[发明专利]用于变速恒频双馈风力发电系统的储能式励磁变频器

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电系统领域，具体涉及一种用于变速恒频双馈风力发电系统的储能式励磁变频器。

背景技术

将一定容量的储能装置嵌入变速恒频双馈风力发电系统的励磁变频器中，可起到平滑风电功率波动，提高风电低电压穿越能力的作用。目前常规的方法是将储能装置经过一个双向DC-DC变换器并接到励磁变频器的直流母线上。但是，采用这种方法，由于电机侧DC-AC变换器与电网侧DC-AC变换器仍共用一条直流母线，所以励磁变频器电机侧和电网侧的交流输出电压仍需保持基本一致。由于双馈异步发电机的定子出口电压一般要比转子出口电压高出3倍左右，所以需要在励磁变频器与双馈发电机转子侧之间或励磁变频器与双馈发电机定子侧之间加入一定变比/容量的变压器来调节。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的上述缺陷，提供一种不仅可以平滑风电的功率波动，提高风电的低电压穿越能力，还可较大范围地调节励磁变频器电机侧和电网侧的交流输出电压，从而可省去变频器连接到双馈发电机转子侧或变频器连接到双馈发电机定子侧的变压器的用于变速恒频双馈风力发电系统的储能式励磁变频器。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于变速恒频双馈风力发电系统的储能式励磁变频器，包括电机侧DC-AC变换器、电机侧双向DC-DC变换器、储能装置、电网侧双向DC-DC变换器、电网侧DC-AC变换器和三相滤波电感，所述电机侧DC-AC变换器的交流端口与变速恒频双馈风力发电系统的双馈异步发电机的转子侧出线端口a相连，所述电机侧DC-AC变换器的直流端口与电机侧双向DC-DC变换器的高压端口相连，所述电机侧双向DC-DC变换器的低压端口与储能装置的一路端口相连；所述储能装置的另一路端口与电网侧双向DC-DC变换器的低压端口相连，所述电网侧双向DC-DC变换器的高压端口与电网侧DC-AC变换器的直流端口相连，所述电网侧DC-AC变换器的交流端口与三相滤波电感的一端相连；所述三相滤波电感的另一端与变速恒频双馈风力发电系统的双馈异步发电机的定子侧出线端口n并接。

优选地，所述储能装置为超级电容器或者蓄电池。

本发明用于变速恒频双馈风力发电系统的储能式励磁变频器，包括电机侧DC-AC变换器、电机侧双向DC-DC变换器、储能装置、电网侧双向DC-DC变换器、电网侧DC-AC变换器和三相滤波电感，电机侧DC-AC变换器、电机侧双向DC-DC变换器构成储能装置的电机侧能量转换单元，电网侧双向DC-DC变换器、电网侧DC-AC变换器和三相滤波电感构成储能装置的电网侧能量转换单元，能够实现下述技术效果：

1、本发明通过控制电机侧交换单元、电网侧交换单元中各个设备模块中全控开关器件的工作状态，能够实现控制电机侧双向DC-DC变换器为电机侧DC-AC变换器的直流母线提供相对较低的直流电压，并保持其电压稳定，从而使电机侧DC-AC变换器的交流调制电压范围能够与转子出口电压相匹配；控制电网侧双向DC-DC变换器为电网侧DC-AC变换器的直流母线提供相对较高的直流电压，并保持其电压稳定，从而使电网侧DC-AC变换器的交流调制电压范围能够与定子出口电压相匹配，这样便可省去变频器连接到双馈发电机转子侧（或变频器连接到双馈发电机定子侧）的变压器。

2、本发明通过控制电机侧能量转换单元、电网侧能量转换单元中各个设备模块中全控开关器件的工作状态，能够实现控制电机侧DC-AC变换器来调节双馈异步发电机转子电流的频率、相位和幅值，从而可间接调节双馈异步发电机定子侧的输出功率。

3、本发明通过控制电机侧能量转换单元、电网侧能量转换单元中各个设备模块中全控开关器件的工作状态，能够实现控制电网侧DC-AC变换器的有功/无功输出，在电网正常运行时，能够平滑风电的有功功率波动；当电网发生故障时，能够为电网提供一定的无功功率以帮助电网恢复正常运行。

4、本发明通过控制电机侧能量转换单元、电网侧能量转换单元中各个设备模块中全控开关器件的工作状态，能够实现在电网发生电压跌落时，储能装置可通过控制直流母线电压稳定的方式，吸收双馈风电系统中产生的冗余电能，从而提高双馈风电系统的低电压穿越能力。

附图说明

图1为应用本发明实施例的变速恒频双馈风力发电系统的框架结构示意图。

图2为本发明实施例的电路原理示意图。