适应小型风场特性的风力发电系统及能量管理控制方法技术方案
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于风力发电
，特别是涉及一种适应小型风场特性的风力发电系统及能量管理控制方法。
技术介绍
风能，作为一种新型能源，具有储量巨大、清洁无污染等特点，因此得到了越来越多的研究和应用。当前，最合理、普遍的风能利用形式是通过风轮机捕获风能，并将风能转化为易于传输和使用的电能形式，即风力发电应用。风力发电按照风力发电系统的装机容量可以划分为大型、中型、小型风力发电系统，不同国家和地区对各级别系统的划分不完全一样，在我国小型风力发电系统一般是指单机容量在10kW及以下的风力发电系统，1kW以下的可以称为微型风力发电系统。相较于应用广泛，技术成熟的大型、中型风力发电系统，小型风力发电系统具有灵活可调、价格便宜等优点，因而使其具有研究开发的价值，然而，当前由于小型风力发电系统相关技术不够完善，研究投入相对不足，从而限制了小型风力发电相关技术的进一步发展和应用。传统的小型风力发电系统多采用风力发电机+电力电子变换器+负载的结构，而电力电子设备则根据小型风力发电系统的不同用途存在较大差异。小型风力发电系统可分为离网型系统和并网型系统两种，离网型系统中电力电子设备一般的结构为三相不控整流器+Buck变换器+负载，该离网型系统具有结构简单、多级变换器电压易匹配、低功率工作性能优越等特点，在一些地区已有应用实例，然而该系统的主要限制因素是一般只能满足某种特定负载使用，不具备一般共用性，因此其推广受...
【技术保护点】
一种适应小型风场特性的风力发电系统，其特征在于：所述的适应小型风场特性的风力发电系统包括：整流变换器(1)、一个双向储能变换器(2)和一个并网逆变器(3)；其中整流变换器(1)为倍压单元串联式开关电容反激式整流变换电路，其输入端与风机L的输出端连接、整流输出端与并网逆变器(3)的直流侧输入端连接；双向储能变换器(2)由双向储能DC‑DC变换器及采用锂电池的储能装置组成，其双向端口一侧与整流变换器(1)的输出端连接；并网逆变器(3)为单相全桥高频并网逆变器；其交流侧输出端与电网(4)连接。
【技术特征摘要】
1.一种适应小型风场特性的风力发电系统，其特征在于：所述的适应
小型风场特性的风力发电系统包括：整流变换器(1)、一个双向储能变换
器(2)和一个并网逆变器(3)；其中整流变换器(1)为倍压单元串联式
开关电容反激式整流变换电路，其输入端与风机L的输出端连接、整流输出
端与并网逆变器(3)的直流侧输入端连接；双向储能变换器(2)由双向储
能DC-DC变换器及采用锂电池的储能装置组成，其双向端口一侧与整流变换
器(1)的输出端连接；并网逆变器(3)为单相全桥高频并网逆变器；其交
流侧输出端与电网(4)连接。
2.根据权利要求1所述的适应小型风场特性的风力发电系统，其特征
在于：所述的整流变换器(1)由滤波电容组Cf、三组倍压单元以及三相单
开关电路单元三部分组成；其中：
滤波电容组Cf由连接在风机L三相输出线上且呈Y型连接的三个滤波电
容器组成；
倍压单元共分A、B、C三相，每相的电路结构完全相同，A相倍压单元
包括变压器T1、开关电容Ca1、Ca2，二极管Da1、Da2、Da以及倍压单元输出电容
Ca；其中，变压器T1原边的同名标识端通过等效电感Lks的a相电感与风机L
的A相输出端La相连接，其副边的同名标识端通过电容Ca2与V1点连接，副
边的非标识端通过电容Ca1与二极管Da的阳极连接，二极管Da的阴极与正输
出端Vo+连接；二极管Da1的阳极与变压器T1副边的同名标识端连接、二极
管Da1阴极与二极管Da的阳极连接；二极管Da2的阴极与变压器T1副边的非标
识端连接、二极管Da2阳极与V1点连接；输出电容Ca的一端与正输出端Vo+
连接、另一端为V1点；B相与C相倍压单元的内部结构与A相倍压单元的内
部结构完全相同；B相倍压单元包括变压器T2、开关电容Cb1、Cb2，二极管Db1、
Db2、Db以及倍压单元输出电容Cb；其中，变压器T2原边的同名标识端通过等
\t效电感Lks的b相电感与风机L的B相输出端Lb相连接；C相倍压单元包括
变压器T3、开关电容Cc1、Cc2，二极管Dc1、Dc2、Dc以及倍压单元输出电容Cc；
其中，变压器T3原边的同名标识端通过等效电感Lks的c相电感与风机L的
C相输出端Lc相连接；A相倍压单元的输出端为输出电容Ca的两端，即正输
出端Vo+和V1点，B相倍压单元的输出端为输出电容Cb的两端，即V1点和
V2点、C相倍压单元的输出端为输出电容Cc的两端，即V2点和V3点，A相
倍压单元的输出电容Ca与B相、C相倍压单元的输出电容Cb、Cc依次串联，
三个电容串联后构成对应A.B.C三相的三个倍压单元的总输出电容；所述的
等效电感Lks为三相倍压单元各相输入侧电感与各相变压器漏感的总和；
所述的三相单开关电路单元由二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6，全控型开
关器件S1、二极管Do以及输出电容Co组成，其中二极管D1—D6构成不可控整
流桥，二极管D1的阳极与变压器T1原边的非标识端连接，二极管D3的阳极
与变压器T2原边的非标识端连接，二极管D5的阳极与变压器T3原边的非标
识端连接，二极管D1、D3和D5的阴极同时与二极管Do的阳极连接，二极管
D2的阴极与二极管D1的阳极连接、二极管D4的阴极与二极管D3的阳极连
接、二极管D6的阴极与二极管D5的阳极连接、二极管D2、D4和D6的阳极
同时与负输出端Vo-连接，二极管Do的阴极与V3点连接；开关器件S1的源
极与二极管Do的阳极连接、漏极与负输出端Vo-连接、栅极为控制信号输入
端，输出电容Co的一端与V3点连接，另一端为负输出端Vo-；
最后倍压单元的输出电容Ca、Cb、Cc与Co依次串联，作为整个整流变换
器的总输出电容，正输出端Vo+和负输出端Vo-为整流变换器(1)的总输出
端。
3.一种权利要求1所述的适应小型风场特性的风力发电系统所采用的
能量管理控制方法，其特征在于：所述的能量管理控制方法包括按顺序进行
的下列步骤：
步骤1)状态识别：根据当前电池的荷电状态，确定系统当前工作状态；
本系统工作时共有四种工作状态，即电池少电状态、电池待充状态、电池待
放状态和电池满充状态；
步骤2)状态处理：系统根据步骤1)确定的系统当前工作状态进行相
应的状态处理,包括：
2.1)在电池少电状态下，执行电池少电状态操作：当电池处于该工作
状态时，认为电池所含电量不足，此时不允许电池放电，正常情况下也不允
许风力发电系统向电网并网发电，而是将所有收集到的风能全力向电池充
电，以提升电池的SOC状态；实际工作时该状态又分为三个子模态，即系统
不并网定占空比BOOST充电状态即子模态1、系统不并网控母线电压BOOST
充电状态即子模态2以及系统并网控母线电压BUCK充电状态即子模态3；
2.2)在电池待充状态下，执行电池待充状态操作：当电池处于该工作
模态时，认为电池仍然处于需要充电的状态，此时不允许电池放电，但当风
力发电机发出的电能达到一定程度时，允许系统向电网正常并网发电；该模
态又分为4种子工作模态，即不并网定占空比BOOST充电状态即子模态1、
不并网恒电压BOOST充电状态即子模态2、不并网恒电压BUCK充电状态即子
模态3、并网控母线电压BUCK充电状态即子模态4；
2.3)在电池待放状态下，执行电池待放状态操作：当电池处于该工作
模态时，认为电池处于需要放电状态，此时电池正常工作时向母线放电，仅
当风力发电机发出的电能超过了逆变器的额定功率时，允许系统向电池充
电；该模态又分为2种子工作模态，即并网控母线电压BOOST放电状态即子
模态1、并网控母线电压BUCK充电状态即子模态2；
2.4)在电池满充状态下，执行电池满充状态操作：当电池处于该工作
模态时，认为电池处于电量充满状态，此时电池不允许继续充电，仅允许向
母线放电；该模态又分为2种子工作模态，即并网控母线电压BOOST放电状
\t态即子模态1、并网卸荷电池脱离运行状态即子模态2。
4.根据权利要求3所述的适应小型风场特性的风力发电系统所采用的
能量管理控制方法，其特征在于：在步骤1)中，所述的确定系统当前工作
状态的具体方法为：当电池中的电荷量为30—40％时系统进入电池少电状态，
当电池中的电荷量为40—80％时，系统进入电池待充状态，当电池中的电荷
量为80—95...
【专利技术属性】
技术研发人员：郄伟，李德强，李春晖，葛荣刚，郑悦，刘慧芳，董泽寅，李海龙，杨宇全，谭靖，崔文虎，孟宪臣，司威，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：天津;12
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