用于风力发电系统的储能式智能变压器技术方案

本实用新型专利技术公开了一种用于风力发电系统的储能式智能变压器，包括工频升压变压器和和工频升压变压器的三相线路对应的三个单相储能式变压单元，单相储能式变压单元包括低压侧单相全桥工频DC-AC变换器、低压侧单相全桥高频DC-AC变换器、双向DC-DC变换器、储能装置、多绕组高频变压器、高压侧单相全桥高频DC-AC变换器和高压侧单相全桥工频DC-AC变换器，高压侧单相全桥高频DC-AC变换器和高压侧单相全桥工频DC-AC变换器的数量均为一个以上且相互一一对应，所有高压侧单相全桥工频DC-AC变换器通过两个交流端口依次级联呈链状。本实用新型专利技术不仅可以平滑风电的功率波动，而且还能够提高风电的低电压穿越能力。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及风力发电
，具体涉及一种用于风力发电系统的储能式智能变压器。
技术介绍
目前，风电系统所面临的挑战主要来源于两个方面:一方面，由于风能资源具有波动性，导致风电出力也具有波动性，这在风电穿透率较高的情况下会对电网的电能质量及其稳定性产生较大的负面影响。另一方面，随着风电在电网中所占比例不断增大，若风电机组在电网发生故障时仍采取被动保护式的解列方式，则会增加整个系统的恢复难度，甚至可能加剧故障，严重影响到电网的安全运行。为此，新的电网规则均要求当电网发生故障时，并网风电机组都能够在一定时间范围内实现低电压穿越运行，并在故障切除后风力发电机组能够迅速恢复正常运行，以帮助电网恢复正常工作。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是:针对现有技术的上述问题，提供一种不仅可以平滑风电的功率波动，而且还能够提高风电的低电压穿越能力的用于风力发电系统的储能式智能变压器。为了解决上述技术问题，本技术采用的技术方案为:一种用于风力发电系统的储能式智能变压器，包括分别对应三相线路的三个单相储能式变压单元，所述单相储能式变压单元包括低压侧单相全桥工频DC-AC变换器、低压侧单相全桥高频DC-AC变换器、双向DC-DC变换器、储能装置、多绕组高频变压器、高压侧单相全桥高频DC-AC变换器和高压侧单相全桥工频DC-AC变换器，所述高压侧单相全桥高频DC-AC变换器和高压侧单相全桥工频DC-AC变换器的数量均为一个以上且相互之间一一对应，所述低压侧单相全桥工频DC-AC变换器交流端口的一个出线端子和风力发电系统中风力发电机组中对应相的出线端子相连、另一个出线端子则和风力发电系统中工频升压变压器低压侧对应相的出线端子相连，所述低压侧单相全桥工频DC-AC变换器的直流端口和低压侧单相全桥高频DC-AC变换器的直流端口相连，所述低压侧单相全桥高频DC-AC变换器的交流端口和多绕组高频变压器的低压侧绕组相连，所述储能装置通过双向DC-DC变换器和低压侧单相全桥工频DC-AC变换器及低压侧单相全桥高频DC-AC变换器的直流端口相连，所述多绕组高频变压器的高压侧绕组分别与对应的高压侧单相全桥高频DC-AC变换器的交流端口相连，所述高压侧单相全桥高频DC-AC变换器的直流端口与对应的高压侧单相全桥工频DC-AC变换器的直流端口相连，所有的高压侧单相全桥工频DC-AC变换器之间通过两个交流端口依次级联连接呈链状，且链首交流端口的一个出线端子和风力发电系统中工频升压变压器高压侧对应相的出线端子相连、链尾交流端口的一个出线端子和另外两个单相储能式变压单元中链尾相应的出线端子相连。优选地，所述低压侧单相全桥工频DC-AC变换器交流端口的一个出线端子和风力发电系统中风力发电机组中对应相的出线端子之间串联连接有低压侧单相滤波电感。优选地，所述链首交流端口的一个出线端子和风力发电系统中工频升压变压器高压侧对应相的出线端子之间串联连接有高压侧单相滤波电感。优选地，所述储能装置为超级电容器或者蓄电池。优选地，所述低压侧单相全桥工频DC-AC变换器、低压侧单相全桥高频DC-AC变换器、高压侧单相全桥高频DC-AC变换器和高压侧单相全桥工频DC-AC变换器均为基于全控开关器件的DC-AC变换器，所述双向DC-DC变换器为基于全控开关器件的双向DC-DC变换器；所述全控开关器件为绝缘栅双极型功率管IGBT、集成门极换流晶闸管IGCT及可关断晶闸管GTO中的一种。本技术用于风力发电系统的储能式智能变压器具有下述优点:1、本技术包括分别对应三相线路的三个单相储能式变压单元，所述单相储能式变压单元包括低压侧单相全桥工频DC-AC变换器、低压侧单相全桥高频DC-AC变换器、双向DC-DC变换器、储能装置、多绕组高频变压器、高压侧单相全桥高频DC-AC变换器和高压侧单相全桥工频DC-AC变换器，控制低压侧单相全桥工频DC-AC变换器的工作状态，能够实现在电网发生电压跌落时，即升压变压器低压侧出现电压跌落时，快速动态补偿其电压偏差量，以保证风电机组出线端口的电压稳定，从而提高风电系统的低电压穿越能力。2、本技术包括分别对应三相线路的三个单相储能式变压单元，所述单相储能式变压单元包括低压侧单相全桥工频DC-AC变换器、低压侧单相全桥高频DC-AC变换器、双向DC-DC变换器、储能装置、多绕组高频变压器、高压侧单相全桥高频DC-AC变换器和高压侧单相全桥工频DC-AC变换器，通过控制高压侧单相全桥工频DC-AC变换器的工作状态，能够实现控制储能式智能变压器高压端口的有功/无功输出，在电网正常运行时，能够平滑风电的有功功率波动；当电网发生故障时，能够为电网提供一定的无功功率以帮助电网恢复正常运行。3、本技术包括分别对应三相线路的三个单相储能式变压单元，所述单相储能式变压单元包括低压侧单相全桥工频DC-AC变换器、低压侧单相全桥高频DC-AC变换器、双向DC-DC变换器、储能装置、多绕组高频变压器、高压侧单相全桥高频DC-AC变换器和高压侧单相全桥工频DC-AC变换器，通过控制双向DC-DC变换器的工作状态，能够控制储能装置的有功功率输出，从而保证直流母线电压的稳定以及整个储能式智能变压器的正常运行。【附图说明】图1为本技术实施例的电路原理结构示意图。图例说明:1、单相储能式变压单元；11、低压侧单相全桥工频DC-AC变换器；111、低压侧单相滤波电感；12、低压侧单相全桥高频DC-AC变换器；13、双向DC-DC变换器；14、储能装置；15、多绕组高频变压器；16、高压侧单相全桥高频DC-AC变换器；17、高压侧单相全桥工频DC-AC变换器；171、高压侧单相滤波电感；2、风力发电机组；3、工频升压变压器；4、电网。【具体实施方式】如图1所示，应用本实施例储能式智能变压器的风力发电系统包括风力发电机组2、工频升压变压器3和电网4，工频升压变压器3的高压侧与电网4相连，本实施例的储能式智能变压器包括分别对应三相线路的三个单相储能式变压单元I (1#1?1#3，其中1#2、1#3的内部结构均与1#1完全相同，为了简化说明，故未重复绘出其详细内部结构)。如图1所示，单相储能式变压单元I包括低压侧单相全桥工频DC-AC变换器11、低压侧单相全桥高频DC-AC变换器12、双向DC-DC变换器13、储能装置14、多绕组高频变压器15、高压侧单相全桥高频DC-AC变换器16和高压侧单相全桥工频DC-AC变换器17，高压侧单相全桥高频DC-AC变换器16和高压侧单相全桥工频DC-AC变换器17的数量均为一个以上且相互之间一一对应。本实施例将高压侧单相全桥高频DC-AC变换器16和高压侧单相全桥工频DC-AC变换器17的数量均以多个(N ^ 3)进行示例性说明，毫无疑问，高压侧单相全桥高频DC-AC变换器16和高压侧单相全桥工频DC-AC变换器17的数量也可以根据需要采用一个或两个，其原理与本实施例相同，因此高压侧单相全桥高频DC-AC变换器16和高压侧单相全桥工频DC-AC变换器17的数量N可以延伸为N彡I。本实施例中，低压侧单相全桥工频DC-AC变换器11交流端口的一个出线端子和风力发电系统中风力发电机组2中对应相的出线端子相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于风力发电系统的储能式智能变压器，其特征在于：包括分别对应三相线路的三个单相储能式变压单元（1），所述单相储能式变压单元（1）包括低压侧单相全桥工频DC‑AC变换器（11）、低压侧单相全桥高频DC‑AC变换器（12）、双向DC‑DC变换器（13）、储能装置（14）、多绕组高频变压器（15）、高压侧单相全桥高频DC‑AC变换器（16）和高压侧单相全桥工频DC‑AC变换器（17），所述高压侧单相全桥高频DC‑AC变换器（16）和高压侧单相全桥工频DC‑AC变换器（17）的数量均为一个以上且相互之间一一对应，所述低压侧单相全桥工频DC‑AC变换器（11）交流端口的一个出线端子和风力发电系统中风力发电机组（2）中对应相的出线端子相连、另一个出线端子则和风力发电系统中工频升压变压器（3）低压侧对应相的出线端子相连，所述低压侧单相全桥工频DC‑AC变换器（11）的直流端口和低压侧单相全桥高频DC‑AC变换器（12）的直流端口相连，所述低压侧单相全桥高频DC‑AC变换器（12）的交流端口和多绕组高频变压器（15）的低压侧绕组相连，所述储能装置（14）通过双向DC‑DC变换器（13）和低压侧单相全桥工频DC‑AC变换器（11）及低压侧单相全桥高频DC‑AC变换器（12）的直流端口相连，所述多绕组高频变压器（15）的高压侧绕组分别与对应的高压侧单相全桥高频DC‑AC变换器（16）的交流端口相连，所述高压侧单相全桥高频DC‑AC变换器（16）的直流端口与对应的高压侧单相全桥工频DC‑AC变换器（17）的直流端口相连，所有的高压侧单相全桥工频DC‑AC变换器（17）之间通过两个交流端口依次级联连接呈链状，且链首交流端口的一个出线端子和风力发电系统中工频升压变压器（3）高压侧对应相的出线端子相连、链尾交流端口的一个出线端子和另外两个单相储能式变压单元（1）中链尾交流端口相应的出线端子相连。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张坤，刘鑫，周滨，李光星，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网湖南省电力公司，国网湖南省电力公司电力科学研究院，
类型：新型
国别省市：北京;11