[发明专利]适应小型风场特性的风力发电系统及能量管理控制方法

说明书

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，特别是涉及一种适应小型风场特性的风力发电系统及能量管理控制方法。

背景技术

风能，作为一种新型能源，具有储量巨大、清洁无污染等特点，因此得到了越来越多的研究和应用。当前，最合理、普遍的风能利用形式是通过风轮机捕获风能，并将风能转化为易于传输和使用的电能形式，即风力发电应用。风力发电按照风力发电系统的装机容量可以划分为大型、中型、小型风力发电系统，不同国家和地区对各级别系统的划分不完全一样，在我国小型风力发电系统一般是指单机容量在10kW及以下的风力发电系统，1kW以下的可以称为微型风力发电系统。相较于应用广泛，技术成熟的大型、中型风力发电系统，小型风力发电系统具有灵活可调、价格便宜等优点，因而使其具有研究开发的价值，然而，当前由于小型风力发电系统相关技术不够完善，研究投入相对不足，从而限制了小型风力发电相关技术的进一步发展和应用。

传统的小型风力发电系统多采用风力发电机+电力电子变换器+负载的结构，而电力电子设备则根据小型风力发电系统的不同用途存在较大差异。小型风力发电系统可分为离网型系统和并网型系统两种，离网型系统中电力电子设备一般的结构为三相不控整流器+Buck变换器+负载，该离网型系统具有结构简单、多级变换器电压易匹配、低功率工作性能优越等特点，在一些地区已有应用实例，然而该系统的主要限制因素是一般只能满足某种特定负载使用，不具备一般共用性，因此其推广受到了限制。相比之下，并网型系统具有风能直接并网发电的特点，更具普遍性和一般性，较离网型系统更具应用价值。但并网型系统也面临着许多技术难题，诸如多级变换器电压不匹配、功能单一，不具备储存微弱风能的能力、现有逆变器启动条件苛刻、变换效率偏低等，其深入的研究和开发仍需要进一步的开展。

同时，考虑到小型风场风速变化波动大、普遍风速偏小、变化无规律性、风能贮存量有限等特点，当前并网型系统从系统拓扑结构到控制策略都不具备针对性和高度适应性，通常仍照搬大型、中型并网系统结构和控制策略，从而造成数小型风力发电系统不能正常并网发电或发电效率低，能源浪费大等问题，因此，新型的小型风力发电系统必须针对小型风电风场的特点，从电路拓扑和系统控制策略两方面出发，研究具有高度适应性的风力发电系统。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种适应小型风场特性的风力发电系统及能量管理控制方法。

为了达到上述目的，本发明提供的适应小型风场特性的风力发电系统及能量管理控制方法包括：整流变换器、一个双向储能变换器和一个并网逆变器；其中整流变换器为倍压单元串联式开关电容反激式整流变换电路，其输入端与风机L的输出端连接、整流输出端与并网逆变器的直流侧输入端连接；双向储能变换器由双向储能DC-DC变换器及采用锂电池的储能装置组成，其双向端口一侧与整流变换器的输出端连接；并网逆变器为单相全桥高频并网逆变器；其交流侧输出端与电网连接。

所述的整流变换器由滤波电容组C_f、三组倍压单元以及三相单开关电路单元三部分组成；其中：

滤波电容组C_f由连接在风机L三相输出线上且呈Y型连接的三个滤波电容器组成；