一種基於直流母線的風電獨立電網系統的製作方法
2023-06-04 12:22:06 2
專利名稱：一種基於直流母線的風電獨立電網系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種基於直流母線的風電獨立電網系統。
背景技術：
現有小型風カ發電主要為分布式應用，採用的技術方案主要有傳統蓄電池方案、交流母線和有限併網的方案。(I)傳統蓄電池方案是風電經整流後與蓄電池組並聯，再經過逆變器給負載供電，依靠蓄電池自身的穩壓能力保證負載穩定運行。這種方案原理簡單，實現起來較容易，同時有大量蓄電池，保證率較高。但需要大量蓄電池為穩壓提供支撐，而且逆變器輸入電壓的範圍越小，蓄電池所需配置的容量就越大，蓄電池的有效利用容量就越小，蓄電池利用率越低，從而造成資源的浪費，而且蓄電池組建的母線電壓越高，對蓄電池的要求也就越高；同時，蓄電池自身效率較低，充放電過程的損耗可達到20%。另外，蓄電池的維護、更換麻煩，壽命有限，對大規模風電系統適應性較差。目前小型風電系統大多採用此方案。(2)交流母線方案要交流併網，是利用儲能設備(蓄電池組)和變流設備(雙向逆變器)建立較為穩定的小型獨立電網，然後再將風電通過併網逆變器併入獨立電網。該方案電能輸出質量較高，具有較強的適應性，但交流併網參數較多，控制較為複雜，關鍵設備-雙向逆變器價格相對較高。目前尚未有成熟的適應於大規模應用的雙向逆變器。(3)有限併網方案可減少蓄電池的用量，有電網支撐，穩定性好，保證率高，但需要當地有電網，並且存在入網審查問題，應用一般較少；也有些方案採用柴油發電機作為電網支撐，而柴油機汙染大，運行成本高，考慮到風電的波動性和間隙性，浪費較高，這限制了此方案的應用。
實用新型內容本實用新型的目的在於克服上述技術的不足提供一種基於直流母線的風電獨立電網系統。本實用新型是這樣實現的，一種基於直流母線的風電獨立電網系統，包括風カ發電機組，用於將風力發電機組產生的交流電轉換成直流電輸到直流母線的ACDC開關電源組；電流輸入端與所述直流母線分別連接的一組變頻器以及高壓逆變器；與所述直流母線通過雙向DCDC開關電源連接的儲能裝置，所述儲能裝置連接低壓逆變器；還包括用於控制直流母線電壓穩定、調節電網輸入輸出功率平衡的控制子系統。本實用新型所述的基於直流母線的風電獨立電網系統進一歩包括用於消耗所述風カ發電機組產生的富餘電能的卸荷保護裝置。其中，所述保護裝置由卸荷保護電阻以及降壓DCDC開關電源構成，所述降壓DCDC開關電源一端連接所述直流母線，另一端連接所述卸荷保護電阻。較優的，所述卸荷保護電阻與所述風カ發電機組的額定總功率相同。進ー步，所述直流母線電壓為525V。[0012]較優的，所述的儲能裝置為蓄電池組。本實用新型所述的基於直流母線的風電獨立電網系統所述的控制裝置包括PLC控制器，所述PLC控制器電連接有觸控螢幕。本實用新型通過A⑶C開關電源和雙向D⑶C開關電源建立穩定直流母線直接為負載供電，保證了負載系統的供電穩定；同時由直流母線直接為負載供電，減少了再逆變環節，提高了風電利用率；另外，A⑶C開關電源和雙向Drac開關電源可單臺運行，也可多臺併網運行，且併網實現簡単，具有很強可擴展性。
圖I是本實用新型實施例提供的一種基於直流母線的風電獨立電網系統的結構示意圖。圖2是本實用新型實施例提供的控制器與人機互動設備連接的結構示意圖。圖中1 —風カ發電機、2 —A⑶C開關電源、3 —卸荷保護電阻、4 —降壓EOC開關電源、5 —控制器、6 —雙向D⑶C開關電源、7 —儲能裝置、8 —變頻器、9 一高壓逆變器、10 —低壓逆變器、11 ー電機。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，
以下結合附圖，對本實用新型進行進一歩詳細說明。參見圖1，一種基於直流母線的風電獨立電網系統，包括由若干風カ發電機I構成的風カ發電機組，用於將風力發電機組產生的交流電轉換成直流電輸出到直流母線的由與所述的風力發電機I分別對應設置的若干A⑶C開關電源2構成的A⑶C開關電源組；輸入端與所述直流母線分別連接的一組變頻器8以及高壓逆變器9 ;與所述直流母線通過雙向DCDC開關電源6連接的儲能裝置7，所述儲能裝置7連接低壓逆變器10 ;還包括控制子系統，用於控制直流母線電壓穩定、調節平衡電網的輸入輸出功率。所述的ー組變頻器8、高壓逆變器9以及低壓逆變器10電流輸出端均連接負載給負載供電。其中，所述的變頻器8用於連接電機11給電機11供電，其它負載由高壓逆變器9以及低壓逆變器10供電。本實用新型將負載進行了分類，主要分為電機類負載和非電機類負載。對電機類負載由變頻器8供電，這樣可以實現電機類負載軟啟軟停，在保護負載的同時，減小對系統的衝擊；非電機類負載由普通逆變器供電，逆變器雙分為高壓逆變器9和低壓逆變器10，高壓逆變器9輸入端為直流525V母線，低壓逆變器10與儲能裝置7連接。這樣分類是考慮系統的規模和成本，需要按實際情況進行配置。直流母線獨立電網有兩個最基本要求即母線電壓穩定和輸入輸出功率平衡。本實用新型中母線電壓穩定是通過ACDC開關電源與雙向DCDC開關電源實現的，輸入輸出功率平衡是由所述的控制子系統控制完成的。所述ACDC開關電源具有整流、升壓和穩壓功能，其輸出電壓可以根據外部命令從零至額定電壓連續可調，輸出電流可以根據外部命令從零至額定進行限流，並可以多臺並聯運行。[0025]參見圖2，本實用新型所述的基於直流母線的風電獨立電網系統所述的控制子系統包括ー套PLC控制器5，所述PLC控制器5電連接有人機互動設備ー觸控螢幕，所述的PLC控制器還連接有若干傳感器、若干分散控制設備，它們一起構成本實用新型獨立電網系統的控制子系統。所述的儲能裝置7為蓄電池組。所述的雙向DCDC開關電源和蓄電池組一起構成本實用新型所述的基於直流母線的風電獨立電網系統的儲能子系統。蓄電池組作用是削峰填谷，當風カ發電機發電足夠多且負載消耗不了時，蓄電池組存儲多餘的電；反之，當風電不足時，蓄電池組放電，為負載補充電能。蓄電池組的充放電是由控制子系統通過雙向D⑶C開關電源實現的；雙向D⑶C開關電源具有升壓和降壓兩種工作模式，降壓時可以給蓄電池組充電，升壓時可以從蓄電池組取電並將電壓升至直流525V，與ACDC開關電源並聯為負載供電。蓄電池組充放電電流大小由PLC控制器根據監測的輸入功率、蓄電池組的狀態參數，如端電壓、可用電量、充放電電流、溫度等及負載功率等計算後給定，從而實現對蓄電池進行有效管理，延長其使用壽命，提高蓄電池的利用率。本實用新型所述的基於直流母線的風電獨立電網系統進一歩包括用於消耗所述風カ發電機組產生的富餘電能的卸荷保護裝置。其中，所述保護裝置由卸荷保護電阻3以及降壓DCDC開關電源4構成，所述降壓DCDC開關電源4 一端連接所述直流母線，另一端連接所述卸荷保護電阻3。進ー步的，所述卸荷保護電阻與所述風カ發電機組的額定總功率相同，這樣設計以便在特殊情況下完全消耗風カ發電機發出的電能，保護風カ發電機。本實用新型基於直流母線的風電獨立電網系統的保護措施主要是由卸荷保護電阻和降壓DCDC開關電源完成的。降壓DCDC開關電源從母線取電同時將其降壓為卸荷保護電阻的工作電壓，並可由PLC控制器控制其輸出電流。當輸入功率足夠大，負載和蓄電池組消耗仍有富餘時由卸荷保護電阻消耗多餘電能，從而實現輸入輸出功率平衡，保證系統穩定可靠運行。本實用新型中所述直流母線電壓為525V。所述的風カ發電機組、A⑶C開關電源組、卸荷保護電阻、降壓D⑶C開關電源、變頻器、高壓逆變器、低壓逆變器一起構成本實用新型的動カ子系統。風カ發電機發出的電能經過A⑶C開關電源整流穩壓，建立525V的直流母線，控制子系統通過PLC控制器實現多颱風カ發電機併網，同時啟動雙向D⑶C開關電源和降壓D⑶C開關電源開始工作。在運行過程中，控制子系統通過檢測風力發電機的輸入功率，實時檢測蓄電池組的狀態，井根據檢測結果分配負載功率，使得系統的輸入輸出功率平衡，從而保證了系統穩 定。本實用新型電網系統主要採取以下兩方面的保護措施I、設備與動カ系統保護，主要包括風カ發電機出口過電壓保護，蓄電池過電壓保護，蓄電池低電壓保護，蓄電池充電保護，系統過電流保護。[0042]2、當風速高於風カ發電機的切出風速時，由控制子系統進行負荷切除和系統停止操作。[0043]綜上，本實用新型系統運行主要包括直流母線電網的建立、負載連接和系統協調動態控制。—、通過A⑶C開關電源或雙向D⑶C開關電源建立直流母線，並實現多颱風カ發電機併網；ニ、監測風力發電機的發電功率,當輸入功率滿足負載投入條件後,連接負載；三、監測系統輸入輸出功率、蓄電池的狀態參數和負載的運行狀態，進行系統在線調節，保證系統安全可靠運行。本實用新型由於風電經過A⑶C開關電源整流穩壓，建立525V直流電網經直流母線輸出後直接為不同類負載供電，減少了再逆變環節，提高了風電利用率；由於母線電壓的穩定由直流開關電源來實現，蓄電池的作用只是對風電的削峰填谷，所以蓄電池的使用量明顯降低，使得系統成本較低，具有廣闊的發展空間和應用前景；本實用新型併網簡單，可擴展性好、硬體實現較為容易、成本低、效率高。以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護範圍。
權利要求1.一種基於直流母線的風電獨立電網系統，其特徵在於，包括風力發電機組，用於將風力發電機組產生的交流電轉換成直流電輸到直流母線的ACDC開關電源組；電流輸入端與所述直流母線分別連接的一組變頻器以及高壓逆變器；與所述直流母線通過雙向DCDC開關電源連接的儲能裝置，所述儲能裝置連接低壓逆變器；還包括用於控制直流母線電壓穩定、調節電網輸入輸出功率平衡的控制子系統。
2.根據權利要求I所述的基於直流母線的風電獨立電網系統，其特徵在於，包括用於消耗所述風力發電機組產生的富餘電能的卸荷保護裝置。
3.根據權利要求2所述的基於直流母線的風電獨立電網系統，其特徵在於，所述保護裝置由卸荷保護電阻以及降壓DCDC開關電源構成，所述降壓DCDC開關電源一端連接所述直流母線，另一端連接所述卸荷保護電阻。
4.根據權利要求3所述的基於直流母線的風電獨立電網系統，其特徵在於，所述卸荷保護電阻與所述風力發電機組的額定總功率相同。
5.根據權利要求I一 4任一項所述的基於直流母線的風電獨立電網系統，其特徵在於，所述直流母線電壓為525V。
6.根據權利要求I所述的基於直流母線的風電獨立電網系統，其特徵在於，所述的儲能裝置為蓄電池組。
7.根據權利要求I所述的基於直流母線的風電獨立電網系統，其特徵在於，所述控制子系統包括PLC控制器，所述PLC控制器電連接有觸控螢幕。
專利摘要本實用新型涉及一種基於直流母線的風電獨立電網系統，包括風力發電機組，用於將風力發電機組產生的交流電轉換成直流電輸到直流母線的ACDC開關電源組；電流輸入端與所述直流母線分別連接的一組變頻器以及高壓逆變器；與所述直流母線通過雙向DCDC開關電源連接的儲能裝置，所述儲能裝置連接低壓逆變器；還包括用於控制直流母線電壓穩定、調節電網輸入輸出功率平衡的控制子系統。本實用新型通過建立穩定直流母線直接為負載供電，保證了負載系統供電穩定；同時減少了再逆變環節，提高了風電利用率；另外，ACDC開關電源、雙向DCDC開關電源可單臺運行，也可多臺併網運行，併網實現簡單，具有很強可擴展性。
文檔編號H02J3/38GK202405799SQ20112055870
公開日2012年8月29日 申請日期2011年12月28日 優先權日2011年12月28日
發明者馮賓春, 張子皿, 張金接, 王春, 符平, 莫為澤, 袁恩來 申請人:中國水利水電科學研究院