[發明專利]適應小型風場特性的風力發電系統及能量管理控制方法

有效

• 申請號: 201510733354.1
• 申請日: 2015-11-02
• 公開（公告）號: CN105680470B
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發明（設計）人: 郄偉;李德強;李春暉;葛榮剛;鄭悅;劉慧芳;董澤寅;李海龍;楊宇全;譚靖;崔文虎;孟憲臣;司威
• 申請（專利權）人: 國網天津市電力公司;國家電網公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/32
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司12108
• 代理人: 龐學欣

1.一種適應小型風場特性的風力發電系統所采用的能量管理控制方法，所述的適應小型風場特性的風力發電系統包括：整流變換器(1)、一個雙向儲能變換器(2)和一個并網逆變器(3)；其中整流變換器(1)為倍壓單元串聯式開關電容反激式整流變換電路，其輸入端與風機L的輸出端連接、整流輸出端與并網逆變器(3)的直流側輸入端連接；雙向儲能變換器(2)由雙向儲能DC-DC變換器及采用鋰電池的儲能裝置組成，其雙向端口一側與整流變換器(1)的輸出端連接；并網逆變器(3)為單相全橋高頻并網逆變器；其交流側輸出端與電網(4)連接；

所述的能量管理控制方法包括按順序進行的下列步驟：

步驟1)狀態識別：根據當前電池的荷電狀態，確定系統當前工作狀態；本系統工作時共有四種工作狀態，即電池少電狀態、電池待充狀態、電池待放狀態和電池滿充狀態；

步驟2)狀態處理：系統根據步驟1)確定的系統當前工作狀態進行相應的狀態處理,包括：

2.1)在電池少電狀態下，執行電池少電狀態操作：當電池處于該工作狀態時，認為電池所含電量不足，此時不允許電池放電，正常情況下也不允許風力發電系統向電網并網發電，而是將所有收集到的風能全力向電池充電，以提升電池的SOC狀態；實際工作時該狀態又分為三個子模態，即系統不并網定占空比BOOST充電狀態即子模態1、系統不并網控母線電壓BOOST充電狀態即子模態2以及系統并網控母線電壓BUCK充電狀態即子模態3；

2.2)在電池待充狀態下，執行電池待充狀態操作：當電池處于該工作模態時，認為電池仍然處于需要充電的狀態，此時不允許電池放電，但當風力發電機發出的電能達到一定程度時，允許系統向電網正常并網發電；該模態又分為4種子工作模態，即不并網定占空比BOOST充電狀態即子模態1、不并網恒電壓BOOST充電狀態即子模態2、不并網恒電壓BUCK充電狀態即子模態3、并網控母線電壓BUCK充電狀態即子模態4；

2.3)在電池待放狀態下，執行電池待放狀態操作：當電池處于該工作模態時，認為電池處于需要放電狀態，此時電池正常工作時向母線放電，僅當風力發電機發出的電能超過了逆變器的額定功率時，允許系統向電池充電；該模態又分為2種子工作模態，即并網控母線電壓BOOST放電狀態即子模態1、并網控母線電壓BUCK充電狀態即子模態2；

2.4)在電池滿充狀態下，執行電池滿充狀態操作：當電池處于該工作模態時，認為電池處于電量充滿狀態，此時電池不允許繼續充電，僅允許向母線放電；該模態又分為2種子工作模態，即并網控母線電壓BOOST放電狀態即子模態1、并網卸荷電池脫離運行狀態即子模態2；

其特征在于：在步驟2.1)中，所述的電池少電狀態操作包括下列步驟：

步驟2.1.1)首先判斷電池的充電電流I_充是否大于預設的電池最大充電電流I_SET，若判斷結果為“是”，則下一步執行步驟2.1.5)，否則執行步驟2.1.2)；

步驟2.1.2)根據母線電壓V_bus與母線電壓設定值的大小關系來確定調用哪一個子模態，若母線電壓V_bus小于母線電壓設定值，下一步執行步驟2.1.3)，若母線電壓V_bus大于母線電壓設定值，則下一步執行步驟2.1.4)；

步驟2.1.3)此時說明風輪機發出的電能有限，通過雙向儲能變換器(3)不足以將母線電壓V_bus穩定在一個相對固定的電壓值，因此在此模態中，雙向儲能變換器(2)應當工作在系統不并網定占空比BOOST充電狀態即子模態1，BOOST開關管以定占空比的方式向電池傳輸電能，電池將風輪機收集到的微弱風能儲存起來；

步驟2.1.4)此時風輪機捕獲的風能已經達到一定數量，且不超過電池允許的最大充電電流I_SET，通過調整雙向儲能變換器(2)的控制信號將母線電壓V_bus穩定在母線電壓設定值，雙向儲能變換器(2)工作在系統不并網控母線電壓BOOST充電狀態即子模態2，風力發電機產生的電能全部傳輸至電池中；

步驟2.1.5)此時風力發電機產生的電能過剩，以致超過了電池充電的最大允許值，系統應當引導多余的能量流向電網，此時雙向儲能變換器(2)工作在系統并網控母線電壓BUCK充電狀態即子模態3，母線電壓V_bus由雙向儲能變換器(2)穩定在400V，后級并網逆變器(3)在檢測前級直流輸出和后級電網電壓頻率達到并網要求之后開始向電網并網發電；風力發電機發出的電能一方面由雙向儲能變換器(2)存儲至電池之中，一方面由并網逆變器(3)傳輸至電網。