2所示相似。

也即，步骤S105中所涉及的控制免爬提升单元从电网取电运行的具体过程为：控制第一开关和第二开关均断开，以及，控制免爬提升单元中的变流器通过整流单元从电网取电运行。

步骤S105中所涉及的控制免爬提升单元将制动回馈的电能传送至储能单元的具体过程为：控制第一开关闭合、第二开关断开，以及，控制免爬器或提升机依次通过免爬提升单元中的变流器和第一开关将制动回馈的电能传送至储能单元。

在上述任一实施例中，在控制免爬提升单元取电之前，还包括：

确定免爬提升单元的工作对象，并为工作对象提供相应的运行参数。

具体的，免爬提升单元中单刀双掷开关的固定端口与变流器的第二端相连；单刀双掷开关切换端口投切至免爬器或提升机时，上述步骤的具体过程为：确定单刀双掷开关的投切对象作为工作对象；若单刀双掷开关的投切对象为免爬器，则控制变流器的运行参数与免爬器所需参数匹配；若单刀双掷开关的投切对象为提升机，则控制变流器的运行参数与免爬器所需参数匹配。

本说明书中的各个实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (22)

1.一种风储系统，其特征在于，包括：至少一个风储单元，所述风储单元包括：风力发电单元、机侧变流单元、网侧变流单元、整流单元、双向变换单元、储能单元及免爬提升单元；所述风储单元中：

所述风力发电单元的输出端依次通过所述机侧变流单元、直流母线、所述网侧变流单元和变压器连接所述风储系统的交流母线；

所述储能单元通过所述双向变换单元连接所述直流母线、所述交流母线和所述网侧变流单元的交流侧中的至少一个；

所述网侧变流单元的交流侧通过所述整流单元连接所述免爬提升单元中变流器的第一端；

所述变流器的第一端还与所述储能单元相连，以在所述风储系统无电检修时，使所述变流器接收所述储能单元的供电、为所述免爬提升单元中的免爬器或提升机提供上升电能。

2.根据权利要求1所述的风储系统，其特征在于，所述免爬器和所述提升机共用同一所述变流器，所述变流器的第二端通过单刀双掷开关分别连接所述免爬器和所述提升机的供电端。

3.根据权利要求1所述的风储系统，其特征在于，所述变流器还用于将所述免爬器或所述提升机制动回馈的电能传送至所述储能单元或电网。

4.根据权利要求3所述的风储系统，其特征在于，所述储能单元的电池母线电压，高于所述整流单元的输出电压。

5.根据权利要求1所述的风储系统，其特征在于，在所述双向变换单元连接直流母线时，所述双向变换单元包括：双向DC/DC变换器。

6.根据权利要求1所述的风储系统，其特征在于，在所述双向变换单元连接所述网侧变流单元的交流侧或者所述交流母线时，所述双向变换单元包括：双向AC/DC变换器和双向DC/DC变换器；

所述双向AC/DC变换器的交流侧与所述网侧变流单元的交流侧或者所述交流母线连接；

所述双向AC/DC变换器的直流侧通过所述双向DC/DC变换器连接所述储能单元。

7.根据权利要求1-6任一项所述的风储系统，其特征在于，还包括：设置于所述储能单元与所述变流器的第一端之间的第一开关。

8.根据权利要求1-6任一项所述的风储系统，其特征在于，还包括：第二开关；所述第二开关的一端连接所述直流母线、所述交流母线或者所述网侧变流单元的交流侧，另一端通过所述双向变换单元连接所述储能单元。

9.根据权利要求1-6任一项所述的风储系统，其特征在于，所述变流器为DC/AC变换器。

10.根据权利要求1-6任一项所述的风储系统，其特征在于，所述变流器在变压变频VVVF控制方式下控制所述免爬器或所述提升机的电机变频运行。

11.根据权利要求1-6任一项所述的风储系统，其特征在于，所述整流单元为三相或两相整流单元。

12.根据权利要求1-6任一项所述的风储系统，其特征在于，所述风力发电单元，包括：风力机和发电机；

所述风力机通过所述发电机向外输出电能。

13.根据权利要求1-6任一项所述的风储系统，其特征在于，在所述风储单元的个数大于1时：

若各个所述风储单元分散布置，则所述双向变换单元连接所述直流母线或所述网侧变流单元的交流侧；

若各个所述风储单元集中布置，则各所述风储单元共用同一所述双向变换单元及同一所述储能单元，且所述双向变换单元连接所述交流母线。

14.一种风储系统的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-13任一项所述的风储系统的控制器，所述控制方法，包括：

确定所述风储系统当前的运行状态；

在所述运行状态为断电状态时，则在所述风储系统中免爬提升单元的免爬器或提升机需要上升电能时，控制所述免爬提升单元从所述风储系统中的储能单元取电运行。

15.根据权利要求14所述的风储系统的控制方法，其特征在于，在确定所述风储系统当前的运行状态之后，还包括：

在所述运行状态为断电状态时，若所述免爬提升单元处于下降状态，则控制所述免爬提升单元将制动回馈的电能传送至所述储能单元。

16.根据权利要求14所述的风储系统的控制方法，其特征在于，在确定所述风储系统当前的运行状态之后，还包括：

在所述运行状态为风机正常运行状态时，则在所述免爬器或所述提升机需要上升电能时，控制所述免爬提升单元从所述风储系统的风力发电单元取电运行；若所述免爬提升单元处于下降状态，则控制所述免爬提升单元将制动回馈的电能传送至电网。

17.根据权利要求14所述的风储系统的控制方法，其特征在于，在确定所述风储系统当前的运行状态之后，还包括：

在所述运行状态为风机待机时，则在所述免爬器或所述提升机需要上升电能时，控制所述免爬提升单元从电网取电运行；若所述免爬提升单元处于下降状态，则控制所述免爬提升单元将制动回馈的电能传送至所述储能单元。

18.根据权利要求14所述的风储系统的控制方法，其特征在于，所述风储系统包括设置于所述储能单元与所述免爬提升单元之间的第一开关时，控制所述免爬提升单元从所述风储系统中的储能单元取电运行包括：

控制所述第一开关闭合，以及，控制所述免爬提升单元中的变流器通过所述第一开关从所述储能单元取电运行。

19.根据权利要求15所述的风储系统的控制方法，其特征在于，所述风储系统包括设置于所述储能单元与所述免爬提升单元之间的第一开关时，控制所述免爬提升单元将制动回馈的电能传送至所述储能单元包括：

控制所述第一开关闭合，以及，控制所述免爬器或所述提升机依次通过所述免爬提升单元中的变流器和所述第一开关将制动回馈的电能传送至所述储能单元。

20.根据权利要求16所述的风储系统的控制方法，其特征在于，所述风储系统包括设置于所述储能单元与所述免爬提升单元之间的第一开关和设置于直流母线与双向变换单元之间的第二开关时：

控制所述免爬提升单元从所述风储系统的风力发电单元取电运行包括：控制所述第一开关和所述第二开关均闭合，以及，控制所述免爬提升单元中的变流器依次通过所述第一开关、所述双向变换单元和所述第二开关从风力发电单元取电运行；

控制所述免爬提升单元将制动回馈的电能传送至电网，包括：控制所述第一开关和所述第二开关均闭合，以及，控制所述免爬器或所述提升机依次通过所述免爬提升单元中的变流器、所述第一开关、所述双向变换单元、所述第二开关、网侧变流单元和变压器将制动回馈的电能传送至电网。

21.根据权利要求17所述的风储系统的控制方法，其特征在于，所述风储系统包括设置于所述储能单元与所述免爬提升单元之间的第一开关和设置于直流母线与双向变换单元之间的第二开关时：

控制所述免爬提升单元从所述电网取电运行包括：控制所述第一开关和所述第二开关均断开，以及，控制所述免爬提升单元中的变流器依次通过整流单元和变压器从电网取电运行；

控制所述免爬提升单元将制动回馈的电能传送至所述储能单元，包括：控制所述第一开关闭合、所述第二开关断开，以及，控制所述免爬器或所述提升机依次通过所述免爬提升单元中的变流器和所述第一开关将制动回馈的电能传送至储能单元。

22.根据权利要求14-21任一项所述的风储系统的控制方法，其特征在于，在控制所述免爬提升单元取电之前，还包括：

确定所述免爬提升单元的工作对象，并为所述工作对象提供相应的运行参数。