[发明专利]基于电流源型逆变器的风、光、超导磁储能混合发电系统

说明书

技术领域

本发明是一种基于电流源型逆变器的风、光、超导磁储能混合发电系统结构，属于电工、电力电子、新能源发电的技术领域。

背景技术

基于可再生能源的分布式发电正在全球范围内快速发展，其原因有：(1) 传统能源如煤炭等会产生碳氧化物，造成环境污染和温室效应。(2) 开放的电力市场将允许更多电能供应商参与电网竞价。(3) 不断增长的用电需求和供电紧缺之间的矛盾。这在中国、印度等发展中国家尤为突出。与煤炭等传统能源增速相比，可再生能源在过去几年的年增长率均超过30%，是增长率最快的能源领域之一。

在各种可再生能源分布式发电系统中，风力发电和光伏发电是两种发展最快的新能源。其中风力发电具有成本低和效率高的优点，其通过风力发电机将桨叶捕获的风能转换为电能，并通过电力电子变换器传送至电网。光伏发电通过光伏电池板将光能转换为电能，并经由电力电子变换器获得符合电网要求的并网电流，光伏发电所需的机械结构部分较少，但目前其相对风力发电来说，成本较高。

但无论风力发电还是光伏发电，都受到自然条件的限制，它们发出的有功功率具有间歇性和不稳定性的特点。为了在发电过程中保证稳定的有功功率输出，这些基于可再生能源的分布式发电系统必须依赖储能系统。在各种储能系统中，超导磁储能系统具有功率密度高、寿命长、充放电速度快、效率高的优点。超导磁储能系统通常由超导磁体、低温系统、磁体保护系统、变频器、和控制器组成。超导磁线圈是超导磁储能系统的核心。

目前将储能系统和风力发电、以及光伏发电混合使用的发电方式大部分都是基于各自逆变器并网,这样就需要多台独立的并网逆变器，各个系统之间并无直接的联系，这样一方面增加了并网逆变器的数量，使得整个系统的结构更加庞杂，集成度低。其次，由于多个并网逆变器形成多个并网接入点，这就需要各个并网系统之间相互协调进行控制，控制算法较为复杂。最后，目前将风力发电、光伏发电、储能系统集成的混合发电系统大多是基于采用电压源型并网逆变器的。国内外通过电流源型并网逆变器将风力发电、光伏发电和超导磁储能相结合的混合发电系统还是空白。与电压源型并网逆变器不同，电流源型并网逆变器具有拓扑结构简单、逆变器输出电压波形好、短路电流保护能力强、逆变器具有自升压等诸多优点。

这其中存在几个关键技术难点：(1)传统的风、光互补发电系统都是通过风力发电系统和光伏发电系统各自独立的并网逆变器在电网交流侧并联；或是通过电压源型变换器在直流电压母线处实现并联，再通过公共的电压源型逆变器并网。但是如何通过电流源型并网逆变器将风力发电系统和光伏发电系统在直流侧集成仍是一个技术问题。(2)超导磁储能系统作为一种有效的储能方式，可补偿风力发电和光伏发电的发电不稳定性，在可再生能源分布式发电中起到了能量缓冲的作用。如何将超导磁储能系统和风力发电、光伏发电系统有效结合，并在它们之间共用并网逆变器是另一个技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于电流源型逆变器的风、光、超导磁储能混合发电系统，本发明能够平滑风力发电、光伏发电受自然条件造成的不稳定输出功率，且在电网发生短路故障时，具有很好的限流功能。

本发明采用如下技术方案： 

一种基于电流源型逆变器的风、光、超导磁储能混合发电系统，包括：风机、分别与风机的三相输出连接的电机侧电流源型逆变器、光伏电池板、单向功率升压变换器、电压/电流变换器及电流源型并网逆变器，在所述电流源型并网逆变器的输出端上连接有并网电感，所述光伏电池板的输出端与单向功率升压变换器的输入端连接，单向功率升压变换器的输出端与电压/电流变换器的输入端连接，在电机侧电流源型逆变器、电压/电流变换器与电流源型并网逆变器之间分别设有第一超导磁线圈、第二超导磁线圈，并且，所述第一超导磁线圈的一端与电流源型并网逆变器的共阴极连接另一端与电机侧电流源型逆变器的共阳极连接，所述第二超导磁线圈的一端与电流源型并网逆变器的共阳极连接，另一端与电压/电流变换器的第一输出端连接，电机侧电流源型逆变器的共阴极与电压/电流变换器的第二输出端连接，所述电压/电流变换器的第一输出端的电位高于电压/电流变换器的第二输出端的电位。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：