[发明专利]一种集成磁悬浮飞轮储能的风力发电机组

权利要求书

1.一种集成磁悬浮飞轮储能的风力发电机组，其特征在于：包括风力发电机组(1)和磁悬浮飞轮储能系统(2)；

所述磁悬浮飞轮储能系统(2)安装于风力发电机组(1)的塔筒(1.1)底部；

风力发电机组(1)与磁悬浮飞轮储能系统(2)并联连接；

磁悬浮飞轮储能系统(2)为采用磁悬浮轴承的超高速飞轮储能系统；

磁悬浮飞轮储能系统(2)辅助维护电力系统安全稳定运行；

所述磁悬浮飞轮储能系统(2)包括磁悬浮轴承(2.1)、飞轮(2.2)、高速永磁同步发电机(2.3)、整流器(2.4)、逆变器(2.5)、真空密封腔体(2.6)和真空泵(2.7)；

磁悬浮轴承(2.1)和飞轮(2.2)之间无接触，飞轮(2.2)与高速永磁同步发电机(2.3)的转子同轴相连，且共同安装于真空密封腔体(2.6)中；真空泵(2.7)与真空密封腔体(2.6)连接；

高速永磁同步发电机(2.3)定子的三相输出连接于整流器(2.4)的交流侧；

整流器(2.4)在直流侧通过电容与逆变器(2.5)的直流侧相连；

逆变器(2.5)的交流侧与风力发电机组(1)的网侧逆变器的交流侧直接相连；

集成磁悬浮飞轮储能的风力发电机组中磁悬浮飞轮储能系统(2)与风力发电机组(1)的协调运行方法，包括如下步骤：

S1：磁悬浮轴承(2.1)产生的磁场承载飞轮(2.2)的重力，并使飞轮(2.2)悬浮于真空密封腔体(2.6)中；真空泵(2.7)监测并维持真空密封腔体(2.6)的真空度，飞轮(2.2)与高速永磁同步发电机(2.3)的转子同轴相连，飞轮(2.2)带动高速永磁同步发电机(2.3)转子旋转，并在定子中感应出交流电压和电流；

S2：高速永磁同步发电机(2.3)的定子的三相输出连接于整流器(2.4)的交流侧，整流器(2.4)将高速永磁同步发电机(2.3)的定子产生的交流电压和交流电流转换成直流电压和直流电流；

S3：整流器(2.4)在直流侧通过电容与逆变器(2.5)的直流侧相连，逆变器(2.5)再将直流电压和直流电流变换成工频交流电压和交流电流；

S4：逆变器(2.5)的交流侧与风力发电机组(1)的网侧逆变器交流侧直接相连，直接测量交流侧的频率或测量交流侧的电压幅值；

在S4中，逆变器(2.5)直接测量交流侧的频率，并主动或者接收到上层控制系统指令后，参与交流系统调频过程；

当监测到交流侧的频率与工频50Hz的偏差低于频率控制死区，或者接收到上层控制系统发出的增发有功功率指令时，逆变器(2.5)调节其交流侧有功功率，实现有功功率从磁悬浮飞轮储能系统(2)注入到风力发电机组(1)交流侧，增大风力发电机组(1)输出至交流电网的有功功率，辅助交流电网频率恢复到正常状态；

当监测到交流侧的频率与工频50Hz的偏差高于频率控制死区，或者接收到上层控制系统发出的减少有功功率指令时，逆变器(2.5)调节其交流侧有功功率，实现有功功率从风力发电机组(1)注入到磁悬浮飞轮储能系统(2)中，减少风力发电机组(1)输出至交流电网的有功功率，辅助交流电网频率恢复到正常状态。

2.根据权利要求1所述的集成磁悬浮飞轮储能的风力发电机组，其特征在于：风力发电机组(1)选自永磁同步风力发电机组或者双馈感应风力发电机组。

3.根据权利要求2所述的集成磁悬浮飞轮储能的风力发电机组，其特征在于：磁悬浮飞轮储能系统(2)的功率等级与单台风力发电机组(1)的功率等级按照一定的比例进行配比；其中，磁悬浮飞轮储能系统(2)的容量配比小于风力发电机组(1)的容量配比。

4.根据权利要求3所述的集成磁悬浮飞轮储能的风力发电机组，其特征在于：在S4中，逆变器(2.5)直接测量交流侧的电压幅值，并主动或者接收到上层控制系统指令后，参与交流系统无功调节过程；

当监测到交流侧电压幅值与额定值的偏差低于幅值控制死区，或者接收到上层控制系统发出的指令时，逆变器(2.5)向风力发电机组(1)的交流侧提供容性无功功率，辅助交流电压回升到正常值；

当监测到交流侧电压幅值与额定值的偏差高于幅值控制死区，或者接收到上层控制系统发出指令时，逆变器(2.5)向风力发电机组(1)的交流侧提供感性无功功率，辅助交流电压回落至正常值。