[发明专利]一种带有超导磁储能的新式无刷双馈风力发电系统

说明书

本发明公开一种带有超导磁储能的新式无刷双馈风力发电系统，包括无刷双馈风力发电机、具有超导线圈的斩波器、电机侧变流器和电网侧变流器；无刷双馈风力发电机的输出端依次经电机侧变流器、电机侧电网侧、电网侧变流器和变压器后并入电网；超导线圈由超导磁体构成，其作为系统储能的中间环节通过斩波器分别与电机侧变流器和电网侧变流连接；利用超导磁储能的高能量密度及快速响应特性对电网因风速变化引起的电压波动及闪变进行一定的有功或无功功率补偿。本发明提高了风力发电系统并网的稳定性，有效的减少因电网稳定性和电机检修带来的费用消耗，既减少维护费用又保护了环境。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体为一种带有超导磁储能的新式无刷双馈风力发电系统。

背景技术

众所周知，风能是一种清洁可再生能源。我国幅员辽阔，海岸线长，风能资源比较丰富，特别是东南沿海一带为极大风速区，东北、华北、西北、内蒙古等地为风能资源丰富区。在这些地方都分布式建立了大规模风电场，预计到2020年全国的风电机总装机容量可达到8000万到一亿千瓦，为我国提供了6%的电力需求，尽管全球电力市场的不确定性，我国提出了对以风电为主的可再生能源的强烈支持政策，可以预见未来风电在能源系统中一定扮演着举足轻重的角色。

作为风力发电系统关键技术的风力发电机，BDFM（brushless doubly-fedmachine无刷双馈电机）的诞生促进了风力发电技术的发展。BDFM由于可以实现自启动、异步、同步、和双馈等电动运行方式，又可以作为变速恒频交流发电机，而且无刷可靠，在大容量的电气传动系统和风力发电系统中具有广阔的应用前景，因而引起了国内外学者的广泛关注。目前BDFM的理论研究比较成熟，基本形成了电机理论体系。尽管现在主流的大功率变速恒频风力发电机是DFIG（double fed induction generator双馈感应电机），但是DFIG保留了电刷和滑环，每年都要花费大量因拆开风机进行电刷和滑环磨损问题的检测费、维修费、人工费等费用。BDFM消除了电刷和滑环，正好弥补了DFIG这一缺点，且基于BDFM的变速恒频运行在整体框架上与DFIG极其相似，BDFM定子上嵌有不同极数的功率绕组和控制绕组，BDFM的功率绕组直接与电网相连传递大部分功率，相当于DFIG的定子绕组；控制绕组通过背靠背式变流器与电网相连传递少量的转差功率，相当于DFIG的转子绕组。功率绕组因与电网直接相连所以电流频率保持不变为50Hz,故而只需通过调节控制绕组的电流频率便可保持BDFM的变速恒频运行。

超导磁储能与其它的储能形式相比，储能密度高，响应速度快且无损耗，储能效率高达95%。因而，超导磁储能最重要的应用就是电力系统的稳定性调节，特别是风速变化频率大的风电微电网系统，它可灵活调控超导磁体与外界系统的功率交换，主动参与系统的动态性能调节，且调节控制策略独立进行，对外界系统的控制策略不产生影响。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种能够提高风力发电系统并网的稳定性，减少因电网稳定性和电机检修带来的费用消耗的带有超导磁储能的新式无刷双馈风力发电系统。技术方案如下：

一种带有超导磁储能的新式无刷双馈风力发电系统，包括无刷双馈风力发电机、具有超导线圈的斩波器、电机侧变流器和电网侧变流器；

无刷双馈风力发电机的输出端依次经电机侧变流器、电机侧电网侧、电网侧变流器和变压器后并入电网；

超导线圈由超导磁体构成，其作为系统储能的中间环节通过斩波器分别与电机侧变流器和电网侧变流连接；

通过控制电网侧变流器的开关，将电网的交流电能经变压器降压后再经过电网侧变流器的逆变作用转换成直流电能存储在超导线圈中；

当风速变化范围和频率都很大时，无刷双馈风力发电机的变速恒频运行，以支撑电网的电压波动；当电网电压出现闪变时，超导线圈通过控制斩波器对超导线圈的充磁和放磁，实现超导线圈与电机侧变流器及电网侧变流器交流侧之间的功率交换，从而平滑风电机组并网运行。