一種永磁直驅(qū)式風電系統(tǒng)的混合儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及風力發(fā)電技術(shù)領域，具體涉及一種永磁直驅(qū)式風電系統(tǒng)的混合儲能系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 風力發(fā)電已成為解決能源危機、保持生態(tài)環(huán)保的有效技術(shù)，在可再生能源發(fā)電技 術(shù)具有廣闊的前景。然而風電系統(tǒng)輸出功率具有波動性、隨機性等特點，尤其是隨著風電穿 透功率不斷提高，風電與電網(wǎng)之間的影響也越來越大，對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響也隨之增大。 儲能技術(shù)是進行風電功率調(diào)控的有效技術(shù)手段之一，儲能系統(tǒng)能將負荷低谷時段的電力存 儲起來并在負荷高峰時段釋放，與風電聯(lián)合應用可以平滑風電出力的波動性，完全能與風 電功率互補。而在平滑風電的功率波動方面，儲能系統(tǒng)既需要具備一定的快速大功率充放 電能力，還需配置較大的儲能容量，以滿足對風電波動功率的快速持續(xù)補償。
[0003] 蓄電池的能量密度大，但功率密度小，充放電效率低，循環(huán)壽命短，對充放電過程 敏感，大功率充放電和頻繁充放電的適應性不強；而超級電容器功率密度大，響應時間短、 釋放能力快，充放電效率高，循環(huán)壽命長，非常適合大功率充放電和循環(huán)充放電場合。超級 電容器和蓄電池在技術(shù)性能上具有較強的互補性。有鑒于此，本發(fā)明提出一種應用于永磁 直驅(qū)式風電系統(tǒng)的混合儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制方法，將蓄電池與超級電容器混合使用，應用 于永磁直驅(qū)式風電系統(tǒng)，以提高儲能系統(tǒng)的整體性能。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種永磁直驅(qū)式風電系統(tǒng)的混合儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制方 法，可以應用于帶有儲能裝置的風電系統(tǒng)中，通過構(gòu)建基于混合儲能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，應用儲能 系統(tǒng)的控制策略，平抑風電功率波動，同時提高系統(tǒng)的低電壓故障穿越能力，保持電網(wǎng)不脫 網(wǎng)運行。
[0005] -種永磁直驅(qū)式風電系統(tǒng)的混合儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制方法，系統(tǒng)由風力機-- 將風能轉(zhuǎn)化為機械能、永磁直驅(qū)式同步發(fā)電機--將機械能轉(zhuǎn)化為電能輸出；機側(cè)變流 器--由不可控整流電路和Boost電路構(gòu)成，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電；網(wǎng)側(cè)變流器--由 IGBT構(gòu)成三相全控逆變橋，把直流電轉(zhuǎn)化為交流電，進行風電并網(wǎng)；蓄電池組、超級電容器 和兩套雙向DC/DC變換器--構(gòu)成系統(tǒng)的混合儲能裝置，通過采用不同控制策略，進行風電 功率平滑和提高低電壓故障穿越能力。
[0006] 該系統(tǒng)的儲能裝置由蓄電池組和超級電容器混合構(gòu)造，具有優(yōu)勢互補作用，通過 兩套雙向DC/DC變換器和變流器進行功率交互。
[0007] 本發(fā)明將蓄電池與超級電容器混合使用，提出一種應用于永磁直驅(qū)式風電系統(tǒng)的 混合儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)有機側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)變流器、超級電容器儲能系統(tǒng)、蓄電池儲能 系統(tǒng)、兩套雙向DC/DC變換器、永磁直驅(qū)式風力發(fā)電機和電網(wǎng)接口組成，其中機側(cè)變流器由 三相不可控整流器、濾波電容和Boost變換器構(gòu)成，用以實現(xiàn)對風力發(fā)電機的有功功率控 制；網(wǎng)側(cè)變流器用以控制直流側(cè)電壓和流入電網(wǎng)的無功，實現(xiàn)有功、無功的解耦控制；超級 電容器儲能系統(tǒng)和蓄電池儲能系統(tǒng)復合使用，構(gòu)成混合儲能系統(tǒng)，通過各自的DC/DC變換 器并入網(wǎng)側(cè)變流器的直流側(cè)，用于實現(xiàn)直驅(qū)式風電系統(tǒng)的有功控制，通過采用控制策略，有 效平抑風電功率波動，保持風電系統(tǒng)不脫網(wǎng)運行。
[0008] 在復合儲能控制系統(tǒng)中，蓄電池儲能系統(tǒng)采用功率、電流雙閉環(huán)控制策略；超級電 容器儲能系統(tǒng)采用電壓、電流雙閉環(huán)控制策略。
[0009] 對于蓄電池儲能系統(tǒng)，將參考功率和蓄電池組實際輸出功率進行比較, 將其偏差^送入功率pi調(diào)節(jié)器，得到電流參考信號iirf，與蓄電池組輸出電流^進行比 較，電流偏差送入電流PI調(diào)節(jié)器，得到DC/DC變換器的占空比反饋控制量％ :
【主權(quán)項】
1. 一種永磁直驅(qū)式風電系統(tǒng)的混合儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制方法，其特征在于：系統(tǒng)由 風力機一將風能轉(zhuǎn)化為機械能、永磁直驅(qū)式同步發(fā)電機一將機械能轉(zhuǎn)化為電能輸出； 機側(cè)變流器--由不可控整流電路和Boost電路構(gòu)成，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電；網(wǎng)側(cè)變流 器--由IGBT構(gòu)成三相全控逆變橋，把直流電轉(zhuǎn)化為交流電，進行風電并網(wǎng)；蓄電池組、超 級電容器和兩套雙向DC/DC變換器--構(gòu)成系統(tǒng)的混合儲能裝置，通過采用不同控制策略， 進行風電功率平滑和提高低電壓故障穿越能力。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁直驅(qū)式風電系統(tǒng)的混合儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制方法， 其特征在于：該系統(tǒng)的儲能裝置由蓄電池組和超級電容器混合構(gòu)造，具有優(yōu)勢互補作用，通 過兩套雙向DC/DC變換器和變流器進行功率交互。
3. 按照權(quán)利要求1所述的一種永磁直驅(qū)式風電系統(tǒng)的混合儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制方法， 其特征在于： 蓄電池儲能系統(tǒng)的控制策略為將參考功率和蓄電池組實際輸出功率·^進行比 較，將其偏差送入功率PI調(diào)節(jié)器，得到電流參考信號Irf ：
該信號與蓄電池組輸出電流^進行比較，電流偏差送入電流PI調(diào)節(jié)器，得到DC/DC變 換器的占空比反饋控制量
以蓄電池組電壓控制為前饋，得到雙向DC/DC變換器的前饋控制量I^j。
4. 兩信號合成輸出即為雙向DC/DC變換器的占空比控制信號％ = ; 超級電容器儲能系統(tǒng)控制策略為采用電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)雙閉環(huán)控制，將與反饋 電壓》fl：進行比較，將其偏差電壓送至電壓PI調(diào)節(jié)器，得到雙向DC/DC變換器的調(diào)制電流參 考值：
參考電流信號U與超級電容器輸出電流^進行比較，將其通過電流PI調(diào)節(jié)器，得到雙 向DC/DC變換器的占空比反饋控制量·:
以超級電容器組電壓控制為前饋，得到雙向DC/DC變換器的前饋控制量^jj。
5. 兩信號合成輸出即為雙向DC/DC變換器的占空比控制信號 4=4+4。
【專利摘要】一種永磁直驅(qū)式風電系統(tǒng)的混合儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制方法，本發(fā)明涉及風電技術(shù)領域，特別是涉及永磁直驅(qū)式風電系統(tǒng)，且?guī)в行铍姵睾统夒娙萜鞯幕旌蟽δ苎b置，儲能裝置采用一定的控制策略。該系統(tǒng)由風力機、永磁直驅(qū)式同步發(fā)電機、機側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)變流器、超級電容器、蓄電池組、雙向DC/DC變換器、控制器和電網(wǎng)接口組成。超級電容器功率密度大，響應時間短、釋放能力快，儲能系統(tǒng)采用電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)雙閉環(huán)控制策略，主要用于平抑風電功率的高頻分量，且保持系統(tǒng)具有低電壓故障穿越能力；蓄電池儲能系統(tǒng)作為儲能的補充，實現(xiàn)與超級電容器儲能系統(tǒng)優(yōu)勢互補，采取功率外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)控制策略，主要用于平抑風電功率的低頻分量。將蓄電池與超級電容器混合使用，應用于永磁直驅(qū)式風電系統(tǒng)，提高儲能系統(tǒng)的整體性能。
【IPC分類】H02J3-32
【公開號】CN104682411
【申請?zhí)枴緾N201510137302
【發(fā)明人】張元敏, 王武, 羅書克
【申請人】許昌學院
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年3月27日