[发明专利]一种离网型风力发电系统和方法

说明书

本发明公开了一种离网型风力发电系统及方法，该系统包括风力发电机、主负荷、可调热负荷、变压器和用于实现最大风能跟踪的控制装置；风力发电机分别、变压器、主负荷依次连接；风力发电机分别还和可调热负荷连接；控制装置和可调热负荷连接。本发明把系统的协调控制任务交给可调热负荷，而不是传统PWM驱动的整流或逆变装置来承担，减少了电力电子设备昂贵的投资成本，所设计的鲁棒滑模控制器响应迅速、抗干扰能力强，保证了系统的稳定运行。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其是一种离网型风力发电系统和方法。

背景技术

近年来，风力发电装机容量迅猛增长，我国到2020年止的风电总装机容量将突破30GW。目前风力发电的方式有两种：并网型风电和离网型风电。在并网模式下，风力发电由于风能的随机性和间歇性，将会给电网带来电压和频率波动等电能质量问题，甚至威胁电网的稳定性。此外，风电场通常位于风能资源丰富但远离负荷中心的偏远地区，输送电能给电网需要很长的传输线，升级和维护成本都很高。同时，我国风能总量虽大，但是风力分布不均，密度不等，地形条件复杂多样，由此独立运行的离网型风力发电的优势显而易见，尤其是在电网无法到达地区将会有较大作为。

现阶段的离网型风力发电系统普遍采用背靠背的交直交拓扑结构。风力发电机将风能转化成交流电，经过整流后再逆变，调节成符合用户端电能质量要求的交流电。整个系统需要投入大量的电力电子设备、储能装置，发电成本较高，特别是在偏远农村地区的小型供电。然而，如果把终端负荷换成一系列能适应风电特性的高耗能产业，比如工厂电热锅炉、制氢设备等等，而不是居民负荷，则可以充分发挥离网型风力发电的优势——高效吸收和利用风能。这些高耗能产业一定程度上对电能质量要求不高，因此可以缩减电力电子设备的投入，大大节省发电成本。当然离网型风力发电系统也面临着一些技术挑战，比如风能的波动或间歇性、不可预测的负荷功率波动、相对较低的系统惯量都将导致系统稳定性下降。

因此，行业内急需研发一种可以减轻外部扰动和模型不确定性影响，保证稳定运行的离网型风电系统。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的缺陷和不足，提出一种离网型风力发电系统和方法。该系统对电力电子设备的投入需求小，减少了电力电子设备所需要的设备成本和维护成本，同时提高了对风能的利用效率。另外所设计的鲁棒滑模控制器简单高效，增强了风电系统受到风力波动、负荷变化等扰动后维持稳定运行的能力。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种离网型风力发电系统，包括风力发电机、主负荷、可调热负荷、变压器和用于实现最大风能跟踪的控制装置；风力发电机分别、变压器、主负荷依次连接；风力发电机分别还和可调热负荷连接；控制装置和可调热负荷连接。

优选地，控制装置是用于控制风力发电机以最大功率点输出的鲁棒滑模控制器。

优选地，风力发电机包括依次连接的风力机和永磁同步发电机 (PMSG)；永磁同步发电机和主负荷、可调热负荷均连接。

优选地，主负荷为电热水锅炉或者制氢装置。

优选地，若主负荷为制氢装置，主负荷包括依次连接的不可控整流桥、直流电容、N组DC/DC变换器、N组滤波器和N组电解槽堆，N≥1；DC/DC 变换器和还和电解槽堆连接。

优选地，可调热负荷是厂用热负荷或储热设备。

优选地，可调热负荷包括K组并联的三相电阻器组成，K≥1。

一种离网型风力发电方法，包括：

S1，风力发电机将风能转化成电能，通过变压器将电能输送给主负荷和可调热负荷；

S2，控制装置采集风力发电机出口母线的电压频率和风速，控制装置以控制风力发电机达到最大功率点输出为目标对电压频率和风速进行计算，生成控制信号；将控制信号发送至主负荷和可调热负荷；