励磁系统中采用中小容量储能的交流励磁变速恒频风力发电技术研究

近几年来，交流励磁变速恒频风力发电机以其优于传统风力发电机的独特性能，引起了人们的重视，并展开了深入的研究。但交流励磁变速恒频发电机在调节定子侧有功功率时，须从转子侧电网获得转差功率，因此整机对电网的有功功率输出仍然只取决于原动机的输入。当风速变化时，为了维持电网有功平衡，只能通过改变桨距等机械方法来调节发电机总的有功输出，无法跟踪最大风能。将储能装置应用于交流励磁变速恒频风力发电机的转子侧励磁系统中，当风能变化时，发电机定子侧按电网的需求提供有功功率，而多余（或不足）的转差功率，则由转子侧的储能装置吸收（或提供），而无需与转子侧电网交换能量，从而使发电机系统（包括储能装置）能够为电网提供稳定的有功功率输出。并且在确保电网有功功率平衡的同时，可以使发电机持续工作在跟踪、转化最大风能的工况下，提高风能的利用率。此外，利用储能装置的能量，还可以通过多种方式对电网补偿，提高电网的稳定性。

将储能装置应用于交流励磁变速恒频风力发电机的转子侧励磁系统中，采用与储能装置充放电控制相结合的发电运行控制策略，当风能变化时，交流励磁变速恒频风力发电机定子侧按电网的需求提供有功功率，多余或不足的转差功率，由转子侧的储能装置吸收或提供，无需与转子侧电网交换能量，从而使包括储能装置在内的发电机系统能够为电网提供稳定的有功功率输出。并且在确保电网有功功率平衡的同时，可以使发电机持续工作在跟踪、转化最大风能的工况下，提高风能的利用率。考虑到储能装置容量有限，同时结合其他可再生能源发电装置的特点，经过深入研究，提出了太阳能励磁的交流励磁变速恒频风力发电系统、可再生能源集中发电系统、储能装置与永磁发电机相结合的变速恒频风力发电系统、利用太阳能调速运行的风力机装置等拓扑结构和技术，这些拓扑结构和技术的提出，为更好地开发、利用可再生能源发电，提高含有可再生能源发电装置的电网的运行稳定性和安全性，提供了新的技术方案。针对储能装置在电力系统应用中的实际问题，研究工作提出了具有故障检测和故障后自动重组功能的储能装置结构技术，和适用于多储能装置并联运行的双母线均流电路及其控制技术。这两项技术的提出，极大地提高了储能装置运行的安全性和可靠性，为储能装置在可再生能源发电等领域中的应用、推广，提供了有力的技术支撑。