本实用新型专利技术公开了一种用于风力发电机一次调频的装置，包括风力发电机和飞轮储能系统；风力发电机包括依次连接的叶片、齿轮箱、风机转子和风机变流器，风机变流器的输出端与电网连接；飞轮储能系统包括真空室以及设置在真空室内部并由轴承支撑的飞轮，其中，飞轮储能系统还包括设置在真空室内部的离合器，离合器的一端与飞轮连接，离合器的另一端连接有变速箱，变速箱与齿轮箱连接；风机变流器与电网之间设置有用于采集电网频率的信号采集系统，信号采集系统的输出端分别与离合器和变速箱的受控端连接。本实用新型专利技术不但减少了传统飞轮储能中异步电机的结构及其并网相关的电力电子元件，降低了飞轮储能的建设成本，还为电网频率提供了支持。率提供了支持。率提供了支持。
【技术实现步骤摘要】
一种用于风力发电机一次调频的装置
[0001]本技术涉及风力发电机
，具体涉及一种用于风力发电机一次调频的装置。
技术介绍
[0002]由于风力发电技术不断成熟，风力发电机在新能源发电中占比不断提高，成为主流的新能源发电形式，其并网可靠性愈发受到重视。由于风力发电机在原理上不同于传统同步发电机，其存在电力电子元件，在电网频率波动中较难提供有功支持，因此，提高其调频能力受到重视。
[0003]飞轮储能系统是一种机电能量转换的储能装置，包括飞轮、轴承、异步电机、电力电子元件和真空室，可实现电能的输入、储存和输出。
[0004]在储能时，外界电能通过电力电子元件变换后驱动电机运行，电机带动飞轮加速旋转，直至达到设定的某一转速；在飞轮加速旋转的过程中，飞轮以动能的形式把能量储存起来，完成电能到机械动能转换的储存能量过程，能量储存在高速旋转的飞轮体中；之后，飞轮以设定的那一转速旋转，直到接受到一个能量释放的控制信号。
[0005]在释能时，电机作为发电机使用，高速旋转的飞轮拖动电机发电，经电力电子元件输出适用于负载的电流和电压，完成机械动能到电能转换的释放能量过程；在释能的过程中，飞轮的转速不断的下降。
[0006]飞轮储能系统的维护周期较长，一般为十年以上，且其储能容量高，时间为分钟级，这与风力发电转子时间常数吻合。因此，能将飞轮储能系统应用于风力发电机来实现风力发电机的一次调频，是现阶段本技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
[0007]本技术需要解决的技术问题是提供一种用于风力发电机一次调频的装置，可实现风力发电机的一次调频。
[0008]为解决上述技术问题，本技术所采取的技术方案如下。
[0009]一种用于风力发电机一次调频的装置，包括风力发电机和飞轮储能系统；所述风力发电机包括依次连接的叶片、齿轮箱、风机转子和风机变流器，风机变流器的输出端与电网连接；所述飞轮储能系统包括真空室以及设置在真空室内部并由轴承支撑的飞轮，其中，所述飞轮储能系统还包括设置在真空室内部的离合器，离合器的一端与飞轮连接，离合器的另一端连接有变速箱，变速箱与齿轮箱连接；所述风机变流器与电网之间设置有用于采集电网频率的信号采集系统，信号采集系统的输出端分别与离合器和变速箱的受控端连接。
[0010]优选的，所述所述信号采集系统为包括80C196MC芯片的微控制器。
[0011]优选的，所述轴承为油浮轴承，转速限制在10000r/min之下。
[0012]由于采用了以上技术方案，本技术所取得技术进步如下。
[0013]本技术通过将飞轮储能系统与风力发电机的齿轮箱通过离合器机械相连，使飞轮储能系统的功率通过风机转子
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风机变流器至电网，不但减少了传统飞轮储能中异步电机的结构及其并网相关的电力电子元件，降低了飞轮储能的建设成本，还通过设置的信号采集系统和变速箱将飞轮储能引入风力发电一次调频领域，结合风机转子动能，为电网频率提供了支持。
附图说明
[0014]图1为本技术的结构示意图；
[0015]图2为本技术的一次调频过程中的有功出力策略。
[0016]其中：1.叶片、2.齿轮箱、3.风机转子、4.风机变流器、5.电网、6.真空室、7.飞轮、8.轴承、9.离合器、10.变速箱。
具体实施方式
[0017]下面将结合附图和具体实施方式对本技术进行进一步详细说明。
[0018]一种用于风力发电机一次调频的装置，结合图1所示，包括风力发电机和飞轮储能系统，其中，风力发电机为永磁/双馈式风力发电机，包括依次连接的叶片1、齿轮箱2、风机转子3和风机变流器4，风机变流器4的输出端与电网5连接；飞轮储能系统包括真空室6、飞轮7、离合器9和变速箱10。
[0019]飞轮7由轴承8支撑设置在真空室6的内部，轴承8为油浮轴承，转速限制在10000r/min之下。
[0020]离合器9设置在真空室6的内部，离合器9的一端与飞轮7的转动轴连接，离合器9的另一端与变速箱10的转动轴连接，变速箱10又与齿轮箱2连接，从而使飞轮储能系统与齿轮箱2通过离合器9机械相连，进而使飞轮储能系统的功率输出流向为飞轮7
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风机转子3
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风机变流器4，从而减少了传统飞轮储能异步电机的结构及其并网相关的电力电子元件，降低了飞轮储能的建设成本。
[0021]风机变流器4与电网5之间设置有信号采集系统，信号采集系统用于采集电网频率。信号采集系统为微控制器，微控制器包括80C196MC芯片。信号采集系统的输出端分别与离合器9和变速箱10的受控端连接。
[0022]当电网需要提供有功支持的ΔP时，变速箱10降低减速比，飞轮7减速，其将驱动风机转子3加速提供更多有功功率；反之，当电网需要吸收有功ΔP时，变速箱10升高减速比，飞轮7加速，其吸收电网功率储存于飞轮动能中。ΔP的计算方法为：
[0023]ΔP＝K
·
(f
n
‑
f)
[0024]其中，ΔP为飞轮输出功率参考值，K为频率下垂系数，fn为电网额定频率，f为电网频率。
[0025]信号采集系统需采集电网电压波形，锁相环接收到电网波形后计算电网频率，其过程为：采用Park变换将电网电压与变换矩阵d轴重合，这个过程中以Vq为被控变量，以相位估计值对三相电压进相Park变换，通过负反馈不断修正相位估计值，最终稳定的相位估计值即为电网电压相位，考虑到：
[0026]θ＝ωt＝∫ωdt＝∫2πf dt
[0027]其中，θ为PLL得到的电网角度，ω为电网的角速度，对速度的积分即为电网相位，由相位可推算出电网频率f。
[0028]如图2所示，信号采集系统获得电网频率f信息后，将其传输用于飞轮储能出力指令的判断，首先，为避免离合器9反复结合，设置电网频率死区为Δf绝对值小于0.03Hz，Δf的表达式：
[0029]Δf＝f
n
‑
f
[0030]在死区内时，离合器9分离，飞轮7动能不与电网5发生功率交换。若在死区外，离合器9结合，当f>fn时，电网5为高频状态，此时Δf小于零，飞轮7储能加速吸收电网5功率；当f<fn时，电网5为低频状态，此时Δf大于零，飞轮7储能减速向电网提供更多有功功率。
[0031]信号采集系统将出力指令输送到离合器9进而控制飞轮7与风力发电机的机械连接，完成基于飞轮储能的风力发电一次调频系统运行。
[0032]本技术在使用时，飞轮储能系统与风力发电机的齿轮箱2通过离合器9机械相连，其功率通过风机转子3
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风机变流器4至电网5，减少了传统飞轮储能中异步电机结构及其并网相关的电力电子元件，降低可飞轮储能的建设成本；本技术还通过设置的信号采集系统和变速箱将飞轮储能引入风力发电一次调频领域，结合风机转子3动本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于风力发电机一次调频的装置，包括风力发电机和飞轮储能系统；所述风力发电机包括依次连接的叶片(1)、齿轮箱(2)、风机转子(3)和风机变流器(4)，风机变流器(4)的输出端与电网(5)连接；所述飞轮储能系统包括真空室(6)以及设置在真空室(6)内部并由轴承(8)支撑的飞轮(7)，其特征在于：所述飞轮储能系统还包括设置在真空室(6)内部的离合器(9)，离合器(9)的一端与飞轮(7)连接，离合器(9)的另一端连接有变速箱(10)，变速...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯小川，王冲，王强，安达，
申请(专利权)人：华能扎赉特旗太阳能光伏发电有限公司科右中旗分公司，
类型：新型
国别省市：
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