[发明专利]储能型直驱永磁风力发电系统

说明书

技术领域

本发明专利涉及风力发电技术和储能技术，具体涉及一种带储能的直驱永磁风力发电 系统。

背景技术

风力发电是利用新能源的有效途径，风能具有随机变化的特性，风力发电机的输出功 率通常随着风速大幅快速变化，会对电网电能质量和电网稳定性产生影响。

直驱永磁风力发电机通过一个双PWM变流器与电网相连，其定子电压不受电网电压的 约束，而定子电流则受到机侧变流器的控制。机侧变流器将发电机发出的交流电变换成直 流，并控制发电机的输出功率，实现最佳风能捕获；网侧变流器将直流电能逆变成与电网 同频率、同幅值的交流量，并控制并网电能的功率因数和直流侧电压的稳定。

但由于风电机组的输出功率主要受风速、气压、温度等多方面影响，会经常发生波动， 在并网运行过程中，其输出功率的随机波动将带来电力系统中频率不稳定、电压闪变等问 题，另外，在并网运行时，发生外部故障导致功率无法通过网侧变流器输送出去时，会使 得直流电容电压升高，危及设备；在离网运行时，波动的功率会影响发电设备与用电设备 的动态功率平衡，影响风力发电系统的稳定运行，此外，直流电容电压保持稳定也需要一 定的措施。

目前，过直流侧泄流电路能部分解决直流电容电压过高等问题，但效果一般；采用储 能装置可解决功率波动问题，但现有的设计都是将储能装置独立出来，即储能装置通过能 量转换设备(PCS)连接在风电设备功率输出端口，对功率波动进行补偿，这种方法将储能 装置与风力发电系统变流器分成相对独立的系统进行控制，不能通过原有风力发电系统控 制器统一调控，降低了控制的可靠性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了储能型直驱永磁风力发电系统，以达到提高并网 电能质量和稳定性、维持直流电容电压、便于控制和兼顾风机运行时的电能质量管理和能 量管理的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种储能型直驱永磁风力发电系统，包含有风轮机、永磁同步发电机、背靠背双PWM 变流器、储能装置、并网变压器和控制系统，所述并网变压器与所述背靠背双PWM变流器 相连接，所述背靠背双PWM变流器连接有永磁同步发电机，所述永磁同步发电机连接有所 述风轮机，所述背靠背双PWM变流器与所述储能装置实现连接，且所述储能装置和所述背 靠背双PWM变流器分别与所述控制系统实现连接，所述储能装置为由超级电容和锂电池组 成的混合储能装置。

作为优选的，所述背靠背双PWM变流器包含有机侧变流器和网侧变流器，所述机侧变 流器与所述永磁同步发电机实现连接，所述网侧变流器与所述并网变压器实现连接，所述 机侧变流器与所述网侧变流器共享直流侧，所述储能装置与所述直流侧相连接。

作为优选的，所述超级电容和锂电池并联，且所述超级电容和锂电池均由降压-升压斩 波电路进行DC/DC转换。

作为优选的，所述控制系统包含由第一控制器、第二控制器和储能控制器，所述第一 控制器与所述机侧变流器相连接，所述第二控制器与所述网侧变流器相连接，所述储能控 制器分别与所述超级电容和锂电池实现连接。

作为优选的，所述超级电容用于风速突变引起的高频风电出力变化，所述锂电池用于 补偿相对平缓的低频风电出力波动。

通过上述技术方案，本发明通过将储能系统安装于风机变流器直流侧，减少因风能变 化而引起的功率波动，将直驱风力发电机的控制系统和储能部分的控制系统进行整合，综 合协调控制，采用了超级电容和锂电池配合的混合储能方式，达到提高并网电能质量和稳 定性、维持直流电容电压、便于控制和兼顾风机运行时的电能质量管理和能量管理的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技 术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明实施例公开的储能型直驱永磁风力发电系统的系统示意图；

图2为本发明实施例公开的储能型直驱永磁风力发电系统的储能装置的系统示意图。

图中数字和字母所表示的相应部件的名称：

1.风轮机2.永磁同步发电机3.背靠背双PWM变流器31.机侧变流器

32.网侧变流器4.储能装置41.超级电容42.锂电池5.并网变压器

6.控制系统61.第一控制器62.第二控制器63.储能控制器