CN208539641U - 一体化风电储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种一体化风电储能系统，包括风力发电机，其特征在于：在风力发电机内设置有机侧变流器和储能装置，机侧变流器与风力发电机相连，储能装置包括电池、双向DC‑DC变流器，电池通过双向DC‑DC变流器与机侧变流器的直流母线相连，网侧变流器与机侧变流器相连；本实用新型具有结构简单、占地面积小、安全性好等优点。

Description

一体化风电储能系统

技术领域：

本实用新型涉及一种一体化风电储能系统，具体是指一种将风电机组与电池储能一体化的风电储能系统。

背景技术：

风力发电由于其波动性、间歇性及反调峰特性，已经严重影响电网运行的稳定性及电网供电质量，而且在北方冬季，大量热电联产机组的投运导致了风电场弃风现象严重，极大的浪费了冬季良好的风电资源。风电场配置储能可实现风电资源的时空平移、降低弃风比率、平抑风能的波动、改善电能质量，有效解决上述问题。但由于储能系统成本过高，目前风电场极少配置储能，只有个别风电场配置了小规模的集中式储能系统，而这种储能系统与现有的风电场无法实现有效的协调控制，储能的作用无法有效发挥，而且投资过高。因此，这种集中式的储能配置方式有如下的方面亟需解决：

1、系统电气一次设备繁多重复（如PCS、汇流变、开关、电缆），导致系统整体运行损耗较大，效率较低，投资较大；

2、系统二次保护及控制系统繁多重复，整体控制复杂，传输数据量较大，应用系统开发不完善，易出现问题，影响控制系统的可靠性与稳定性；

3、系统较为复杂，故障率较高，单一故障有可能会造成储能系统整体退出运行，影响系统运行的可靠性；

4、系统占地面积较大，土建工程量较大，建设周期长，投资较高；

5、集中布置储能的系统，散热解决方案复杂，随之成本也较高。

实用新型内容：

本实用新型提供一种结构简单、占地面积小、安全性好的一体化风电储能系统。

本实用新型采取的技术方案如下：

一种一体化风电储能系统，包括风力发电机，其特征在于：在风力发电机内设置有机侧变流器和储能装置，机侧变流器与风力发电机相连，储能装置包括电池、双向DC-DC变流器，电池通过双向DC-DC变流器与机侧变流器的直流母线相连，网侧变流器与机侧变流器相连。

进一步的设置在于：

所述的风力发电机为永磁直驱风力发电机、双馈式风力发电机、半直驱混合型风力发电机的任意一种。

所述的网侧变流器一端与机侧变流器相连，另一端经滤波器、电流检测单元、电压检测单元、升压变单元、并网开关，并入电网。

所述储能装置安装在风力发电机的塔筒底部。

所述储能设备布置在风力发电机的塔筒底部的外侧地面上。

所述的机侧变流器，将永磁直驱风力发电机输出的不稳定交流电整流成直流电，并经过网侧变流器逆变为频率与电网一致的交流电。

从网侧变流器输出的交流电，滤波器将其中的高次谐波滤掉，经过电流检测单元与电压检测单元来判定输出的电流与电压是否正常，最后，经过升压变单元与并网开关，将功率注入电网之中。

所述的储能装置，通过双向DC-DC变流器，与风力发电机的机侧变流器的直流母线相连，当风力发电机的功率不注入电网时，通过双向DC-DC变流器的控制，储能装置对电能进行储存。

本实用新型与现有技术相比，具有以下显著优点：

1、在现有风电机组变流器直流侧加入双向DC/DC变换器和电池模块，利用现有风电场汇流变、开关站、控制网络及控制系统，实现风电与储能一体化，电气一二次设备、汇流变、开关、电缆、保护设备、控制系统等大量减少，精简了系统结构，提高了系统运行效率，增加了系统运行的可靠性与稳定性，降低了投资，缩短了成本回收期。

2、这种一体式储能结构，可以把储能设备直接安装风发电机组的塔筒底部或就近布置于塔筒底部的外侧地面上，节省了大量的占地面积，减少了大量的土建工程，缩短了项目的建设周期，降低了投资。

3、与集中式储能方案相比，这种一体式储能结构散热系统简单，安全性好。

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。

附图说明：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的拓扑结构图；

图3为本实用新型另一实施例的结构示意图；

图4为本实用新型另一实施例的结构示意图；

图5为本实用新型另一实施例的结构示意图；

图6为应用本实用新型的风电场分布式储能布置结构图。

具体实施方式：

如图1-图2所示，本实用新型的一种一体化风电储能系统，包括风力发电机1，本实施例中，风力发电机1为永磁直驱风力发电机，在风力发电机1内设置有机侧变流器2和储能装置3，机侧变流器2与风力发电机1相连，储能装置3包括电池31、双向DC-DC变流器32，电池31通过双向DC-DC变流器32与机侧变流器2的直流母线相连。网侧变流器4与机侧变流器2相连，并依次经滤波器5、电流检测单元6、电压检测单元7、升压变单元8、并网开关9，并入电网10。

在图1所示的实施例中，所述储能装置3安装在风力发电机1的塔筒底部，如图3所示，作为替换的实施例，所述储能设备布置在风力发电机的塔筒底部的外侧地面上。

如图4-图5所示，作为替换的实施例，所述的风力发电机可以替换为双馈式风力发电机（图4）、半直驱混合型风力发电机（图5）的任意一种。

本实用新型的工作原理如下：

风力发电机1捕获风能，通过传动设备与永磁发电机的协调配合下，将机械能转化为电能，机侧变流器2将永磁直驱风力发电机1输出的不稳定交流电整流成直流电，经过网侧变流器4逆变为频率与电网10一致的交流电；为保证并网功率的电能质量，滤波器5将其中的高次谐波滤掉，经过电流检测单元6与电压检测单元7来判定输出的电流与电压是否正常，最后，经过升压变单元8与并网开关9，将功率注入电网10之中。

储能装置3通过双向DC-DC变流器32，与风力发电机1的机侧变流器2的直流母线相连，直接植入并利用现有风电场的控制系统，实现与风电发电机组的一体化设计。

本实用新型利用风电机组现有结构将储能装置植入到其中，在风电机组变流器直流侧加入DC/DC变换器和电池模块，这样，直接安装在风电发电机组的塔筒底部，利用现有风电场控制网络及控制系统，实现储能与风电机组的高度融合。这种设计将储能融入了风电机组的整体功能当中，相当于稳定的发电机，实现了单台风电机组及风电场的虚拟同步机功能，大幅度提高了风电机组的稳定性、调频、调压性能。风电场内的每台风电机组或部分风电机组安装这种一体化的储能装置，可实现风电场储能装置的分布式功能（如图6所示）。与现有风电场储能装置集中布置方案相比，具有以下显著优点：

1、在现有风电机组变流器直流侧加入双向DC/DC变换器和电池模块，利用现有风电场汇流变、开关站、控制网络及控制系统，实现风电与储能一体化，电气一二次设备、汇流变、开关、电缆、保护设备、控制系统等大量减少，精简了系统结构，优化、简化或代替风机的低穿功能，简化风机的控制系统，同时提高了系统运行效率，增加了系统运行的可靠性与稳定性，降低了投资，缩短了成本回收期。

2、这种一体式储能结构，可以把储能设备直接安装风发电机组的塔筒底部或就近布置于塔筒底部外侧的地面上，节省了大量的占地面积，减少了大量的土建工程，缩短了项目的建设周期，降低了风机的造价，减少投资。

3、与集中式储能方案相比，这种一体式储能结构散热系统简单，安全性好，损耗降低5%。

Claims (8)

1.一种一体化风电储能系统，包括风力发电机，其特征在于：在风力发电机内设置有机侧变流器和储能装置，机侧变流器与风力发电机相连，储能装置包括电池、双向DC-DC变流器，电池通过双向DC-DC变流器与机侧变流器的直流母线相连，网侧变流器与机侧变流器相连。

2.根据权利要求1所述的一种一体化风电储能系统，其特征在于：储能装置安装在风力发电机的塔筒底部。

3.一种一体化风电储能系统，包括风力发电机，其特征在于：在风力发电机内设置有机侧变流器，机侧变流器与风力发电机相连，储能设备布置在风力发电机的塔筒底部的外侧地面上，储能装置包括电池、双向DC-DC变流器，电池通过双向DC-DC变流器与机侧变流器的直流母线相连，网侧变流器与机侧变流器相连。

4.根据权利要求1或3所述的一种一体化风电储能系统，其特征在于：所述的风力发电机为永磁直驱风力发电机、双馈式风力发电机、半直驱混合型风力发电机的任意一种。

5.根据权利要求1或3所述的一种一体化风电储能系统，其特征在于：所述的网侧变流器一端与机侧变流器相连，另一端经滤波器、电流检测单元、电压检测单元、升压变单元、并网开关，并入电网。

6.根据权利要求1或3所述的一种一体化风电储能系统，其特征在于：所述的机侧变流器，将风力发电机输出的不稳定交流电整流成直流电，并经过网侧变流器逆变为频率与电网一致的交流电。

7.根据权利要求1或3所述的一种一体化风电储能系统，其特征在于：从网侧变流器输出的交流电，滤波器将其中的高次谐波滤掉，经过电流检测单元与电压检测单元来判定输出的电流与电压是否正常，最后，经过升压变单元与并网开关，将功率注入电网之中。

8.根据权利要求1或3所述的一种一体化风电储能系统，其特征在于：所述的储能装置，通过双向DC-DC变流器，与风力发电机的机侧变流器的直流母线相连，当风力发电机的功率不注入电网时，通过双向DC-DC变流器的控制，储能装置对电能进行储存。