[發明專利]具有儲能裝置的變速恒頻風力發電裝置

有效

• 申請號: 201010197518.0
• 申請日: 2010-06-11
• 公開（公告）號: CN101871433A
• 公開（公告）日: 2010-10-27
• 發明（設計）人: 張強;石建飛;劉政宇;張敬南;張文義;趙凱岐
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: F03D9/00
• 分類號: F03D9/00;H02J3/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種電氣工程領域中的風力發電裝置。特別是涉及到一種采用永磁發電機，同時具有儲能裝置的，能夠實現變速恒頻發電運行的風力發電裝置。

背景技術

在現有的風力發電技術中，除了雙饋發電機和傳統的異步發電機外，永磁發電機由于具有功率密度高、運行可靠、維護簡單等優點，而被廣泛使用。為了在風速變化的情況下，保證永磁風力發電機輸出的頻率恒定，即實現變速恒頻，目前所采取的方法主要有以下兩種：

第一種方法是將發電機電樞繞組輸出的電能通過一個電力電子變流器后，再送入電網。在這種方法中，發電機輸出的頻率隨著風速的變化而改變，但是通過對電力電子變流器進行控制，可以使變流器輸出頻率保持恒定，滿足電網需求。

第二種方法是采用變槳距技術，當風速變化時，通過一套變槳距機構使風力機的葉片繞葉片的中心軸轉動，改變葉片的攻角，進而維持發電機的轉速不變，確保輸出頻率恒定。

以上這兩種方法雖然可以實現永磁風力發電機的變速恒頻運行，但是在實際運行時，也都存在有一定的問題：

當采用第一種方法時，變流器的功率必須要大于發電機的額定功率，而大容量電力電子變流器的使用，勢必會大幅度增加整套發電裝置的成本；其次當負載不變，而風速增加時，發電機的輸出功率也會隨之增加，過剩的有功功率注入電網后，必然會對電網的穩定運行帶來不利影響。

采用第二種方法時，由于該方法是通過調節轉化的風能的大小來穩定發電機的轉子轉速，因此在保證電網有功平衡的情況下，無法實現最大風能轉化。此外附加的變槳距機構不僅會增加成本，致使裝置結構復雜、可靠性降低，而且需要通過機械傳動來調節葉片攻角才能穩定發電機轉速，因此風速變化時，發電機輸出頻率的調節過程相對緩慢。

總之，采用以上這兩種方法實現變速恒頻運行的永磁發電機風力發電裝置除成本高、結構復雜外，存在的最大問題是在運行過程中，無法同時實現最大風能的轉化和輸出功率的靈活調節。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可以實現穩定的變速恒頻運行，在對最大風能進行轉化的同時能依靠自身的調節能力靈活地改變發電裝置輸出的有功功率和無功功率，確保電網的功率平衡，維持電網的穩定運行的具有儲能裝置的變速恒頻風力發電裝置。

本發明的目的是這樣實現的：

由定槳距風力機、永磁發電機、調節電機、機側變流器、充放電裝置、儲能裝置、網側變流器、變壓器、副并網開關、主并網開關構成；定槳距風力機的輸出軸與永磁發電機的輸入軸連接在一起；永磁發電機與調節電機同軸連接；永磁發電機的電樞繞組通過主并網開關接至電網；調節電機的電樞繞組與機側變流器的交流端接在一起；機側變流器的直流端與網側變流器的直流端連接在一起；儲能裝置通過充放電裝置連接在機側變流器的直流端；網側變流器的交流端接至變壓器的低壓端；變壓器的高壓端通過副并網開關接至電網。

還可以在定槳距風力機與永磁發電機之間設置傳動裝置，定槳距風力機的輸出軸與傳動裝置的輸入軸連接在一起；傳動裝置的輸出軸與永磁發電機連接。

本發明的有益效果主要體現在：

(1)本發明提出的風力發電裝置，不僅可以實現變速恒頻運行，還可以在進行最大風能轉化的前提下，依靠自身的調節能力，根據電網所需電能的變化來靈活地調節輸出的有功功率。當風能過剩時，發電裝置利用儲能裝置來吸收多余的能量；而當風能不足時，發電裝置又可以將儲能裝置中的能量釋放出來以滿足電網的需求，確保電網有功平衡。

(2)本發明提出的風力發電裝置，有利于電網穩定性的進一步提高。雖然現有的風電網為了提高電網的穩定性，也采用了大量的儲能裝置，但這些儲能裝置與風力發電裝置在運行控制、設備安裝等方面完全獨立，這必然會對電網的穩定性帶來不利影響。例如當風能過剩時，為了實現最大風能轉化，現有的發電裝置需要將全部的風能都轉化為電能送入電網，這必然會導致電網頻率上升，當電網中的儲能裝置檢測到電網頻率上升后，才開始吸收電網中多余的電能，多余的電能需要從發電裝置處通過電網傳送至儲能裝置，在整個調節過程中，不僅電網的頻率要發生明顯的波動，而且電網中的潮流分布必然也會受到多余電能輸送的影響。與現有的這種風電網運行模式相比，本發明提出的發電裝置，在風能過剩時，可直接運行于工作模式五狀態下，多余的風能通過調節電機轉變為電能，再通過機側變流器和充放電裝置被儲能裝置完全吸收，而永磁發電機只輸出電網所需的電能，確保電網有功平衡，因此在整個運行過程中，多余的能量無需經過電網輸送，即可被儲能裝置吸收，不會對電網的穩定性帶來不利影響。