一種基于智能微網的風力發電系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及自然能源發電技術領域，具體涉及一種基于智能微網的風力發電系統。
【背景技術】
[0002]智能微網是指由分布式電源、儲能裝置、能量轉換裝置、相關負荷和監控、保護裝置匯集而成的小型發配電系統，是一個能夠實現自我控制、保護和管理的自治系統，既可以與外部電網并網運行，也可以孤立運行。從微觀看，微網可以看做是小型的電力系統，它具備完整的發輸配電功能，可以實現局部的功率平衡與能量優化，它與帶有負荷的分布式發電系統的本質區別在于同時具有并網和獨立運行能力。
[0003]眾所周知，風能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視。其蘊量巨大，全球的風能約為2.74X10~9Mff，其中可利用的風能為2X10~7Mff，比地球上可開發利用的水能總量還要大10倍。把風的動能轉變成機械動能，再把機械能轉化為電力動能，這就是風力發電。風力發電的原理，是利用風力帶動風車葉片旋轉，再透過增速機將旋轉的速度提升，來促使發電機發電。依據目前的風車技術，大約是每秒三米的微風速度(微風的程度)，便可以開始發電。風力發電正在世界上形成一股熱潮，因為風力發電不需要使用燃料，也不會產生輻射或空氣污染。風力發電有兩種不同的類型，即:獨立運行的一一離網型和接入電力系統運行的一一并網型。離網型的風力發電規模較小，通過蓄電池等儲能裝置或者與其他能源發電技術相結合(如風電/水電互補系統、風電一一柴油機組聯合供電系統)可以解決偏遠地區的供電問題。并網型的風力發電是規模較大的風力發電場，容量大約為幾兆瓦到幾百兆瓦，由幾十臺甚至成百上千臺風電機組構成。并網運行的風力發電場可以得到大電網的補償和支撐，更加充分的開發可利用的風力資源，是國內外風力發電的主要發展方向。在日益開放的電力市場環境下，風力發電的成本也將不斷降低，如果考慮到環境等因素帶來的間接效益，則風電在經濟上也具有很大的吸引力。
[0004]可以看出，利用風能并網發電是目前風場儲能領域研究的一個方向，風力發電往往需要首先利用電網中的電力啟動風機帶動葉輪轉動，也就是說，到目前為止，風力發電裝置不能離網運行。這大大的制約了風場儲能的使用環境，給該領域的發展及應用造成了條件限制。

【發明內容】

[0005]針對現有技術存在的不足，本發明所要解決的技術問題是，提供一種結構簡單、能夠脫離電網獨立啟動、有效克服分布式電源隨機性和間歇性的缺點，解決分布式電源的接入問題，實時調節平滑系統的波動、維持網絡內部的發電和負荷的平衡、保證電壓和頻率穩定，當微網并網運行時，它作為靈活調度的負荷，能根據主網的需要迅速作出響應，滿足電力系統安全性的要求；當微網獨立運行時，又能利用儲能環節和控制保護環節維持自身的穩定運行的基于智能微網的風力發電系統。
[0006]為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是:一種基于智能微網的風力發電系統，包括多臺并聯設置的風力發電裝置，還包括一具有電能輸入端及儲能輸入端的儲能雙向變流器，所述各風力發電裝置均與儲能雙向變流器的儲能輸入端電連接，在電能輸入端連接有用于儲存電能的儲能系統，所述風力發電裝置經儲能線路與儲能輸入端電連接，在風力發電裝置與儲能輸入端相連接的儲能線路上連接有用于平衡穩定輸出啟動電壓及檢測風力發電裝置初始運行功率的PCS功率控制器，風機啟動時，所述PCS功率控制器檢測各風力發電裝置啟動總功率信號后，發送用于啟動各風力發電裝置初始運行所需最小功率的信號給儲能雙向變流器，所述儲能雙向變流器將儲能系統經電能輸入端輸入的直流電變為交流電后啟動風機，風機啟動后，PCS功率控制器檢測風機發電信號后，發送關閉儲能雙向變流器將儲能系統經電能輸入端輸入的直流電變為交流電的信號給儲能雙向變流器，風力發電裝置所發出的交流電經儲能雙向變流器的儲能輸入端向儲能系統儲能。
[0007]上述的基于智能微網的風力發電系統，所述儲能雙向變流器設置有一用于連接負載并經儲能系統向負載供電的電能輸出端，所述儲能線路上連接有一與負載相連的供電支路，在供電支路上連接一用于檢測負載用電量并分配調節多余電量向儲能輸入端儲能的主控系統，主控系統與儲能雙向變流器信號連接，當主控系統檢測負載用電量小于風力發電裝置最大發電量時，所述主控系統發送將多余電量經儲能輸入端向儲能系統儲能的信號給儲能雙向變流器，當主控系統檢測負載用電量大于風力發電裝置最大發電量時，所述主控系統發送啟動儲能系統一并供電的信號給儲能雙向變流器，風力發電裝置及儲能系統同時為負載供電。
[0008]上述的基于智能微網的風力發電系統，所述儲能雙向變流器經儲能系統連接有一當負載用電量大于儲能系統及風力發電裝置最大發電量時向負載供電的國家電網系統，所述主控系統連接有一當負載用電量大于儲能系統及風力發電裝置最大發電量時防止風力發電裝置所發電能送至國家電網系統的逆功率檢測裝置，所述逆功率檢測裝置與連接儲能系統及國家電網系統的輸電線路信號連接，當主控系統檢測負載用電量大于儲能系統及風力發電裝置最大供電量時，發送啟動國家電網系統向電能輸入端供電的信號給儲能雙向變流器，同時發送防止風力發電裝置所發電能送至國家電網系統的信號給逆功率檢測裝置，國家電網系統、儲能系統及風力發電裝置同時為負載供電。
[0009]上述的基于智能微網的風力發電系統，所述儲能雙向變流器設置有一用于連接負載并經儲能系統向負載供電的電能輸出端，所述儲能線路上連接有一與負載相連的供電支路，在供電支路上連接一用于檢測負載用電量及調節供電功率的主控系統，所述主控系統與儲能雙向變流器信號連接，當主控系統檢測負載用電量大于儲能系統及風力發電裝置最大供電量時，所述主控系統根據風力發電裝置的實際發電量進行投切。
[0010]上述的基于智能微網的風力發電系統，所述儲能系統為蓄電池，所述蓄電池為鋰離子電池、鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池中的一種或幾種。
[0011]本發明基于智能微網的風力發電系統的優點是:微網的最大優點在于將原來分散的分布式電源進行整合，集中接入同一個物理網絡中，并利用儲能裝置和控制保護裝置實時調節以平滑系統的波動，維持網絡內部的發電和負荷的平衡，保證電壓和頻率的穩定。當微網并網運行時，它作為靈活調度的負荷，能根據主網的需要迅速作出響應，滿足電力系統安全性的要求；當微網獨立運行時，又能利用儲能環節和控制保護環節維持自身的穩定運行。所以，微網獨特的組網形式能夠有效克服分布式電源隨機性和間歇性的缺點，解決分布式電源的接入問題。具有并網運行模式和離網運行兩種模式，并可以在兩種模式之間進行快速切換，滿足用戶在實際運用中的不同需求。具有各種完備的保護功能，如過欠壓保護、過欠頻保護、過流保護、短路保護、過載保護、過溫保護、防孤島保護、功率翻轉保護等等，確保系統、蓄電池和公共電網最大的運行安全。采用了一系列硬件和軟件優化措施，使得設備本身的功耗很小，轉換效率可以達到97%以上(半載以上)，節能性能優異。采用先進的軟件算法和優異的硬件拓撲結構，因此并網運行狀態下，對電網產生的諧波污染很小，電流諧波畸變率< ±3% (半載以上)。并網運行時，可根據遠程指令或本地設定，向電網注入無功功率，使得并網功率因數可在-1?I之間可調，實現對電網的無功補償。輸入功率因數高，電磁兼容性能好。充電功率因數彡0.99 (半載以上)，放電輸出功率因數0.95?0.99。預留并聯接口，可以擴容至Mff級換流器。具有各種通訊接口，包括RS232/485/CAN /以太網接口等等，可以滿足不同監控通訊方式的要求離網運行狀態下，能夠產生高質量的交流電能，滿足用電負荷對電能質量的要求。
【附圖說明】
[0012]圖1為PCS功率控制器與多臺風力發電裝置相連的結構示意圖；
圖2為本發明的電路結構示意圖；
圖3為本發明儲能及供電的電路結構框圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖及具體實施例對本發明做進一步詳細說明；
實施例1:
局部電網、儲能PCS替代國家電網系統啟動風力發電裝置。
[0014]如圖1、2、3所示，一種基于智能微網的風力發電系統，包括多臺并聯設置的具有風機I的風力發電裝置2，還包括一具有電能輸入端3及儲能輸入端4的儲能雙向變流器5，所述各風力發電裝置2均與儲能雙向變流器5的儲能輸入端4電連接，在電能輸入端3連接有用于儲存電能的儲能系統6，儲能系統6為蓄電池，蓄電池可以選擇本領域常用的鋰離子電池、鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池中的一種或幾種，根據實際風機I的數量及發電功率可以適當選擇蓄電池的數量。
[0015]所述風力發電裝置2經儲能線路7與儲能輸入端4電連接，在風力發電裝置2與儲能輸入端3相連接的儲能線路7上連接有用于平衡穩定輸出啟動電壓及檢測風力發電裝置2的初始運行功率的PCS功率控制器，風機I啟動時，所述PCS功率控制器檢測各風力發電裝置2的啟動總功率信號后，發送用于啟動各風力發電裝置2初始運行所需最小功率的信號給儲能雙向變流器5，所述儲能雙向變流器5將儲能系統6經電能輸入端3輸入的直流電變為交流電后啟動風機1，風機I啟動后，PCS功率控制器檢測風機I開始發電的信號后，發送關閉儲能雙向變流器5將儲能系統6經電能輸入端3輸入的直流電變為交流電的信號給儲能雙向變流器5，風力發電裝置2所發出的交流電經儲能雙向變流器5的儲能輸入端4向儲能系統6儲能。
[0016]本實施例打破傳統的風力發電裝置需要依靠國家電網系統啟動的常規，具有非常大的研究價值及超前的發展方向。
[0017]實施例2:
并網運行模式中儲能系統與風力發電裝置為負載供電。
[0018]本實施例中，所述儲能雙向變流器5設置有一用于連接負載8并經儲能系統6向負載8供電的電能輸出端9，所述儲能線路7上連接有一與負載8相連的供電支路10，在供電支路10上連接一用于檢測負載8用電量并分