一种基于风电机组自身结构的紧凑式储能装置制造方法及图纸

本发明专利技术一种基于风电机组自身结构的紧凑式储能装置，包括风电机组、储能电池组、储能电池柜、主控PLC、风电机组塔筒和能量管理系统等；风电机组用于将机械能转化为电能传输给变流器；变流器经过整流逆变将电能传输给电网，主控PLC用于控制变流器对发电机施加电磁转矩；储能电池组内嵌有电池芯材温度传感器和电池芯材气体传感器，分别与风电机组主控PLC实现通讯，嵌有传感器的储能电池组安装在储能电池柜中，储能电池组与风电机组的变流器连接，储能电池柜固定在风电机组塔筒上；变流器通过能量管理系统将能量根据限电负荷自动分配给储能电池组以及电网端口。本发明专利技术能够解决风电机组大规模并网带来的电网间歇性波动问题以及清洁能源大规模消纳问题。及清洁能源大规模消纳问题。及清洁能源大规模消纳问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于风电机组自身结构的紧凑式储能装置


[0001]本专利技术属于风力发电
，具体涉及一种基于风电机组自身结构的紧凑式储能装置。

技术介绍

[0002]风电机组的出力具有间歇性，同时，风功率预测系统还不能准确预测未来某个时间段的全场出力情况，这是风电机组的先天性缺陷，也是制约着风电行业大规模发展应用的关键因素。在国家大规模发展清洁能源的背景下，风力发电的被重视程度越来越高，国内外各科研机构和主机厂，并未在机组侧对风电机组出力波动的这种缺陷进行弥补。
[0003]在现有技术中，国内外主要通过储能装置来应对风力发电出力的波动特性，即在风力发电出力过剩的状态下，启动储能装置，吸收过剩电能；在风力发电出力不足的状态下，启动储能装置，释放存储电能。
[0004]现有的储能技术主要分为两大类：
[0005]物理储能：物理储能方式主要有抽水蓄能、飞轮储能、压缩空气储能，其中抽水蓄能受客观条件限制，只能建在地形落差比较大且有较丰富水资源的地方；飞轮储能和压缩空气储能主要存在效率较低且对建设场地要求很高。
[0006]化学储能：化学储能主要为各种电池储能，电池储能安全风险较大且占地面积较大。
[0007]以上两大类储能方式建设成本昂贵且对运行维护条件较高，另外不一定接近电源中心，在电能传输的过程中也会造成损耗。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供了一种基于风电机组自身结构的紧凑式储能装置，以解决风电机组大规模并网带来的电网间歇性波动问题以及清洁能源大规模消纳问题。
[0009]为达到实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0010]一种基于风电机组自身结构的紧凑式储能装置，包括风电机组、储能电池组、储能电池柜、变流器、主控PLC、风电机组塔筒和能量管理系统；
[0011]风电机组用于将机械能转化为电能传输给变流器；变流器经过整流逆变将电能传输给电网，主控PLC用于控制变流器对发电机施加电磁转矩；储能电池组内嵌有电池芯材温度传感器和电池芯材气体传感器，分别与风电机组主控PLC实现通讯，嵌有传感器的储能电池组安装在储能电池柜中，储能电池组与风电机组的变流器连接，储能电池柜固定在风电机组塔筒上；
[0012]变流器通过能量管理系统将能量根据限电负荷自动分配给储能电池组以及电网端口，以达到储能的目的，当风电机组出力不足，需要增加出力支撑电网电压时，能量管理系统能够自动分配储能电池能量，满足电网需求。
[0013]本专利技术进一步的改进在于，风电机组并网时，变流器将不规则的交流电转化为规
则的交流电，送入电网。
[0014]本专利技术进一步的改进在于，当风电机组处于限电状态下，外送通道容量有限，风电机组并不能最大程度的利用风能，为了避免浪费，此时风电机组取消限电指令，依旧处于满发状态，变流器通过能量管理系统将能量根据限电负荷自动分配给储能电池组以及电网端口，以达到储能的目的。
[0015]本专利技术进一步的改进在于，在风电机组主控PLC添加了储能控制算法，实现变流器对电网及储能电池组的控制。
[0016]本专利技术进一步的改进在于，储能控制算法能够根据风电机组理论功率曲线，在某状态下，当机舱测量风速无法达到额定风速时，假如储能电池组具备设定的电能量，则储能控制算法提高主控PLC对储能电池组发出控制指令，使得储能电池组通过变流器将储备的电能送上电网。
[0017]本专利技术进一步的改进在于，能量管理系统指在变流器的控制芯片中嵌入的实现单台机组能量控制的系统。
[0018]本专利技术进一步的改进在于，主控PLC与变流器之间通过通讯电缆连接。
[0019]本专利技术进一步的改进在于，主控PLC与变流器之间的通讯方式为CANOPEN通讯，变流器一端连接发电机，一端经过LCL滤波器连接电网。
[0020]相较于现有技术，本专利技术至少具有如下有益的技术效果：
[0021](A)风电机组多段塔筒内部空间巨大，储能电池组的放置可以有效利用塔筒空间体积。
[0022](B)储能电池组放置于塔筒内中下部位，可以降低风电机组重心位置，提供机组稳定性。
[0023](C)本专利技术首次利用了风电机组变流器直接参与储能电池充放电，不再添加新设备,装置简单，成本低廉；
[0024](D)储能电池放置在塔筒内部，可以有效避免电池低温造成的性能退化；
[0025](E)储能电池柜内置散热风扇与加热装置，可附带参与风电机组环境温度辅助控制；
[0026](F)储能电池柜可参与叶片低温结冰的消融难题；
[0027](G)参与风电场一次调频。
[0028](H)不用配置专用的储能逆变器，在风电机组变流器的基础上，就可以实现对储能电池的控制。
附图说明
[0029]图1为主控PLC内部控制功能框图；
[0030]图2为储能电池组之间的连接方式示意图；
[0031]图3为储能电池柜示意图；
[0032]图4为整套储能电池柜在塔筒内部的固定示意图。
具体实施方式
[0033]下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开
的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。
[0034]本专利技术的工作过程如下所示：
[0035]首先结合附图，对本装置进行介绍。
[0036]风电机组由叶片、变桨轴承、轮毂、主轴、发电机、齿轮箱、机舱、偏航轴承、塔筒、基础、变流器、LCL滤波器、主控PLC、动力电缆、主断路器以及其他部件构成，本专利技术主要涉及上述几大部件，就其连接关系做如下解释。叶片与轮毂通过变桨轴承连接在一起、轮毂与主轴连接在一起，主轴与发电机通过齿轮箱连接在一起(直驱机组无齿轮箱)、叶片、轮毂、主轴、齿轮箱、发电机集成在机舱内部，机舱与塔架通过偏航轴承连接在一起，塔架与基础通过锚栓连接在一起。
[0037]风电机组的塔筒一般分多段连接，现有大型兆瓦级机组一般有5段及以上的塔筒，其中变流器一般放置于塔筒的塔底平台上。主控PLC与变流器之间通过通讯电缆连接，其通讯方式多为CANOPEN通讯，变流器一端连接发电机、一端经过LCL滤波器连接电网。整个系统的工作流程为，风轮(由叶片、变桨轴承和轮毂组成)将吸收的风能转化为机械能，机械能通过发电机转化为不规则的交流电能，发电机将不规则的交流电能通过动力电缆传输给变流器，变流器经整流、逆变将不规则的交流电转化为符合电网要求的交流电，满足要求的交流电通过LCL滤波器(内置于变流器内部)，变流器与主断路器之间通过动力电缆连接，将电能送入电网。
[0038]储能装置主要有储能电池组、温度传感器、电池芯材气体传感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于风电机组自身结构的紧凑式储能装置，其特征在于，包括风电机组、储能电池组、储能电池柜、变流器、主控PLC、风电机组塔筒和能量管理系统；风电机组用于将机械能转化为电能传输给变流器；变流器经过整流逆变将电能传输给电网，主控PLC用于控制变流器对发电机施加电磁转矩；储能电池组内嵌有电池芯材温度传感器和电池芯材气体传感器，分别与风电机组主控PLC实现通讯，嵌有传感器的储能电池组安装在储能电池柜中，储能电池组与风电机组的变流器连接，储能电池柜固定在风电机组塔筒上；变流器通过能量管理系统将能量根据限电负荷自动分配给储能电池组以及电网端口，以达到储能的目的，当风电机组出力不足，需要增加出力支撑电网电压时，能量管理系统能够自动分配储能电池能量，满足电网需求。2.根据权利要求1所述的一种基于风电机组自身结构的紧凑式储能装置，其特征在于，风电机组并网时，变流器将不规则的交流电转化为规则的交流电，送入电网。3.根据权利要求1所述的一种基于风电机组自身结构的紧凑式储能装置，其特征在于，当风电机组处于限电状态下，外送通道容量有限，风电机组并不能最大程度的利用风能，为了避免浪费，此时风电机组取消限电指令，依旧处于满发状态，变流器通过能量管理系统将能量根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘河生，雷航，张瑞刚，田晓璇，李林晏，景玮钰，王嘉良，刘庆元，余成，雷少博，李万镒，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：