[發明專利]風力發電系統及其適用的控制方法

有效

• 申請號: 201611035867.6
• 申請日: 2016-11-23
• 公開（公告）號: CN108092577B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 董明軒;王長永;邱愛斌;呂飛
• 申請（專利權）人: 臺達電子工業股份有限公司
• 主分類號: H02P9/04
• 分類號: H02P9/04;H02J3/32;H02P101/15
• 代理公司: 隆天知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 李昕巍;章侃銥

本案關于一種風力發電系統及其適用的控制方法，該風力發電系統包含：風力發電機，包含轉子繞組以及定子繞組；主斷路器，電耦接于定子繞組以及電網之間；雙模切換模塊，電耦接于定子繞組，使風力發電系統于風速小一預設風速時執行全功率發電模式，于風速大于或等于預設風速時執行雙饋發電模式；變換電路，電耦接于轉子繞組與主斷路器之間；以及儲能模塊，設置于主斷路器及風力發電機之間，通過進行充電或放電之運作，以抑制不利于電網及風力發電系統的事件。

技術領域

本案涉及一種風力發電系統，特別涉及一種可于全功率發電模式和雙饋發電模式進行切換，且通過儲能模塊的充電/放電的運作來抑制不利于電網及風力發電系統的事件的風力發電系統及其適用的控制方法。

背景技術

眾所周知，目前的兆瓦級風力發電系統中主要包括兩種風力發電機組，即，全功率風力發電機組和雙饋風力發電機組。換言之，當前的一種風力發電機組采用雙饋發電模式，而另一種風力發電機組采用全功率發電模式。一般來說，全功率風力發電機組主要由全功率變換器和全功率發電機(如，永磁同步發電機、電勵磁發電機、感應發電機)組成，其發電運行范圍寬，切入風速低，發電效率高，對電網的適應性好，然而，全功率變換器需要處理的功率較大，進而對開關器件的應力要求高，高應力的開關器件對工藝是一個挑戰，提高開關器件的工藝，會造成價格的提升，因而全功率風力發電機和全功率變換器的價格較昂貴。雙饋風力發電機組主要由雙饋感應發電機和雙饋變換器組成，其相對于全功率風力發電機組價格便宜，但在低風速下的發電效率較低。此外，雙饋風力發電機組采用的雙饋發電機本身在低轉速下的損耗較大，并且變流器中電子器件耐壓受發電機轉速范圍限制，使得發電運行范圍窄。

更甚者，目前的風力發電系統的控制策略乃是采用最大功率跟蹤控制(Maximumpower point tracking；MPPT)，使風力發電機可以最大發電功率輸出電能，然而此種控制策略卻對電網頻率的變化沒有響應，又隨著風電滲透率越來越大，導致電網系統的慣性越來越小，電網頻率的波動將更為明顯。因此為了改善此問題，目前的風力發電系統便利用風力發電機來參與一次調頻及慣量調頻，亦即通過吸收和釋放風力發電機之轉子的動能，來發出或吸收一部分有功功率，從而實現調頻，以達到提高電網穩定性的目的。然而利用風力發電機來進行調頻卻存在兩個缺點，其中之一缺點為由于需要預留風力發電機10％～15％的放電能力來進行調頻，故改變了最大功率跟蹤曲線，且犧牲了風力發電機的發電量，另一缺點則為在調頻時，低頻功率的波動與抑制傳動鏈的低頻振蕩會相耦合，進而加劇振蕩，如此一來，電能質量下降，嚴重時可能出現風力發電機組損壞。現有做法中也有基于獨立的儲能裝置或傳統電廠對電網頻率進行調節，這些做法的普遍缺點是成本高，投資大。

有鑒于此，如何發展一種可改善上述現有技術不足的風力發電系統及其適用控制方法，實為相關技術領域目前所需要解決的問題。

發明內容

本案的目的在于提供一種風力發電系統及其適用的控制方法，以解決傳統風力發電系統具有成本高及效率低的缺點，以及解決傳統風力發電系統因利用風力發電機的電能來進行調頻，而具有損耗風力發電機的發電量及電能質量不佳而使風力發電機組容易損壞等缺點。

為達上述目的，本案之一較佳實施方式為提供一種風力發電系統，包含:風力發電機組，包含轉子繞組以及定子繞組；主斷路器，電耦接于定子繞組以及電網之間；雙模切換模塊，電耦接于定子繞組，使風力發電系統在風速小于預設風速時執行全功率發電模式，在風速大于或等于預設風速時執行雙饋發電模式；變換電路，電耦接于轉子繞組與該主斷路器之間；以及儲能模塊，設置于主斷路器及風力發電機之間，通過進行充電或放電的運作，以抑制不利于電網及該風力發電系統的事件。