專(zhuān)利名稱(chēng)：帶儲(chǔ)能的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和儲(chǔ)能技術(shù)，具體涉及一種帶儲(chǔ)能的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電是風(fēng)能大規(guī)模利用的有效途徑。變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行主要是通 過(guò)交流勵(lì)磁電源對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)施勵(lì)磁控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，利用雙PWM電壓源型變換器這種勵(lì)磁 結(jié)構(gòu)，對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差功率實(shí)施控制。但由于風(fēng)電機(jī)組的輸出功率主要受風(fēng)速、氣壓、 溫度等多方面影響，會(huì)經(jīng)常發(fā)生波動(dòng)。在并網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，其輸出功率的隨機(jī)波動(dòng)將帶來(lái) 電力系統(tǒng)中頻率不穩(wěn)定、電壓閃變、諧波污染等問(wèn)題，在風(fēng)電設(shè)備獨(dú)立帶本地負(fù)荷運(yùn)行過(guò)程 中，波動(dòng)的功率會(huì)影響發(fā)電設(shè)備與用電設(shè)備的動(dòng)態(tài)功率平衡，影響風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn) 行。為解決以上問(wèn)題，目前常用的方法是1、利用雙饋風(fēng)力發(fā)電自身變換器的控制使 儲(chǔ)存在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子中的動(dòng)能對(duì)功率波動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，這種方法由于轉(zhuǎn)子存儲(chǔ)動(dòng)能容量有限，當(dāng) 風(fēng)速波動(dòng)較大時(shí)其調(diào)節(jié)能力有限。2、儲(chǔ)能裝置通過(guò)電力電子變換器聯(lián)接在風(fēng)電設(shè)備功率輸 出端口，對(duì)功率波動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。這種方法將儲(chǔ)能裝置與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)勵(lì)磁變換器分成相對(duì) 獨(dú)立的系統(tǒng)進(jìn)行控制，不能通過(guò)原有風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)勵(lì)磁控制器統(tǒng)一調(diào)控，降低了控制的可 靠性。為解決以上問(wèn)題，華中科技大學(xué)提出了一種基于超導(dǎo)磁儲(chǔ)能的變速恒頻雙饋風(fēng)力 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變頻器(公開(kāi)號(hào)為CN1901360A，
公開(kāi)日為2007年1月24日)。該裝置把超導(dǎo) 磁體作為交流勵(lì)磁電源的中間直流儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，在控制超導(dǎo)磁體與雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間 的轉(zhuǎn)差功率交換、實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)變速恒頻運(yùn)行的同時(shí)，還為并網(wǎng)電力系統(tǒng)提供有功功率 和無(wú)功功率補(bǔ)償。該系統(tǒng)能夠解決并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備輸出功率波動(dòng)帶來(lái)的問(wèn)題，但并未 涉及獨(dú)立帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行中發(fā)電設(shè)備與用電設(shè)備功率動(dòng)態(tài)平衡的控制 問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種帶儲(chǔ)能的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)可以主動(dòng)參 與電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制，提供有功功率和無(wú)功功率補(bǔ)償，改善電能質(zhì)量；在獨(dú)立帶負(fù)載運(yùn)行 時(shí)可達(dá)到發(fā)電側(cè)與用電負(fù)載側(cè)有功功率和無(wú)功功率的動(dòng)態(tài)平衡，確保風(fēng)電設(shè)備和負(fù)載的安 全、經(jīng)濟(jì)、高效、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行。一種帶儲(chǔ)能的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)1、交流勵(lì)磁電源和儲(chǔ)能 裝置3，交流勵(lì)磁電源包括轉(zhuǎn)子側(cè)變換器2和定子側(cè)變換器4，轉(zhuǎn)子側(cè)變換器2的交流端與 雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)1的轉(zhuǎn)子繞組連接，轉(zhuǎn)子側(cè)變換器2和定子側(cè)變換器4的公共直流端與 儲(chǔ)能裝置3的正負(fù)極連接，其特征在于該系統(tǒng)還包括并網(wǎng)接觸器6和監(jiān)控裝置7，并網(wǎng)接 觸器6的一端與雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)1的定子繞組、定子側(cè)變換器4的交流端一起連接負(fù)載5，并網(wǎng)接觸器6的另一端連接電網(wǎng)；監(jiān)控裝置7用于控制并網(wǎng)接觸器6的連通狀態(tài)以實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)獨(dú)立或并網(wǎng)運(yùn)行模式的轉(zhuǎn)換，并控制轉(zhuǎn)子側(cè)變換器2從儲(chǔ)能裝置3中獲取保證雙饋風(fēng) 力發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行所需的轉(zhuǎn)差功率，控制定子側(cè)變換器4從儲(chǔ)能裝置3中獲取功率以補(bǔ)償 電機(jī)定子輸出的波動(dòng)或補(bǔ)償電機(jī)定子輸出功率與負(fù)載需求功率的差額。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于(1)轉(zhuǎn)子側(cè)變換器具有功率雙向流動(dòng)的能力，可控制儲(chǔ)能裝置與雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī) 轉(zhuǎn)子之間的轉(zhuǎn)差功率交換，使雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行在最大風(fēng)能跟蹤狀態(tài)，最大限度地利用 風(fēng)能。(2)定子側(cè)變換器與儲(chǔ)能裝置相連，控制風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在并網(wǎng)運(yùn)行模式下，可以主 動(dòng)參與電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制，提供有功功率和無(wú)功功率補(bǔ)償，改善電能質(zhì)量。(3)定子側(cè)變換器與儲(chǔ)能裝置相連，控制風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在獨(dú)立帶負(fù)載運(yùn)行模式下， 達(dá)到發(fā)電側(cè)與用電負(fù)載側(cè)有功功率和無(wú)功功率的動(dòng)態(tài)平衡效果，改善電能質(zhì)量，使發(fā)電系 統(tǒng)和負(fù)荷安全、經(jīng)濟(jì)、高效、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行。(4)因本發(fā)明中增加了直流儲(chǔ)能裝置，使得轉(zhuǎn)子側(cè)變換器和定子側(cè)變換器可以相 互獨(dú)立的運(yùn)行。在風(fēng)速不滿(mǎn)足發(fā)電要求的情況下儲(chǔ)能裝置可通過(guò)定子側(cè)變換器單獨(dú)運(yùn)行， 可并入電力系統(tǒng)或獨(dú)立對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電，增強(qiáng)了雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)供電可靠性。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明中轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明中定子側(cè)變換器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明中并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)各端口的功率波形圖；圖5為本發(fā)明中獨(dú)立帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)各端口的功率波形圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的直流環(huán)節(jié)帶儲(chǔ)能裝置的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包 括雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)1、交流勵(lì)磁電源、儲(chǔ)能裝置3、并網(wǎng)接觸器6和監(jiān)控裝置7。監(jiān)控裝置7用于對(duì)轉(zhuǎn)子側(cè)變換器2、定子側(cè)變換器4、并網(wǎng)接觸器6實(shí)施監(jiān)控。監(jiān)控 裝置7通過(guò)控制并網(wǎng)接觸器6的連通狀態(tài)實(shí)現(xiàn)雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)或獨(dú)立帶負(fù)載運(yùn)行。 并網(wǎng)接觸器6在并網(wǎng)運(yùn)行模式下開(kāi)通，獨(dú)立帶負(fù)載運(yùn)行模式下關(guān)斷。儲(chǔ)能裝置3可采用蓄電池、燃料電池等直流輸出的儲(chǔ)能設(shè)備。在并網(wǎng)運(yùn)行和獨(dú)立 帶負(fù)載運(yùn)行模式下，其均為雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)提供正常運(yùn)行所需的轉(zhuǎn)差功率。并網(wǎng)運(yùn)行模式 下，為定子側(cè)變換器4提供功率用于補(bǔ)償電機(jī)定子輸出的波動(dòng)，保證并網(wǎng)點(diǎn)輸出功率平穩(wěn)； 獨(dú)立帶負(fù)載運(yùn)行模式下，為定子側(cè)變換器4提供功率補(bǔ)償電機(jī)定子輸出功率與負(fù)載需求功 率的差額，保證負(fù)載正常運(yùn)行。并網(wǎng)接觸器6用于實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)和獨(dú)立兩種運(yùn)行模式的轉(zhuǎn)換。在并網(wǎng)運(yùn)行模式下，接 觸器閉合。風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子繞組、定子側(cè)變換器交流端和負(fù)載都與電網(wǎng)連接，此時(shí)負(fù)載由電 網(wǎng)和直流環(huán)節(jié)帶儲(chǔ)能裝置的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)共同供電。雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)1的定子繞 組、定子側(cè)變換器4的交流端和負(fù)載5都通過(guò)并網(wǎng)接觸器6與電網(wǎng)輸電線路接入點(diǎn)連接，從
4而將該系統(tǒng)接于電網(wǎng)輸電線路中。在獨(dú)立帶負(fù)載運(yùn)行模式下，接觸器斷開(kāi)。雙饋型風(fēng)力發(fā) 電機(jī)1的定子繞組、定子側(cè)變換器4的交流端與負(fù)載5連接，負(fù)載由直流環(huán)節(jié)帶儲(chǔ)能裝置的 雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)獨(dú)立供電。雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)1是機(jī)電能量轉(zhuǎn)換部件，其結(jié)構(gòu)類(lèi)似于繞線式異步電機(jī)，旋轉(zhuǎn) 電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子均安放對(duì)稱(chēng)三相繞組，其定子與普通交流電機(jī)定子相似，定子繞組由具 有固定頻率的對(duì)稱(chēng)三相電源激勵(lì)。電機(jī)定轉(zhuǎn)子極數(shù)相同。轉(zhuǎn)子繞組由具有可調(diào)節(jié)頻率的對(duì) 稱(chēng)三相電源激勵(lì)。電機(jī)的轉(zhuǎn)速由定轉(zhuǎn)子之間的轉(zhuǎn)差頻率確定。電機(jī)的定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)是同步旋 轉(zhuǎn)的，因而它又具有類(lèi)似同步電機(jī)的特性。轉(zhuǎn)子軸與風(fēng)機(jī)槳葉軸通過(guò)齒輪箱連接，以此從風(fēng) 能中獲得能量。交流勵(lì)磁電源包括轉(zhuǎn)子側(cè)變換器2和定子側(cè)變換器4，轉(zhuǎn)子側(cè)變換器2和定子側(cè)變 換器4均為三相電壓源型脈寬調(diào)制變換器(PWM)，轉(zhuǎn)子側(cè)變換器2的交流端與雙饋型風(fēng)力發(fā) 電機(jī)1的轉(zhuǎn)子繞組連接，轉(zhuǎn)子側(cè)變換器2和定子側(cè)變換器4的公共直流端與儲(chǔ)能裝置3兩 端連接，定子側(cè)變換器4的交流端與負(fù)載5、雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)1的定子繞組連接。交流勵(lì) 磁電源采用轉(zhuǎn)差功率可四象限運(yùn)行的雙PWM電壓源型變換器結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)于雙饋型風(fēng)力發(fā)電 機(jī)1的并網(wǎng)或獨(dú)立帶負(fù)載運(yùn)行模式，轉(zhuǎn)子側(cè)變換器運(yùn)行在最大風(fēng)能跟蹤控制模式。如圖2所示，轉(zhuǎn)子側(cè)變換器2由全控型功率開(kāi)關(guān)元件和電感構(gòu)成，全控型功率開(kāi)關(guān) 元件組成第一三相全橋結(jié)構(gòu)8，三相橋臂中點(diǎn)與雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)1的轉(zhuǎn)子繞組通過(guò)三相 電感9相連。監(jiān)控裝置7對(duì)轉(zhuǎn)子變換器2的控制所需要的檢測(cè)量包括定子電壓、定子電流、轉(zhuǎn)子 電流、直流母線電壓以及轉(zhuǎn)子位置角?？刂七^(guò)程如下檢測(cè)定子電壓，通過(guò)硬件或軟件鎖相 獲得定子電壓合成矢量空間位置角，忽略定子電阻的影響后，得到定子磁鏈幅值和定子磁 通角，并和檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子位置角用于控制系統(tǒng)進(jìn)行同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下的控制。監(jiān)控裝置 計(jì)算當(dāng)前風(fēng)速下最大風(fēng)能跟蹤功率值，依據(jù)該功率值得到定子有功功率目標(biāo)值，根據(jù)監(jiān)控 裝置能量管理需求得到定子無(wú)功功率。實(shí)際的電機(jī)定子有功功率和電機(jī)無(wú)功功率依據(jù)檢測(cè) 的電機(jī)定子電壓和定子電流計(jì)算后得到，實(shí)際的電機(jī)轉(zhuǎn)速由電機(jī)轉(zhuǎn)子位置角計(jì)算處理后得 出。同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的雙環(huán)控制雙通道策略為，電機(jī)轉(zhuǎn)子電流的q軸指令由電機(jī)定子有 功功率目標(biāo)值與實(shí)際定子有功功率的反饋量通過(guò)PI調(diào)節(jié)器得到，電機(jī)轉(zhuǎn)子電流的d軸指令 由電機(jī)定子無(wú)功功率目標(biāo)值與實(shí)際定子無(wú)功功率的反饋量通過(guò)PI調(diào)節(jié)器得到，并考慮實(shí) 際系統(tǒng)中電機(jī)dq軸電流所產(chǎn)生的交叉耦合電壓的影響，采用一定的解耦合控制，最終得到 轉(zhuǎn)子側(cè)變換器dq軸電壓指令，并經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換得到轉(zhuǎn)子三相參考電壓作為轉(zhuǎn)子側(cè)變換器2 的電壓控制指令，使得轉(zhuǎn)子側(cè)變換器2從儲(chǔ)能裝置3獲取保證雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行所 需的轉(zhuǎn)差功率，可分別或同時(shí)實(shí)現(xiàn)發(fā)電、調(diào)節(jié)功率因數(shù)等多種功能。如圖3所示，定子側(cè)變換器4由全控型功率開(kāi)關(guān)元件和電感電容(LC)低通濾波器 構(gòu)成，全控型功率開(kāi)關(guān)元件組成第二三相全橋結(jié)構(gòu)11，三相橋臂中點(diǎn)與三相LC低通濾波器 10連接。監(jiān)控裝置7對(duì)定子側(cè)變換器4控制所需要的檢測(cè)量包括直流母線電壓、LC低通濾 波器10的電感電流以及并網(wǎng)電壓。對(duì)應(yīng)于雙饋型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)和獨(dú)立帶負(fù)載運(yùn)行 模式，定子側(cè)變換器4也有兩種運(yùn)行模式①并網(wǎng)運(yùn)行模式，將定子側(cè)變換器控制成電流源形式。并網(wǎng)運(yùn)行模式下，并網(wǎng)接觸器6閉合，此時(shí)并網(wǎng)接觸器6被記為并網(wǎng)點(diǎn)。同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下的雙通道策略采用電感 電流內(nèi)環(huán)，并網(wǎng)功率外環(huán)的控制策略。并網(wǎng)點(diǎn)有功、無(wú)功功率目標(biāo)值由電力系統(tǒng)需求確定， 并網(wǎng)點(diǎn)有功功率目標(biāo)值與檢測(cè)到的并網(wǎng)點(diǎn)實(shí)際有功功率反饋量通過(guò)PI調(diào)節(jié)器得到LC低通 濾波器10的電感電流d軸指令，并網(wǎng)點(diǎn)無(wú)功功率目標(biāo)值與檢測(cè)到的并網(wǎng)點(diǎn)實(shí)際無(wú)功功率反 饋量通過(guò)PI調(diào)節(jié)器得到LC低通濾波器10的電感電流q軸指令。LC低通濾波器10的電感 電流dq軸指令與檢測(cè)到的LC低通濾波器10的電感電流經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換后得到的dq軸電流 反饋量進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，并考慮實(shí)際系統(tǒng)中變換器dq軸電流所產(chǎn)生的交叉耦合電壓的影響，采 用一定的解耦合控制，最終得到定子側(cè)變換器4中三相全橋結(jié)構(gòu)橋臂中點(diǎn)dq軸電壓指令， 并經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換得到三相全橋結(jié)構(gòu)橋臂中點(diǎn)三相參考電壓作為定子側(cè)變換器4的電壓控 制指令，使得定子側(cè)變換器4從儲(chǔ)能裝置3中獲取功率以補(bǔ)償電機(jī)定子輸出的波動(dòng)，保證并 網(wǎng)點(diǎn)功率的輸出穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)改善電能質(zhì)量，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)相連的電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性的目 的。②獨(dú)立帶負(fù)載運(yùn)行模式，將定子側(cè)變換器控制成電壓源形式，LC低通濾波器10的 電容電壓目標(biāo)值等值于電網(wǎng)電壓。同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下的雙通道策略采用電感電流內(nèi)環(huán)， 電容電壓外環(huán)的控制策略。LC低通濾波器10的電容電壓dq軸目標(biāo)值與檢測(cè)到的電容電壓 dq軸反饋量通過(guò)PI調(diào)節(jié)器得到LC低通濾波器10的電感電流dq軸指令。LC低通濾波器 10的電感電流dq軸指令與檢測(cè)到的LC低通濾波器10的電感電流經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換后得到的 dq軸電流反饋量進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，得到定子側(cè)變換器4中三相全橋結(jié)構(gòu)橋臂中點(diǎn)dq軸電壓指 令，并經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換得到三相全橋結(jié)構(gòu)橋臂中點(diǎn)三相參考電壓作為定子側(cè)變換器4的電壓 控制指令，使得定子側(cè)變換器4從儲(chǔ)能裝置3中獲取功率以補(bǔ)償電機(jī)定子輸出功率與負(fù)載 需求功率的差額，實(shí)現(xiàn)負(fù)載接入端有功功率及無(wú)功功率的動(dòng)態(tài)平衡，確保風(fēng)電設(shè)備和負(fù)載 的安全、經(jīng)濟(jì)、高效、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行。實(shí)例雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)1的參數(shù)設(shè)置如下額定功率1. 5麗；額定電壓690V ；定子漏感 0. 050p. u.；轉(zhuǎn)子漏感0. 015p.u.；定轉(zhuǎn)子互感2. 4p. u.；定子回路電阻0. 024p. u.；轉(zhuǎn)子回 路電阻0.015p.u.；極對(duì)數(shù)3 ；電網(wǎng)線電壓有效值為690V。仿真分析說(shuō)明本發(fā)明的兩個(gè)工作模式(1)并網(wǎng)工作模式；(2)獨(dú)立帶負(fù)載工作模 式。根據(jù)上述兩種工作模式，仿真參數(shù)設(shè)置1、并網(wǎng)工作模式(1)0 120s內(nèi)風(fēng)速變化，基本風(fēng)、陣風(fēng)、漸變風(fēng)的風(fēng)速分別為12m/s，2m/s，2m/s ； 陣風(fēng)持續(xù)時(shí)間為20s 30s，漸變風(fēng)持續(xù)時(shí)間為40s 60s或90s IlOs ；隨機(jī)風(fēng)表面粗糙 度0. 0005，擾動(dòng)范圍600m。并網(wǎng)點(diǎn)功率給定為0. 862MW。(2)同樣的風(fēng)速條件下，并網(wǎng)點(diǎn)功率給定發(fā)生階躍變化。Os 30s時(shí)，功率給定為 0. 8MW ；30s 60s時(shí)，功率給定為1. 6MW ；60s 90s時(shí)，功率給定為0. 4MW ；90s 120s時(shí)， 功率給定為1. 2MW。2、獨(dú)立帶負(fù)載工作模式0 30s內(nèi)風(fēng)速變化基本風(fēng)、陣風(fēng)、漸變風(fēng)的風(fēng)速分別為12m/s，2m/s，2m/s ；陣風(fēng) 持續(xù)時(shí)間為5s 15s，漸變風(fēng)持續(xù)時(shí)間為20s 30s ；隨機(jī)風(fēng)表面粗糙度0. 0005，擾動(dòng)范圍600m。負(fù)載發(fā)生階躍變化。仿真結(jié)果如圖4和圖5所示，圖4為并網(wǎng)工作模式下功率的波形，t為時(shí)間，Vff為 風(fēng)速，P為功率，I為電流，U為電壓。圖4(a)為仿真過(guò)程中的風(fēng)速變化，風(fēng)速Vw有隨機(jī)波動(dòng)。圖4(b)為仿真過(guò)程中并網(wǎng)點(diǎn)實(shí)際功率？4和需求功率 <，在風(fēng)速隨機(jī)變化時(shí)，并網(wǎng) 點(diǎn)實(shí)際功率能夠跟蹤給定平穩(wěn)輸出圖4(c)為仿真過(guò)程中并網(wǎng)點(diǎn)輸出功率？4、定子輸出功率&和定子側(cè)變換器功率Pg 波形。在風(fēng)速隨機(jī)變化時(shí)定子輸出功率Ps有與風(fēng)速相同趨勢(shì)的波動(dòng)，定子側(cè)變換器功率Pg 與定子輸出功率Ps有相反的變化趨勢(shì)，以補(bǔ)償其波動(dòng)。并網(wǎng)點(diǎn)輸出功率Pa穩(wěn)定在0. 862MW。圖4(d)為仿真過(guò)程中并網(wǎng)點(diǎn)實(shí)際有功功率Pa與給定有功功率< 的波形，0 30s 內(nèi)功率為0. 8MW,30 60s內(nèi)功率為1. 6MW,60 90s內(nèi)功率為0. 4MW,90 120s內(nèi)功率為 1. 2MW，在這4個(gè)時(shí)段內(nèi)有功功率輸出平穩(wěn)，不隨風(fēng)速波動(dòng)而波動(dòng)，且響應(yīng)迅速。圖5為獨(dú)立帶負(fù)載工作模式下的波形圖。圖5 (a)為0 30s內(nèi)風(fēng)速變化波形，風(fēng)速有隨機(jī)波動(dòng)。圖5(b)為0 30s內(nèi)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子輸出的有功功率，該功率隨風(fēng)速變化有 明顯的波動(dòng)。圖5(c)為0 30s內(nèi)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子側(cè)變換器輸出的有功功率，該功率與圖 5(b)所示功率有相反的波動(dòng)趨勢(shì)，同時(shí)與負(fù)載功率的需求階躍變化相對(duì)應(yīng)。圖5(d)為0 30s內(nèi)負(fù)載有功功率的波形，0 IOs內(nèi)功率為0. 726MW, 10 20s 內(nèi)功率為1. 814MW, 20 30s內(nèi)功率為0. 484MW,在這3個(gè)時(shí)段內(nèi)負(fù)載功率平穩(wěn)，不隨風(fēng)速的 波動(dòng)而波動(dòng)。圖5(e)為0 30s內(nèi)負(fù)載A相電流波形，0 IOs內(nèi)功率為607A，10 20s內(nèi)功 率為1518A，20 30s內(nèi)功率為405A。負(fù)載電流與負(fù)載功率有對(duì)應(yīng)的變化趨勢(shì)。圖5(f)為19. 85 21. 15s內(nèi)負(fù)載三相電壓，在20s時(shí)負(fù)載變化導(dǎo)致負(fù)載功率由 1. 814MW變化到0. 484MW,負(fù)載電壓不受功率階躍變化影響，且響應(yīng)迅速。
權(quán)利要求
一種帶儲(chǔ)能的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)(1)、交流勵(lì)磁電源和儲(chǔ)能裝置(3)，交流勵(lì)磁電源包括轉(zhuǎn)子側(cè)變換器(2)和定子側(cè)變換器(4)，轉(zhuǎn)子側(cè)變換器(2)的交流端與雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)(1)的轉(zhuǎn)子繞組連接，轉(zhuǎn)子側(cè)變換器(2)和定子側(cè)變換器(4)的公共直流端與儲(chǔ)能裝置(3)的正負(fù)極連接，其特征在于該系統(tǒng)還包括并網(wǎng)接觸器(6)和監(jiān)控裝置(7)，并網(wǎng)接觸器(6)的一端與雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)(1)的定子繞組、定子側(cè)變換器(4)的交流端一起連接負(fù)載(5)，并網(wǎng)接觸器(6)的另一端連接電網(wǎng)；監(jiān)控裝置(7)用于控制并網(wǎng)接觸器(6)的連通狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)獨(dú)立或并網(wǎng)運(yùn)行模式的轉(zhuǎn)換，并控制轉(zhuǎn)子側(cè)變換器(2)從儲(chǔ)能裝置(3)中獲取保證雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行所需的轉(zhuǎn)差功率，控制定子側(cè)變換器(4)從儲(chǔ)能裝置(3)中獲取功率以補(bǔ)償電機(jī)定子輸出的波動(dòng)或補(bǔ)償電機(jī)定子輸出功率與負(fù)載需求功率的差額。
全文摘要
一種帶儲(chǔ)能的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)、交流勵(lì)磁電源、監(jiān)控裝置、并網(wǎng)接觸器、儲(chǔ)能裝置，并網(wǎng)接觸器的一端與雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定子繞組、定子側(cè)變換器的交流端一起連接負(fù)載，另一端與電網(wǎng)連接，在交流勵(lì)磁電源的直流端接有儲(chǔ)能裝置，監(jiān)控裝置控制并網(wǎng)接觸器的連通狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)獨(dú)立或并網(wǎng)運(yùn)行模式的轉(zhuǎn)換，并根據(jù)當(dāng)前運(yùn)行模式控制轉(zhuǎn)子側(cè)變換器和定子側(cè)變換器的工作狀態(tài)。本發(fā)明在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)可以主動(dòng)參與電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制，提供有功功率和無(wú)功功率補(bǔ)償，改善電能質(zhì)量；在獨(dú)立帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)可達(dá)到發(fā)電側(cè)與用電負(fù)載側(cè)有功功率和無(wú)功功率的動(dòng)態(tài)平衡，確保風(fēng)電設(shè)備和負(fù)載的安全、經(jīng)濟(jì)、高效、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行。
文檔編號(hào)H02J3/38GK101917013SQ201010248799
公開(kāi)日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月10日
發(fā)明者段善旭, 鄒旭東, 陳仲偉 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)