一種基于超級(jí)電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)集中儲(chǔ)能裝置制造方法
【專利摘要】一種基于超級(jí)電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)集中儲(chǔ)能裝置，屬于風(fēng)電場(chǎng)中的儲(chǔ)能領(lǐng)域。解決了目前并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)所采用的分散式的儲(chǔ)能裝置運(yùn)行維護(hù)量大的問(wèn)題。它包括電抗器組、電壓源型變流器、1號(hào)電容C、1號(hào)功率開(kāi)關(guān)、2號(hào)功率開(kāi)關(guān)、電感、1號(hào)二極管、2號(hào)二極管和電容器組，電抗器組的三相輸入端通過(guò)變壓器與并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)輸出母線連接，電抗器組的三相輸出端與電壓源型變流器的交流側(cè)連接，電壓源型變流器的直流側(cè)與1號(hào)電容C并聯(lián)，1號(hào)二極管和2號(hào)二極管串聯(lián)后與1號(hào)功率開(kāi)關(guān)和2號(hào)功率開(kāi)關(guān)的串聯(lián)電路并聯(lián)，電容器組通過(guò)電感與1號(hào)功率開(kāi)關(guān)和2號(hào)功率開(kāi)關(guān)的相交點(diǎn)連接。本實(shí)用新型主要對(duì)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行集中儲(chǔ)能。
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于風(fēng)電場(chǎng)中的儲(chǔ)能領(lǐng)域。 -種基于超級(jí)電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)集中儲(chǔ)能裝置

【背景技術(shù)】
[0002] 目前國(guó)內(nèi)外研究和使用的配套安裝在風(fēng)電場(chǎng)的超級(jí)電容器儲(chǔ)能裝置都是采用分 散儲(chǔ)能的方式，即在每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組出口的箱變低壓側(cè)加裝超級(jí)電容器儲(chǔ)存風(fēng)電場(chǎng)輸出過(guò)剩 的電能。這種分散的儲(chǔ)能裝置需要分別為每臺(tái)超級(jí)電容器儲(chǔ)能裝置配置整流和直流變換裝 置，配置費(fèi)用較高。安裝分散儲(chǔ)能裝置的風(fēng)電場(chǎng)在單臺(tái)風(fēng)電機(jī)的停運(yùn)或檢修時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)需 要退出運(yùn)行，造成了不必要的繁瑣和麻煩。另外，這種分散儲(chǔ)能方式需要分別統(tǒng)計(jì)每臺(tái)儲(chǔ)能 系統(tǒng)的運(yùn)行情況，需要風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維人員進(jìn)行大量的分散的運(yùn)行維護(hù)工作，導(dǎo)致了風(fēng)電場(chǎng)運(yùn) 行維護(hù)量增大，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用的增加。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0003] 本實(shí)用新型是為了解決目前并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)所采用的分散式的儲(chǔ)能裝置運(yùn)行維護(hù)量 大的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種基于超級(jí)電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)集中儲(chǔ)能裝置。
[0004] 一種基于超級(jí)電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)集中儲(chǔ)能裝置，它包括電抗器組、電壓源型變 流器、1號(hào)電容C、1號(hào)功率開(kāi)關(guān)、2號(hào)功率開(kāi)關(guān)、電感、1號(hào)二極管、2號(hào)二極管和電容器組，
[0005] 所述的電壓源型變流器包括6個(gè)功率開(kāi)關(guān)，該6個(gè)功率開(kāi)關(guān)分別為3號(hào)功率開(kāi)關(guān)、 4號(hào)功率開(kāi)關(guān)、5號(hào)功率開(kāi)關(guān)、6號(hào)功率開(kāi)關(guān)、7號(hào)功率開(kāi)關(guān)和8號(hào)功率開(kāi)關(guān)，
[0006] 電抗器組的三相輸入端通過(guò)變壓器與并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)輸出母線連接，電抗器組的三相 輸出端分別與3號(hào)功率開(kāi)關(guān)功率信號(hào)輸出端、4號(hào)功率開(kāi)關(guān)功率信號(hào)輸出端和5號(hào)功率開(kāi)關(guān) 功率信號(hào)輸出端連接，
[0007] 3號(hào)功率開(kāi)關(guān)功率信號(hào)輸入端同時(shí)與4號(hào)功率開(kāi)關(guān)功率信號(hào)輸入端、5號(hào)功率開(kāi)關(guān) 功率信號(hào)輸入端、1號(hào)電容C的一端、1號(hào)功率開(kāi)關(guān)的功率信號(hào)輸入端和1號(hào)二極管的陰極 連接，
[0008] 6號(hào)功率開(kāi)關(guān)的功率信號(hào)輸出端同時(shí)與7號(hào)功率開(kāi)關(guān)的功率信號(hào)輸出端、8號(hào)功率 開(kāi)關(guān)的功率信號(hào)輸出端、1號(hào)電容C的另一端、2號(hào)功率開(kāi)關(guān)的功率信號(hào)輸出端、2號(hào)二極管 的陽(yáng)極和電容器組的一端連接，
[0009] 3號(hào)功率開(kāi)關(guān)功率信號(hào)輸出端與6號(hào)功率開(kāi)關(guān)的功率信號(hào)輸入端連接，
[0010] 4號(hào)功率開(kāi)關(guān)功率信號(hào)輸出端與7號(hào)功率開(kāi)關(guān)的功率信號(hào)輸入端連接，
[0011] 5號(hào)功率開(kāi)關(guān)功率信號(hào)輸出端與8號(hào)功率開(kāi)關(guān)的功率信號(hào)輸入端連接，
[0012] 1號(hào)功率開(kāi)關(guān)的功率信號(hào)輸出端同時(shí)與2號(hào)功率開(kāi)關(guān)的功率信號(hào)輸入端和電感的 一端連接，電感的另一端與電容器組的另一端連接。
[0013] 所述的電容器組由多個(gè)子電容器組并聯(lián)組成，且每個(gè)子電容器組由多個(gè)電容器串 聯(lián)組成。
[0014] 所述的1號(hào)功率開(kāi)關(guān)和2號(hào)功率開(kāi)關(guān)均為絕緣柵雙極型晶體管。
[0015] 所述的3號(hào)功率開(kāi)關(guān)、4號(hào)功率開(kāi)關(guān)、5號(hào)功率開(kāi)關(guān)、6號(hào)功率開(kāi)關(guān)、7號(hào)功率開(kāi)關(guān)和 8號(hào)功率開(kāi)關(guān)均為絕緣柵雙極型晶體管。
[0016] 1號(hào)電容C為電壓源型變流器提供電壓支撐并緩沖各個(gè)橋臂關(guān)斷時(shí)的沖擊電流， 減小直流側(cè)諧波。
[0017] 電容器組在充放電過(guò)程中其端電壓發(fā)生變化，加入1號(hào)功率開(kāi)關(guān)和2號(hào)功率開(kāi)關(guān) 解決電容器組端電壓波動(dòng)問(wèn)題，為直流母線提供平穩(wěn)電壓，從而使得電壓源型變流器工作 在持續(xù)穩(wěn)定狀態(tài)。從圖1中可以看到，電壓源型變流器做為本實(shí)用新型的整流裝置由6個(gè) 絕緣柵雙極型晶體管（IGBT)構(gòu)成，當(dāng)電容器組充電時(shí)，通過(guò)1號(hào)功率開(kāi)關(guān)構(gòu)成的降壓斬波 電路完成。當(dāng)需要釋放電容器組中儲(chǔ)存的電能為直流設(shè)備供電時(shí)，通過(guò)2號(hào)功率開(kāi)關(guān)構(gòu)成 的升壓斬波電路將電容器組端電壓升至需要的直流電壓，并保持在規(guī)定的電壓值附近。1號(hào) 二極管和2號(hào)二極管用來(lái)保護(hù)電容器組，防止電容器組反向充電。
[0018] 風(fēng)電場(chǎng)的功率流動(dòng)可由下面公式表示：乂 1: - ^ 5，
[Qe = Q w -q<,
[0019] 式中匕和QE為本實(shí)用新型所述的一種基于超級(jí)電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)集中儲(chǔ)能裝 置吸收的有功和無(wú)功功率，P w和Qw為風(fēng)電場(chǎng)輸出的有功和無(wú)功功率，Pe和Qe為注入電網(wǎng)的 有功和無(wú)功功率。
[0020] 本實(shí)用新型帶來(lái)的有益效果是，采用本實(shí)用新型所述的一種基于超級(jí)電容器的并 網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)集中儲(chǔ)能裝置在并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)輸出母線上集中儲(chǔ)能，解決傳統(tǒng)分散儲(chǔ)能的不足，通 過(guò)集中儲(chǔ)能可以實(shí)現(xiàn)整體風(fēng)電場(chǎng)輸出過(guò)剩電能的儲(chǔ)存，在配置上只需要配置一臺(tái)整流和直 流變換裝置，減少了大量的設(shè)備配置費(fèi)用。在運(yùn)行維護(hù)上只需要對(duì)一臺(tái)集中儲(chǔ)能裝置進(jìn)行 維護(hù)工作，大量減少的運(yùn)行維護(hù)量，降低了運(yùn)行維護(hù)成本。另外本實(shí)用新型所述的一種基于 超級(jí)電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)集中儲(chǔ)能裝置儲(chǔ)存的電能也可以為風(fēng)電場(chǎng)中的直流設(shè)備供電。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1為本實(shí)用新型所述的一種基于超級(jí)電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)集中儲(chǔ)能裝置的原 理示意圖；
[0022] 如圖2為裝設(shè)本實(shí)用新型所述的一種基于超級(jí)電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)集中儲(chǔ)能裝 置的風(fēng)電場(chǎng)結(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】

【具體實(shí)施方式】 [0023] 一：參見(jiàn)圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的一種基于超級(jí)電 容器的并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)集中儲(chǔ)能裝置，它包括電抗器組L、電壓源型變流器1、1號(hào)電容C、1號(hào)功 率開(kāi)關(guān)Sp2號(hào)功率開(kāi)關(guān)S 2、電感Ll、l號(hào)二極管VDp2號(hào)二極管VD2和電容器組2，
[0024] 所述的電壓源型變流器1包括6個(gè)功率開(kāi)關(guān)，該6個(gè)功率開(kāi)關(guān)分別為3號(hào)功率開(kāi) 關(guān)S3、4號(hào)功率開(kāi)關(guān)S 4、5號(hào)功率開(kāi)關(guān)S5、6號(hào)功率開(kāi)關(guān)S6、7號(hào)功率開(kāi)關(guān)S7和8號(hào)功率開(kāi)關(guān) S8，
[0025] 電抗器組L的三相輸入端通過(guò)變壓器與并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)輸出母線連接，電抗器組L的 三相輸出端分別與3號(hào)功率開(kāi)關(guān)S 3功率信號(hào)輸出端、4號(hào)功率開(kāi)關(guān)S4功率信號(hào)輸出端和5 號(hào)功率開(kāi)關(guān)S5功率信號(hào)輸出端連接，
[0026] 3號(hào)功率開(kāi)關(guān)S3功率信號(hào)輸入端同時(shí)與4號(hào)功率開(kāi)關(guān)S4功率信號(hào)輸入端、5號(hào)功 率開(kāi)關(guān)S 5功率信號(hào)輸入端、1號(hào)電容C的一端、1號(hào)功率開(kāi)關(guān)Si的功率信號(hào)輸入端和1號(hào)二 極管VDi的陰極連接，
[0027] 6號(hào)功率開(kāi)關(guān)S6的功率信號(hào)輸出端同時(shí)與7號(hào)功率開(kāi)關(guān)S7的功率信號(hào)輸出端、8號(hào) 功率開(kāi)關(guān)S 8的功率信號(hào)輸出端、1號(hào)電容C的另一端、2號(hào)功率開(kāi)關(guān)S2的功率信號(hào)輸出端、 2號(hào)二極管VD 2的陽(yáng)極和電容器組2的一端連接，
[0028] 3號(hào)功率開(kāi)關(guān)S3功率信號(hào)輸出端與6號(hào)功率開(kāi)關(guān)S6的功率信號(hào)輸入端連接，
[0029] 4號(hào)功率開(kāi)關(guān)S4功率信號(hào)輸出端與7號(hào)功率開(kāi)關(guān)S7的功率信號(hào)輸入端連接，
[0030] 5號(hào)功率開(kāi)關(guān)S5功率信號(hào)輸出端與8號(hào)功率開(kāi)關(guān)S8的功率信號(hào)輸入端連接，
[0031] 1號(hào)功率開(kāi)關(guān)Si的功率信號(hào)輸出端同時(shí)與2號(hào)功率開(kāi)關(guān)S2的功率信號(hào)輸入端和 電感L1的一端連接，電感L1的另一端與電容器組2的另一端連接。

【具體實(shí)施方式】 [0032] 二：參見(jiàn)圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與一所述 的一種基于超級(jí)電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)集中儲(chǔ)能裝置的區(qū)別在于，所述的電容器組2由多個(gè) 子電容器組并聯(lián)組成，且每個(gè)子電容器組由多個(gè)電容器串聯(lián)組成。
[0033] 以某實(shí)際一期含12臺(tái)雙饋風(fēng)電機(jī)組DFIG的風(fēng)電場(chǎng)為例，其單機(jī)容量為2. 5MW，機(jī) 端電壓為〇. 69kV，將本實(shí)用新型所述的一種基于超級(jí)電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)集中儲(chǔ)能裝置通 過(guò)變壓器安裝在并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)公共連接點(diǎn)PCC處，如圖2為裝設(shè)本實(shí)用新型所述的一種基于 超級(jí)電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)集中儲(chǔ)能裝置的超級(jí)電容器儲(chǔ)能裝置的風(fēng)電場(chǎng)結(jié)構(gòu)圖。該風(fēng)電的 總裝機(jī)容量為30MW，通過(guò)計(jì)算選擇電容器單體容量為3000F，額定電壓2. 7V，串聯(lián)等效電阻 為0. 045m Ω，將4500個(gè)電容器單體配置成以150個(gè)電容器單體串聯(lián)成為一串，共30串并聯(lián) 形成電容器組，最大可儲(chǔ)存2麗的風(fēng)電場(chǎng)過(guò)剩電能，同時(shí)可以為風(fēng)電場(chǎng)中的直流設(shè)備提供 直流電源。
[0034]

【具體實(shí)施方式】三：參見(jiàn)圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二 所述的一種基于超級(jí)電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)集中儲(chǔ)能裝置的區(qū)別在于，所述的1號(hào)功率開(kāi)關(guān) Si和2號(hào)功率開(kāi)關(guān)S2均為絕緣柵雙極型晶體管。

【具體實(shí)施方式】 [0035] 四：參見(jiàn)圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與一或二 所述的一種基于超級(jí)電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)集中儲(chǔ)能裝置的區(qū)別在于，所述的3號(hào)功率開(kāi)關(guān) S3、4號(hào)功率開(kāi)關(guān)S4、5號(hào)功率開(kāi)關(guān)S5、6號(hào)功率開(kāi)關(guān)S6、7號(hào)功率開(kāi)關(guān)S 7和8號(hào)功率開(kāi)關(guān)S8 均為絕緣柵雙極型晶體管。
[0036] 采用本實(shí)用新型所述的一種基于超級(jí)電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)集中儲(chǔ)能裝置吸收風(fēng) 電場(chǎng)過(guò)剩的電能，采用集中配置儲(chǔ)能系統(tǒng)方式，不需要改變并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)的原有配置方式，僅 需要在并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)輸出母線上或風(fēng)電場(chǎng)群的入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)處加裝本實(shí)用新型所述的一種基于 超級(jí)電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)集中儲(chǔ)能裝置，該儲(chǔ)能裝置的維護(hù)和管理方便，整體的可靠性較 高。這種配置方式解決了以往因分散配置而導(dǎo)致的單臺(tái)風(fēng)電機(jī)的停運(yùn)或檢修時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)需 要退出運(yùn)行的繁瑣和效率低的問(wèn)題，同時(shí)減少了設(shè)備配置成本和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于超級(jí)電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)集中儲(chǔ)能裝置，其特征在于，它包括電抗器組 (L)、電壓源型變流器（1)、1號(hào)電容C、1號(hào)功率開(kāi)關(guān)（SJ、2號(hào)功率開(kāi)關(guān)（S 2)、電感（Ll)、l號(hào) 二極管（VDi)、2號(hào)二極管（VD2)和電容器組（2)， 所述的電壓源型變流器（1)包括6個(gè)功率開(kāi)關(guān)，該6個(gè)功率開(kāi)關(guān)分別為3號(hào)功率開(kāi)關(guān) (S3)、4號(hào)功率開(kāi)關(guān)（S4)、5號(hào)功率開(kāi)關(guān)（S5)、6號(hào)功率開(kāi)關(guān)（S 6)、7號(hào)功率開(kāi)關(guān)（S7)和8號(hào)功 率開(kāi)關(guān)（S8)， 電抗器組（L)的三相輸入端通過(guò)變壓器與并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)輸出母線連接，電抗器組（L)的 三相輸出端分別與3號(hào)功率開(kāi)關(guān)（S3)功率信號(hào)輸出端、4號(hào)功率開(kāi)關(guān)（S4)功率信號(hào)輸出端 和5號(hào)功率開(kāi)關(guān)（S 5)功率信號(hào)輸出端連接， 3號(hào)功率開(kāi)關(guān)（S3)功率信號(hào)輸入端同時(shí)與4號(hào)功率開(kāi)關(guān)（S4)功率信號(hào)輸入端、5號(hào)功 率開(kāi)關(guān)（S5)功率信號(hào)輸入端、1號(hào)電容C的一端、1號(hào)功率開(kāi)關(guān)（SJ的功率信號(hào)輸入端和1 號(hào)二極管（VDD的陰極連接， 6號(hào)功率開(kāi)關(guān)（S6)的功率信號(hào)輸出端同時(shí)與7號(hào)功率開(kāi)關(guān)（S7)的功率信號(hào)輸出端、8 號(hào)功率開(kāi)關(guān)（S8)的功率信號(hào)輸出端、1號(hào)電容C的另一端、2號(hào)功率開(kāi)關(guān)（S2)的功率信號(hào)輸 出端、2號(hào)二極管（VD 2)的陽(yáng)極和電容器組（2)的一端連接， 3號(hào)功率開(kāi)關(guān)（S3)功率信號(hào)輸出端與6號(hào)功率開(kāi)關(guān)（S6)的功率信號(hào)輸入端連接， 4號(hào)功率開(kāi)關(guān)（S4)功率信號(hào)輸出端與7號(hào)功率開(kāi)關(guān)（S7)的功率信號(hào)輸入端連接， 5號(hào)功率開(kāi)關(guān)（S5)功率信號(hào)輸出端與8號(hào)功率開(kāi)關(guān)（S8)的功率信號(hào)輸入端連接， 1號(hào)功率開(kāi)關(guān)（S^的功率信號(hào)輸出端同時(shí)與2號(hào)功率開(kāi)關(guān)（S2)的功率信號(hào)輸入端和 電感（L1)的一端連接，電感（L1)的另一端與電容器組（2)的另一端連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超級(jí)電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)集中儲(chǔ)能裝置，其特征在 于，所述的電容器組（2)由多個(gè)子電容器組并聯(lián)組成，且每個(gè)子電容器組由多個(gè)電容器串 聯(lián)組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于超級(jí)電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)集中儲(chǔ)能裝置，其特 征在于，所述的1號(hào)功率開(kāi)關(guān)（SD和2號(hào)功率開(kāi)關(guān)（S 2)均為絕緣柵雙極型晶體管。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于超級(jí)電容器的并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)集中儲(chǔ)能裝置，其 特征在于，所述的3號(hào)功率開(kāi)關(guān)（S3)、4號(hào)功率開(kāi)關(guān)（S 4)、5號(hào)功率開(kāi)關(guān)（S5)、6號(hào)功率開(kāi)關(guān) (S6)、7號(hào)功率開(kāi)關(guān)（S 7)和8號(hào)功率開(kāi)關(guān)（S8)均為絕緣柵雙極型晶體管。
【文檔編號(hào)】H02J3/28GK203850848SQ201420287295
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】劉金龍 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)黑龍江省電力有限公司哈爾濱供電公司