CN202172281U - 一种并网的风力发电机组 - Google Patents

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杨建锋
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Abstract

本实用新型公开了一种并网的风力发电机组，包括AC/DC+DC/AC变流器，在所述AC/DC+DC/AC变流器的中间直流侧增加一储能系统，所述储能系统包括DC/DC功率变换器及储能装置；所述DC/DC功率变换器与AC/DC+DC/AC变流器的中间直流侧连接，所述储能装置与DC/DC功率变换器连接。本实用新型通过在变流器的直流侧增加储能系统，可以提高风电机组的低电压穿越能力并提高风电机组并网电能质量及输出功率的可控性；另外，将上述的储能装置分别与风力发电机组的变桨系统、控制柜及AC/DC+DC/AC变流器的各自的供电系统分别连接，可以提供不间断电源，在电网故障厂用电断电时，提高电力供电的可靠性。

Description

一种并网的风力发电机组
技术领域
本实用新型涉及风力发电及储能技术应用领域，具体地，涉及一种并网的风力发电机组。
背景技术
近些年来，我国风电产业保持快速发展。截止2010年底，中国全年风力发电新增装机达1600万千瓦，累计风电装机总量已达到4182.7万千瓦，首次超过了美国，位居世界首位。
随着风电场并网容量的增加，一些风电基地接连发生风电场风电机组脱网事故。2011年以来，仅在几个月期间就发了三期风电场风电机组大规模脱网事故，2011年2月，甘肃酒泉风电场脱网的风电机组相继达到598台；2011年4月，甘肃瓜州风电场脱网的风电机组达到702台，2011年4月，河北张家口风电场脱网的风电机组达到644台。风电机组脱网事故中一个主要的原因就是已经投运的风电机组多数不具备低电压穿越能力，不满足接入电力系统技术规定，在电网出现故障导致系统电压降低时容易脱网，形成连锁反应，造成重大电网事故。
总体分析来看，大规模风电场并网主要面临以下两个问题，一是风电机组低电压穿越能力弱；二是，风电机组输出功率波动性大，电能质量差，影响电力系统运行稳定性。
目前，主流双馈型风电机组主要是通过增加Crowbar保护电路来实现电网电压跌落时风力发电机组的不间断运行。然而电网故障时利用Crowbar保护电路的投入来提高风电机组的低电压穿越能力存在以下不足之处：首先，机侧变流器处于封锁状态，电机将从电网中吸收大量的无功功率进行励磁，这将导致电网电压稳定性的进一步恶化；其次，虽然机侧变流器处于封锁状态，由于机侧变流器与电机转子绕组电气线路依然相连接，转子过电流将通过RSC反向并联的二极管流入直流母线，使得直流母线电容储能至更危险的水平等等。目前，我国已经装机的风电机组中还有相当一部分没有并入电网，由于风电本身存在的随机波动性缺点，影响了电网的电能质量和运行稳定性。就目前风电发展趋势和风电机组并网情况来看，电力系统迫切需求利用大规模储能系统平抑风力发电等可再生能源的输出功率波动，消除风电输出功率波动性对电网造成的冲击影响，提高风电机组并网的电能质量和稳定性。
我国风电将继续保持快速发展，在7省将打造8个千万千瓦级的风电场，风电机组对电力系统安全运行的影响需要引起高度重视。首先，将要安装的风电机组必须具备较强的低电压穿越能力，不具备低电压穿越能力的要尽快制定切实可行的低电压穿越能力改造计划方案；其次，风电场需要具备较强的功率调节能力以及高品质的电能质量。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种并网的风力发电机组，可以提高风电机组的低电压穿越能力并提高风电机组并网电能质量及输出功率的可控性。
实现上述目的的技术方案如下：
一种并网的风力发电机组，包括AC/DC+DC/AC变流器，在所述AC/DC+DC/AC变流器的中间直流侧增加一储能系统，所述储能系统包括DC/DC功率变换器及储能装置；所述DC/DC功率变换器与AC/DC+DC/AC变流器的中间直流侧连接，所述储能装置与DC/DC功率变换器连接。
进一步地，还包括变桨系统和控制柜，所述变桨系统、控制柜及AC/DC+DC/AC变流器的各自的供电系统均分别与厂用交流电源及储能装置连接。
进一步地，所述储能装置是化学电池和/或超级电容。
进一步地，所述化学电池为锂电池、钠流电池、液流电池和铅酸电池中的任一种。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
1、通过在现有并网的双馈型及直驱型等主流型风电机组变流器直流侧增加储能系统：
(1)可以有效提高风电机组的低电压穿越能力。在电网发生故障导致电网电压跌落时，变流器直流侧储能系统可以吸收机侧多余的能量，使风电机组机侧变流器不发生过流保护，使风电机组在电网电压发生故障时能够保持不脱网保持正常工作，穿越电网电压低电压区域。变流器就可以省掉Crowbar保护硬件电路，避免了电网发生故障时Crowbar保护电路的投入与切出过程中给风电机组带来的一系列负面影响。
(2)可以平抑风电机组输出功率，提高风电机组并网电能质量及输出功率的可控性。通过直流侧储能系统吞吐风电功率的波动部分，使风电机组输出功率变平滑。
2、在厂用交流电源与变桨系统、控制柜、变流器的各自的供电系统连接供电的基础上，将上述变桨系统、控制柜、变流器的各自的供电系统再分别与新增加的储能装置连接，可作为风电机组UPS使用，可以给变桨系统、控制柜、变流器提供不间断电源，在电网故障厂用电断电时，提供电力供电的可靠性。可以将传统变桨系统的安装在轮毂里的电池柜、机组控制柜里的UPS都省去，通过设备本身的供电系统电路直接从储能装置里取电；目前，厂用电可能出现故障或者电网出现0电压情况下，可能直接导致变流器控制电路供电受阻，不能有效控制变流器工作或者穿越0电压，储能装置可以为变流器提供UPS不间断供电电源，保障变流器控制电路供电的可靠性。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1是本实用新型并网的风力发电机组的储能电路系统图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1所示，目前，主流的并网双馈型、直驱型等风电机组的变流器1均是采用背靠背PWM变流器，即采用AC/DC+DC/AC硬件电路。在变流器1中间直流侧增加储能系统，储能系统包括DC/DC功率变换器2及储能装置3，DC/DC功率变换器2与变流器1的中间直流侧连接，储能装置3与DC/DC功率变换器2连接。
变流器1控制电路的供电系统6与储能装置3及厂用交流电源9分别连接，供电系统6内部含有可以将厂用交流电源9和储能装置3直流电源转换成变流器1的控制电路所需要直流电的开关电源电路系统。当厂用交流电源9供电出现出现故障时，为保证变流器1控制电路供电的不间断性，可以直接采用储能装置3进行不间断供电。同理，变桨系统4内部的供电系统7和控制柜5内部的供电系统8都分别与储能装置3及厂用交流电源9相连接，当厂用交流电源9供电出现出现故障时，为保证风电机组变桨系统4伺服电机及控制电路供电的不间断性和控制柜5控制电路供电的不间断性，可以直接采用储能装置3提供不间断供电。
当电网发生故障导致电网电压跌落时，由于并网侧电压跌落，网侧变流器电流将上升，当电流达到变流器上限保护值时，风电机组网侧变流器输出功率受限，机侧多余的能量都往变流器1直流侧电容上充，如果不采取措施，为防止电容电压升高损坏电容，变流器将进行了自我保护，退出运行，这时变流器1直流侧储能系统通过DC/DC功率变换器2将直流侧多余的能量存入储能装置3中，保证变流器正常运行，使风电机组不脱网运行，以穿越低电压区域。
变流器1直流侧增加储能系统还可用于平抑风电机组输出功率，提高风电机组并网电能质量及输出功率的可控性。当风电机组输出功率波动较大时，这时将影响风电机组并网的电能质量和电力系统稳定性。以风电机组并网功率测量值与所需要达到的平滑后目标值作为功率变换器2控制的输入值进行实时调节风电机组的输出功率，通过变流器1直流侧储能系统吞吐风电机组输出功率的波动部分，使风电机组输出功率变平滑。
在上述实施例中，储能装置可以是化学电池或者超级电容器的一种，或者是混合储能装置系统，化学电池可以锂电池、钠流电池、液流电池、铅酸电池等中的一种。
最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述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。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种并网的风力发电机组，包括AC/DC+DC/AC变流器，其特征在于，在所述AC/DC+DC/AC变流器的中间直流侧增加一储能系统，所述储能系统包括DC/DC功率变换器及储能装置；所述DC/DC功率变换器与AC/DC+DC/AC变流器的中间直流侧连接，所述储能装置与DC/DC功率变换器连接。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于，还包括变桨系统和控制柜，所述变桨系统、控制柜及AC/DC+DC/AC变流器的各自的供电系统均分别与厂用交流电源及储能装置连接。
3.根据权利要求1或2所述的风力发电机组，其特征在于，所述储能装置是化学电池和/或超级电容。
4.根据权利要求3所述的风力发电机组，其特征在于，所述化学电池为锂电池、钠流电池、液流电池和铅酸电池中的任一种。
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Denomination of utility model: Grid-connected wind generating set

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License type: Exclusive License

Record date: 20130427

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Granted publication date: 20120321