[实用新型]一种含压缩空气储能的风电场功率、电压调控系统

说明书

本实用新型公开了一种含压缩空气储能的风电场功率、电压调控系统,包括依次连接的电动机、多级压缩机、高压储气罐、多级透平膨胀机、减速齿轮、电磁离合器和发电机，所述多级压缩机之间设置有换热器，所述电动机和发电机均连接风电场，所述多级透平膨胀机之间设置有预热器，换热器与预热器的输入之间设置有储能变流器，所述换热器与预热器的输出之间设置有储热装置和燃气锅炉。

技术领域

本实用新型涉及一种含压缩空气储能的风电场功率、电压调控系统。

背景技术

目前，大规模风电并网对电网调度和控制所带来的影响主要表现在有功调节和无功电压控制等问题，如备用设备的容量配置、并网点无功电压支撑以及如何应对低电压穿越等。造成这一问题的主要原因在于，当风电场以最大功率跟踪(MPPT)模式工作时，有功输出随风速的变化而变化。此时，风速变化所具有的波动性和随机性经放大后被引入风电有功输出。而风电无功输出的调节范围随有功的变化而改变，并且在有功功率处于一定范围内的时候，系统需要从电网吸收无功功率，再加之故障情况下机组低电压穿越保护动作等因素影响，风电场无功功率调节范围的波动问题更为严重。为此，在风电场内配置足够的备用设备，有效平滑风电有功波动的同时，扩大无功的调节范围以提高并网点(PCC)的电压支撑能力，成为风力发电技术进一步发展的重要途径。

经过对现有技术的公开文献检索发现，如公开号CN 105449715 A专利通过数学模型分析风电场当前无功调节范围，并将改无功调节能力上报调控中心以调整无功调整参考量；公开号CN105720611A提出一种无功功率控制方法，通过无功补偿设备快速调节无功功率，同时增发风电机组无功，替换无功补偿设备无功出力，为无功补偿设备提供更多的裕量；文献[基于SVG的风电场无功补偿经济运行方法研究]根据风机和SVG无功补偿装置的实际无功发生能力，以减小网损、提高发电量为目标进行无功分配。公开号CN103337001A提出一种利用储能平抑风电输出波动的方法。虽然上述方法有效的提高了风电场并网功率、电压调节能力，但同时存在一定的不足：

1)SVG具有快速调节无功输出的能力，但其仍然存在单位容量成本高、使用寿命低以及技术不成熟等问题。为保障风电场并网点电压稳定，风电场应具备较大容量的无功补偿能力。利用SVG作为风电场无功补偿，所需SVG装机容量大，购置成本与运行成本高昂。

2)利用蓄电池、超级电容等电储能装置，能够有效的平滑风电场有功功率的输出，同时起到削峰填谷的作用。然而，常规储能装置成本高昂，且用于储能接入系统的大功率电力电子变换器存在价格高、稳定性差的问题，使得储能在大型风电场内难以大规模应用。

3)目前针对压缩空气储能的研究，主要集中在有功功率的输出控制，而对无功调控功能并未涉及。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述问题，提出了一种含压缩空气储能的风电场功率、电压调控系统，本实用新型利用压缩空气储能同时具有有功、无功调节能力且储能容量大、成本低、寿命长的优势，对风电场输出功率进行有效调节，在保证并网电能质量的同时，提高系统无功裕度。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种含压缩空气储能的风电场功率、电压调控系统,包括依次连接的电动机、多级压缩机、高压储气罐、多级透平膨胀机、减速齿轮、电磁离合器和发电机，所述多级压缩机之间设置有换热器，所述电动机和发电机均连接风电场，所述多级透平膨胀机之间设置有预热器，换热器与预热器的输入之间设置有储能变流器，所述换热器与预热器的输出之间设置有储热装置和燃气锅炉。

所述风电场输出中配置有静止无功发生器。

当风电场输出有功功率大于网侧调度功率时，系统处于压缩储能模式，多余电能驱动电动机带动多级压缩机，将空气压缩后存储于高压储气罐，各级换热器置于各级压缩机之间，回收各级压缩过程余热，膨胀部分断开电磁离合，通过储能变流器调节压缩空气储能输出功率。