[發明專利]應用超級電容的風機功率控制系統

有效

• 申請號: 201210123808.X
• 申請日: 2012-04-25
• 公開（公告）號: CN102780229A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 李廣偉;曹書強;于煒東;曹陽
• 申請（專利權）人: 北車風電有限公司
• 主分類號: H02J3/28
• 分類號: H02J3/28
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄭華清

技術領域

本發明涉及一種功率控制系統，尤其是一種應用超級電容的風機功率控制系統。

背景技術

當前，風力發電機組的控制通常是按最大出力來控制的，但風是隨時隨機變化的，所以造成了風力發電機組所產電能的波動性。目前風電裝機容量只占電網容量的1％～2％，風電機組電能的波動對電網電力調度和電網的經濟運行還不構成影響。

但伴隨著世界范圍內風電的迅猛發展，風電企業爆炸式增長，風電裝機容量不斷上升，風力發電在電網供電中所占比例不斷提高。專家預測在接下來的三十年，風力發電并網容量將達到電網容量的20％以上。如果風電裝機容量達到如此規模，那么風電波動對電網穩定性的影響將不容忽視。風電機組的并網問題也必將成為影響風電發展的關鍵問題。

專利申請號201010229299.x提供一種用于實現風電機組低電壓穿越能力的裝置，該技術方案利用風場附加的低電壓穿越控制系統，超級電容對需要消耗的能量選取，實現風場的低電壓穿越，滿足風場在電網出現低電壓故障時的穿越特性，該方案中超級電容主要是針風場故障期間低電壓穿越所采用的，雖然能保障故障時的短視功率穩定，但無法根據電網調度指令完成正常運行期間的功率調節。同時因其需要在風場中專門設置低穿控制系統，造成實施投入多，對場地要求較大等問題。

專利申請號200910187343.2，提供一種基于超級電容器和蓄電池混合儲能的雙饋風力發電機勵磁系統，該系統通過控制雙饋電機的轉子勵磁，從而達到控制雙饋電機定子側輸出的功率的特性，該方案的不足之處是勵磁控制算法本身非常復雜，實現難度大、成本高昂，且風機故障期間由于轉子側變流器的短時切出特性，無法完成對機組的有效控制。

目前已應用的解決此問題的思路是短期風功率預測技術，該技術為解決風能的波動性，適應電網調度、頻率調節、經濟運行需求是起到一定作用，但是即使使用優化的風功率預測系統，預測誤差也無法避免。

發明內容

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種應用超級電容的風機功率控制系統。技術方案主要針對解決由于風能的不穩定導致無法滿足電網調度、頻率調節要求的問題，旨在克服上述傳統風力發電機組受限于出力不穩定，無法大規模并網的難題。該系統具有集成度高、維護量小、功率密度大，同時超級電容的應用還可以很好的解決低電壓穿越的要求，滿足電力市場的需要的優點。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種應用超級電容的風機功率控制系統，它包括風機以及風機控制裝置，所述風機控制裝置中的機側變流器RSC和網側變流器GSC電連接的同時還與設有的超級電容系統連接，所述超級電容系統還與設有的超級電容系統的控制系統電連接，超級電容系統根據中央處理器CPU命令要求執行充、放電命令；

影響充放電效果的電容容量C以下式計算選取：

式中：k——根據線路電感修正系數；0.5≤k≤1；所述線路電感為與超級電容連接的所有線路的電感總值；

P_n——機組額定功率；T——超級電容的充放電周期；V_SC——超級電容的電壓。

所述超級電容系統內包括開關功率器件和與之連接的超級電容。

所述超級電容系統的控制系統中包括中央處理器CPU以及與中央處理器CPU連接的控制超級電容系統內設有的開關功率器件的控制觸發電路。

所述開關功率器件為MOS管或IGBT，它包括與超級電容電連接的上管VT1與下管VT2串聯橋式電路，所述串聯橋式電路電連接于機側變流器RSC和網側變流器GSC之間。

所述控制觸發電路包括與超級電容系統內開關功率器件的上管VT1與下管VT2電連接的門極驅動電路；門極驅動電路通過比較器與中央處理器CPU連接，中央處理器CPU與機側變流器RSC和網側變流器GSC之間有連接，中央處理器CPU還與電力電網調度信號端有連接，并通過比較器對開關功率器件占空比調節，滿足電網調度要求。

所述超級電容通過升降壓電路，即DC/DC電路連接到轉子變流器的母線排上，該電路根據轉子變流器網側和機側的有功功率，決定工作于升壓或降壓的某一工作狀態；超級電容通過借助與中央處理器CPU連接的用于控制超級電容系統內開關功率器件的控制觸發電路實現控制，所述超級電容系統中央處理器CPU，結合電網調度中心發出的電力電網調度信號，一同調節開關功率器件占空比；超級電容系統中央處理器CPU與電網調度中心，雙方依據Canopen協議運行，滿足電網調度要求；