CN217307271U - 一种具备辅助调频功能的风电机组配套储能系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具备辅助调频功能的风电机组配套储能系统，包括风机变流器、电源管理模块、风机叶片电加热系统、机舱风冷系统、吹灰系统，它还包括电池模组、储能主控器、辅助调频直流/直流变换器、变桨系统直流/直流变换器、普通用户直流/交流变换器、测频单元、通讯单元、风电机组并网点电压互感器；辅助调频直流/直流变换器的低压侧与电池模组电性相接、高压侧与风机变流器的直流侧电性相接。本实用新型通过利用电池储能的多种特性，使风电机组具备惯量响应及一次调频能力，改善风电机组并网友好性，同时减少风电机组设备投入成本，改善机组运行环境，提高风电机组发电可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种储能系统，尤其涉及一种具备辅助调频功能的风电机组配套储能系统。
背景技术
随着绿色能源需求的增长，风电的装机容量不断增加，风电对于电网频率安全问题的影响越来越突出，由于目前绝大部分风电机组没有惯量响应及一次调频能力，具备惯量响应及一次调频能力的常规电源占比在不断减小，电力系统调频资源匮乏，电力系统频率安全面临结构性风险，急需风电机组具备惯量响应及一次调频能力，提高风电机组并网友好性。
同时受能源领域政策转向、产业转型、技术创新等多重因素影响，全球绿色能源发展进入转型调整的新阶段，以高效、清洁、可靠、多元化为主要特征的转型进程正在加快，风电机组低成本投入、可靠运行成为了当前需要解决的问题。
实用新型内容
为了解决上述技术所存在的不足之处，本实用新型提供了一种具备辅助调频功能的风电机组配套储能系统。
为了解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种具备辅助调频功能的风电机组配套储能系统，包括风机变流器、电源管理模块、风机叶片电加热系统、机舱风冷系统、吹灰系统，它还包括电池模组、储能主控器、辅助调频直流/直流变换器、变桨系统直流/直流变换器、普通用户直流/交流变换器、测频单元、通讯单元、风电机组并网点电压互感器；
辅助调频直流/直流变换器的低压侧与电池模组电性相接、高压侧与风机变流器的直流侧电性相接；
变桨系统直流/直流变换器的低压侧与电池模组电性相接、高压侧与变桨电机电源管理模块电性相接；
普通用户直流/交流变换器的直流侧与电池模组电性相接、交流侧与交流母线电性相接；
储能主控器通过通讯总线分别与通讯单元、测频单元的通讯端口、辅助调频直流/直流变换器的通讯端口、变桨系统直流/直流变换器的通讯端口、普通用户直流/交流变换器的通讯端口、风机叶片电加热系统的通讯端口、机舱风冷系统的通讯端口、吹灰系统的通讯端口相连接；
测频单元的测量端口与风电机组并网点电压互感器的二次侧相连接。
优选的，电源管理模块包括风机主控单元电源管理模块、变桨控制单元电源管理模块、变流器控制单元电源管理模块、偏航控制单元电源管理模块、偏航电机电源管理模块、变桨电机电源管理模块。
优选的，偏航电机电源管理模块包括偏航电机1电源管理模块、偏航电机2电源管理模块、偏航电机3电源管理模块、偏航电机4电源管理模块。
优选的，变桨电机电源管理模块包括变桨电机1电源管理模块、变桨电机2电源管理模块、变桨电机3电源管理模块。
优选的，吹灰系统包括发电机吹灰系统、变流器吹灰系统、箱变吹灰系统。
优选的，风机主控单元电源管理模块、变桨控制单元电源管理模块、变流器控制单元电源管理模块、偏航控制单元电源管理模块、偏航电机电源管理模块、以及风机叶片电加热系统、机舱风冷系统、吹灰系统均与交流母线电性相接。
优选的，储能主控器采用PROFIBUS通信的通讯方式，储能主控器通过接收测频单元输出的频率及频率变化率控制辅助调频直流/直流变换器实现惯量响应和一次调频控制。
本实用新型通过利用电池储能的多种特性，使风电机组具备惯量响应及一次调频能力，改善风电机组并网友好性，同时减少风电机组设备投入成本，改善机组运行环境，提高风电机组发电可靠性。
附图说明
图1为本实用新型的系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
如图1所示的一种具备辅助调频功能的风电机组配套储能系统，包括储能系统部分：风机变流器、电源管理模块、风机叶片电加热系统、机舱风冷系统、吹灰系统，它还包括具备辅助调频功能的风电机组部分：电池模组、储能主控器、辅助调频直流/直流变换器、变桨系统直流/直流变换器、普通用户直流/交流变换器、测频单元、通讯单元、风电机组并网点电压互感器；
其中，电源管理模块包括风机主控单元电源管理模块、变桨控制单元电源管理模块、变流器控制单元电源管理模块、偏航控制单元电源管理模块、偏航电机电源管理模块、变桨电机电源管理模块。偏航电机电源管理模块包括偏航电机1电源管理模块、偏航电机2电源管理模块、偏航电机3电源管理模块、偏航电机4电源管理模块。变桨电机电源管理模块包括变桨电机1电源管理模块、变桨电机2电源管理模块、变桨电机3电源管理模块。吹灰系统包括发电机吹灰系统、变流器吹灰系统、箱变吹灰系统。
辅助调频直流/直流变换器的低压侧与电池模组电性相接、高压侧与风机变流器的直流侧电性相接；通过辅助调频直流/直流变换器的高压侧与风机变流器的直流侧电性相接，实现储能系统与风电机组之间能量的双向流动，为风电机组提供惯量响应及一次调频两项辅助调频功能；
变桨系统直流/直流变换器的低压侧与电池模组电性相接、高压侧与变桨电机电源管理模块电性相接；变桨系统直流/直流变换器的高压侧与变桨电机电源管理模块电性相接，为变桨电机1、变桨电机2、变桨电机3提供备用电源，当主电源失电时电池模组通过变桨系统直流/直流变换器为变桨电机提供电源，保障风电机组运行安全，同时取代变桨电机1、变桨电机2、变桨电机3的超级电容备用电源，具备辅助调频功能的风电机组作为变桨电机的不间断电源，减小投资成本，同时提高机舱空间利用率，对不间断电源进行集中管控，降低故障率的同时提高运维效率；
普通用户直流/交流变换器的直流侧与电池模组电性相接、交流侧与交流母线电性相接，实现电池模组为交流母线供电；
作为优选，风机主控单元电源管理模块、变桨控制单元电源管理模块、变流器控制单元电源管理模块、偏航控制单元电源管理模块、偏航电机电源管理模块均与交流母线电性相接，均采用电性连接方式，作为储能系统普通用户，储能系统作为风机主控单元电源管理模块、变桨控制单元电源管理模块、变流器控制单元电源管理模块、偏航控制单元电源管理模块、偏航电机电源管理模块的备用电源，当主电源失电后，储能系统通过交流母线为风机主控单元电源管理模块、变桨控制单元电源管理模块、变流器控制单元电源管理模块、偏航控制单元电源管理模块、偏航电机电源管理模块供电，保障电源可靠性，风电机组全工况可控，同时作为不间断电源替换分别为风机主控单元、变桨控制单元、变流器控制单元、偏航控制单元、偏航电机1、偏航电机2、偏航电机3、偏航电机4配备的不间断电源，减少设备投入，提高各单元内部空间利用率，同时实现对不间断电源进行集中管控，降低故障率的同时提高运维效率；
作为优选，风机叶片电加热系统、机舱风冷系统、吹灰系统均与交流母线电性相接，当大气温度低于定值，且湿度高于定值时，风机叶片电加热系统启动防止风机叶片结冰，当机舱温度高于定值时，机舱风冷系统启动为机舱降温，改善机舱内设备运行环境，当电池模组荷电状态达上限，且风电机组还有充电需求时，启动发电机吹灰系统、变流器吹灰系统、箱变吹灰系统，提高风能利用率及风电机组调频性能的同时，改善发电机、变流器、箱变的运行环境，提高设备可靠性。
作为优选，储能主控器采用PROFIBUS通信的通讯方式，PROFIBUS是程序总线网络(PROcess FIeld BUS)的简称；储能主控器具备惯量响应和一次调频控制功能，储能主控器通过接收测频单元输出的频率及频率变化率控制辅助调频直流/直流变换器实现惯量响应和一次调频控制。储能主控器通过通讯总线分别与通讯单元、测频单元的通讯端口、辅助调频直流/直流变换器的通讯端口、变桨系统直流/直流变换器的通讯端口、普通用户直流/交流变换器的通讯端口、风机叶片电加热系统的通讯端口、机舱风冷系统的通讯端口、吹灰系统的通讯端口相连接；储能主控器通过通讯单元获取由监控系统下发的大气温度、大气湿度、机舱温度、电池模组荷电状态、风电机组调频需求等参数实现风机叶片电加热系统、机舱风冷系统、发电机吹灰系统、变流器吹灰系统、箱变吹灰系统的自动启停；
测频单元的测量端口与风电机组并网点电压互感器的二次侧相连接，具备频率测量及频率变化率测量两种功能的测频单元通过采集并网点电压互感器二次侧信号计算风电机组并网点频率及频率变化率，同时将风电机组并网点频率及频率变化率通过测频单元通讯端口，经过通讯总线发送至储能主控器；
储能主控器通过通讯总线接收测频单元发送的风电机组并网点频率及频率变化率，根据惯量响应及一次调频控制功能通过通讯总线控制辅助调频直流/直流变换器实现风电机组与电池模块之间能量的双向流动，从而实现惯量响应及一次调频两项调频功能，为电力系统提供频率支撑，提高风电机组的并网友好性。
本实用新型不仅可以提高风电机组对电力系统频率支撑能力，改善风电机组并网友好性，同时可以减少风电机组设备投入成本，改善机组运行环境，提高风电机组发电可靠性。
上述实施方式并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种具备辅助调频功能的风电机组配套储能系统，包括风机变流器、电源管理模块、风机叶片电加热系统、机舱风冷系统、吹灰系统，其特征在于：它还包括电池模组、储能主控器、辅助调频直流/直流变换器、变桨系统直流/直流变换器、普通用户直流/交流变换器、测频单元、通讯单元、风电机组并网点电压互感器；
所述辅助调频直流/直流变换器的低压侧与电池模组电性相接、高压侧与风机变流器的直流侧电性相接；
所述变桨系统直流/直流变换器的低压侧与电池模组电性相接、高压侧与变桨电机电源管理模块电性相接；
所述普通用户直流/交流变换器的直流侧与电池模组电性相接、交流侧与交流母线电性相接；
所述储能主控器通过通讯总线分别与通讯单元、测频单元的通讯端口、辅助调频直流/直流变换器的通讯端口、变桨系统直流/直流变换器的通讯端口、普通用户直流/交流变换器的通讯端口、风机叶片电加热系统的通讯端口、机舱风冷系统的通讯端口、吹灰系统的通讯端口相连接；
所述测频单元的测量端口与风电机组并网点电压互感器的二次侧相连接。
2.根据权利要求1所述的具备辅助调频功能的风电机组配套储能系统，其特征在于：所述电源管理模块包括风机主控单元电源管理模块、变桨控制单元电源管理模块、变流器控制单元电源管理模块、偏航控制单元电源管理模块、偏航电机电源管理模块、变桨电机电源管理模块。
3.根据权利要求2所述的具备辅助调频功能的风电机组配套储能系统，其特征在于：所述偏航电机电源管理模块包括偏航电机1电源管理模块、偏航电机2电源管理模块、偏航电机3电源管理模块、偏航电机4电源管理模块。
4.根据权利要求2所述的具备辅助调频功能的风电机组配套储能系统，其特征在于：所述变桨电机电源管理模块包括变桨电机1电源管理模块、变桨电机2电源管理模块、变桨电机3电源管理模块。
5.根据权利要求1所述的具备辅助调频功能的风电机组配套储能系统，其特征在于：所述吹灰系统包括发电机吹灰系统、变流器吹灰系统、箱变吹灰系统。
6.根据权利要求2所述的具备辅助调频功能的风电机组配套储能系统，其特征在于：所述风机主控单元电源管理模块、变桨控制单元电源管理模块、变流器控制单元电源管理模块、偏航控制单元电源管理模块、偏航电机电源管理模块、以及风机叶片电加热系统、机舱风冷系统、吹灰系统均与交流母线电性相接。
7.根据权利要求1所述的具备辅助调频功能的风电机组配套储能系统，其特征在于：所述储能主控器采用PROFIBUS通信的通讯方式，储能主控器通过接收测频单元输出的频率及频率变化率控制辅助调频直流/直流变换器实现惯量响应和一次调频控制。
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2021
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