[發明專利]基于風儲變流器的抗臺后備電源設備及其控制方法

在審

• 申請號: 202211433468.0
• 申請日: 2022-11-16
• 公開（公告）號: CN116054234A
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 柯余東;王世均;張朝遠;杜煒;楊靜;蔣岸村;許云雨;胡豪;劉增里
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團海裝風電股份有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/46;H02J3/28;H02J9/06;H02M3/155;H02M1/088
• 代理公司: 重慶棱鏡智慧知識產權代理事務所(普通合伙) 50222
• 代理人: 李興寰

本發明提供一種基于風儲變流器的抗臺后備電源設備及其控制方法，設備包括機艙系統、塔基主控系統、變壓器、網側變流器、機側變流器、變流控制系統、DC/DC變換器、超級電容、IGBT模塊、儲能電感以及電池；控制方法包括：若電網供電正常風儲變流器根據需求開啟慣量響應與一次調頻功能；若電網斷電由塔基主控系統UPS供控制電，塔基主控系統控制環網柜內的斷路器分閘，建立離網環境；變流器控制系統控制DC/DC變換器與網側變流器進入離網輸出模式，對機艙主控系統與偏航系統供電，機艙主控根據風速風向控制偏航系統工作；利用風儲變流器架構，優化儲能系統組合類型，實現風儲變流器與抗臺后備電源、功率型需求與能量型需求的兼容設計，大幅降低機組開發成本。

技術領域

本發明涉及風力發電技術領域，具體涉及一種基于風儲變流器的抗臺后備電源設備及其控制方法。

背景技術

隨著海上風電機組(以下簡稱“機組”)功率等級與風輪直徑的不斷提升，在臺風工況下的極限載荷越來越大，成本也呈現逐漸攀升的趨勢。為降低極限風速下的載荷，機組多采用后備電源進行抗臺。后備電源通常采用柴油發電機、儲能電池等系統，接入機組400V輔助供電系統，系統拓撲圖如圖1所示。當電網供電正常時，機組正常發電，F1處于合閘狀態，后備電源處于待機或者充電狀態；當電網斷電時，機組停機，主控系統控制F1分閘，后備電源進入離網供電模式，為機組控制系統提供長時間待機與偏航供電。臺風期遇電網故障時，機組可持續對風，確保承受載荷在設計范圍內。

臺風期電網斷電時，臺風周期與電網恢復時間較長，后備電源長時間給控制系統提供供電，只是短時間內給偏航系統供電，故后備電源體現為響應速度慢，功率小，能量大，屬于能量型儲能設備，再加上長時間負載約1％-2％，系統效率較低，成本進一步上升。

當電網初期未上電或者長時間故障，風電場遇到連續臺風時需要在一次臺風過境后出海為后備電源充電。通常單臺機組充電時間長達數小時，機組數量多達數十臺，再加上船舶數量有限，臺風間隔時間與出海作業時間較短，導致后備電源在面臨第二次臺風時可能存在電量不足的問題，機組安全存在隱患。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的問題是提供一種基于風儲變流器的抗臺后備電源設備及其控制方法，該設備通過充分利用風儲變流器的DC/DC變換器與儲能設備，在具備慣量響應與一次調頻功能的前提下兼容抗臺降載設計，實現機組降本，在純超級電容方案下提高儲能設備能量，同時結合機組黑啟動功能，為儲能設備充電，解決連續臺風工況或者吊裝階段需為后備電源充電的難題。

本發明通過以下技術手段解決上述技術問題：本發明提供一種基于風儲變流器的抗臺后備電源設備，包括機艙系統和塔基系統，所述機艙系統與塔基系統之間通過電源電纜和通訊電纜連接，所述塔基系統包括風儲變流器、塔基主控系統、變壓器以及環網柜，所述風儲變流器與變壓器以及塔基主控系統通過電源電纜連接，變壓器通過環網柜后與電網連接，所述風儲變流器包括網側變流器、機側變流器、變流控制系統、儲能設備以及DC/DC變換器，所述網側變流器與機側變流器通過直流母線電容連接，所述DC/DC變換器與直流母線電容通過電源電纜連接，所述儲能設備與DC/DC變換器通過電源電纜連接。

進一步，所述儲能設備包括超級電容、IGBT模塊、儲能電感以及電池，所述超級電容與兩個IGBT模塊串聯，所述電池與儲能電感串聯后與其中一個IGBT模塊并聯。

進一步，還包括輔助變壓器，所述輔助變壓器通過電源電纜連接在變壓器與網側變流器之間。

進一步，所述塔基主控系統包括塔基主控控制系統以及F1開關，所述塔基控制系統與輔助變壓器通過電源電纜連接，所述F1開關設置在輔助變壓器與塔基主控控制系統之間的電源電纜上，所述塔基主控控制系統分別與環網柜、變流器以及機艙系統通過通訊電纜信號連接，所述機艙系統包括偏航系統、機艙主控系統、發電機以及傳動鏈。

本發明還提供一種基于風儲變流器的抗臺后備電源設備的控制方法，包括如下步驟：

獲取風機信息，判斷電網供電情況；