突破大力发展风电瓶颈的方法及其供电系统技术方案

本发明专利技术的突破大力发展风电瓶颈的方法及其供电系统，主要是将风电场内的各台风力发电机的输出电压经ＤＣ／ＤＣ变换成电压相同的直流电压，再相互并联成该风电场的独立的风电网，由该风电网直接为高耗能负载供电；或由该风电网为主、市电网为辅共同为高耗能负载供电；或将风电网经ＤＣ／ＡＣ逆变器与市电网并网后为高耗能负载供电。因为风电技术已是成熟技术，只需克服现有的传统观念，将风电独立建成风电网，即可不再受并网比例的限制而能大力发展，是一种既能大力发展风电，又能将对电网的不利影响降到最低的切实可行的突破风电瓶颈的最佳途径。可使中国政府承诺的２０２０年单位ＧＤＰ碳排放将比２００５年减少４０％－４５％的目标早日实现，为全球温室气体减排提供切实可行的有效措施。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的风力发电系统为直流发电系统，风电并联成直流风电网。它与网电、 高耗能负载和模式切换开关构成了本专利技术方法的四个组成部分。模式切换开关由两组大功 率直流继电器Sl和S2构成，它们配合使用来实现下列三种措施 1)将第一组模式切换开关S1与风电网闭合，第二组模式切换开关S2开路，风电网 直接与高耗能负载连接； 2)将第一组模式切换开关Sl与风电网闭合，第二组模式切换开关S2与市电网相 连，风电网和市电网共同与高耗能负载连接； 这两种措施，直流风电网并不并入现有的国家电网即市面上电网，而是直接或与 市电网共同为高耗能负载供电。其特征在于与每一台风力发电机和网电都相连有DC/DC直 流转换电路，通过它们调节各支路电流，实现风机的最大风能捕捉和恒功率输出以及网电4功率调节。 3)将S1、S2与网电相连，风电并网，高耗能负载为电网调峰。 这种措施，风电网经过逆变后并入公共电网。由于风的波动性和间歇性特点，风电 功率的波动性和间歇性会对局部电网电压的稳定性和电能质量产生影响。高载能产业对并 网风电的调峰是指为风电场就近配置相应规模的高耗能产业，通过调节高耗能负载功率， 使其与风电功率波动一致，减少风电在电网中的比例，从而减少风电对电网的冲击，平滑风 电输出功率，保证下游电网供电稳定性和电能质量。 本专利技术风电网直接为高耗能负载供电，就地消化，减小或完全消除对电网的影响，突破风电并网瓶颈。既能大力发展风电，又能将对电网的不利影响降到最低，能产生巨大的经济效益和社会效益，是一种切实可行的能突破大力发展风电瓶颈的好方法。 同时由于风电组成直流风电网直接与高耗能负载相连，能有效降低风电成本。以1.5丽风力发电机组为例，为了满足并网的稳频、稳压和稳相位的要求，采用复杂的双馈变速恒频发电机组并采用变速箱等，而本专利技术采用直流风力发电系统，对频率和相位没有要求，可以简化发电机结构，并省去变速箱，可以降低总成本约20% ;同时变桨距控制装置可以取消，采用定桨距控制，通过控制来流角的方式达到控制叶尖速比的目的，可降低成本约6% ;并网控制器改为DC/DC直流变换器可降低成本约8%，从而总成本可降低约30-35%，且故障概率由于风力发电系统的简化可降低45%左右。附图说明 附图1是本专利技术的突破大力发展风电瓶颈的供电系统的结构示意图； 附图2是风电网直接为高耗能负载供电的结构示意图； 附图3是风电网和市电网共同为高耗能负载供电的结构示意图； 附图4是将风电与市电并网，用高耗能负载为电网调峰的供电结构示意图。 上述附图中的G为风力发电机，AC/DC为整流电路，DC/DC为直流变换电路，DC/AC为逆变电路。具体实施例方式结合附图对本专利技术作进一步描述如下 高耗能负载以天津大陆制氢设备有限公司水电解制氢设备FDQ-4/3. 2_IV型为 例，其氢气产量为4mVh，额定功率为22kW，额定电压为DC34V，额定电流为550A。选用1台 50KW的风力发电机组进行供电，该风力发电机可选购青岛风王风力发电机有限公司，型号 为FD18. 0-50KW的风力发电机，其直流输出电压为360V。 根据高耗能负载的特性，DC/DC为电流型直流变换器。DC/DC变换器采用Buck电路。其输入阻抗的大小可以通过控制开关电源的占空比来改变，从而可以通过改变耗能产业的输入功率来控制发电机的输出电流，改变风力发电机的负载特性来控制风机叶尖速比。整流电路采用可控整流桥。该电路通过控制6个功率开关管实现电压的可调。 Buck直流变换器作为控制系统主电路，采用IGBT作为主开关管，主要技术参数为工作频率20kHz，额定输入电压360V，输出电压34V。控制系统采用南京全乐科技有限公司的电力控制系统。 如图1所示，本专利技术降低风电成本和突破风电并网瓶颈措施电路原理图主要由风 电网、市电网、高耗能负载和模式切换开关组成。模式切换开关由两组大功率直流继电器S1 和S2构成。Sl有3个触点1、2和3，其中2为空触点，S2有2个触点l和2，其中1为空触 点，它们共同组合构成3种供电结构的具体措施 第一种是S1与1触点接触，S2断开，风电网单独与高耗能负载连接而直接为高耗 能负载供电，如图2所示。各直流风力发电机组通过DC/DC直流变换器后连接成直流风电 网。各风力机通过动态调节DC/DC变换器电流，实时控制发电机电磁力矩，从而根据风力机 特性曲线，调节发电机转矩，额定风速以下时实现最大功率跟踪，额定风速以上时实现恒功 率输出。 第二种是S1与触点1接触，S2与触点2接触，风电网和市电网共同为高耗能负载 供电，如图3所示。网电经过AC/DC整流和DC/DC直流变换后与风电网相连，风电网为主和 市网电为辅互补为高耗能负载供电。通过控制网电DC/DC变换器电流，调节网电功率，当风 电功率升高，市电功率相应地降低；反之，市电功率相应地增加；在没有风电时，利用市电 保持生产所需最小供电，从而实现对高耗能负载的稳定、连续和可靠供电。特别地，当夜间 等用电低谷时，高耗能负载在确保使用全部风电外，还可以尽可能多的消耗市电，实现风电 网为辅和市网电为主互补供电，从而起到为电网调峰的作用。 第三种是S1与触点3接触，S2与触点2接触，风电网经DC/AC逆变后并入市电网， 再将市电网电经过AC/DC整流和DC/DC直流变换后与高耗能负载相连。如图4所示。通 过调节与高耗能负载相连的DC/DC变换器电流，调节高耗能负载功率，使其与风电功率波 动一致，减少风电在电网中的比例，平滑风电输出功率，保证下游电网供电稳定性和电能质 如设大型风电场输出有功功率Pm、无功功率Qm、高耗能负载的有功功率和无功 功率消耗，根据功率平衡定理有 Pgrid = Pm_PL Qgrid = Qm—QL 其中，PgHd和Qgrid分别为经过调峰后的风电场并网有功功率和无功功率。从上式可知，通过调节高耗能负载功率，使其与风电场输出功率波动一致，即任意时刻Pm = Py则风电的波动性得到了完全的抑制。为了控制风电场并网功率不超过电网总容量^的8%， 高耗能负载功率应该为Qm-8% Pe。 为了实现高耗能负载功率跟随风电场输出功率波动，风电网侧变流器采用常规逆 变器DC/AC的控制方法来实现有功和无功功率的解耦控制。高耗能负载侧直流变换器DC/ DC对直流母线的有功功率进行控制，它的作用体现在两个方面一方面是通过有功功率调 节维持直流母线电压的恒定，另一方面跟踪由系统给出的有功功率参考信号，以实现两个 P丽变流器的功率协调。 本专利技术提供的方法和供电系统，是一种既能大力发展风电，又能将对电网的不利 影响降到最低，还能明显降低风电成本，产生巨大的经济效益和社会效益的切实可行的突 破风电瓶颈的最佳途径。因为风电技术已是成熟技术，只需克服现有观念，将风电独立建成 风电网，即可不再受并网比例的限制而能大力发展，又因现有的高耗能负载是消耗掉现有 市电网中的大部分供电量而只产生较低附加值的负载，将这类较低附加值的高耗能负载改6为主要由风电网供电后，即可使现有的市电网减轻负担而有足够的能力为城乡和高附加值 的负载供电。可使我国政府承诺的2020年单位GDP碳排放将比2005年减少40% -45%的 目标早日实现，为全球温本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种突破大力发展风电瓶颈的方法，其特征在于将风电场内的各台风力发电机的输出电压经ＤＣ／ＤＣ变换成电压相同的直流电压，再相互并联成该风电场的独立的风电网，由该风电网直接为高耗能负载供电；或由该风电网为主、市电网为辅，即夜间用电低谷时可以市电网为主，风电网为辅，为市电网进行调峰，共同为高耗能负载供电；或将风电网经ＤＣ／ＡＣ逆变器与市电网并网后为高耗能负载供电。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：顾为东，
申请(专利权)人：江苏省信息化研究中心，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]