[發明專利]風輪機能量存儲及頻率控制

有效

• 申請號: 200910129013.8
• 申請日: 2009-03-13
• 公開（公告）號: CN101534013A
• 公開（公告）日: 2009-09-16
• 發明（設計）人: R·K·布拉;R·W·德爾梅里科;R·泰希曼;A·賈殷;徐志仁
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H02J3/28
• 分類號: H02J3/28
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 王 岳;蔣 駿

技術領域

本發明大體上涉及能量存儲，而且更具體地涉及出于可再生能源 的多重目的而使用能量存儲。本發明另外還涉及風輪機(wind?turbine)， 而且更具體地涉及風輪機電氣系統中的電網(grid)頻率柔性。

背景技術

風輪機具有通過轉軸連接到發電機上的裝有葉片的轉子。發電機 的示例包括雙饋感應發電機(DFIG)和永磁(PM)發電機。為了把電 功率饋送到電網，使用功率電子元件進行功率調節。在一個示例中， 功率電子元件包括連接到直流(DC)鏈路的背對背電壓源型變換器。 對于DFIG，發電機的定子端被直接連接到電網，并且功率電子裝置被 連接在轉子和定子端之間。對于PM機，交流(AC)電機端經由功率 電子裝置進行連接。

隨著新電網規程被開發用于風力發電廠(wind?farm)以及隨著風 力發電廠的市場滲透水平的增加，風力的可變性對公用事業公司而言 變得更加不可接受。例如，公用事業公司正在強制推行或希望強制推 行與功率調節速率限制(power?ramp?rate?limit)、低壓穿越、工頻控制、 慣性響應(inertial?response)以及縮減(curtailment)有關的要求。

期望的是具有一種有效應對風力的可變性以幫助滿足有關公用事 業公司要求的系統和方法。

風輪機一般是針對特定電網頻率比如50Hz或60Hz設計并指定 的。針對每種風輪機類型都開發了至少兩種配置，其中一種可應用于 50Hz而另一種可應用于60Hz。一般地初始設計是針對一個電網頻率 完成的，然后針對第二電網頻率進行修改。兩種設計都必須進行獨立 的驗證。因而，由于需要第二設計和驗證，所以增加了設計、工程、 部件采購、備件以及培訓要求。

期望的是具有一種不管什么電網頻率都允許靈活安裝風輪機的風 輪機電氣系統設計。

發明內容

簡而言之，依照本文所公開的一個實施例，一種能量存儲系統包 括：不間斷電源(UPS)系統，其包括被耦連在能源和該能源的輔助負 載之間的能量存儲裝置；和控制系統，其被配置成產生命令用于控制 能量存儲裝置的充電狀態，把功率從能量存儲裝置提供到輔助負載， 以及使用來自能量存儲裝置的功率以便控制DC鏈路電壓、能源轉矩、 電網側電力潮流(power?flow)或其組合。

依照本文所公開的另一個實施例，一種方法包括：產生命令用于 控制在能源和該能源的輔助負載之間耦連的能量存儲裝置的充電狀 態；把功率從能量存儲裝置提供到輔助負載；以及使用來自能量存儲 裝置的功率以便控制DC鏈路電壓、能源轉矩、電網側電力潮流或其組 合。

依照本文所公開的另一個實施例，一種風輪機包括：多個輔助風 輪機負載；輔助負載變換器；和控制系統，其被配置成切換輔助負載 變換器的元件以提供頻率兼容的功率至輔助負載。

附圖說明

當參照附圖閱讀以下詳細描述時，將更好地理解本發明的這些以 及其它特征、方面和優點，其中在全部附圖中同樣的符合代表同樣的 部件，其中：

圖1是依照本文所公開的一個實施例的能量存儲系統的框圖。

圖2是依照本文所公開的另一個實施例的能量存儲系統的框圖。

圖3是依照本文所公開的另一個實施例的能量存儲系統的框圖。

圖4是依照本文所公開的一個實施例的頻率靈活的電氣系統的框 圖。

圖5是依照本文所公開的另一個實施例的另一頻率靈活的電氣系 統的框圖。

具體實施方式

在本文所描述的實施例中，兩用能量存儲(storage)被添加到能源 -尤其是諸如(圖1所示的)風輪機30的可再生能源中，用于增強性 能和能量捕獲。風輪機一般已包括帶有用于重要的總線負載的能量存 儲器的不間斷電源(UPS)設備。本文所公開的實施例用存儲器來支持 重要的總線負載和其它輔助負載以及來為功率變換系統提供功率支 持，該功率變換系統把功率從能源供給到網絡或電網。如本文所用的， “一”以及單數的其它形式意思是包含一個或多個元件，除非另有清 楚說明。