[發(fā)明專利]基于飛輪儲能的風(fēng)力發(fā)電電能管理與儲能裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210205907.2
• 申請日: 2012-06-20
• 公開（公告）號: CN102709929A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田占元;王蘇健
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院有限責(zé)任公司
• 主分類號: H02J3/30
• 分類號: H02J3/30
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

1.基于飛輪儲能的風(fēng)力發(fā)電電能管理與儲能裝置，包括風(fēng)力發(fā)電機直流母線，及分別與風(fēng)力發(fā)電機直流母線相連的逆變器、卸荷IGBT和IGBT模塊，其特征在于：所述IGBT模塊分別連接飛輪系統(tǒng)和DSP控制器，所述DSP控制器分別連接風(fēng)力發(fā)電機直流母線、逆變器、飛輪系統(tǒng)和卸荷IGBT。

2.按照權(quán)利要求1所述的基于飛輪儲能的風(fēng)力發(fā)電電能管理與儲能裝置，其特征在于，所述DSP控制器通過第一電壓電流檢測電路（1）與風(fēng)力發(fā)電機直流母線連接。

3.按照權(quán)利要求1所述的基于飛輪儲能的風(fēng)力發(fā)電電能管理與儲能裝置，其特征在于，所述DSP控制器通過第二電壓電流檢測電路（2）與逆變器連接。

4.按照權(quán)利要求1所述的基于飛輪儲能的風(fēng)力發(fā)電電能管理與儲能裝置，其特征在于，所述DSP控制器分別通過第三電壓電流檢測電路（3）和第一功率驅(qū)動隔離電路（Ⅰ）與IGBT模塊連接。

5.按照權(quán)利要求1所述的基于飛輪儲能的風(fēng)力發(fā)電電能管理與儲能裝置，其特征在于，所述DSP控制器通過第二功率驅(qū)動隔離電路（Ⅱ）與卸荷IGBT連接。

6.按照權(quán)利要求5所述的基于飛輪儲能的風(fēng)力發(fā)電電能管理與儲能裝置，其特征在于，所述卸荷IGBT連接有卸荷電阻箱。

7.按照權(quán)利要求1所述的基于飛輪儲能的風(fēng)力發(fā)電電能管理與儲能裝置，其特征在于，所述飛輪系統(tǒng)設(shè)置為高速永磁電機。

8.基于飛輪儲能的風(fēng)力發(fā)電電能管理與儲能方法，其特征在于，該方法包括下述步驟：

Ⅰ、電能管理部分：

a、通過電壓電流檢測電路（2）檢測并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)的電壓值V2、電流值I2，實時監(jiān)控逆變器并入電網(wǎng)電能E2及E2的增量ΔE，ΔE為正值，ΔE為增加量的參考值為ΔE₀，ΔE為減少量的參考值為ΔE₁；

b、當(dāng)該電能在單位時間內(nèi)電能減少量ΔE大于規(guī)定的增量ΔE₁時，進入下述步驟；否則進入c步：

①通過位置與速度檢測電路得到飛輪的轉(zhuǎn)速n、電機位置θ，當(dāng)n大于飛輪額定安全運行速度下限Nmin時，進入第②步，否則進入儲能部分；

②將ΔE與ΔE₁之差作為誤差量，進行PID控制，計算出飛輪參考轉(zhuǎn)速N1，進入第③步；

③通過電壓電流檢測電路（3）獲得IGBT模塊的電壓V3與電流I3；

④根據(jù)參考轉(zhuǎn)速N1，電機轉(zhuǎn)速n，IGBT模塊電流I3，以及電機位置θ對IGBT模塊進行SVPWM調(diào)節(jié)，控制器控制IGBT模塊工作在可控整流狀態(tài)，調(diào)節(jié)降低飛輪的轉(zhuǎn)速，向母線回饋電能，然后進入儲能部分；

c、當(dāng)該電能在單位時間內(nèi)電能增加量ΔE大于規(guī)定的增量ΔE₀時，進入下述步驟；否則進入c步；

①通過位置與速度檢測電路得到飛輪的轉(zhuǎn)速n、電機位置θ，當(dāng)n小于等于飛輪額定安全運行速度上限Nmax時，進入第②步，否則進入第⑤步；

②將ΔE與ΔE₀之差作為誤差量，進行PID控制，計算出飛輪參考轉(zhuǎn)速N₀，進入第③步；

③通過電壓電流檢測電路（3）獲得IGBT模塊的電壓V3與電流I3；

④根據(jù)參考轉(zhuǎn)速N₀，電機轉(zhuǎn)速n，IGBT模塊電流I3，以及電機位置θ對IGBT模塊進行SVPWM調(diào)節(jié)，控制器控制IGBT模塊工作在逆變狀態(tài)，調(diào)節(jié)增加飛輪的轉(zhuǎn)速，吸收母線電能，然后進入c步；

⑤在飛輪已經(jīng)滿儲能的情況下，將ΔE與ΔE₀之差作為誤差量，進行PID控制，計算出卸荷IGBT的占空比，對卸荷IGBT進行調(diào)節(jié)，讓多余的不能儲存在飛輪中的電能卸掉，進入儲能部分；

Ⅱ儲能部分：

a、通過電壓電流檢測電路（1）檢測風(fēng)力發(fā)電機直流母線電壓值V1和電流值I1，當(dāng)檢測到的直流母線電壓V1大于規(guī)定的直流母線電壓上限Vmax時，進入下述步驟,否則進入b步；

①通過位置與速度檢測電路得到飛輪的轉(zhuǎn)速n和電機位置θ，當(dāng)n小于等于飛輪額定安全運行速度上限Nmax時，進入第②步，否則進入第⑤步；

②將V1與Vmax之差作為誤差量，進行PID控制，計算出飛輪參考轉(zhuǎn)速N3，進入第③步；

③通過電壓電流檢測電路3獲得IGBT模塊的電壓V3與電流I3；

④根據(jù)參考轉(zhuǎn)速N3，電機轉(zhuǎn)速n，IGBT模塊電流I3，以及電機位置θ對IGBT模塊進行SVPWM調(diào)節(jié)，控制器控制IGBT模塊工作在逆變狀態(tài)下，調(diào)節(jié)增加飛輪的轉(zhuǎn)速，返回到電能管理部分；

⑤將V1與Vmax之差作為誤差量，進行PID控制，計算出卸荷IGBT的占空比，對卸荷IGBT進行調(diào)節(jié)，讓多余的不能儲存在飛輪中的電能卸掉,返回到電能管理部分；

b、當(dāng)檢測到的直流母線電壓V1小于等于規(guī)定的直流母線電壓上限Vmax時，進入下述步驟：

①當(dāng)V1小于規(guī)定的直流母線電壓下限Vmin時，進入第②步，否則返回到電能管理部分；

②通過位置與速度檢測電路得到飛輪的轉(zhuǎn)速n和電機位置θ，當(dāng)n大于等于飛輪額定安全運行速度下限Nmin時，進入第③步，否則返回到電能管理部分；

③為控制V1在Vmin之上，將V1與Vmin之差作為誤差量，進行PID控制，計算出飛輪參考轉(zhuǎn)速N4；

④通過電壓電流檢測電路3獲得IGBT模塊的電壓V3與電流I3；

⑤根據(jù)參考轉(zhuǎn)速N4，電機轉(zhuǎn)速n，IGBT模塊電流I3，以及電機位置θ對IGBT模塊進行SVPWM調(diào)節(jié)，控制器控制IGBT模塊工作在可控整流狀態(tài)下，調(diào)節(jié)減少飛輪的轉(zhuǎn)速，向母線回饋能量，進入電能管理部分。