一種基于混合儲(chǔ)能的風(fēng)電功率調(diào)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于混合儲(chǔ)能的風(fēng)電功率調(diào)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，將不同的儲(chǔ)能方式進(jìn)行組合，可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能特性互補(bǔ)，應(yīng)用于風(fēng)電波動(dòng)功率調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電功率平抑。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由風(fēng)電模擬系統(tǒng)、風(fēng)電輸出系統(tǒng)和風(fēng)電功率調(diào)控系統(tǒng)構(gòu)成，給出系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)方法。系統(tǒng)由蓄電池和超級(jí)電容器組成混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，提升儲(chǔ)能系統(tǒng)整體性能，參與風(fēng)電波動(dòng)功率的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。設(shè)計(jì)了DC/DC變換器主電路圖、驅(qū)動(dòng)電路圖、電壓采樣電路、電流采樣電路和中斷控制程序。借助該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以進(jìn)行儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)電系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)中的實(shí)驗(yàn)研究、風(fēng)電功率平抑策略研究、儲(chǔ)能控制技術(shù)研究，能夠?yàn)橄嚓P(guān)理論付諸于工程實(shí)踐打下良好的基礎(chǔ)。
【專利說明】
一種基于混合儲(chǔ)能的風(fēng)電功率調(diào)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及風(fēng)電功率調(diào)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要應(yīng)用于風(fēng)電特性和功率控制技術(shù)研究。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力發(fā)電已成為解決能源危機(jī)，促進(jìn)新能源可持續(xù)發(fā)展的重要新能源發(fā)電方式之一。然而，風(fēng)能的間歇性、隨機(jī)性會(huì)導(dǎo)致風(fēng)電場輸出功率的波動(dòng)，進(jìn)而引起電網(wǎng)波動(dòng)。通常采用儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行波動(dòng)功率調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電功率平抑。將不同的儲(chǔ)能方式進(jìn)行組合，可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能特性互補(bǔ)，提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的整體性能，同時(shí)降低儲(chǔ)能系統(tǒng)的投資運(yùn)行成本。有鑒于此，本專利提出一種基于混合儲(chǔ)能的風(fēng)電功率調(diào)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由風(fēng)電模擬系統(tǒng)、風(fēng)電輸出系統(tǒng)和風(fēng)電功率調(diào)控系統(tǒng)構(gòu)成。給出系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)方法，通過系統(tǒng)應(yīng)用，可以進(jìn)行儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)電系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)中的實(shí)驗(yàn)研究，為理論付諸于工程實(shí)踐打下良好的基礎(chǔ)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種基于混合儲(chǔ)能的風(fēng)電功率調(diào)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所不，主要由風(fēng)電1?擬系統(tǒng)、風(fēng)電輸出系統(tǒng)和風(fēng)電功率調(diào)控系統(tǒng)構(gòu)成。風(fēng)電1?擬系統(tǒng)主要用于產(chǎn)生風(fēng)電功率，模擬實(shí)際的風(fēng)力系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，風(fēng)力原動(dòng)機(jī)用直流電動(dòng)機(jī)模擬，選用西瑪ZSL4系列直流電機(jī)，額定功率為5.5KW，額定轉(zhuǎn)速1000r/min，勵(lì)磁電壓180V，勵(lì)磁電流1.23A，通過直流調(diào)速器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和模擬風(fēng)力調(diào)節(jié)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用YZR系列起重繞線電機(jī)，額定功率為5.5KW，定子額定電壓380V，額定電流為15A，轉(zhuǎn)子額定電壓138V，額定電流25.7A，繞線式異步電機(jī)的定子輸出經(jīng)背靠背變流器，通過1:4升壓變壓器后，接380V交流電網(wǎng)。
[0004]風(fēng)電輸出系統(tǒng)通過背靠背變流器網(wǎng)側(cè)實(shí)現(xiàn)風(fēng)電功率并網(wǎng)輸出，其中并網(wǎng)逆變器采用三相電壓型橋式逆變主電路，根據(jù)功率交互需求，工作于整流和逆變狀態(tài)，對(duì)其實(shí)施一定的控制策略，維持直流母線電壓穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)輸出。風(fēng)電功率調(diào)控系統(tǒng)主要用于對(duì)風(fēng)電功率進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，該系統(tǒng)主要由混合儲(chǔ)能單元(蓄電池儲(chǔ)能、超級(jí)電容器儲(chǔ)能構(gòu)成)、兩級(jí)DC/DC變換器構(gòu)成。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，蓄電池采用36V/100AH蓄電池，超級(jí)電容器選擇70V/24F，DC/DC變換器采用升降壓雙向DC/DC變換器結(jié)構(gòu)。
[0005]在本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，風(fēng)電功率調(diào)控系統(tǒng)是設(shè)計(jì)關(guān)鍵，系統(tǒng)中，DC/DC變換器采用高速M(fèi)OSFET模塊IRFP240B作為主開關(guān)原件，該模塊參數(shù):VDSS = 200V，ID = 20A，VGS=10V。設(shè)計(jì)的變換器主電路如圖2所示，為了使開關(guān)管可靠通斷，采用光耦TLP250設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路，如圖3所不O
[0006]為了實(shí)現(xiàn)功率調(diào)控，需要采集系統(tǒng)中的交、直流電壓、電流信號(hào)，電壓采樣電路采用南京托肯公司YBV10/20X霍爾電壓傳感器，設(shè)計(jì)的采樣電路如圖4所示，有運(yùn)放構(gòu)成電壓跟隨器，主要用于提高采樣精度，同時(shí)進(jìn)行信號(hào)調(diào)理和阻抗匹配。在功率調(diào)控系統(tǒng)中，電壓采樣電路主要完成蓄電池組端電壓、超級(jí)電容器組端電壓、風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)側(cè)交流電壓值的采樣。電流采樣電路采用ACS712-20A傳感器實(shí)現(xiàn)，具體電路如圖5所示，傳感器后接兩級(jí)運(yùn)放調(diào)理電路，所得輸出可以接入處理器的A/D轉(zhuǎn)換單元，系統(tǒng)主要采樣的電流信號(hào)為雙向變換器A和雙向DC/DC變換器B的電感電流，風(fēng)電機(jī)組網(wǎng)側(cè)變流器輸出的三相電流。
[0007]風(fēng)電功率調(diào)控系統(tǒng)采用DSP2812作為主控芯片，其控制算法主要由中斷子程序?qū)崿F(xiàn)，其流程圖如圖6所示，根據(jù)采樣信號(hào)結(jié)果，計(jì)算出風(fēng)電輸出實(shí)時(shí)功率，指令功率和超級(jí)電容器端電壓，根據(jù)能量層和系統(tǒng)層雙層控制策略，實(shí)現(xiàn)DC/DC變換器開關(guān)管控制，達(dá)到調(diào)控功率的目的，系統(tǒng)啟動(dòng)后，轉(zhuǎn)入中斷程序，判斷系統(tǒng)是否過流，若系統(tǒng)出現(xiàn)過流，則閉鎖PWM輸出。否則，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入功率判斷和超級(jí)電容器電壓判斷程序，進(jìn)入不同的能量管理模塊，從而使系統(tǒng)進(jìn)入系統(tǒng)層控制，得到兩組DC/DC變換器的控制PffM信號(hào)，進(jìn)行變換器控制。
【附圖說明】
[0008]圖1:基于混合儲(chǔ)能的風(fēng)電功率調(diào)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0009]圖2:DC/DC變換器主電路圖；
[0010]圖3:DC/DC變換器驅(qū)動(dòng)電路圖；
[0011]圖4:電壓采樣電路；
[0012]圖5:電流米樣電路；
[0013]圖6:中斷子程序流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為了使從事風(fēng)力發(fā)電相關(guān)技術(shù)人員能更好地理解本發(fā)明方案，下面參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0015]參見圖1，本系統(tǒng)提供了基于混合儲(chǔ)能的風(fēng)電功率調(diào)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，該系統(tǒng)主要由風(fēng)電模擬系統(tǒng)、風(fēng)電輸出系統(tǒng)和風(fēng)電功率調(diào)控系統(tǒng)構(gòu)成。風(fēng)電模擬系統(tǒng)主要用于產(chǎn)生風(fēng)電功率，模擬實(shí)際的風(fēng)力系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，風(fēng)力原動(dòng)機(jī)用直流電動(dòng)機(jī)模擬，選用西瑪ZSL4系列直流電機(jī)，額定功率為5.5KW，額定轉(zhuǎn)速1000r/min，勵(lì)磁電壓180V，勵(lì)磁電流
1.23A，通過直流調(diào)速器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和模擬風(fēng)力調(diào)節(jié)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用YZR系列起重繞線電機(jī)，額定功率為5.5KW，定子額定電壓380V，額定電流為15A，轉(zhuǎn)子額定電壓138V，額定電流25.7A，繞線式異步電機(jī)的定子輸出經(jīng)背靠背變流器，通過1:4升壓變壓器后，接380V交流電網(wǎng)。風(fēng)電輸出系統(tǒng)通過背靠背變流器網(wǎng)側(cè)實(shí)現(xiàn)風(fēng)電功率并網(wǎng)輸出，其中并網(wǎng)逆變器采用三相電壓型橋式逆變主電路，根據(jù)功率交互需求，工作于整流和逆變狀態(tài)，對(duì)其實(shí)施一定的控制策略，維持直流母線電壓穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)輸出。
[0016]風(fēng)電功率調(diào)控系統(tǒng)主要用于對(duì)風(fēng)電功率進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，該系統(tǒng)主要由混合儲(chǔ)能單元(蓄電池儲(chǔ)能、超級(jí)電容器儲(chǔ)能構(gòu)成)、兩級(jí)DC/DC變換器、儲(chǔ)能并網(wǎng)逆變器構(gòu)成。在混合儲(chǔ)能系統(tǒng)中，DC/DC (SC)的低壓側(cè)為DC/DC (BAT)高壓側(cè)，與超級(jí)電容器并聯(lián)，DC/DC (SC)的高壓側(cè)為并網(wǎng)逆變器的直流接口，雙向變流器DC/DC(SC)主要用于精確控制混合儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電總功率的大小和方向。DC/DC(BAT)的低壓側(cè)接蓄電池儲(chǔ)能裝置，其主要作用是精確調(diào)節(jié)蓄電池充放電功率的大小和方向，超級(jí)電容器位于DC/DC(SC)和DC/DC(BAT)之間，起到功率緩沖作用，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)變換器的解耦。通過對(duì)DC/DC(BAT)的控制，實(shí)現(xiàn)蓄電池儲(chǔ)能裝置和超級(jí)電容器的功率分配，達(dá)到功率協(xié)調(diào)輸出。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，蓄電池采用36V/ 100AH蓄電池，超級(jí)電容器選擇70V/24F，DC/DC變換器采用升降壓雙向DC/DC變換器結(jié)構(gòu)。
[0017]參見圖2，給出了 DC/DC變換器主電路圖，該系統(tǒng)采用高速M(fèi)OSFET模塊IRFP240B作為主開關(guān)原件，該模塊參數(shù):VDSS = 200V，ID = 20A，VGS=10V。系統(tǒng)留有蓄電池、超級(jí)電容器和儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出接口。在本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，雙向變流器DC/DC(BAT)高壓側(cè)與超級(jí)電容器相連，其濾波電感選擇設(shè)計(jì)為2mH ACVDC(SC)高壓側(cè)和儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出相連，設(shè)計(jì)濾波電感為6mH。
[0018]參見圖3，給出了DC/DC變換器驅(qū)動(dòng)電路圖。采用光耦TLP250設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)光電隔離。引腳3為P麗信號(hào)輸入端，引腳7為光耦輸出，接開關(guān)管的門極。引腳8為芯片的電源端，接24V直流電。D6為穩(wěn)壓管，當(dāng)光耦輸出低電平時(shí)，輸出驅(qū)動(dòng)電壓為-10V，當(dāng)光耦輸出為高電平時(shí)，輸出驅(qū)動(dòng)電壓為14V，保證開關(guān)管的可靠通斷。
[0019]參見圖4，給出了電壓采樣電路，采用YBV10/20X霍爾電壓傳感器設(shè)計(jì)電壓采樣電路，采集系統(tǒng)中的交、直流電壓信號(hào)。以直流電壓采樣為例，將直流輸入送入YBVl 0/20X的弓I腳1、引腳2接地，引腳4為傳感器輸出，接后級(jí)信號(hào)處理電路，引腳6和引腳5分別接+15￥和_15V電源。輸出信號(hào)經(jīng)過RC濾波電路，送入由運(yùn)放0P07構(gòu)成的電壓跟隨電路中，用于提高采樣精度，同時(shí)進(jìn)行信號(hào)調(diào)理和阻抗匹配。在功率調(diào)控系統(tǒng)中，電壓采樣電路主要完成蓄電池組端電壓、超級(jí)電容器組端電壓、風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)側(cè)交流電壓值的采樣。
[0020]參見圖5，給出了電流采樣電路，該電路采用采用ACS712-20A傳感器實(shí)現(xiàn)。采樣電路串聯(lián)與斬波電路電感之后，芯片1、2引腳并聯(lián)，接電流+，3、4引腳并聯(lián)，接電流-，引腳6接濾波電容，引腳8為+5V電源供電，引腳7為信號(hào)輸出，后接兩級(jí)運(yùn)放調(diào)理電路。運(yùn)放調(diào)理電路采用0P07實(shí)現(xiàn)，通過選擇外圍電路參數(shù)，使所得輸出可以接入處理器的A/D轉(zhuǎn)換單元，系統(tǒng)主要采樣的電流信號(hào)為雙向變換器A和雙向DC/DC變換器B的電感電流，風(fēng)電機(jī)組網(wǎng)側(cè)變流器輸出的三相電流。
[0021]參見圖6，給出了中斷子程序流程圖。根據(jù)采樣信號(hào)結(jié)果，計(jì)算出風(fēng)電輸出實(shí)時(shí)功率，指令功率和超級(jí)電容器端電壓，根據(jù)能量層和系統(tǒng)層雙層控制策略，實(shí)現(xiàn)DC/DC變換器開關(guān)管控制，達(dá)到調(diào)控功率的目的，系統(tǒng)啟動(dòng)后，轉(zhuǎn)入中斷程序，判斷系統(tǒng)是否過流，若系統(tǒng)出現(xiàn)過流，則閉鎖PWM輸出。否則，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入功率判斷和超級(jí)電容器電壓判斷程序，進(jìn)入不同的能量管理模塊，從而使系統(tǒng)進(jìn)入系統(tǒng)層控制，得到兩組DC/DC變換器的控制PffM信號(hào)，進(jìn)行變換器控制。
[0022]以上內(nèi)容是結(jié)合優(yōu)選技術(shù)方案對(duì)本發(fā)明所做的詳細(xì)說明，不能認(rèn)定發(fā)明的具體實(shí)施僅限于這些，對(duì)于在不脫離本發(fā)明思想前提下做出的簡單推演及替換，都應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于混合儲(chǔ)能的風(fēng)電功率調(diào)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:系統(tǒng)給出了基于混合儲(chǔ)能的風(fēng)電功率調(diào)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，系統(tǒng)主要由風(fēng)電1?擬系統(tǒng)、風(fēng)電輸出系統(tǒng)和風(fēng)電功率調(diào)控系統(tǒng)構(gòu)成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于混合儲(chǔ)能的風(fēng)電功率調(diào)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:風(fēng)電模擬系統(tǒng)主要用于產(chǎn)生風(fēng)電功率，模擬實(shí)際的風(fēng)力系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，風(fēng)力原動(dòng)機(jī)用直流電動(dòng)機(jī)模擬，選用西瑪ZSL4系列直流電機(jī)，額定功率為5.5KW，額定轉(zhuǎn)速1000r/min，勵(lì)磁電壓180V，勵(lì)磁電流1.23A，通過直流調(diào)速器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和模擬風(fēng)力調(diào)節(jié)。3.按照權(quán)利要求1或2所述的一種基于混合儲(chǔ)能的風(fēng)電功率調(diào)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用YZR系列起重繞線電機(jī)，額定功率為5.5KW，定子額定電壓380V，額定電流為15A，轉(zhuǎn)子額定電壓138V，額定電流25.7A，繞線式異步電機(jī)的定子輸出經(jīng)背靠背變流器，通過1:4升壓變壓器后，接380V交流電網(wǎng)。4.按照權(quán)利要求1所述的一種基于混合儲(chǔ)能的風(fēng)電功率調(diào)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:風(fēng)電輸出系統(tǒng)通過背靠背變流器網(wǎng)側(cè)實(shí)現(xiàn)風(fēng)電功率并網(wǎng)輸出，其中并網(wǎng)逆變器采用三相電壓型橋式逆變主電路，根據(jù)功率交互需求，工作于整流和逆變狀態(tài)，對(duì)其實(shí)施一定的控制策略，維持直流母線電壓穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)輸出。5.按照權(quán)利要求1所述的一種基于混合儲(chǔ)能的風(fēng)電功率調(diào)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:風(fēng)電功率調(diào)控系統(tǒng)主要用于對(duì)風(fēng)電功率進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，該系統(tǒng)主要由混合儲(chǔ)能單元(蓄電池儲(chǔ)能、超級(jí)電容器儲(chǔ)能構(gòu)成)、兩級(jí)DC/DC變換器、儲(chǔ)能并網(wǎng)逆變器構(gòu)成。6.按照權(quán)利要求1、或5所述的一種基于混合儲(chǔ)能的風(fēng)電功率調(diào)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:在混合儲(chǔ)能系統(tǒng)中，DC/DC(SC)的低壓側(cè)為DC/DC(BAT)高壓側(cè)，與超級(jí)電容器并聯(lián)，DC/DC(SC)的高壓側(cè)為并網(wǎng)逆變器的直流接口，雙向變流器DC/DC(SC)主要用于精確控制混合儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電總功率的大小和方向。7.按照權(quán)利要求1、或5、或6所述的一種基于混合儲(chǔ)能的風(fēng)電功率調(diào)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:DC/DC(BAT)的低壓側(cè)接蓄電池儲(chǔ)能裝置，其主要作用是精確調(diào)節(jié)蓄電池充放電功率的大小和方向。8.按照權(quán)利要求1、或5、或6、或7所述的一種基于混合儲(chǔ)能的風(fēng)電功率調(diào)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:，超級(jí)電容器位于DC/DC(SC)和DC/DC(BAT)之間，起到功率緩沖作用，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)變換器的解耦。通過對(duì)DC/DC(BAT)的控制，實(shí)現(xiàn)蓄電池儲(chǔ)能裝置和超級(jí)電容器的功率分配，達(dá)到功率協(xié)調(diào)輸出。9.按照權(quán)利要求1、或5、或6、或7、或8所述的一種基于混合儲(chǔ)能的風(fēng)電功率調(diào)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，蓄電池采用36V/100AH蓄電池，超級(jí)電容器選擇70V/24F，DC/DC變換器采用升降壓雙向DC/DC變換器結(jié)構(gòu)。10.按照權(quán)利要求1、或4、或5、或6、或7、或8、或9所述的一種基于混合儲(chǔ)能的風(fēng)電功率調(diào)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:給出了DC/DC變換器主電路圖，該系統(tǒng)采用高速M(fèi)OSFET模塊IRFP240B作為主開關(guān)原件，該模塊參數(shù):Vdss = 200V，Id = 20A ,Vgs = 1V0
【文檔編號(hào)】H02J3/32GK106058928SQ201610515473
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月2日
【發(fā)明人】張?jiān)? 王武
【申請(qǐng)人】許昌學(xué)院