專利名稱：一種基于超導(dǎo)磁儲能的風(fēng)電場功率輸出平衡裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種基于超導(dǎo)磁儲能的風(fēng)電場功率輸出平衡系統(tǒng)，屬于電工技術(shù) 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟的發(fā)展要求(即現(xiàn)代電力系統(tǒng)的容量越來越大)和常規(guī)能源的枯竭，分 布式發(fā)電(如風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、潮汐發(fā)電等)越來越受到人們的重視。近年來，風(fēng)力發(fā) 電技術(shù)得到了快速發(fā)展，已是當(dāng)今非水能的可再生能源發(fā)電中技術(shù)最成熟、最具有大規(guī)模 開發(fā)條件和商業(yè)化前景的發(fā)電方式，受到世界各國能源界的青睞。將之與常規(guī)電網(wǎng)進行并 網(wǎng)，特別是大容量高比例風(fēng)電場的并網(wǎng)，由于風(fēng)能的波動性和間歇性特點，導(dǎo)致風(fēng)電場的輸 出功率呈頻繁波動狀態(tài)，不但加大了電網(wǎng)調(diào)節(jié)控制的難度，而且影響了電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性 和電能質(zhì)量。目前，主要采取的限制風(fēng)電場功率波動的主要措施1、采用直流聯(lián)網(wǎng)。采用直流聯(lián)網(wǎng)，將交流風(fēng)電變換成直流電進行并網(wǎng)，可降低功率 波動。2、通過調(diào)節(jié)風(fēng)力渦輪機的運行狀態(tài)來平滑其輸出功率，可歸類為直接功率控制。 如采用變速恒頻調(diào)節(jié)這種目前公認(rèn)的最優(yōu)化調(diào)節(jié)方式，也是未來風(fēng)電技術(shù)發(fā)展的主要方 向。3、通過附加的儲能設(shè)備來平滑風(fēng)電場的輸出功率，可歸類為間接功率控制，該 方法能實現(xiàn)較寬范圍的功率調(diào)節(jié)，有效地抑制風(fēng)電場輸出功率的波動。例如中國專利 200610019634. 7提供的一種基于超導(dǎo)磁儲能的變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機勵磁變頻系統(tǒng)，如 圖1所示，主要由超導(dǎo)磁體、斬波器，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)變流器和電容組成。該勵磁變頻器 利用超導(dǎo)磁體的高效儲能特性，把超導(dǎo)磁體作為變頻器的中間直流儲能環(huán)節(jié)，在控制超導(dǎo) 磁體與雙饋風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)子之間的滑差功率交換、實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機變速恒頻運行的同時， 還為并網(wǎng)電力系統(tǒng)提供有功功率和無功功率補償，提高并網(wǎng)電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。雖然以上幾種現(xiàn)有技術(shù)均可降低功率波動，但各自都仍存在缺點方案1雖可降 低功率波動，但要求常規(guī)電網(wǎng)也是直流輸電，而兩端換流設(shè)備的投資很大，交換功率不大 時，經(jīng)濟性差，這種方法往往不可行。方案2在技術(shù)領(lǐng)域上平滑了風(fēng)電場功率輸出，但在風(fēng) 速波動較大的風(fēng)電場，對輸出功率的調(diào)節(jié)能力是非常有限的。方案3是通常補償原理來平 滑風(fēng)電場輸出的，但儲能裝置的能耗和能量之間的損耗是制約實際應(yīng)用的主要因素，同時 當(dāng)平滑功率時刻的選擇不當(dāng)時容易給電網(wǎng)帶來更大的功率波動；另外，由于檢測時刻和補 償時刻的不同步，存在一個真空補償帶，即采取補償動作的滯后時間，也就是補償時間于檢 測時間的時間差，對系統(tǒng)有不利影響。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供了一種基于超導(dǎo)磁儲能的風(fēng)電場功率輸出平衡裝置，它具有結(jié)構(gòu)簡單、能量損耗小、儲能密度大、易于控制的特點，連接于風(fēng)電場與常規(guī)電網(wǎng)并 網(wǎng)附近，可較好地消除或變窄“真空抑制帶”，更好的抑制風(fēng)電場輸出功率波動，為并網(wǎng)電力 系統(tǒng)提供有功功率和無功功率的瞬時補償，提高了電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，特別是對電網(wǎng) 的動態(tài)穩(wěn)定性有了很大改善。本實用新型的技術(shù)方案一種基于超導(dǎo)磁儲能的風(fēng)電場功率輸出平衡裝置，其特 征在于它是由風(fēng)速采集轉(zhuǎn)化電路、實際風(fēng)電場模擬模塊、差動放大電路、比較電路、控制電 路、變流器及包括斬波器、濾波器與反饋電路構(gòu)成的超導(dǎo)磁儲能裝置組成；所說的風(fēng)速采集 轉(zhuǎn)化電路的輸出端連接實際風(fēng)電場模擬模塊，所說的實際風(fēng)電場模擬模塊的輸出端連接差 動放大電路，所說的差動放大電路的輸出端連接比較電路，所說的連接比較電路的輸出端 連接控制電路，所說的控制電路的輸出端連接變流器，所說的變流器輸出端連接超導(dǎo)磁儲 能裝置，所說的超導(dǎo)磁儲能裝置通過反饋電路與比較電路相連接。上述所說的風(fēng)速采集轉(zhuǎn)化電路由傳感器、電阻和放大器組成，將風(fēng)信號轉(zhuǎn)化成電 信號；風(fēng)速采集轉(zhuǎn)化電路應(yīng)用的是基于霍耳效應(yīng)的電磁風(fēng)速傳感器、放大器和電阻元件，通 過基于霍耳效應(yīng)的電磁風(fēng)速傳感器，將風(fēng)信號轉(zhuǎn)化成電信號，再經(jīng)過放大器和電阻組成的 放大電路，將此電信號放大。上述所說的實際風(fēng)電場模擬模塊包括實際風(fēng)電場的模擬軟件程序和輸入輸出接 口，輸入接口與分速轉(zhuǎn)化電路相連接，輸出模塊與放大電路相連接。上述所說的差動放大電路將得到的模擬實際風(fēng)電場的信號a與標(biāo)準(zhǔn)信號b相比 較，再經(jīng)過放大電路放大。上述所說的比較電路由放大器和電阻組成，比較反饋信號和輸入信號，并將輸出 作為控制電路的輸入信號。上述所說的控制電路控制三極管的導(dǎo)通角。上述所說的變流器是由三極管和二極管組成，實現(xiàn)整流_逆變。上述所說的超導(dǎo)磁儲能裝置包括晶間管(VS「VS8)、二極管(D「D8)、超導(dǎo)磁體；所 說的超導(dǎo)磁體由超導(dǎo)線圈、冷卻裝置和失超保護裝置組成，將經(jīng)過變流器變換得到的直流 電存儲在超導(dǎo)磁體中；所說的超導(dǎo)磁儲能裝置中的濾波器濾除對系統(tǒng)有危害的波形。上述所說的超導(dǎo)線圈亦可以用普通電感或電容來代替。本實用新型的工作過程，包括以下步驟(1)通過風(fēng)速采集轉(zhuǎn)化電路，將風(fēng)信號轉(zhuǎn)變成與之成一定比例關(guān)系的電信號a ；(2)步驟(1)中a電信號經(jīng)過實際風(fēng)電場模擬模塊，產(chǎn)生與實際風(fēng)電場輸出變化規(guī) 律完全相同的信號c;(3)步驟(2)中的功率信號c經(jīng)過差動放大電路，產(chǎn)生功率信號d ；(4)步驟(3)中的信號d與超導(dǎo)儲能裝置輸出的功率信號0進行比較電路，得到信 號e ；(5)步驟(4)中的信號e通過控制器來控制變流器中三極管的導(dǎo)通，進行多超導(dǎo)儲 能裝置的功率輸出e ；(6)實現(xiàn)對并網(wǎng)功率的平衡。上述所說的步驟(2)中的信號c在時域上比實際風(fēng)電場輸出的信號超前一個時間 段g，使之不大于超導(dǎo)磁儲能裝置、差動放大電路和比較電路的動作總時間段j，這樣可以縮短或消除真空補償帶；所說的真空補償帶指波動到達某點時間g與實際進行波動抑制的 時間j的時間差k。本實用新型的工作原理為本案基于超導(dǎo)磁儲能的風(fēng)電場功率輸出平衡系統(tǒng)是軟 件和硬件的結(jié)合，所說的軟件為實際風(fēng)電場的模擬模塊，所說的硬件為超導(dǎo)磁儲能裝置、風(fēng) 速采集轉(zhuǎn)化電路和比較電路；所說的風(fēng)電場功率輸出平衡系統(tǒng)采取波動源的信號——風(fēng)速 作為控制信號；所說的實際風(fēng)電場模擬模塊，是根據(jù)風(fēng)力機模擬裝置來選擇的，其核心在于 考慮機械慣性、機械信號與電信號速度差的模擬風(fēng)電場；所說的風(fēng)電場功率輸出平衡系統(tǒng) 在于波動源的信號——風(fēng)速經(jīng)過實際風(fēng)電場模擬模塊后輸出的信號，在時域上比實際風(fēng)電 場輸出信號超前一個時間段，但其變化規(guī)律完全相同。所說的風(fēng)電場功率輸出平衡系統(tǒng)將 晶閘管(VS1-VS8)、二極管(D1-D8)、超導(dǎo)磁體、失超保護和冷卻裝置組成的超導(dǎo)儲能裝置 應(yīng)用于風(fēng)電場。模擬風(fēng)電場裝置，不同的風(fēng)力機其模擬裝置不同，其核心在于考慮機械慣 性、機械信號與電信號速度差的模擬風(fēng)電場。超導(dǎo)磁儲能裝置通過控制晶閘管VSi到VS6導(dǎo) 通角來實現(xiàn)變流器的工作狀態(tài)，即整流逆變，以補償?shù)男问絹韺崿F(xiàn)對風(fēng)電場功率波動的抑 制。本實用新型的優(yōu)越性和技術(shù)效果在于1、利用超導(dǎo)磁體實現(xiàn)對電能的儲存，大幅度的提高了儲能密度，除了維持超導(dǎo)體 的低溫環(huán)境外，沒有其他的消耗能量的原件，降低了能耗，通過采用機械信號與電信號的傳 播速度之差，不但可以對風(fēng)電場的輸出功率起到“消峰填谷”的作用，而且真正意義上實現(xiàn) 對風(fēng)電場功率輸出波動的同步抑制，真正意義上實現(xiàn)對風(fēng)電場功率輸出波動的同步抑制， 消除了“真空抑制帶”；2、采用變流器的關(guān)斷，實現(xiàn)了并網(wǎng)電網(wǎng)中電能與超導(dǎo)磁體中磁能的雙相變換；3、采用濾波器，消除了逆變過程中的諧波問題；4、該系統(tǒng)完全平滑了風(fēng)電場功率波動，使并網(wǎng)風(fēng)電場功率流達到定值，提高了電 能質(zhì)量和并網(wǎng)電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性；5、本實用新型從本質(zhì)上改變了儲能設(shè)備以前的滯后補償(因為相應(yīng)的波動已經(jīng) 傳輸?shù)匠Ｒ?guī)電網(wǎng)中)，從這一角度上來說，具有重大意義，具有廣闊的市場應(yīng)用前景和實際 生產(chǎn)價值。


附圖1為現(xiàn)有技術(shù)中，中國專利200610019634. 7的線路圖。附圖2為本實用新型所涉一種基于超導(dǎo)磁儲能的風(fēng)電場功率輸出平衡裝置的工 作原理框圖。附圖3為圖2中(電壓源型)超導(dǎo)儲能裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖4為本實用新型所涉一種基于超導(dǎo)磁儲能的風(fēng)電場功率輸出平衡裝置的工 作流程示意圖。附圖5為圖2中的風(fēng)速采集轉(zhuǎn)化電路結(jié)構(gòu)示意圖。附圖6為比較比較電路的示意圖。附圖7為本實用新型所涉一種基于超導(dǎo)磁儲能的風(fēng)電場功率輸出平衡裝置的在 風(fēng)電場_無窮大并網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用示意圖。[0040]其中，為直接的風(fēng)速信號；P’ wind和Q’ wind為模擬風(fēng)電場的輸出；P’ D和Q’ D為 基準(zhǔn)的比較信號。
具體實施方式
實施例一種基于超導(dǎo)磁儲能的風(fēng)電場功率輸出平衡裝置(見圖2)，其特征在于 它是由風(fēng)速采集轉(zhuǎn)化電路、實際風(fēng)電場模擬模塊、差動放大電路、比較電路、控制電路、變流 器及包括斬波器、濾波器與反饋電路構(gòu)成的超導(dǎo)磁儲能裝置組成；所說的風(fēng)速采集轉(zhuǎn)化電 路的輸出端連接實際風(fēng)電場模擬模塊，所說的實際風(fēng)電場模擬模塊的輸出端連接差動放大 電路，所說的差動放大電路的輸出端連接比較電路，所說的連接比較電路的輸出端連接控 制電路，所說的控制電路的輸出端連接變流器，所說的變流器輸出端連接超導(dǎo)磁儲能裝置， 所說的超導(dǎo)磁儲能裝置通過反饋電路與比較電路相連接。上述所說的風(fēng)速采集轉(zhuǎn)化電路(見圖5)由傳感器、電阻和放大器組成，將風(fēng)信號 轉(zhuǎn)化成電信號；風(fēng)速采集轉(zhuǎn)化電路應(yīng)用的是基于霍耳效應(yīng)的電磁風(fēng)速傳感器和電阻元件。上述所說的實際風(fēng)電場模擬模塊包括霍耳效應(yīng)電磁風(fēng)速傳感器組成的風(fēng)速轉(zhuǎn)化 模塊及輔助裝置組成，連接于風(fēng)電場與常規(guī)電網(wǎng)并網(wǎng)附近；所說的實際風(fēng)電場模擬模塊包 括實際風(fēng)電場的模擬軟件程序和輸入輸出接口，輸入接口與分速轉(zhuǎn)化電路相連接，輸出模 塊與放大電路相連接。上述所說的差動放大電路將得到的模擬實際風(fēng)電場的信號a與標(biāo)準(zhǔn)信號b相比 較，再經(jīng)過放大電路放大。上述所說的比較電路(見圖6)由放大器和電阻組成，比較反饋信號和輸入信號， 并將輸出作為控制電路的輸入信號。上述所說的控制電路控制三極管的導(dǎo)通角。上述所說的變流器是由三極管和二極管組成，實現(xiàn)整流_逆變。上述所說的超導(dǎo)磁儲能裝置(見圖3)包括晶閘管(VSrVS8)、二極管(DrD8)、超 導(dǎo)磁體；所說的超導(dǎo)磁體由超導(dǎo)線圈、冷卻裝置和失超保護裝置組成，將經(jīng)過變流器變換得 到的直流電存儲在超導(dǎo)磁體中；所說的超導(dǎo)磁儲能裝置中的濾波器濾除對系統(tǒng)有危害的波 形；上述所說的超導(dǎo)線圈亦可以用普通電感或電容來代替。
權(quán)利要求一種基于超導(dǎo)磁儲能的風(fēng)電場功率輸出平衡裝置，其特征在于它是由風(fēng)速采集轉(zhuǎn)化電路、實際風(fēng)電場模擬模塊、差動放大電路、比較電路、控制電路、變流器及包括斬波器、濾波器與反饋電路構(gòu)成的超導(dǎo)磁儲能裝置組成；所說的風(fēng)速采集轉(zhuǎn)化電路的輸出端連接實際風(fēng)電場模擬模塊，所說的實際風(fēng)電場模擬模塊的輸出端連接差動放大電路，所說的差動放大電路的輸出端連接比較電路，所說的連接比較電路的輸出端連接控制電路，所說的控制電路的輸出端連接變流器，所說的變流器輸出端連接超導(dǎo)磁儲能裝置，所說的超導(dǎo)磁儲能裝置通過反饋電路與比較電路相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種基于超導(dǎo)磁儲能的風(fēng)電場功率輸出平衡裝置，其特征在 于所說的風(fēng)速采集轉(zhuǎn)化電路由傳感器、電阻和放大器組成，將風(fēng)信號轉(zhuǎn)化成電信號；風(fēng)速采 集轉(zhuǎn)化電路應(yīng)用的是基于霍耳效應(yīng)的電磁風(fēng)速傳感器、放大器和電阻元件，通過基于霍耳 效應(yīng)的電磁風(fēng)速傳感器，將風(fēng)信號轉(zhuǎn)化成電信號，再經(jīng)過放大器和電阻組成的放大電路，將 此電信號放大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種基于超導(dǎo)磁儲能的風(fēng)電場功率輸出平衡裝置，其特征在 于所說的實際風(fēng)電場模擬模塊包括實際風(fēng)電場的模擬軟件程序和輸入輸出接口，輸入接口 與分速轉(zhuǎn)化電路相連接，輸出模塊與放大電路相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種基于超導(dǎo)磁儲能的風(fēng)電場功率輸出平衡裝置，其特征在 于所說的差動放大電路將得到的模擬實際風(fēng)電場的信號a與標(biāo)準(zhǔn)信號b相比較，再經(jīng)過放 大電路放大。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種基于超導(dǎo)磁儲能的風(fēng)電場功率輸出平衡裝置，其特征在 于所說的比較電路由放大器和電阻組成，比較反饋信號和輸入信號，并將輸出作為控制電 路的輸入信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種基于超導(dǎo)磁儲能的風(fēng)電場功率輸出平衡裝置，其特征在 于所說的控制電路控制三極管的導(dǎo)通角。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種基于超導(dǎo)磁儲能的風(fēng)電場功率輸出平衡裝置，其特征在 于所說的變流器是由三極管和二極管組成，實現(xiàn)整流_逆變。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種基于超導(dǎo)磁儲能的風(fēng)電場功率輸出平衡裝置，其特征在 于所說的超導(dǎo)磁儲能裝置包括晶閘管(VS1-VS8)、二極管(D1-D8)、超導(dǎo)磁體；所說的超導(dǎo)磁 體由超導(dǎo)線圈、冷卻裝置和失超保護裝置組成，將經(jīng)過變流器變換得到的直流電存儲在超 導(dǎo)磁體中；所說的超導(dǎo)磁儲能裝置中的濾波器濾除對系統(tǒng)有危害的波形。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所說的一種基于超導(dǎo)磁儲能的風(fēng)電場功率輸出平衡裝置，其特征在 于所說的超導(dǎo)線圈亦可以用普通電感或電容來代替。
專利摘要一種基于超導(dǎo)磁儲能的風(fēng)電場功率輸出平衡裝置，它由風(fēng)速采集轉(zhuǎn)化電路、實際風(fēng)電場模擬模塊、差動放大電路、比較電路、控制電路、變流器及包括斬波器、濾波器與反饋電路構(gòu)成的超導(dǎo)磁儲能裝置組成。本實用新型的優(yōu)越性利用超導(dǎo)磁體實現(xiàn)對電能的儲存，大幅度的提高了儲能密度，降低了能耗，實現(xiàn)對風(fēng)電場功率輸出波動的同步抑制。
文檔編號H02M5/293GK201562979SQ20092025123
公開日2010年8月25日 申請日期2009年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月3日
發(fā)明者周雪松, 宋代春, 權(quán)博, 李圣明, 田密, 程德樹, 馬幼捷 申請人:天津理工大學(xué)