本案涉及一種風力發(fā)電系統(tǒng)，特別涉及一種可于全功率發(fā)電模式和雙饋發(fā)電模式進行切換，且通過儲能模塊的充電/放電的運作來抑制不利于電網(wǎng)及風力發(fā)電系統(tǒng)的事件的風力發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術：

眾所周知，目前的兆瓦級風力發(fā)電系統(tǒng)中主要包括兩種風力發(fā)電機組，即，全功率風力發(fā)電機組和雙饋風力發(fā)電機組。換言之，當前的一種風力發(fā)電機組采用雙饋發(fā)電模式，而另一種風力發(fā)電機組采用全功率發(fā)電模式。一般來說，全功率風力發(fā)電機組主要由全功率變換器和全功率發(fā)電機(如，永磁同步發(fā)電機、電勵磁發(fā)電機、感應發(fā)電機)組成，其發(fā)電運行范圍寬，切入風速低，發(fā)電效率高，對電網(wǎng)的適應性好，然而，全功率變換器需要處理的功率較大，進而對開關器件的應力要求高，高應力的開關器件對工藝是一個挑戰(zhàn)，提高開關器件的工藝，會造成價格的提升，因而全功率風力發(fā)電機和全功率變換器的價格較昂貴。雙饋風力發(fā)電機組主要由雙饋感應發(fā)電機和雙饋變換器組成，其相對于全功率風力發(fā)電機組價格便宜，但在低風速下的發(fā)電效率較低。此外，雙饋風力發(fā)電機組采用的雙饋發(fā)電機本身在低轉速下的損耗較大，并且變流器中電子器件耐壓受發(fā)電機轉速范圍限制，使得發(fā)電運行范圍窄。

更甚者，目前的風力發(fā)電系統(tǒng)的控制策略乃是采用最大功率跟蹤控制(Maximum power point tracking；MPPT)，使風力發(fā)電機可以最大發(fā)電功率輸出電能，然而此種控制策略卻對電網(wǎng)頻率的變化沒有響應，又隨著風電滲透率越來越大，導致電網(wǎng)系統(tǒng)的慣性越來越小，電網(wǎng)頻率的波動將更為明顯。因此為了改善此問題，目前的風力發(fā)電系統(tǒng)便利用風力發(fā)電機來參與一次調頻及慣量調頻，亦即通過吸收和釋放風力發(fā)電機之轉子的動能，來發(fā)出或吸收一部分有功功率，從而實現(xiàn)調頻，以達到提高電網(wǎng)穩(wěn)定性的目的。然而利用風力發(fā)電機來進行調頻卻存在兩個缺點，其中之一缺點為由于需要預留風 力發(fā)電機10％～15％的放電能力來進行調頻，故改變了最大功率跟蹤曲線，且犧牲了風力發(fā)電機的發(fā)電量，另一缺點則為在調頻時，低頻功率的波動與抑制傳動鏈的低頻振蕩會相耦合，進而加劇振蕩，如此一來，電能質量下降，嚴重時可能出現(xiàn)風力發(fā)電機組損壞。現(xiàn)有做法中也有基于獨立的儲能裝置或傳統(tǒng)電廠對電網(wǎng)頻率進行調節(jié)，這些做法的普遍缺點是成本高，投資大。

有鑒于此，如何發(fā)展一種可改善上述現(xiàn)有技術不足的風力發(fā)電系統(tǒng)，實為相關技術領域目前所需要解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本案的目的在于提供一種風力發(fā)電系統(tǒng)，以解決傳統(tǒng)風力發(fā)電系統(tǒng)具有成本高及效率低的缺點，以及解決傳統(tǒng)風力發(fā)電系統(tǒng)因利用風力發(fā)電機的電能來進行調頻，而具有損耗風力發(fā)電機的發(fā)電量及電能質量不佳而使風力發(fā)電機組容易損壞等缺點。

為達上述目的，本案之一較佳實施方式為提供一種風力發(fā)電系統(tǒng)，包含:風力發(fā)電機組，包含轉子繞組以及定子繞組；主斷路器，電耦接于定子繞組以及電網(wǎng)之間；雙模切換模塊，電耦接于定子繞組，使風力發(fā)電系統(tǒng)在風速小于預設風速時執(zhí)行全功率發(fā)電模式，在風速大于或等于預設風速時執(zhí)行雙饋發(fā)電模式；變換電路，電耦接于轉子繞組與該主斷路器之間；以及儲能模塊，設置于主斷路器及風力發(fā)電機之間，通過進行充電或放電的運作，以抑制不利于電網(wǎng)及該風力發(fā)電系統(tǒng)的事件。

附圖說明

圖1為本案第一較佳實施例的風力發(fā)電系統(tǒng)的示意圖。

圖2為本案第二較佳實施例的風力發(fā)電系統(tǒng)的示意圖。

圖3為本案第三較佳實施例的風力發(fā)電系統(tǒng)的示意圖。

圖4為圖3所示的風力發(fā)電系統(tǒng)的一變化例。

圖5為圖4所示的風力發(fā)電系統(tǒng)的另一變化例。

圖6為本案應用于圖5所示的風力發(fā)電系統(tǒng)的控制方法的步驟流程圖。

圖7為圖6所示的實際信息為實際電網(wǎng)頻率時，圖6中步驟S2的子步驟。

圖8為實現(xiàn)圖7中各步驟的一種結構示意圖。

圖9為圖6所示的實際信息為風力發(fā)電機的輸出電壓及輸出電流時，圖6中步驟S2的子步驟。

圖10為圖6所示的實際信息為實際電網(wǎng)電壓時，圖6的步驟S2的子步驟。

圖11為圖6所示的步驟S3的子步驟。

圖12為實現(xiàn)圖11中各步驟的一種結構示意圖。

其中，附圖標記說明如下：

1、2、3：風力發(fā)電系統(tǒng)

10：風力發(fā)電機組

100：轉子繞組

101：定子繞組

11：主斷路器

12、22、32：雙模切換模塊

121：整流器

13：變換電路

130：機側變換器

131：第一直流母線

132：網(wǎng)側變換器

133：預充電電路

14：儲能模塊

140：儲能組件

141：雙向直流/直流轉換器

15：第二直流母線

16：定子側開關

18：路徑開關

220：連接開關

221：輔助變換器

30：控制模塊

300：調頻控制器

301：儲能控制器

302：平滑波動控制器

303：削峰填谷控制器

304：故障穿越控制器

305：電池電壓控制單元

320：短路開關

9：電網(wǎng)

S1：上電子開關

S2：下電子開關

P1：功率指令信號

I1：電流給定值

S1～S3：風力發(fā)電系統(tǒng)的控制方法的步驟

S20～S28、S30～S32、S40～S42、S330～S335：子步驟

f₀：實際電網(wǎng)頻率

f_r：預設電網(wǎng)頻率

Δf₀：第一誤差信號

ΔP^*：第一偏差量

f₂：第二誤差信號

K_f：比例系數(shù)

ΔP₂：第二偏差量

ΔP₃：第三偏差量

ΔP：總偏差量

U_bat：儲能電壓

U_f：預設儲能組件電壓

ΔU：電壓偏差量

P_w：輸出功率

P_o：所需功率

A～Q：控制單元

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然其中的說明及附圖在本質上僅當作說明之用，而非用于限制本案?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領域普通技術人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型的保護范圍。

請參閱圖1，其為本案第一較佳實施例的風力發(fā)電系統(tǒng)的示意圖。如圖1所示，本實施例的風力發(fā)電系統(tǒng)1與電網(wǎng)9電耦接，且包含風力發(fā)電機組10、主斷路器11、雙模切換模塊12、變換電路13及儲能模塊14。風力發(fā)電機組10包括風力發(fā)電機、葉片和齒輪箱等，其中風力發(fā)電機可為一雙饋發(fā)電機，且風力發(fā)電機包含一轉子繞組100以及一定子繞組101。主斷路器11電耦接于定子繞組101以及電網(wǎng)9之間。

雙模切換模塊12電耦接于定子繞組101，用以使風力發(fā)電系統(tǒng)1在全功率發(fā)電模式及雙饋發(fā)電模式之間進行切換，更進一步說明，當風速小于預設風速時，雙模切換模塊12使風力發(fā)電系統(tǒng)1切換為全功率發(fā)電模式而執(zhí)行，反之，當風速大于或等于預設風速時，雙模切換模塊12則使風力發(fā)電系統(tǒng)1切換為雙饋發(fā)電模式而執(zhí)行。其中預設風速可為但不限于6米/秒。

變換電路13電耦接于轉子繞組100與主斷路器11之間，其可為雙向的變換電路，用以轉換所接收的電能，例如由風力發(fā)電機組10所提供的電能，并將轉換后的電能提供給所需的負載，例如電網(wǎng)9。

儲能模塊14設置于主斷路器11及風力發(fā)電機組10之間，儲能模塊14通過進行充電或放電的運作來抑制不利于電網(wǎng)9及風力發(fā)電系統(tǒng)1的事件，如電網(wǎng)頻率波動、風力發(fā)電機輸出功率波動等。在一些實施例中，儲能模塊14及變換電路13實際上可共同集成于機柜(未圖示)內，故儲能模塊14及變換電路13可共享風力發(fā)電系統(tǒng)1內的部分電路(例如下述的預充電電路)，以節(jié)省風力發(fā)電系統(tǒng)1的成本。

由上可知，相較于傳統(tǒng)風力發(fā)電系統(tǒng)僅能運作于全功率發(fā)電模式或是雙饋發(fā)電模式，本案之風力發(fā)電系統(tǒng)1通過設置雙模切換模塊12來使風力發(fā)電系 統(tǒng)1可依據(jù)風速是否小于預設風速而對應切換為全功率發(fā)電模式或雙饋發(fā)電模式，如此一來，本案的風力發(fā)電系統(tǒng)1在成本增加并不大的情況下，可在低風速時執(zhí)行全功率發(fā)電模式，以在低風速時仍具有較佳的發(fā)電效率，且提升發(fā)電運行的范圍。此外，由于本案的風力發(fā)電系統(tǒng)1可于低風速時執(zhí)行全功率發(fā)電模式，并在自身內部直接設置儲能模塊14，故當電網(wǎng)9及風力發(fā)電系統(tǒng)1發(fā)生不利的事件，例如電網(wǎng)9的頻率發(fā)生異常變化時，便可利用儲能模塊14進行充電或放電的運作，以抑制或補償不利于電網(wǎng)9及風力發(fā)電系統(tǒng)1的事件，如此一來，相較于傳統(tǒng)風力發(fā)電系統(tǒng)需利用風力發(fā)電機的電能來進行相關調節(jié)，例如調頻，本案的風力發(fā)電系統(tǒng)1不但無須犧牲風力發(fā)電機的發(fā)電量，且因在低風速時可執(zhí)行全功率發(fā)電模式，故可在進行相關補償或調節(jié)時，例如調頻時，維持電能質量，進而提升風力發(fā)電機組的使用壽命。

以下將再說明圖1所示的風力發(fā)電系統(tǒng)1的細節(jié)電路架構。請再參閱圖1，變換電路13包含機側變換器130、第一直流母線131及網(wǎng)側變換器132。機側變換器130電耦接于轉子繞組110及第一直流母線131之間。網(wǎng)側變換器132電耦接于機側變換器130與主斷路器11之間，進一步地，網(wǎng)側變換器132電耦接于第一直流母線131與主斷路器11之間，因此網(wǎng)側變換器132實際上是與機側變換器130共享第一直流母線131。

另外，變換電路13還包含預充電電路133，預充電電路133的一端電耦接于主斷路器11及定子繞組101之間，預充電電路133的另一端與第一直流母線131及儲能模塊14電耦接，預充電電路133用以對第一直流母線131上的電容及儲能模塊14進行預充電，故實際上變換電路13與儲能模塊14可共同使用預充電電路133，以節(jié)省風力發(fā)電系統(tǒng)1的成本。

儲能模塊14包含儲能組件140及雙向直流/直流轉換器141。儲能組件140可為但不限于由超級電容或可重復進行充電的電池所構成。雙向直流/直流轉換器141的一端與儲能組件140電耦接，雙向直流/直流轉換器141的另一端與第一直流母線131電耦接，雙向直流/直流轉換器141可將所接收到的電能轉換為不同電壓電平的電能并輸出，以調整儲能組件140的充電運作或放電運作，舉例而言，雙向直流/直流轉換器141可將定子繞組101所提供的電能進行轉換，以對儲能組件140進行充電運作，雙向直流/直流轉換器141亦可將儲能組件140在放電運作時所產(chǎn)生的電能進行轉換，以提供至第一直流母線131。如圖1 所示，儲能模塊14的一端與一第二直流母線15電耦接，具體為雙向直流/直流轉換器141的另一端可與第二直流母線15電耦接，再經(jīng)由第二直流母線15而與第一直流母線131電耦接。

此外，在本實施例中，風力發(fā)電系統(tǒng)1還包含一定子側開關16，定子側開關16的一端電耦接于雙模切換模塊12，定子側開關16的另一端電耦接于主斷路器11，且定子側開關16在風速小于預設風速時斷開，而在風速大于或等于預設風速時導通。此外，定子側開關16可由對應的控制器(未圖示)來控制。

風力發(fā)電系統(tǒng)1還包含一網(wǎng)側開關17，網(wǎng)側開關17的一端電耦接于定子側開關16與主斷路器11之間，網(wǎng)側開關17的另一端與網(wǎng)側變換器132電耦接。

雙模切換模塊12則可由一整流器121構成，整流器121的一端電耦接于定子繞組101，整流器121的另一端與第二直流母線15電耦接，整流器121包含并聯(lián)連接的三個橋臂，每一橋臂包含上電子開關S1及下電子開關S2，其中在風速小于預設風速時，三個橋臂的所有上電子開關S1或所有下電子開關S2一起導通，以將定子繞組101短路，此時風力發(fā)電系統(tǒng)1運行于全功率發(fā)電模式，而在風速大于或等于預設風速時，每一橋臂的上電子開關S1及下電子開關S2則分別運作于脈沖寬度調變(PWM)方式，此時風力發(fā)電系統(tǒng)1便運行于雙饋發(fā)電模式。其中上電子開關S1及下電子開關S2可由對應的控制器(未圖示)來控制。

另外，變換電路13還包含一路徑開關18，路徑開關18的一端與雙向直流/直流轉換器141的另一端及整流器121的另一端電耦接，路徑開關18的另一端是與第一直流母線131電耦接，路徑開關18是由對應的控制器(未圖示)控制而進行導通或斷開的切換，其中于路徑開關18導通時，儲能模塊14可經(jīng)由路徑開關18及第一直流母線131而進行充電/放電的運作。

當圖1所示的風力發(fā)電系統(tǒng)1操作于雙饋式發(fā)電模式時，定子繞組101輸出的電能直接傳輸至電網(wǎng)9，轉子繞組100輸出的電能則由機側變換器130和網(wǎng)側變換器131轉換后傳輸至電網(wǎng)9，且儲能模塊14通過進行充電或放電的運作，并經(jīng)由整流器121或是導通的路徑開關18來抑制不利于電網(wǎng)9及風力發(fā)電系統(tǒng)1的事件。而當風力發(fā)電系統(tǒng)1操作于全功率發(fā)電模式，轉子繞組100輸出的電能由機側變換器130和網(wǎng)側變換器131轉換后傳輸至電網(wǎng)9，定子繞組 101短路，且儲能模塊14通過進行充電或放電的運作，并經(jīng)由導通的路徑開關18來抑制不利于電網(wǎng)9及風力發(fā)電系統(tǒng)1的事件。

請再參考圖1，整流器121的接入點位于主斷路器11和定子饒組101之間的交流線路。更具體地，整流器121的接入點位于定子側開關16和定子繞組101之間的交流線路。當整流器121處于短路狀態(tài)，此時儲能模塊14經(jīng)由第一直流母線131實現(xiàn)充放電運作。當整流器121運行于脈沖寬度調變(PWM)方式，儲能模塊14可經(jīng)由整流器121實現(xiàn)充放電的運作，也可經(jīng)由第一直流母線131實現(xiàn)充放電的運作，故本實施例中的儲能模塊可進行靈活配置。儲能模塊14可獨立參與調頻、平滑功率波動、削峰填谷以及故障穿越，有效抑制不利于電網(wǎng)和風力發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定的事件發(fā)生。儲能模塊參與調頻時，調頻的低頻功率波動與抑制傳動鏈低頻振蕩相互解耦，不會加劇低頻振蕩。在實際結構中，儲能裝置集成在變流器內部，形成風儲一體機，且風儲一體機在低風速時運行于全功率發(fā)電模式，于中高風速運行于雙饋發(fā)電模式。

請參閱圖2，其為本案第二較佳實施例的風力發(fā)電系統(tǒng)的示意圖。如圖2所示，本實施例的風力發(fā)電系統(tǒng)2的部分結構相似于圖1所示的風力發(fā)電系統(tǒng)1，故僅以相同標號來表示相似的結構及運作。相較于圖1所示的風力發(fā)電系統(tǒng)1的雙模切換模塊12是由整流器121所構成，本實施例之風力發(fā)電系統(tǒng)2的雙模切換模塊22改為由連接開關220及輔助變換器221所構成。連接開關220的一端電耦接于定子繞組101，連接開關220的另一端電耦接于輔助變換器221的一端，當風速小于預設風速時，連接開關220被對應的控制器(未圖示)控制而導通，此時定子側開關16斷開，此時風力發(fā)電系統(tǒng)2運行于全功率發(fā)電模式，而在風速大于或等于預設風速時，連接開關220斷開，定子側開關16導通，此時風力發(fā)電系統(tǒng)2則運行于雙饋式發(fā)電模式。輔助變換器221的另一端電耦接于第一直流母線131，當風力發(fā)電系統(tǒng)2運行于雙饋發(fā)電模式時，輔助變換器221不動作，即不參與電能的轉換，反之，當風力發(fā)電系統(tǒng)2運行于全功率發(fā)電模式時，輔助變換器221則參與電能的轉換。

相較于圖1，本實施例的儲能模塊14設置于主斷路器與發(fā)電機組之間的變流器直流母線上，即耦接于變換電路13的第一直流母線131。與第一實施例相似，儲能模塊設置于變流器內部，形成風儲一體機，該裝置從結構上來說不改變原有風力發(fā)電系統(tǒng)的拓撲結構和控制結構。機側變換器130和儲能模塊14 共享網(wǎng)側變換器132，包括濾波器、變換器等(圖中未示出)，節(jié)省成本。儲能裝置獨立參與調頻，調頻的低頻功率波動與抑制傳動鏈低頻振蕩相互解耦，不會加劇振蕩。本實施例其他優(yōu)點和工作特性與第一實施例類似，此處不再贅述。

請參閱圖3，其為本案第三較佳實施例的風力發(fā)電系統(tǒng)的示意圖。如圖3所示，本實施例的風力發(fā)電系統(tǒng)3的部分結構相似于圖2所示的風力發(fā)電系統(tǒng)2，故于此僅以相同標號來表示相似的結構及運作。相較于圖2所示的風力發(fā)電系統(tǒng)2的雙模切換模塊222是由連接開關220及輔助變換器221所構成，本實施例的風力發(fā)電系統(tǒng)3的雙模切換模塊32改由短路開關320構成，短路開關320的一端電耦接于定子繞組101，短路開關320的另一端電耦接于三相短接點A，其中在風速小于預設風速時，短路開關320被對應之控制器(未圖示)控制而導通，使定子繞組101經(jīng)由三相短接點A而實現(xiàn)短路，此時定子側開關16斷開，風力發(fā)電系統(tǒng)3運行于全功率發(fā)電模式，而在風速大于或等于預設風速時，短路開關320斷開，定子側開關16導通，風力發(fā)電系統(tǒng)3運行于雙饋式發(fā)電模式。本實施例風力發(fā)電系統(tǒng)的其它結構及特性與第一及第二實施例類似，此處不再贅述。

當然，本實用新型圖1所示的風力發(fā)電系統(tǒng)1、圖2所示的風力發(fā)電系統(tǒng)2及圖3所示的風力發(fā)電系統(tǒng)3還分別包含一控制模塊，以控制儲能模塊14的雙向直流/直流轉換器141的運作，而由于在風力發(fā)電系統(tǒng)1、風力發(fā)電系統(tǒng)2及風力發(fā)電系統(tǒng)3中，控制儲能模塊14的控制模塊的作動方式皆相似，故以下僅以圖4、圖5來舉例說明控制模塊應用于圖3所示的風力發(fā)電系統(tǒng)3時的結構與作動方式。

請參閱圖4，其為圖3所示的風力發(fā)電系統(tǒng)的變化例。如圖4所示，風力發(fā)電系統(tǒng)3還包含控制模塊30，用以控制儲能模塊14的雙向直流/直流轉換器141的運作，且控制模塊30包含調頻控制器300及儲能控制器301。調頻控制器300預設有預設電網(wǎng)頻率，當電網(wǎng)頻率波動時，調頻控制器300采樣電網(wǎng)9上的實際電網(wǎng)頻率，調頻控制器300更利用實際電網(wǎng)頻率及預設電網(wǎng)頻率進行運算與處理，以對應產(chǎn)生功率指令信號P1。

儲能控制器301與調頻控制器300及雙向直流/直流轉換器141電耦接，用以接收功率指令信號P1，并對應產(chǎn)生電流給定值I1，以控制雙向直流/直流轉 換器141的運作，使雙向直流/直流轉換器141依據(jù)電流給定值而調整儲能組件140的電流，進而控制儲能模塊14的充電/放電運作來對電網(wǎng)9的頻率變化進行補償。儲能控制器301采集儲能組件140的實際電流，并與電流給定值I1進行比較，產(chǎn)生的電流偏差經(jīng)過PI控制器，得到開關信號控制雙向直流/直流轉換器141調整儲能組件140的電流。當然，儲能控制器301的實現(xiàn)方式不限于此，上述僅為示例性說明。

如此一來，當電網(wǎng)頻率發(fā)生異常波動，導致不利于電網(wǎng)9的事件發(fā)生，調頻控制器300便可依據(jù)電網(wǎng)9上的實際頻率及預設電網(wǎng)頻率所反映的差異，并依據(jù)自身所設定的調頻策略來產(chǎn)生功率指令信號P1，通過儲能控制器301可依據(jù)功率指令信號P1而輸出可反映儲能組件140的電流需如何進行調整的電流給定值I1，以控制儲能模塊14的充電/放電運作。例如，當電網(wǎng)頻率高于設定頻率時，儲能模塊進行充電運作以吸收第一直流母線上的多余能量；當電網(wǎng)頻率低于設定頻率時，儲能模塊進行放電運作為第一直流母線輸送能量。

另外，請參閱圖5，其為圖4所示的風力發(fā)電系統(tǒng)的另一變化例。如圖5所示，控制模塊30還包含平滑波動控制器302、削峰填谷控制器303及故障穿越(Failure Ride Through,FRT)控制器304。風力發(fā)電機輸出功率的波動，會對電網(wǎng)產(chǎn)生擾動，需要對其進行平滑處理。平滑波動控制器302與儲能控制器301電耦接，且預設有預設功率，平滑波動控制器302接收可反映風力發(fā)電機組10的輸出電壓及輸出電流的檢測信號，以通過檢測信號計算風力發(fā)電機組10的輸出功率，并比較風力發(fā)電機組10的輸出功率與預設功率，以依據(jù)比較結果輸出功率變化補償信號至儲能控制器301。儲能控制器301可依據(jù)功率變化補償信號產(chǎn)生對應的電流給定值，以控制雙向直流/直流轉換器141來調整儲能組件140的電流，通過儲能組件140的充電/放電運作，進而平滑風力發(fā)電機組10輸出功率的波動。

削峰填谷控制器303則與儲能控制器14及電網(wǎng)9電耦接，用以接收來自電網(wǎng)9的削峰填谷功率信號，并對應輸出充放電信號至儲能控制器301，使儲能控制器301產(chǎn)生對應的電流給定值來控制雙向直流/直流轉換器141調整儲能組件140的電流，使儲能模塊14在電網(wǎng)9的尖峰負荷時段內，將儲存的電能進行釋放，而在電網(wǎng)9的非尖峰負荷時段內，將風力發(fā)電機組10所提供的額外電能進行儲存，如此一來，可避免電網(wǎng)9的尖峰負荷時段供電不足。

當電網(wǎng)發(fā)生短路故障時，需風力發(fā)電機進行故障穿越，此時變換電路會承擔很大的瞬時功率沖擊，為保護變換電路，需要將功率沖擊泄放掉。傳統(tǒng)做法是利用直流斬波器和交流撬棒泄放功率沖擊，但上述兩種結構應力較大。本實用新型通過儲能裝置實現(xiàn)故障穿越。故障穿越控制器304與儲能控制器301及電網(wǎng)9電耦接，用以檢測電網(wǎng)9的實際電網(wǎng)電壓，并計算電網(wǎng)電壓的變化值，并在變化值超過預設值時對應產(chǎn)生保護信號至儲能控制器301，使儲能控制器301產(chǎn)生對應的電流給定值來控制雙向直流/直流轉換器141調整儲能組件140的電流。故當電網(wǎng)9上的電壓變化導致瞬時能量沖擊時，利用儲能模塊14反向補償電網(wǎng)9上的電壓變化，以實現(xiàn)故障穿越功能，保護變換電路。

于上述實施例中，當儲能模塊14的儲能組件140的容量有限制時，將使得儲能模塊301無法同時滿足調頻控制器300、平滑波動控制器302、削峰填谷控制器303及故障穿越控制器304所需要的調整需求。因此在其它實施例中，儲能控制器301更可預先儲存預設命令，該預設命令是設定儲能控制器301處理調頻控制器300所輸出的功率指令信號、平滑波動控制器302所輸出的功率變化補償信號、削峰填谷控制器303所輸出的充放電信號及故障穿越控制器301所輸出的保護信號的優(yōu)先級，故當儲能控制器301接收功率指令信號、功率變化補償信號、充放電信號及保護信號時，便可依據(jù)預設命令而從上述的該些信號選擇一個或多個優(yōu)先處理的信號，并依據(jù)所選擇的優(yōu)先處理的信號而產(chǎn)生對應的電流給定值，使雙向直流/直流轉換器141依據(jù)電流給定值而調整儲能組件140的電流，以通過儲能模塊14的充電/放電的運作抑制所述不利于電網(wǎng)9及風力發(fā)電系統(tǒng)3的事件。

更甚者，當儲能模塊14不需要進行調頻，功率平滑，削峰填谷，故障穿越等響應時，若風力發(fā)電系統(tǒng)3的輸出功率大于電網(wǎng)9的所需功率，即風力發(fā)電系統(tǒng)3有多余的電能時，可利用風力發(fā)電系統(tǒng)3多余的電能來對儲能組件140進行穩(wěn)壓控制，以妥善利用風力發(fā)電系統(tǒng)3多余的電能。因此在一些實施例中，如圖5所示，儲能控制器301還可包含電池電壓控制單元305，電耦接于儲能組件140，用以采樣儲能組件140上的儲能電壓，并采樣風力發(fā)電系統(tǒng)3的輸出功率及電網(wǎng)9的所需功率，且比較儲能電壓及預設電壓，以及比較風力發(fā)電系統(tǒng)3的輸出功率及電網(wǎng)9的所需功率，并于儲能電壓及預設電壓比較的結果超過電壓預設范圍且風力發(fā)電系統(tǒng)3的輸出功率大于電網(wǎng)9的所需功率時，依據(jù)儲 能電壓及預設電壓比較的結果產(chǎn)生電流給定值，使雙向直流/直流轉換器141依據(jù)電流給定值而調整儲能組件140的電流，以控制儲能模塊14的充電/放電的運作并實現(xiàn)儲能組件140的穩(wěn)壓控制。

需要說明的是，當儲能模塊14進行調頻，功率平滑，削峰填谷，故障穿越等響應時，儲能元件電壓控制單元305不會進行穩(wěn)壓控制，僅實時檢測儲能組件140的儲能電壓。當儲能組件140的儲能電壓大于額定最大值或小于額定最小值時，停止上述響應，以保護儲能組件140，防止儲能組件發(fā)生過充電或過放電。其中額定最大值及額定最小值，為儲能元件廠家提供的參數(shù)。一般會在儲能元件的銘牌中標明。

圖5中的儲能控制器301的工作原理和實現(xiàn)方式類似于圖4，此處不再贅述。本實用新型的風力發(fā)電系統(tǒng)至少具有以下優(yōu)點。風力發(fā)電機組，機側變換器及網(wǎng)側變換器構成的結構可根據(jù)風速實現(xiàn)風力發(fā)電機的最大功率跟蹤運行，實現(xiàn)風力發(fā)電機的最大發(fā)電功率。儲能模塊14可獨立參與調頻、平滑功率波動、削峰填谷以及故障穿越，有效抑制不利于電網(wǎng)和風力發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定的事件發(fā)生，且成本低，投資小。儲能模塊14進行調頻控制時，調頻的低頻功率波動與抑制傳動鏈低頻振蕩相互解耦，不會加劇低頻振蕩。在實際結構中，儲能模塊14集成在變流器內部，形成風儲一體機，儲能模塊14與變換電路13共享預充電回路、輔助電源(未圖示)和部分傳感器(未圖示)，節(jié)省成本。且風儲一體機在低風速時運行于全功率發(fā)電模式，增加低風速的發(fā)電能力，于中高風速運行于雙饋發(fā)電模式。

請參閱圖6，其為本案應用于圖5所示的風力發(fā)電系統(tǒng)的控制方法的步驟流程圖。所述控制方法可用以控制上述任一風力發(fā)電系統(tǒng)中儲能模塊的運作，本實用新型以風力發(fā)電系統(tǒng)3為例進行說明。如圖6所示，本實施例的控制方法用以控制風力發(fā)電系統(tǒng)3的儲能模塊14的運作。首先執(zhí)行步驟S1，即采樣電網(wǎng)9或風力發(fā)電系統(tǒng)3的至少一實際信息，并判斷是否存在不利于電網(wǎng)或風力發(fā)電系統(tǒng)的事件。若步驟S1的判斷結果為是，接著，執(zhí)行步驟S2，利用至少一實際信息而產(chǎn)生功率指令信號，并依據(jù)功率指令信號而產(chǎn)生電流給定值，以依據(jù)電流給定值而調整儲能模塊14的儲能組件140的電流，以通過儲能模塊14的充電/放電的運作抑制不利于電網(wǎng)9及風力發(fā)電系統(tǒng)3的事件。

請參一并閱圖7及圖8，其中圖7為圖6所示的實際信息為實際電網(wǎng)頻率時， 圖6的步驟S2的子步驟。圖8為實現(xiàn)圖7中各步驟的一種結構示意圖如圖7所示，在本實施例中，實際信息可為實際電網(wǎng)頻率，因此步驟S2亦對應包含子步驟如下：首先，執(zhí)行子步驟S20，即將實際電網(wǎng)頻率與預設電網(wǎng)頻率比較，以產(chǎn)生第一誤差信號。如圖8中控制單元A，實際電網(wǎng)頻率f₀與預設電網(wǎng)頻率f_r比較，以產(chǎn)生第一誤差信號Δf₀接著執(zhí)行步驟S21，利用下垂控制對第一誤差信號進行運算，以產(chǎn)生有功功率的第一偏差量。如圖8中控制單元B，下垂控制利用有功功率頻率下垂特性，仿真?zhèn)鹘y(tǒng)同步發(fā)電機的調頻特性，得到的第一偏差量ΔP^*為有功功率的偏差量給定。然后，執(zhí)行步驟S22，對有功功率的偏差量做閉環(huán)控制，有功功率的偏差量的誤差經(jīng)過虛擬慣量環(huán)節(jié)進行運算，以產(chǎn)生第二誤差信號。圖8中控制單元C的虛擬慣量環(huán)節(jié)模擬傳統(tǒng)同步發(fā)電機的機械特性，即對電網(wǎng)頻率進行慣量響應，其中得到的第二誤差信號f₂為重新計算的電網(wǎng)頻率的偏差量。接著執(zhí)行步驟S23，將第二誤差信號進行積分運算，并與一比例系數(shù)相乘，以產(chǎn)生一第二偏差量。如圖8中控制單元D和E，第二誤差信號f₂進行積分運算，并于第一比例系數(shù)K_f相乘，以產(chǎn)生一第二偏差量ΔP₂。然后執(zhí)行步驟S24，將第二誤差信號帶入一衰減(damping)運算式，以產(chǎn)生一第三偏差量。如圖8中控制單元F，第二誤差信號f₂經(jīng)過阻尼環(huán)節(jié)的衰減運算以抑制頻率波動對功率的影響，并產(chǎn)生第三偏差量ΔP₃。接著，執(zhí)行步驟S25，即將第二偏差量及第三偏差量相加，以產(chǎn)生總偏差量。如圖8中控制單元G，經(jīng)過加法運算得到總偏差量ΔP，即為計算出的實際的有功功率的偏差量。接著執(zhí)行步驟S26，依據(jù)變換電路13的網(wǎng)側變換器132的功率限幅及儲能模塊14的功率限幅而對總偏差量進行調整，以產(chǎn)生功率指令信號。如圖8中控制單元H和I，總偏差量ΔP經(jīng)過兩個限幅環(huán)節(jié)進行調整，以產(chǎn)生功率指令信號P1。然后，執(zhí)行步驟S27，依據(jù)儲能組件140的一儲能電壓而將功率指令信號進行開環(huán)運算，以產(chǎn)生電流給定值。如圖8中控制單元J，總偏差量ΔP除以儲能電壓U_bat，以產(chǎn)生電流給定值I1。最后，執(zhí)行步驟S28，即控制儲能模塊14的雙向直流/直流轉換器141依據(jù)電流給定值而調整儲能組件140上的電流，使儲能模塊14對電網(wǎng)9的頻率變化進行補償，亦即通過儲能模塊14的充電/放電的運作抑制不利于電網(wǎng)9及風力發(fā)電系統(tǒng)3的事件。如圖8中控制單元K，對儲能組件的電流進行閉環(huán)控制，及儲能組件的電流和電流給定值I1進行比較，產(chǎn)生的偏差值經(jīng)過比例積分(PI)控制，得到開關信號。所述開關信號對應控制 DC/DC雙向變換器(即雙向直流/直流轉換器141)的運作，以調整儲能元件的電流，儲能模組14對應進行充電/放電，以對電網(wǎng)9的頻率波動進行反向補償。

需要說明的是，圖8僅為實現(xiàn)圖7的各步驟的其中一種結構示意圖，本實用新型并不以此為限。

而上述實施例中，步驟S23所述的比例系數(shù)的公式為：

K_f＝(E×U)/X

其中K_f為比例系數(shù)，E為模擬的同步發(fā)電機的感應電動勢，U為模擬的同步發(fā)電機輸出端口電壓，X為仿真的同步發(fā)電機激磁電抗。

請參閱圖9，其為圖6所示的實際信息為風力發(fā)電機組的輸出電壓及輸出電流時，圖6的步驟S2的子步驟。如圖9所示，于本實施例中，實際信息可為風力發(fā)電機組10的輸出電壓及輸出電流，因此步驟S2亦對應包含子步驟如下：首先，執(zhí)行子步驟S30，計算風力發(fā)電機組10的輸出功率，并比較輸出功率與預設功率，以依據(jù)比較結果輸出功率指令信號。然后，執(zhí)行子步驟S31，依據(jù)該儲能組件140的儲能電壓而將功率指令信號進行開環(huán)運算，以產(chǎn)生電流給定值。最后，執(zhí)行子步驟S32，控制儲能模塊14的雙向直流/直流轉換器140依據(jù)電流給定值而調整儲能組件140上的電流，使儲能模塊14平滑風力發(fā)電機組10輸出功率的波動，亦即通過儲能模塊14的充電/放電的運作抑制不利于電網(wǎng)9及風力發(fā)電系統(tǒng)3的事件。

請參閱圖10，其為圖6所示的實際信息為實際電網(wǎng)電壓時，圖6的步驟S2的子步驟。如圖10所示，于本實施例中，實際信息可為電網(wǎng)9的實際電網(wǎng)電壓，因此步驟S2可對應包含子步驟如下：首先，執(zhí)行子步驟S40，計算實際電網(wǎng)電壓的一變化值，并在變化值超過一預設值時對應產(chǎn)生功率指令信號。然后，執(zhí)行子步驟S41，依據(jù)儲能組件140的儲能電壓而將功率指令信號進行開環(huán)運算，以產(chǎn)生電流給定值。最后，執(zhí)行子步驟S42，控制儲能模塊14的雙向直流/直流轉換器141依據(jù)電流給定值而調整儲能組件140上的電流，使儲能模塊14抑制實際電網(wǎng)電壓的幅值變化所引起的功率沖擊，亦即通過儲能模塊14的充電/放電的運作抑制不利于電網(wǎng)9及風力發(fā)電系統(tǒng)3的事件。

請再參閱圖6。如圖6所示，于一些實施例中，控制方法還包含步驟S3， 當步驟S1的判斷結果為否，即沒有不利于電網(wǎng)及風力發(fā)電系統(tǒng)的事件發(fā)生，執(zhí)行步驟S3。其中步驟S3為依據(jù)儲能組件140的儲能電壓而選擇性地控制雙向直流/直流轉換器141的運作，使雙向直流/直流轉換器141利用風力發(fā)電系統(tǒng)3輸出的電能對儲能組件140進行穩(wěn)壓控制。

請參閱圖11，其為圖6所示之步驟S3的子步驟。請一并參閱圖12，其為實現(xiàn)圖11中各步驟的一種結構示意圖。如圖11所示，圖6所示的步驟S3更可包含子步驟如下：首先，執(zhí)行子步驟S330，采樣儲能電壓。如圖12中控制單元L，采樣儲能組件的儲能電壓U_bat。接著，執(zhí)行子步驟S331，將儲能電壓及預設電壓進行比較，以產(chǎn)生電壓偏差量。如圖12中控制模塊M，儲能電壓U_bat與預設儲能組件電壓U_f進行比較，得到電壓偏差量ΔU。然后，執(zhí)行子步驟S332，判斷電壓偏差量是否超過預設電壓范圍。如圖12中控制單元N，電壓偏差量ΔU經(jīng)過一死區(qū)環(huán)節(jié)，當ΔU超過預設電壓范圍時，執(zhí)行子步驟S333。需要說明的是，子步驟S333也可在步驟S330之前執(zhí)行，本實用新型不以此為限。步驟S333，判斷風力發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率是否大于電網(wǎng)9的所需功率。如圖12中控制單元O，比較風力發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率P_w與電網(wǎng)9的所需功率P_o，當P_w>P_o時，執(zhí)行步驟S334。步驟S334，將電壓偏差量利用比例積分計算出電流給定值。如圖12中控制單元P，根據(jù)電壓偏差量ΔU，利用比例積分環(huán)節(jié)計算出電流給定值I1。最后執(zhí)行子步驟S335，控制儲能模塊14的雙向直流/直流轉換器141依據(jù)調整后的電流給定值而調整儲能組件140的電流，以對儲能組件140進行穩(wěn)壓控制。例如，儲能組件為電池，通過穩(wěn)壓控制，可使儲能組件140保持在最優(yōu)的電池電壓浮充工作點。圖12中的控制單元Q對應于步驟S334，且圖12中的控制單元Q類似于圖8中的控制單元K，此處不再贅述。

需要說明的是，圖12僅為實現(xiàn)圖11的各步驟的其中一種結構示意圖，本實用新型并不限于此。

另外，當子步驟S332的判斷結果為是否時，則重新執(zhí)行步驟S331。而當步驟S333的判斷結果為否時，可重新執(zhí)行步驟S331。

綜上所述，本案提供一種風力發(fā)電系統(tǒng)，其中本案的風力發(fā)電系統(tǒng)通過設置雙模切換模塊來使風力發(fā)電系統(tǒng)可依據(jù)風速是否小于預設風速而對應切換為全功率發(fā)電模式或雙饋發(fā)電模式，如此一來，本案的風力發(fā)電系統(tǒng)不但成本增加并不大，可在低風速時執(zhí)行全功率發(fā)電模式，故具有較佳的發(fā)電效 率，并提升發(fā)電運行的范圍。此外，由于本案的風力發(fā)電系統(tǒng)于自身內部直接設置儲能模塊，以當電網(wǎng)及風力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)生不利的事件，利用儲能模塊進行充電或放電的運作，以抑制或補償不利于電網(wǎng)及風力發(fā)電系統(tǒng)的事件，故本案的風力發(fā)電系統(tǒng)不但無須犧牲風力發(fā)電機的發(fā)電量，更可維持電能質量，進而提升風力發(fā)電機組的使用壽命。在無需抑制或補償不利于電網(wǎng)或風力發(fā)電系統(tǒng)的事件時，可利用風力發(fā)電系統(tǒng)的多余能量對儲能組件進行穩(wěn)壓控制，提高儲能組件的可靠性及穩(wěn)定性。

以上僅為特定實施例的描述，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。