一种兆瓦级风电蓄电池组合独立电源系统技术方案

本发明专利技术涉及一种兆瓦级风电蓄电池组合独立电源系统，包括：若干组风电机组，其各输出端并联接入高压主母线；一蓄电池储能调节系统包括：若干充放电管理系统，每一充放电管理系统交流侧并联接入公共母线上后，再接入高压主母线；以及一系统主监控器，其通过若干ＣＡＮ接口与各充放电管理系统进行信息交互，并按照充放电管理系统的指令工作；若干组蓄电池组，每一蓄电池组连接对应的充放电管理系统的直流端，并在上、下限电压值范围内与高压主母线和蓄电池储能调节系统形成的ＰＣＣ点进行有功功率、无功功率的双向调节，使ＰＣＣ点的电压和频率稳定；一外部备用电源，其在蓄电池储能调节系统中的系统主监控器的控制下为高压主母线供电，使ＰＣＣ点的电压和频率稳定；一卸载电荷，其在蓄电池储能调节系统中的系统主监控器的控制下消耗掉高压主母线输出的电能，使ＰＣＣ点的电压和频率稳定。本发明专利技术易于实现，节约了成本，能够输出高质量电能，可以应用在海上油田平台和偏远地区供电。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电源系统，特别是关于一种兆瓦级风电蓄电池组合独立电源系统。
技术介绍
我国电网尚无法覆盖全国各个区域，比如偏远地区、海上油田平台等，这是由于远 距离输电，不仅会造成很多电能损耗，大大提高成本，而且实现难度也很大。众所周知，海上 和有些偏远地区风资源丰富，如果能够有效地利用风资源，建立一个独立电源系统，则可以 很好地解决"孤岛电网"供电难的问题。但是，由于风能的间歇性、波动性和不可控性等特 点，因此需要一个蓄电池储能调节装置来平衡风机风力的波动，以稳定独立电源系统的输 出电压和频率，提高电能质量。就目前已有的技术而言，千瓦级风力发电(下文简称风电) 蓄电池组合独立电源系统已有广泛应用，而兆瓦级风电蓄电池独立电源系统现在还没有， 而且从千瓦级到兆瓦级的风电独立系统的电压和频率波动增大，系统的电压和频率稳定控 制面临更大的挑战，需要更加优越的控制方法和合理的系统结构来保证系统的稳定性。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种易于实现，节约成本，能够输出高质量电 能的兆瓦级风电蓄电池独立电源系统。 为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案一种兆瓦级风电蓄电池组合独立电 源系统，其特征在于，它包括若干组风电机组，其各输出端并联接入高压主母线；一蓄电 池储能调节系统，其包括若干充放电管理系统，每一所述充放电管理系统交流侧并联接入 所述公共母线上后，再接入所述高压主母线；以及一系统主监控器，其通过若干CAN接口与 各所述充放电管理系统进行信息交互，并按照所述充放电管理系统的指令工作；若干组蓄 电池组，其与所述充放电管理系统一一对应，每一所述蓄电池组连接对应的所述充放电管 理系统的直流端，并在上、下限电压值范围内与所述高压主母线和蓄电池储能调节系统形 成的PCC点进行有功功率、无功功率的双向调节，使所述PCC点的电压和频率稳定；一外部 备用电源，其在所述蓄电池储能调节系统中的系统主监控器的控制下为所述高压主母线供 电，使所述PCC点的电压和频率稳定；一卸载电荷，其在所述蓄电池储能调节系统中的系统 主监控器的控制下消耗掉所述高压主母线输出的电能，使所述PCC点的电压和频率稳定； 若干变压器，其分别连接在每一所述风电机组的输出端，所述公共母线与所述高压主母线 之间，以及所述高压主母线与所述卸载电荷之间。 每一所述充放电管理系统包括一电压源逆变器，其与所述PCC点之间进行有功 功率、无功功率双向调节，使所述PCC点的电压和频率稳定；若干电能要素采样器，采集所 述高压主母线的实际电能要素，所述电压源逆变器与变压器之间的公共母线上的电能要 素，以及所述蓄电池组两端的电压；模数转换模块，将所述电能要素采样器采集到的各种电 能要素转换成数字信号；一 DSP核心控制器，其中预设置有所述PCC点电压和频率值，以及所述蓄电池组两端的上、下限电压值；所述DSP核心控制器根据所述模数转换模块输入的 电能要素，控制所述PCC点电压和频率为预设值，同时判断所述蓄电池组两端的电压值是 否超出了所述预设的上、下限电压值，以控制所述电压源逆变器和/或所述系统主监控器 的工作。 所述蓄电池组采用钛酸锂电池、钠硫电池、液流电池、锂电池和铅酸电池中的一种 或多种。 当所述DSP核心控制器判断出所述PCC点的实际电压、频率值均大于所述预设的 电压、频率值，且所述蓄电池组两端的电压值位于所述预设的上、下限电压范围内时，所述 电压源逆变器吸收有功功率，使所述PCC点电压、频率稳定为预设值。 当所述DSP核心控制器判断出所述PCC点的实际电压、频率值均大于所述预设的 电压、频率值，且所述蓄电池组两端的电压值与所述预设上限电压值相等时，所述DSP核心 控制器通过所述系统主监控器控制卸载负荷消耗掉所述高压主母线输出的电能，使所述 PCC点电压、频率稳定为预设值。 当所述DSP核心控制器判断出实际有功功率值小于预设的额定有功功率值，且所 述蓄电池组两端的电压值位于所述预设的上、下限电压范围内时，所述电压源逆变器发出 有功功率，使PCC点的电压和频率稳定为预设值。 当所述DSP核心控制器判断出实际有功功率值小于预设的额定有功功率值，且所 述蓄电池组两端的电压值位于所述预设的上、下限电压范围内时，所述电压源逆变器发出 有功功率，同时所述DSP核心控制器通过所述系统主监控器启动所述外部备用电源给所述 高压主母线供电，使PCC点的电压和频率稳定为预设值。 当所述DSP核心控制器判断出实际有功功率值小于所述预设的额定有功功率值， 且所述蓄电池组两端的电压值与所述预设的下限电压值相等时，所述DSP核心控制器通过 所述系统主监控器启动所述外部备用电源给所述高压主母线供电，使PCC点的电压和频率 稳定为预设值。 还包括一上位机和一人机界面，所述上位机通过RS485接口与所述系统主监控器 进行信息交互，以对所述充放电管理系统进行远程监测与控制，所述人机界面通过所述CAN 接口与所述系统主监控器进行信息交互，以对所述充放电管理系统进行人机对话、远程控 制。 本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、由于本专利技术包括至少两个与 蓄电池组相对应的充放电管理系统，且每一充放电管理系统采用了 DSP核心控制器，其中 预设置有一额定有功功率值和无功功率值，以及蓄电池组两端的电压的上、下限值，DSP核 心控制器根据模数转换模块输入的电能要素，计算出高压主母线的实际有功功率值和无功 功率值，并将实际有功功率值和无功功率值分别与预设的额定有功功率值和无功功率值进 行比较，同时判断蓄电池组两端的电压值是否超出了预设的电压上、下限，以通过电压源逆 变器控制蓄电池组与PCC点之间进行有功功率、无功功率双向交换，因此可以很容易地控 制了PCC点的频率和电压保持稳定，从而提高了电能的输出质量，而且还适用于与兆瓦级 风电机组组成独立电源系统。2、由于本专利技术的每一蓄电池组可以直接插入对应的充放电管 理系统的直流端，且每一充放电管理系统并联接入一公共母线上，并分别通过一变压器接 入高压主母线，因此可以降低每个充放电管理系统的额定容量，便于实现。3、本专利技术的接线方式采用基于6-10kV交流母线连接的单母线放射式，各部分均通过公共母线并联接入高 压主母线，各负荷分别并联接入高压主母线，因此可以实现模块化，便于系统扩容，易于集 中管理。4、由于本专利技术的蓄电池组的种类可以采用钛酸锂电池、钠硫电池、液流电池、锂电 池和铅酸电池中的任一种或多种，因此易于实现。本专利技术易于实现，节约了成本，且适用与 兆瓦级风电机组组成独立电源系统，适用于海上油田平台和偏远地区的供电。附图说明 图1是本专利技术的结构示意图 图2是本专利技术中蓄电池储能调节装置的结构示意图 具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。 如图1所示，本专利技术包括兆瓦级的若干风电机组1、若干蓄电池组2、若干蓄电池储 能调节系统(Power Conditioning System, PCS) 3、一外部备用电源4、一卸载负荷5、多个 变压器6和一高压主母线7 (相当于电网)。考虑到风电机组1的容量较大、电力变换效率、 海上采油平台的制约、维修方便和价格因素等特点，本专利技术的接线方式采用基于6-10kV交 流母线连接的单母线放射式，各部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种兆瓦级风电蓄电池组合独立电源系统，其特征在于，它包括：若干组风电机组，其各输出端并联接入高压主母线；一蓄电池储能调节系统，其包括：若干充放电管理系统，每一所述充放电管理系统交流侧并联接入所述公共母线上后，再接入所述高压主母线；以及一系统主监控器，其通过若干ＣＡＮ接口与各所述充放电管理系统进行信息交互，并按照所述充放电管理系统的指令工作；若干组蓄电池组，其与所述充放电管理系统一一对应，每一所述蓄电池组连接对应的所述充放电管理系统的直流端，并在上、下限电压值范围内与所述高压主母线和蓄电池储能调节系统形成的ＰＣＣ点进行有功功率、无功功率的双向调节，使所述ＰＣＣ点的电压和频率稳定；一外部备用电源，其在所述蓄电池储能调节系统中的系统主监控器的控制下为所述高压主母线供电，使所述ＰＣＣ点的电压和频率稳定；一卸载电荷，其在所述蓄电池储能调节系统中的系统主监控器的控制下消耗掉所述高压主母线输出的电能，使所述ＰＣＣ点的电压和频率稳定；若干变压器，其分别连接在每一所述风电机组的输出端，所述公共母线与所述高压主母线之间，以及所述高压主母线与所述卸载电荷之间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：尚景宏，蔡旭，林伟明，朱鹏，罗锐，曹云峰，李征，施刚，
申请(专利权)人：中国海洋石油总公司，中海油新能源投资有限责任公司，上海交通大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]