具有集成电池储存器的风力涡轮机制造技术

本发明专利技术涉及一种电池储存器和包括用于生成电流的发电机的风力涡轮机。一种电流路径，被配置用于经由功率转换器将电流传导至电网，该功率转换器。一种电连接至电流路径的电池储存器，该电池储存器包括多个电池单元，每个电池单元包括至少一个电池元件和至少两个半导体开关。其中，控制器被配置用于通过控制多个电池单元的至少两个半导体开关的状态以及由此通过电池储存器的电流路径是否旁通至少一个电池元件，或者是否穿过多个电池单元中的一个或多个电池单元的至少一个电池元件，来选择性控制电池储存器上的电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有集成电池储存器的风力涡轮机
本专利技术涉及一种电池储存器和包括电池储存器的风力涡轮机，以及一种控制通过电池单元的电流路径的方法，该电池储存器包括多个单独可控的电池单元。
技术介绍
风力涡轮机产生的电量随时间推移随着风速而变化。这种变化与连接至风力涡轮机的网格(grid)的功耗无关。因此，已经描述了可连接至单独风力涡轮机或风电场的各种能量储存系统。这些系统的目的之一是在风力涡轮机发电时以及当来自网格的消耗很低时储存能量，此外，它还可以在风力涡轮机不发电但来自网格的消耗很高时向网格输送电力。WO2015102398是公开风力涡轮机的电池储存器的许多现有技术文件之一。此处的电池储存器连接至机器侧和网格侧转换器之间的DC链路。CN202011766是公开经由双向逆变器连接至能量储存器的多个风力涡轮机的许多现有技术文件之一。基于表示与来自一个或多个风力涡轮机的能量储存有关的现有技术的上述现有技术文件，现有技术公开了直接连接至背靠背转换器中的DC链路或经由逆变器连接至风力涡轮机的输出的传统可再充电电池的使用。
技术实现思路
本专利技术建议将新型的智能可控能量储存器集成到风力涡轮机中，该新型智能可控能量储存器可以连接至转换器的DC链路或风力涡轮机的转换器的输出。该方法涉及一种风力涡轮机，该风力涡轮机包括：转子，该转子有助于旋转发电机的转子，由此生成电流。电流路径，其配置用于经由功率转换器将电流传导至电网。一种电连接至电流路径的电池储存器，该电池储存器包括多个电池单元，每个电池单元包括至少一个电池元件和至少两个半导体开关。其中，控制器被配置用于通过控制多个电池单元的至少两个半导体开关的状态以及由此通过电池储存器的电流路径是否旁通多个电池单元中的一个或多个电池单元的至少一个电池元件，或者是否穿过多个电池单元中的一个或多个电池单元的至少一个电池元件，来控制电池储存器上的电压。将电池储存器连接至电流路径的优点在于，它使得电池储存器能够储存在电流路径中流动的电流的至少一部分或取决于电池上的电压将电流输送到电流路径。通过电池储存器的电流路径被理解为允许电流流动的电路径。电流路径开始于电池储存器和电流路径之间的连接点处或串联电池单元中的第一电池单元处，并在再次返回电流路径之前终止于串联电池单元中的最后一个电池单元处。应该提到的是，多个串联连接的电池单元可以被电连接，因此在此类实施例中，电流路径可以说也返回并通过串联连接的电池单元的并行列中的电池单元向上返回。取决于开关的状态，电流路径可以包括或排除电池储存器的单独电池单元的电池元件，并且由此包括或排除电池储存器上的电压。控制器选择性地控制特定电池单元是否被包括或从电流路径旁通。因此，在一个时间点上，电池单元可以被包括在电流路径中，并且在第二时间点上，该电池单元可以被旁通而不是作为电流的一部分，并且在第三时间点上，该电池单元可以被再次包括在电流路径中，依时间流逝等等。控制器可以基于来自电池储存器所连接的电流路径的电压或电流要求、电池单元之间的负载分配、充电状态、健康状态、温度等来控制开关的状态。该电压还确定电流是否从电流路径流向电池储存器或从电池储存器流向电流路径。控制电池储存器上的电压的优点在于，其具有以下效果：可以控制去往和来自电池储存器的电流，并且由此电池储存器是充电的(保存能量)还是放电(输送能量)。电池储存器的优点在于，其具有可以连接至电流路径的AC电压或DC电压二者的效果。半导体开关的状态应被理解为其中开关闭合以允许电流流过开关的导通模式，或者是开关断开以防止电流流过开关的非导通模式。优选地，控制器正在控制多个电池单元的半导体开关的状态。这是有利的，因为其具有以下效果：通过电池储存器的电流路径可以取决于电池上的电压(基于基准电流确定)、开关的状态、电池单元的状态、电池的所需电压(DC或AC及其电压水平，例如24V、230V、400V等)等改变。因此，控制状态包括选择性地控制一系列激活(穿过电流路径)和停用(旁通电池单元)电池单元。由此有可能建立在给定时间(例如实时需求)所需的电压，而不仅仅是预定电压，并且这来自电池储存器的电池单元的非预定配置。根据本专利技术的实施例，控制器选择性地控制开关，并且由此控制电流路径。这是有利的，因为在旁通一个电池单元之后，可以在需要时再次将其穿过电流路径。根据本专利技术的实施例，多个电池单元中的每个电池单元的至少两个半导体开关被安装在印刷电路板上，其中，印刷电路板是控制器和至少两个半导体开关之间的控制信号路径的一部分，以及其中，印刷电路板是通过电池单元的电流路径的一部分。将半导体开关安装在PCB(PCB；印刷电路板)上的优点在于，降低了批量生产的复杂性，并且有助于电池储存器的大小的轻松缩放。构建包括安装PCB的开关的多个电池单元的电池储存器的不利之处在于，减小了开关的大小(就通过单个开关的可能负载电流而言)。与使用未安装PCB的较大大小的开关的实施例相比，这将导致电池单元数量的增加。另一方面，较小大小的开关更便宜，这与降低的电池单元批量生产成本以及电池储存器设计中增加的灵活性一起，弥补了电池单元数量的增加。作为安装在PCB上的替代方法，可以将开关安装在母线或叠层母线上。根据本专利技术的实施例，控制信号路径和电流路径是电气隔离的。能够将取决于开关状态发生的开关上的高电压变化(例如，±1000V)与控制开关状态的控制信号分开是有利的。这具有高压不会干扰控制信号的效果。优选地，借助于在开关和控制器之间的控制信号路径处的某处的光学数据通信、变压器等来促进电气隔离。优选地，在控制器端处或在控制信号路径和PCB的接口处。根据本专利技术的实施例，转换器包括经由直流链路连接的发电机侧转换器和网格侧转换器。如果转换器不是背靠背式转换器，则电池储存器将连接至转换器和网格之间的电流路径。根据本专利技术的实施例，电池储存器连接至网格侧转换器与电网之间的电流路径。如果转换器是满量程转换器，则这特别具有优势，因为它易于翻新并有助于减少流向网格的谐波电流。在没有AC/DC转换器的情况下将电池储存器连接至AC电压的积极结果令专利技术人感到惊讶，因为事实证明，由于变化的AC电压脉冲至少每秒钟且通常每毫秒变化一次，因此不会出现电池单元的电池元件劣化的情况。根据本专利技术的实施例，电池储存器在发电机侧转换器和网格侧转换器之间的DC链路处连接至电流路径。如果转换器是满量程的并且特别是如果转换器用于包括DFIG发电机的风力涡轮机，则这是有利的，因为该解决方案比在转换器之后安装的解决方案便宜。根据本专利技术的实施例，电池储存器经由DC/DC转换器连接至直流链路的正轨和负轨。这是有利的，因为可以保持DC链路电压更加稳定和受控，如果应该为现有的转换器改装电池储存器，则这是有利的。根据本专利技术的实施例，控制器被配置用于控制多个电池单元中的至少两个半导体开关的状态，由此调节电池储存器上的电压，其中，基于由控制器建立的基准电流与提供给控制器的测量电流之间的差来调节电压，其中，测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风力涡轮机(1)，包括：/n转子(2)，有助于旋转发电机(3)的转子，并且由此生成电流，/n电流路径(5)，被配置用于将所述电流经由功率转换器(6)传导至电网(4)，/n电池储存器(7)，电连接至所述电流路径(5)，所述电池储存器(7)包括多个电池单元(8)，每个电池单元(8)包括至少一个电池元件(9)和至少两个半导体开关(10a，10b)，/n其中，控制器(12)被配置用于通过控制多个所述电池单元(8)的所述至少两个半导体开关(10a，10b)的状态，以及由此通过所述电池储存器(7)的电流路径(13)是否：/n-旁通所述多个电池单元(8)中的一个或多个电池单元的所述至少一个电池元件(9)，或者/n-穿过所述多个电池单元(8)中的一个或多个电池单元的所述至少一个电池元件(9)，/n来控制所述电池储存器(7)上的电压。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180525 DK PA2018703141.一种风力涡轮机(1)，包括：
转子(2)，有助于旋转发电机(3)的转子，并且由此生成电流，
电流路径(5)，被配置用于将所述电流经由功率转换器(6)传导至电网(4)，
电池储存器(7)，电连接至所述电流路径(5)，所述电池储存器(7)包括多个电池单元(8)，每个电池单元(8)包括至少一个电池元件(9)和至少两个半导体开关(10a，10b)，
其中，控制器(12)被配置用于通过控制多个所述电池单元(8)的所述至少两个半导体开关(10a，10b)的状态，以及由此通过所述电池储存器(7)的电流路径(13)是否：
-旁通所述多个电池单元(8)中的一个或多个电池单元的所述至少一个电池元件(9)，或者
-穿过所述多个电池单元(8)中的一个或多个电池单元的所述至少一个电池元件(9)，
来控制所述电池储存器(7)上的电压。


2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中，所述控制器(12)选择性地控制所述开关(10)，并且由此控制所述电流路径(13)。


3.根据权利要求1至2所述的风力涡轮机，其中，所述多个电池单元(8)中的每一个电池单元的所述至少两个半导体开关(10a，10b)安装在印刷电路板(11)上，
其中，所述印刷电路板(11)是所述控制器(12)与所述至少两个半导体开关(10a，10b)之间的控制信号路径(14)的一部分，以及
其中，所述印刷电路板(11)是通过所述电池单元(8)的所述电流路径(13)的一部分。


4.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述控制信号路径(14)和所述电流路径(13)是电气隔离的。


5.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述转换器(6)包括经由直流链路连接的发电机侧转换器(6a)和网格侧转换器(6b)。


6.根据权利要求5所述的风力涡轮机，其中，所述电池储存器(7)连接至所述网格侧转换器(6b)与所述电网(4)之间的所述电流路径(5)。


7.根据权利要求5所述的风力涡轮机，其中，所述电池储存器(7)在所述发电机侧转换器(6a)与所述网格侧转换器(6b)之间的DC链路处连接至所述电流路径(5)。


8.根据权利要求7所述的风力涡轮机，其中，所述电池储存器(7)经由DC/DC转换器连接至所述直流链路的正轨和负轨。


9.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述控制器(12)被配置用于控制多个电池单元(8)的所述至少两个半导体开关(10a，10b)的所述状态，由此调节所述电池储存器(7)上的所述电压，
其中，基于由所述控制器(12)建立的基准电流(Iref)和提供给所述控制器(12)的测量电流(Imeas)之间的差来调节所述电压，
其中，所测量的电流(Imeas)表示在所述电流路径(5)与所述电池储存器(7)的一列串联连接的电池单元(8)的第一电池单元(8)之间的所述电流路径(13)中传导的所述电流。


10.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中，外部控制器(16)有助于取决于公用网格(4)的状态或从所述风力涡轮机向所述公用网格输送的要求来建立所述基准电流(iref)。


11.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述电池储存器(7)包括多列电池单元(8)，其中，每列的所述电池单元(8)的所述半导体开关(10)由单独控制器(12)控制，并且其中，主控制器有助于对所述单独控制器(12)中每个控制器的控制。


12.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述电池单元(8)包括在1个与20个之间的电池元件(9)，优选地在5个与18个之间的电池元件，最优选地7个或17个的电池元件(9)。


13.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述电池储存器(7)包括针对连接至所述电池储存器(7)的每个相的一列串联连接的电池单元(8)，其中，每个列中的至少一个电池单元(8)连接至相邻列中的至少一个电池单元(8)。


14.根据前述权利要求中...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯·达姆高，洛朗·贝德，安德斯·埃格特·马尔比约，
申请(专利权)人：KK风能解决方案公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK