專利名稱：應(yīng)用超級電容的風(fēng)機(jī)功率控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種功率控制系統(tǒng)，尤其是一種應(yīng)用超級電容的風(fēng)機(jī)功率控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制通常是按最大出力來控制的，但風(fēng)是隨時隨機(jī)變化的，所以造成了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所產(chǎn)電能的波動性。目前風(fēng)電裝機(jī)容量只占電網(wǎng)容量的1% 2%，風(fēng)電機(jī)組電能的波動對電網(wǎng)電力調(diào)度和電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行還不構(gòu)成影響。但伴隨著世界范圍內(nèi)風(fēng)電的迅猛發(fā)展，風(fēng)電企業(yè)爆炸式增長，風(fēng)電裝機(jī)容量不斷上升，風(fēng)力發(fā)電在電網(wǎng)供電中所占比例不斷提高。專家預(yù)測在接下來的三十年，風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)容量將達(dá)到電網(wǎng)容量的20%以上。如果風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到如此規(guī)模，那么風(fēng)電波動對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響將不容忽視。風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)問題也必將成為影響風(fēng)電發(fā)展的關(guān)鍵問題。 專利申請?zhí)?01010229299. X提供一種用于實現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力的裝置，該技術(shù)方案利用風(fēng)場附加的低電壓穿越控制系統(tǒng)，超級電容對需要消耗的能量選取，實現(xiàn)風(fēng)場的低電壓穿越，滿足風(fēng)場在電網(wǎng)出現(xiàn)低電壓故障時的穿越特性，該方案中超級電容主要是針風(fēng)場故障期間低電壓穿越所采用的，雖然能保障故障時的短視功率穩(wěn)定，但無法根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度指令完成正常運(yùn)行期間的功率調(diào)節(jié)。同時因其需要在風(fēng)場中專門設(shè)置低穿控制系統(tǒng)，造成實施投入多，對場地要求較大等問題。專利申請?zhí)?00910187343. 2，提供一種基于超級電容器和蓄電池混合儲能的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過控制雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵磁，從而達(dá)到控制雙饋電機(jī)定子側(cè)輸出的功率的特性，該方案的不足之處是勵磁控制算法本身非常復(fù)雜，實現(xiàn)難度大、成本高昂，且風(fēng)機(jī)故障期間由于轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的短時切出特性，無法完成對機(jī)組的有效控制。目前已應(yīng)用的解決此問題的思路是短期風(fēng)功率預(yù)測技術(shù)，該技術(shù)為解決風(fēng)能的波動性，適應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度、頻率調(diào)節(jié)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行需求是起到一定作用，但是即使使用優(yōu)化的風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)，預(yù)測誤差也無法避免。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種應(yīng)用超級電容的風(fēng)機(jī)功率控制系統(tǒng)。技術(shù)方案主要針對解決由于風(fēng)能的不穩(wěn)定導(dǎo)致無法滿足電網(wǎng)調(diào)度、頻率調(diào)節(jié)要求的問題，旨在克服上述傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組受限于出力不穩(wěn)定，無法大規(guī)模并網(wǎng)的難題。該系統(tǒng)具有集成度高、維護(hù)量小、功率密度大，同時超級電容的應(yīng)用還可以很好的解決低電壓穿越的要求，滿足電力市場的需要的優(yōu)點。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種應(yīng)用超級電容的風(fēng)機(jī)功率控制系統(tǒng)，它包括風(fēng)機(jī)以及風(fēng)機(jī)控制裝置，所述風(fēng)機(jī)控制裝置中的機(jī)側(cè)變流器RSC和網(wǎng)側(cè)變流器GSC電連接的同時還與設(shè)有的超級電容系統(tǒng)連接，所述超級電容系統(tǒng)還與設(shè)有的超級電容系統(tǒng)的控制系統(tǒng)電連接，超級電容系統(tǒng)根據(jù)中央處理器CPU命令要求執(zhí)行充、放電命令；I 2 IPT影響充放電效果的電容容量C以下式計算選取c=n^式中k—根據(jù)線路電感修正系數(shù)；0. 5 < k < I ;所述線路電感為與超級電容連接的所有線路的電感總值；Pn——機(jī)組額定功率；T——超級電容的充放電周期;VSC——超級電容的電壓。所述超級電容系統(tǒng)內(nèi)包括開關(guān)功率器件和與之連接的超級電容。所述超級電容系統(tǒng)的控制系統(tǒng)中包括中央處理器CPU以及與中央處理器CPU連接 的控制超級電容系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有的開關(guān)功率器件的控制觸發(fā)電路。所述開關(guān)功率器件為MOS管或IGBT，它包括與超級電容電連接的上管VTl與下管VT2串聯(lián)橋式電路，所述串聯(lián)橋式電路電連接于機(jī)側(cè)變流器RSC和網(wǎng)側(cè)變流器GSC之間。所述控制觸發(fā)電路包括與超級電容系統(tǒng)內(nèi)開關(guān)功率器件的上管VTl與下管VT2電連接的門極驅(qū)動電路；門極驅(qū)動電路通過比較器與中央處理器CPU連接，中央處理器CPU與機(jī)側(cè)變流器RSC和網(wǎng)側(cè)變流器GSC之間有連接，中央處理器CPU還與電力電網(wǎng)調(diào)度信號端有連接，并通過比較器對開關(guān)功率器件占空比調(diào)節(jié)，滿足電網(wǎng)調(diào)度要求。所述超級電容通過升降壓電路，即DC/DC電路連接到轉(zhuǎn)子變流器的母線排上，該電路根據(jù)轉(zhuǎn)子變流器網(wǎng)側(cè)和機(jī)側(cè)的有功功率，決定工作于升壓或降壓的某一工作狀態(tài)；超級電容通過借助與中央處理器CPU連接的用于控制超級電容系統(tǒng)內(nèi)開關(guān)功率器件的控制觸發(fā)電路實現(xiàn)控制，所述超級電容系統(tǒng)中央處理器CPU，結(jié)合電網(wǎng)調(diào)度中心發(fā)出的電力電網(wǎng)調(diào)度信號，一同調(diào)節(jié)開關(guān)功率器件占空比；超級電容系統(tǒng)中央處理器CPU與電網(wǎng)調(diào)度中心，雙方依據(jù)Canopen協(xié)議運(yùn)行，滿足電網(wǎng)調(diào)度要求；超級電容系統(tǒng)根據(jù)CPU命令要求執(zhí)行充、放電命令；影響充放電效果的電容容量C
。I 2.1ΡΓ
以下式計算選取
K V SC式中k—根據(jù)線路電感修正系數(shù)；0. 5 < k < I ;所述線路電感為與超級電容連接的所有線路的電感總值；Pn——機(jī)組額定功率；T——超級電容的充放電周期;VSC——超級電容的電壓。
所述升降壓電路包括連接到轉(zhuǎn)子變流器的直流母排由電抗和VTl和VT2兩個IGBT半導(dǎo)體器件，控制VTl和VT2的開關(guān)情況就可以控制超級電容的工作情況；升降壓電路根據(jù)機(jī)側(cè)有功功率已與網(wǎng)側(cè)有功功率Pg的關(guān)系來控制VTl和VT2的開關(guān)情況，即控制占空比的大??；當(dāng)已> Pg時，超級電容系統(tǒng)工作于降壓模式，此時超級電容吸收能量，超級電容的電壓Vs。升高；當(dāng)已< Pg時，超級電容系統(tǒng)工作于升壓壓模式，此時超級電容釋放能量，超級電容的電壓Vs。降低；保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)出功率恒定，滿足電網(wǎng)調(diào)度要求。本發(fā)明的工作原理中央處理器CPU用于根據(jù)風(fēng)況和電網(wǎng)調(diào)度指令智能調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)控制策略以滿足電網(wǎng)要求；門極驅(qū)動用于根據(jù)CPU命令執(zhí)行半導(dǎo)體器件VT1、VT2的開通關(guān)斷；超級電容系統(tǒng)用于根據(jù)CPU要求充、放電能。本發(fā)明專利涉及一種超級電容組通過升降壓電路，即DC/DC電路連接到轉(zhuǎn)子變流器的母線排上，所述轉(zhuǎn)子變流器包括機(jī)側(cè)變流器RSC和網(wǎng)側(cè)變流器GSC0該電路根據(jù)轉(zhuǎn)子變流器網(wǎng)側(cè)和機(jī)側(cè)的有功功率調(diào)節(jié)情況，決定工作于升壓或降壓的某一種狀態(tài)。超級電容的運(yùn)用及通過中央處理器CPU以及與中央處理器CPU連接的控制超級電容系統(tǒng)內(nèi)開關(guān)功率器件的控制觸發(fā)電路可自由調(diào)節(jié)開關(guān)功率器件占空比，滿足電網(wǎng)調(diào)度要求的系統(tǒng)設(shè)計；該技術(shù)方案實現(xiàn)當(dāng)風(fēng)能轉(zhuǎn)化電能較多時，由超級電容將能量暫時存儲，當(dāng)風(fēng)力出現(xiàn)波動，風(fēng)能無法滿足電網(wǎng)調(diào)度需求時，由超級電容補(bǔ)給有功能量，滿足電網(wǎng)調(diào)度要
求。O本發(fā)明有益效果是該系統(tǒng)集成度高，功率密度大，機(jī)組體積小、重量輕，且具有較強(qiáng)的低電壓穿越能力，在風(fēng)機(jī)大規(guī)模發(fā)展的今天，具有很強(qiáng)的應(yīng)用意義。本發(fā)明直接采用轉(zhuǎn)子側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器功率流平衡的控制，以較為簡潔的算法和較低的投入解決了該問題，更具工程可行性。
圖I為本發(fā)明基于超級電容風(fēng)電機(jī)組的功率控制電氣原理示意框圖。圖中I.葉片，2.齒輪箱，3.雙饋式感應(yīng)發(fā)電機(jī)，4.定子并網(wǎng)開關(guān)，5.升壓變壓器，
6.電網(wǎng)，7.電抗器，8.超級電容系統(tǒng)，9.門極驅(qū)動電路，10.電力電網(wǎng)調(diào)度信號端。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖I中實施例為一種應(yīng)用超級電容的風(fēng)機(jī)功率控制系統(tǒng)，其中在設(shè)有的風(fēng)機(jī)以及風(fēng)機(jī)控制裝置基礎(chǔ)上增設(shè)超級電容系統(tǒng)8及其超級電容系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)中，包括風(fēng)機(jī)以及風(fēng)機(jī)控制裝置，風(fēng)機(jī)包括葉片I、葉片I通過軸與齒輪箱2連接，齒輪箱2與(DFIG)雙饋式感應(yīng)發(fā)電機(jī)3連接，(DFIG)雙饋式感應(yīng)發(fā)電機(jī)通過定子并網(wǎng)開關(guān)4與升壓變壓器5連接，升壓變壓器5與電網(wǎng)6連接，在(DFIG)雙饋式感應(yīng)發(fā)電機(jī)3與升壓變壓器5之間電氣通路上設(shè)有超級電容系統(tǒng)8，在設(shè)置的電氣通路上與超級電容系統(tǒng)8串聯(lián)有電抗器7，與所述風(fēng)機(jī)控制裝置中的機(jī)側(cè)變流器RSC和網(wǎng)側(cè)變流器GSC電連接的同時還與設(shè)有的超級電容系統(tǒng)8連接，所述超級電容系統(tǒng)8還與設(shè)有的超級電容系統(tǒng)的控制系統(tǒng)電連接。超級電容系統(tǒng)8內(nèi)包括開關(guān)功率器件和與之連接的超級電容，超級電容系統(tǒng)的控制系統(tǒng)中包括中央處理器CPU以及與中央處理器CPU連接的控制超級電容系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有的開關(guān)功率器件的控制觸發(fā)電路。在系統(tǒng)中開關(guān)功率器件為MOS管或IGBT，它包括與超級電容電連接的上管VTl與下管VT2串聯(lián)橋式電路，所述串聯(lián)橋式電路電連接于機(jī)側(cè)變流器RSC和網(wǎng)側(cè)變流器GSC之間?？刂朴|發(fā)電路包括與超級電容系統(tǒng)內(nèi)開關(guān)功率器件的上管VTl與下管VT2電連接的門極驅(qū)動電路9 ；門極驅(qū)動電路9通過比較器與中央處理器CPU連接，中央處理器CPU與機(jī)側(cè)變流器RSC和網(wǎng)側(cè)變流器GSC之間有連接，中央處理器CPU還與電力電網(wǎng)調(diào)度信號端10有連接，并通過比較器對開關(guān)功率器件占空比調(diào)節(jié)，滿足電網(wǎng)調(diào)度要求。超級電容組通過升降壓電路，即DC/DC電路連接到轉(zhuǎn)子變流器的母線排上，該電路根據(jù)轉(zhuǎn)子變流器網(wǎng)側(cè)和機(jī)側(cè)的有功功率，決定工作于升壓或降壓的某一工作狀態(tài)；
超級電容通過借助與中央處理器CPU連接的用于控制超級電容系統(tǒng)內(nèi)開關(guān)功率器件的控制觸發(fā)電路實現(xiàn)控制，所述超級電容系統(tǒng)中央處理器CPU，結(jié)合電網(wǎng)調(diào)度中心發(fā)出的電力電網(wǎng)調(diào)度信號，一同調(diào)節(jié)開關(guān)功率器件占空比；超級電容系統(tǒng)中央處理器CPU與電網(wǎng)調(diào)度中心，雙方依據(jù)Canopen協(xié)議運(yùn)行，滿足電網(wǎng)調(diào)度要求；超級電容系統(tǒng)根據(jù)CPU命令要求執(zhí)行充、放電命令；影響充放電效果的電容容量C
以下式計算選取
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用超級電容的風(fēng)機(jī)功率控制系統(tǒng)，它包括風(fēng)機(jī)以及風(fēng)機(jī)控制裝置，其特征是，所述風(fēng)機(jī)控制裝置中的機(jī)側(cè)變流器RSC和網(wǎng)側(cè)變流器GSC電連接的同時還與設(shè)有的超級電容系統(tǒng)連接，所述超級電容系統(tǒng)還與設(shè)有的超級電容系統(tǒng)的控制系統(tǒng)電連接；超級電容系統(tǒng)根據(jù)中央處理器CPU命令要求執(zhí)行充、放電命令；影響充放電效果的電容容量C以下式計 算選取
2.如權(quán)利要求I所述的應(yīng)用超級電容的風(fēng)機(jī)功率控制系統(tǒng)，其特征是，所述超級電容系統(tǒng)內(nèi)包括開關(guān)功率器件和與之連接的超級電容。
3.如權(quán)利要求I所述的應(yīng)用超級電容的風(fēng)機(jī)功率控制系統(tǒng)，其特征是，所述超級電容系統(tǒng)的控制系統(tǒng)中包括中央處理器CPU以及與中央處理器CPU連接的控制超級電容系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有的開關(guān)功率器件的控制觸發(fā)電路。
4.如權(quán)利要求2所述的應(yīng)用超級電容的風(fēng)機(jī)功率控制系統(tǒng)，其特征是，所述開關(guān)功率器件為MOS管或IGBT，它包括與超級電容電連接的上管VTl與下管VT2串聯(lián)橋式電路，所述串聯(lián)橋式電路電連接于機(jī)側(cè)變流器RSC和網(wǎng)側(cè)變流器GSC之間。
5.如權(quán)利要求3所述的應(yīng)用超級電容的風(fēng)機(jī)功率控制系統(tǒng)，其特征是，所述控制觸發(fā)電路包括與超級電容系統(tǒng)內(nèi)開關(guān)功率器件的上管VTl與下管VT2電連接的門極驅(qū)動電路；門極驅(qū)動電路通過比較器與中央處理器CPU連接，中央處理器CPU與機(jī)側(cè)變流器RSC和網(wǎng)側(cè)變流器GSC之間有連接，中央處理器CPU還與電力電網(wǎng)調(diào)度信號端有連接，并通過比較器對開關(guān)功率器件占空比調(diào)節(jié)，滿足電網(wǎng)調(diào)度要求。
6.如權(quán)利要求2所述的應(yīng)用超級電容的風(fēng)機(jī)功率控制系統(tǒng)的控制方法，其特征是，所述超級電容通過升降壓電路，即DC/DC電路連接到轉(zhuǎn)子變流器的母線排上，該電路根據(jù)轉(zhuǎn)子變流器網(wǎng)側(cè)和機(jī)側(cè)的有功功率，決定工作于升壓或降壓的某一工作狀態(tài)；超級電容通過借助與中央處理器CPU連接的用于控制超級電容系統(tǒng)內(nèi)開關(guān)功率器件的控制觸發(fā)電路實現(xiàn)控制，所述超級電容系統(tǒng)中央處理器CPU，結(jié)合電網(wǎng)調(diào)度中心發(fā)出的電力電網(wǎng)調(diào)度信號，一同調(diào)節(jié)開關(guān)功率器件占空比；超級電容系統(tǒng)中央處理器CPU與電網(wǎng)調(diào)度中心，雙方依據(jù)Canopen協(xié)議運(yùn)行,滿足電網(wǎng)調(diào)度要求； 超級電容系統(tǒng)根據(jù)CPU命令要求執(zhí)行充、放電命令；影響充放電效果的電容容量C以下 式計算選取
7.如權(quán)利要求6所述的應(yīng)用超級電容的風(fēng)機(jī)功率控制系統(tǒng)的控制方法，其特征是，所述升降壓電路包括連接到轉(zhuǎn)子變流器的直流母排由電抗和VTl和VT2兩個IGBT半導(dǎo)體器件，控制VTl和VT2的開關(guān)情況就可以控制超級電容的工作情況； 升降壓電路根據(jù)機(jī)側(cè)有功功率與網(wǎng)側(cè)有功功率Pg的關(guān)系來控制VTl和VT2的開關(guān)情況，即控制占空比的大??；當(dāng)已> Pg時，超級電容系統(tǒng)工作于降壓模式，此時超級電容吸收能量，超級電容的電壓Vsc升高；當(dāng)已< Pg時，超級電容系統(tǒng)工作于升壓壓模式，此時超級電容釋放能量，超級電容的 電壓Vs。降低；保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)出功率恒定，滿足電網(wǎng)調(diào)度要求。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應(yīng)用超級電容的風(fēng)機(jī)功率控制系統(tǒng)，它包括風(fēng)機(jī)以及風(fēng)機(jī)控制裝置，所述風(fēng)機(jī)控制裝置中的機(jī)側(cè)變流器RSC和網(wǎng)側(cè)變流器GSC電連接同時還與設(shè)有的超級電容系統(tǒng)連接，所述超級電容系統(tǒng)還與設(shè)有的超級電容系統(tǒng)的控制系統(tǒng)電連接。本發(fā)明的有益效果是，該系統(tǒng)經(jīng)過小型試驗樣機(jī)的測試，有較強(qiáng)的功率保持特性，能根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度要求隨時調(diào)節(jié)風(fēng)電機(jī)組輸出功率的大小，降低風(fēng)速波動對風(fēng)電機(jī)組出力的影響。該系統(tǒng)集成度高，功率密度大，機(jī)組體積小、重量輕，且具有較強(qiáng)的低電壓穿越能力，在風(fēng)機(jī)大規(guī)模發(fā)展的今天，具有很強(qiáng)的應(yīng)用意義。
文檔編號H02J3/28GK102780229SQ201210123808
公開日2012年11月14日 申請日期2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月25日
發(fā)明者于煒東, 曹書強(qiáng), 曹陽, 李廣偉 申請人:北車風(fēng)電有限公司