CN215956053U - 风力发电机组的储能系统及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种风力发电机组的储能系统及风力发电机组，属于风力发电技术领域。该风力发电机组的储能系统包括：发电机、第一储能单元、变流器以及升压变压器；变流器包括连接的交流/直流AC/DC转换器以及直流/交流DC/AC转换器；发电机与AC/DC转换器连接，DC/AC转换器与升压变压器连接，第一储能单元与AC/DC转换器连接；第一储能单元设置于风力发电机组的机舱内，用于存储发电机产生的电能或释放存储的电能。根据本申请实施例能够提高风力发电机组的变流器工作的可靠性。

Description

风力发电机组的储能系统及风力发电机组

技术领域

本申请属于风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组的储能系统及风力发电机组。

背景技术

随着科技高速发展，各个领域对能源的需求逐步增加，新能源技术如风力发电等技术的应用更加广泛。

风力发电机组是能够将风能转化为电能的装置。风力发电机组可与电网连接，以与电网之间进行电能的交互。但在电网侧出现接地等故障进行低电压穿越的情况下，风力发电机组的输出收到限制，会导致风力发电机组机侧的变流器的母线电压升高，降低变流器工作的可靠性。

实用新型内容

本申请实施例提供一种风力发电机组的储能系统及风力发电机组，能够提高风力发电机组的变流器工作的可靠性。

第一方面，本申请实施例提供一种风力发电机组的储能系统，包括发电机、第一储能单元、变流器以及升压变压器；变流器包括连接的交流/直流AC/DC转换器以及直流/交流DC/AC转换器；发电机与AC/DC转换器连接，DC/AC转换器与升压变压器连接，第一储能单元与AC/DC转换器连接；第一储能单元设置于风力发电机组的机舱内，用于存储发电机产生的电能或释放存储的电能。

在一些可能的实施例中，第一储能单元包括至少一种第一储能组件和至少一个第一功率变换器，第一储能组件通过第一功率变换器与AC/DC转换器连接；在发电机产生的电能大于电网的负荷需求量或发生低电压穿越的情况下，第一储能组件存储发电机产生的电能；在发电机产生的电能小于电网的负荷需求量的情况下，第一储能组件释放存储的电能。

在一些可能的实施例中，储能系统还包括第二储能单元；第二储能单元与DC/AC转换器连接，用于存储DC/AC转换器传输来的电能或释放存储的电能。

在一些可能的实施例中，第二储能单元包括至少一种第二储能组件和至少一个第二功率变换器，第二储能组件通过第二功率变换器与DC/AC转换器连接；在发电机产生的电能大于电网的负荷需求量的情况下，第二储能组件存储DC/AC转换器传输来的电能；在发电机产生的电能小于电网的负荷需求量，或者，发电机产生的电能和第一储能单元释放的电能的总和小于电网的负荷需求量的情况下，第二储能组件释放存储的电能。

在一些可能的实施例中，第一储能组件包括以下组件的至少一种：蓄电池组件、超级电容组件、飞轮组件；飞轮组件包括飞轮和电动发电机，飞轮通过电动发电机与第一功率变换器连接。

在一些可能的实施例中，第二储能组件包括以下组件的至少一种：蓄电池组件、超级电容组件、飞轮组件；飞轮组件包括飞轮和电动发电机，飞轮通过电动发电机与第二功率变换器连接。

在一些可能的实施例中，储能系统还包括主控制器；主控制器与第一储能单元通信连接；主控制器用于在发电机产生的电能大于电网的负荷需求量或发生低电压穿越的情况下，向第一储能单元发送第一控制指令，第一控制指令用于控制第一储能单元存储发电机产生的电能；主控制器还用于在发电机产生的电能小于电网的负荷需求量的情况下，向第一储能单元发送第二控制指令，第二控制指令用于控制第一储能单元释放存储的电能。

在一些可能的实施例中，储能系统还包括主控制器；主控制器与第二储能单元通信连接；主控制器用于在发电机产生的电能大于电网的负荷需求量的情况下，向第二储能单元发送第三控制指令，第三控制指令用于控制第二储能单元存储发电机产生的电能；主控制器还用于在发电机产生的电能小于电网的负荷需求量或发电机产生的电能和第一储能单元释放的电能的总和小于电网的负荷需求量的情况下，向第二储能单元发送第四控制指令，第四控制指令用于控制第二储能单元释放存储的电能。

在一些可能的实施例中，储能系统还包括变桨系统；变桨系统与主控制器通信连接；主控制器还用于在发电机产生的电能大于电网的负荷需求量或发生低电压穿越的情况下，向变桨系统发送第五控制指令，第五控制指令用于指示变桨系统调整风力发电机组的风机的叶片的桨距角，以减少发电机产生的电能；主控制器还用于在发电机产生的电能小于电网的负荷需求量的情况下，向变桨系统发送第六控制指令，第六控制指令用于指示变桨系统调整风力发电机组的风机的叶片的桨距角，以增加发电机产生的电能。

第二方面，本申请实施例提供一种风力发电机组，包括第一方面的储能系统。

本申请实施例提供一种风力发电机组的储能系统及风力发电机组，风力发电机组的储能系统设置有与发电机、AC/DC转换器连接的第一储能单元，第一存储单元作为风力发电机组机侧的存储单元可设置在风力发电机组的机舱内。第一储能单元可存储发电机产生的电能或释放自身存储的电能。在由于故障原因或其他原因导致风力发电机组的输出受到限制的情况下，第一储能单元能够存储风力发电机组输出的电能即发电机产生的电能，从而能够避免风力发电机组机侧的变流器的母线电压升高，提高了变流器工作的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的风力发电机组的储能系统的一实施例的结构示意图；

图2为图1中风力发电机组的储能系统的一示例的结构示意图；

图3为图1中风力发电机组的储能系统的另一示例的结构示意图；

图4为本申请提供的风力发电机组的储能系统的另一实施例的结构示意图；

图5为图4中风力发电机组的储能系统的一示例的结构示意图；

图6为图4中风力发电机组的储能系统的另一示例的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的储能系统中主控制器与其他部件的通信连接的示意图；

图8为本申请实施例提供的风力发电机组的一示例的结构示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本申请进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本申请，而不是限定本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请更好的理解。

随着科技高速发展，各个领域对能源的需求逐步增加，新能源技术的应用更加广泛。其中，利用风力发电机组的风力发电技术也迅速发展，应用领域逐步扩大。其中，风力发电机组是能够将风能转化为电能的装置。风力发电机组可与电网连接，以与电网之间进行电能的交互。但在电网侧出现接地等故障进行低电压穿越的情况下，风力发电机组的输出收到限制，会导致风力发电机组机侧的变流器的母线电压升高，降低了变流器工作的可靠性。

本申请实施例提供一种风力发电机组的储能系统及风力发电机组，在风力发电机组的机侧设置能够存储电能或释放存储的电能的储能单元，避免风力发电机组机侧的变流器的母线电压升高，从而提高变流器工作的可靠性。

下面依次介绍风力发电机组的储能系统及风力发电机组。

图1为本申请提供的风力发电机组的储能系统的一实施例的结构示意图。如图1所示，该储能系统10可包括发电机11、第一储能单元12、变流器13以及升压变压器14。变流器13包括连接的交流/直流转换器131即AC/DC转换器131以及直流/交流转换器132即DC/AC转换器132。在一些示例中，变流器13可包括但不限于全功率变流器。

发电机11可配置为与风力发电机组中的风机21连接。风机21具体可为直驱风机。具体地，发电机11的输入端被配置为风机21的输出端连接。风机21能够将风能转换为机械能，发电机11可将风机21转换得到的机械能转换为电能。

发电机11与AC/DC转换器131连接。具体地，发电机11的输出端可与AC/DC变换器131的三相输入端连接。发电机11转换得到的电能可传输至AC/DC转换器131，AC/DC转换器131可将电能由交流电转换为直流电。在一些示例中，发电机11具体可为永磁同步发电机，也可为其他类型的发电机，在此并不限定。

AC/DC转换器131与DC/AC转换器132连接。DC/AC转换器132可将电能由直流电转换为交流电。在一些示例中，变流器13还可包括支撑电容C1，支撑电容C1与AC/DC转换器131、DC/AC转换器132并联。

DC/AC转换器132与升压变压器14连接。具体地，DC/AC转换器132的三相输出端与升压变压器14的输入端连接。DC/AC转换器132可将电能传输至升压变压器14。

第一储能单元12与AC/DC转换器131连接，还可与发电机11连接。具体地，第一储能单元12与AC/DC转换器131的三相输入端、发电机11的输出端连接。第一储能单元12具体可为三相储能单元，即第一储能单元12与AC/DC转换器131连接的一侧可为三相连接端。第一储能单元12的三相连接端与AC/DC转换器131的三相输入端对应连接。第一储能单元12位于风力发电机组机侧，具体可设置于风力发电机组的机舱内。第一储能单元12可用于存储发电机11产生的电能或释放存储的电能。

升压变压器14可配置为与电网22连接，以将电能传输至电网22，实现风力发电机组与电网22之间的电能交互。

在本申请实施例中，风力发电机组的储能系统10设置有与发电机11、AC/DC转换器131连接的第一储能单元12，第一存储单元12作为风力发电机组机侧的存储单元可设置在风力发电机组的机舱内。第一储能单元12可存储发电机11产生的电能或释放自身存储的电能。在由于故障原因或其他原因导致风力发电机组的输出受到限制的情况下，第一储能单元12能够存储风力发电机组输出的电能即发电机11产生的电能，从而能够避免风力发电机组机侧的变流器13的母线电压升高，解决了风力发电机组机侧电能的随机性和波动性的问题，实现风力发电机组与电网22之间电能交互的动态调度和控制，避免电能浪费，并能满足电网22的需求，提高了变流器13工作的可靠性和安全性，进而提高了风力发电机组以及风力发电机组至电网22的电能传输系统的安全性和可靠性，使得风力发电机组与电网22之间电能交互更加稳定、可靠。

在储能系统10包括第一储能单元12的情况下，在电网22出现接地或者短路故障进行低电压穿越时，第一储能单元12能够存储风力发电机组输出的电能即发电机11产生的电能，从而能够避免风力发电机组机侧的变流器13的母线电压升高。对应地，变流器13不再需要设置包括直流斩波器和卸能电阻的直流制动系统，降低了变流器13的复杂度，从而降低了储能系统10的复杂度，也降低了储能系统10的成本。

下面对上述实施例中的第一储能单元12进行介绍。第一储能单元12可包括至少一种第一储能组件和至少一个第一功率变换器，在此并不限定第一储能单元12中第一储能组件、第一功率变换器的种类和数量。第一储能组件可通过第一功率变换器与AC/DC转换器连接。

在发电机11产生的电能大于电网22的负荷需求量或发生低电压穿越的情况下，第一储能组件存储发电机11产生的电能。具体地，发电机11产生的电能可通过第一功率变换器变换为符合第一储能组件储能标准的电能，存储在第一储能组件中。在发电机11产生的电能大于电网22的负荷需求量的情况下，变流器13的母线电压会对应升高。本申请实施例中，在这种情况下，第一储能组件将发电机11产生的电能存储起来，避免大量电能积存在变流器13处，从而避免变流器13的母线电压升高，保证变流器13、风力发电机组、输电系统的安全性和可靠性。

在发电机11产生的电能小于电网22的负荷需求量的情况下，第一储能组件释放存储的电能。具体地，第一储能组件释放的电能可通过第一功率变换器转换为与AC/DC转换器131的最优频率和相位一致的交流电，并传输给AC/DC转换器131。在发电机11产生的电能小于电网22的负荷需求量的情况下，发电机11实时产生的电能不能满足电网22的需求。在本申请实施例中，第一储能组件能够将自身存储的电能向外输出，来弥补传输至电网22的电能，使得风力发电机组侧传输至电网22的电能能够满足电网22的负荷需求量。

第一储能单元12在风力发电机组机侧设置，第一储能组件和第一功率变换器配合可在风力发电机组的电能源头实现调频、调压等提升电能质量的作用，提高变流器的工况质量。

在一些示例中，上述实施例中的第一储能组件包括以下组件的至少一种：蓄电池组件、超级电容组件、飞轮组件。在此并不限定第一储能单元12中第一储能组件的种类，也不限定第一储能单元12中每种第一储能组件的数量。

每个蓄电池组件可包括至少一个蓄电池，在此并不限定每个蓄电池组件中蓄电池的数量以及各蓄电池的连接关系。对应地，与蓄电池组件连接的第一功率变换器可为蓄电池用功率变换器。

每个超级电容组件可包括至少一个超级电容，在此并不限定每个超级电容组件中超级电容的数量以及各超级电容的连接关系。对应地，与超级电容组件连接的第一功率变换器可为超级电容用功率变换器。

飞轮组件包括飞轮和电动发电机，飞轮通过电动发电机与第一功率变换器连接。与飞轮组件连接的第一功率变换器可为能量变换器。第一功率变换器将电能输入电动发电机，驱动电动发电机旋转，电动发电机带动飞轮旋转。飞轮可储存旋转的动能即机械能。需要注意的是，飞轮组件中的电动发电机在飞轮储能的情况下作为电动机使用，在飞轮释放能量的情况下作为发电机使用，可减小第一储能单元12的大小和重量，从而减小储能系统10的大小和重量。

为了便于说明，下面以分别以第一储能组件包括蓄电池组件和超级电容组件为例，以及以第一储能组件包括飞轮组件为例进行说明。

图2为图1中风力发电机组的储能系统的一示例的结构示意图。图2与图1的不同之处在于，第一储能单元12包括蓄电池组件121、超级电容组件122、蓄电池用功率变换器123和超级电容用功率变换器124。

蓄电池组件121与蓄电池用功率变换器123连接，蓄电池用功率变换器123与AC/DC转换器131、发电机11连接。蓄电池用功率变换器123可为三相AC/DC双向变流器，蓄电池用功率变换器123的正、负接口与蓄电池组件121的正、负端口对应连接。

超级电容组件122与超级电容用功率变换器124连接，超级电容用功率变换器124与AC/DC转换器131、发电机11连接。超级电容用功率变换器124可为三相AC/DC双向变流器，超级电容用功率变换器124的正、负接口与超级电容组件122的正、负端口对应连接。蓄电池用功率变换器123的三相连接端与电容用功率变换器124的三相连接端并联。

在发电机11产生的电能大于电网22的负荷需求量或发生低电压穿越的情况下，蓄电池用功率变换器123和超级电容用功率变换器124可分别将发电机11产生的电能转换为符合蓄电池组件121和超级电容组件122的标准的电能，并储存在蓄电池组件121和超级电容组件122。

在发电机11产生的电能小于电网22的负荷需求量的情况下，蓄电池组件121和超级电容组件122释放的电能分别通过蓄电池用功率变换器123和超级电容用功率变换器124转换为符合AC/DC转换器131的最优频率和相位的交流电，并传输至AC/DC转换器131，并通过后续的DC/AC转换器132、升压变压器14传输至电网22。

蓄电池的能量密度大。超级电容的功率密度大，充放电效率高，循环寿命长。将蓄电池组件121和超级电容组件122一并使用，可结合蓄电池能量密度大、超级电容功率密度大、超级电容充放电效率高、超级电容循环寿命长等特点，能够提高第一储能单元12的功率输出能力，降低第一储能单元12的内部损耗、增加第一储能单元12的放电时间，还可减少蓄电池组件121的充放电循环次数，延长蓄电池组件121的使用寿命，并能够缩小第一储能单元12的体积，提高储能系统10的可靠性，降低储能系统10的维护成本。

图3为图1中风力发电机组的储能系统的另一示例的结构示意图。图3与图1的不同之处在于，第一储能单元12可包括飞轮组件125和能量变换器126。飞轮组件125包括飞轮1251和电动发电机1252。

飞轮1251与电动发电机1252连接，电动发电机1252与能量变换器126连接，能量变换器126与AC/DC转换器131、发电机11连接。电动发电机1252可为直流集成一体化的具有电动机功能和发电机功能的设备。能量变换器126可为三相AC/DC双向电力电子装置，能量变换器126的三相连接端与AC/DC转换器131的三相输入端对应连接。

在发电机11产生的电能大于电网22的负荷需求量或发生低电压穿越的情况下，第一储能单元12将电能转换为机械能。能量变换器126可将电能由交流电转换为直流电，驱动电动发电机1252，带动飞轮1251转动，并保证飞轮1251运转的平稳、安全和可靠。在需要使飞轮1251转速增加时，可通过变频控制方法，如恒转矩控制和恒功率控制，来控制电动发电机1252升速，以带动飞轮1251加速。在本示例中，第一储能单元12以动能的形式存储电能。飞轮1251达到一定转速后可进入低压模式，能量变换器126可为电动发电机1252提供低压，维持飞轮1251储存能量的机械损耗为最小水平的转速。

在发电机11产生的电能小于电网22的负荷需求量的情况下，第一储能单元12将机械能转换为电能。飞轮1251转动通过电动发电机1252将机械能转换为电能，能量变换器126将电动发电机转换得到的电能再转换为与AC/DC转换器131的频率和相位一致的交流电，传输至AC/DC转换器131，以通过后续的DC/AC转换器132、升压变压器14传输至电网22。在本示例中，电动发电机1252的输出电压与频率随飞轮1251的转速的变化而不断变化，可根据电网22的具体运行情况，调整飞轮转速，以使第一储能单元12释放出合适的电能。

飞轮组件125的充电时间短，储能密度高，功率密度大，能量转换效率高，可达85％～95％，能够在短时间内可以输出更大的能量。飞轮组件125对温度不敏感，对环境友好，使用寿命和储能密度不会因过充电或过放电而受到影响，使用寿命长，可进一步提高储能系统10的性能。

在一些实施例中，储能系统还可包括第二储能单元。图4为本申请提供的风力发电机组的储能系统的另一实施例的结构示意图。图4与图1的不同之处在于，图4所示的储能系统10还可包括第二储能单元15。

第二储能单元15与DC/AC转换器132连接，还可与升压变压器14连接。具体地，第二储能单元15与DC/AC转换器132的三相输出端、升压变压器14的输入端连接。第二储能单元15具体可为三相储能单元，即第二储能单元15与DC/AC转换器132连接的一侧可为三相连接端。第二储能单元15的三相连接端与DC/AC转换器132的三相输出端对应连接。第二储能单元15位于风力发电机组网侧。第二储能单元15可用于存储DC/AC转换器132传输来的电能或释放存储的电能。

在电网22中的间歇性能源存在电能质量问题或检测到故障时，第二储能单元15可以为电网22用户提供短时的备用电能，使风力发电机组的出力与预测值相匹配，使电网22中的间歇性能源能够作为可调度能源运行。第二储能单元15还可参与调频，保证电能输出与需求之间达到平衡。第二储能单元15可与第一储能单元12相配合，在发电机11产生的电能小于电网22的负荷需求量的情况下存储发电机产生的多余的电量，更进一步地避免变流器13的母线电压升高，保证变流器13、风力发电机组、输电系统的安全性和可靠性。在发电机11产生的电能小于电网22的负荷需求量的情况下，释放自身存储的电能，以满足电网22的需求。

下面对上述实施中的第二储能单元15进行介绍。第二储能单元15可包括至少一种第二储能组件和至少一个第二功率变换器，在此并不限定第二储能单元15中第二储能组件、第二功率变换器的种类和数量。第二储能组件通过第二功率变换器与DC/AC转换器连接。

在发电机11产生的电能大于电网22的负荷需求量的情况下，第二储能组件存储DC/AC转换器132传输来的电能，DC/AC转换器132传输来的电能是发电机11产生的电能。具体地，DC/AC转换器132传输来的电能可通过第二功率变换器变换为符合第二储能组件储能标准的电能，存储在第二储能组件中。第二储能组件可储存发电机11产生的电能大于电网22的负荷需求量时的富余电能，避免能量的浪费。

在发电机11产生的电能小于电网22的负荷需求量，或者，发电机产生的电能和第一储能单元释放的电能的总和小于电网22的负荷需求量的情况下，第二储能组件释放存储的电能。具体地，第二储能组件释放的电能可通过第二功率变换器转换为与DC/AC转换器132的最优频率和相位一致的交流电，并传输给升压变压器14。在发电机11产生的电能小于电网22的负荷需求量，或者，发电机产生的电能和第一储能单元释放的电能的总和小于电网22的负荷需求量的情况下，发电机11实时产生的电能不能满足电网22的需求。在本申请实施例中，第二储能组件能够将自身存储的电能向外输出，来弥补传输至电网22的电能，使得传输至电网22的电能能够满足电网22的负荷需求量。

在一些示例中，上述实施例中的第二储能组件包括以下组件的至少一种：蓄电池组件、超级电容组件、飞轮组件。在此并不限定第二储能单元15中第二储能组件的种类，也不限定第二储能单元15中每种第二储能组件的数量。

每个蓄电池组件可包括至少一个蓄电池，在此并不限定每个蓄电池组件中蓄电池的数量以及各蓄电池的连接关系。对应地，与蓄电池组件连接的第二功率变换器可为蓄电池用功率变换器。

每个超级电容组件可包括至少一个超级电容，在此并不限定每个超级电容组件中超级电容的数量以及各超级电容的连接关系。对应地，与超级电容组件连接的第二功率变换器可为超级电容用功率变换器。

飞轮组件包括飞轮和电动发电机，飞轮通过电动发电机与第二功率变换器连接。与飞轮组件连接的第二功率变换器可为能量变换器。第二功率变换器将电能输入电动发电机，驱动电动发电机旋转，电动发电机带动飞轮旋转。飞轮可储存旋转的动能即机械能。需要注意的是，飞轮组件中的电动发电机在飞轮储能的情况下作为电动机使用，在飞轮释放能量的情况下作为发电机使用，可减小第二储能单元15的大小和重量，从而减小储能系统10的大小和重量。

为了便于说明，下面以分别以第二储能组件包括蓄电池组件和超级电容组件为例，以及以第二储能组件包括飞轮组件为例进行说明。

图5为图4中风力发电机组的储能系统的一示例的结构示意图。图5与图4的不同之处在于，第二储能单元15包括蓄电池组件151、超级电容组件152、蓄电池用功率变换器153和超级电容用功率变换器154。

蓄电池组件151与蓄电池用功率变换器153连接，蓄电池用功率变换器153与DC/AC转换器132、升压变压器14连接。蓄电池用功率变换器153可为三相AC/DC双向变流器，蓄电池用功率变换器153的正、负接口与蓄电池组件151的正、负端口对应连接。

超级电容组件152与超级电容用功率变换器154连接，超级电容用功率变换器154与DC/AC转换器132、升压变压器14连接。超级电容用功率变换器154可为三相AC/DC双向变流器，超级电容用功率变换器154的正、负接口与超级电容组件152的正、负端口对应连接。蓄电池用功率变换器153的三相连接端与电容用功率变换器154的三相连接端并联。

在发电机11产生的电能大于电网22的负荷需求量的情况下，蓄电池用功率变换器153和超级电容用功率变换器154可分别将DC/AC转换器132传输来的电能转换为符合蓄电池组件151和超级电容组件152的标准的电能，并储存在蓄电池组件151和超级电容组件152。

在发电机11产生的电能小于电网22的负荷需求量，或者，发电机产生的电能和第一储能单元释放的电能的总和小于电网22的负荷需求量的情况下，蓄电池组件151和超级电容组件152释放的电能分别通过蓄电池用功率变换器153和超级电容用功率变换器154转换为符合DC/AC转换器132的最优频率和相位的交流电，并传输至升压变压器14，以传输至电网22。

第二储能单元15中蓄电池组件151、超级电容组件152的优势以及能够产生的技术效果可参见上述实施例中的相关说明，在此不再赘述。

图6为图4中风力发电机组的储能系统的另一示例的结构示意图。图6与图4的不同之处在于，第二储能单元15可包括飞轮组件155和能量变换器156。飞轮组件155包括飞轮1551和电动发电机1552。

飞轮1551与电动发电机1552连接，电动发电机1552与能量变换器156连接，能量变换器156与DC/AC转换器132、升压变压器14连接。电动发电机1552可为直流集成一体化的具有电动机功能和发电机功能的设备。能量变换器156可为三相AC/DC双向电力电子装置，能量变换器156的三相连接端与DC/AC转换器132的三相输出端对应连接。

在发电机11产生的电能大于电网22的负荷需求量的情况下，第二储能单元15将电能转换为机械能。能量变换器156可将电能由交流电转换为直流电，驱动电动发电机1552，带动飞轮1551转动，并保证飞轮1551运转的平稳、安全和可靠。在需要使飞轮1551转速增加时，可通过变频控制方法，如恒转矩控制和恒功率控制，来控制电动发电机1552升速，以带动飞轮1551加速。在本示例中，第二储能单元15以动能的形式存储电能。飞轮1551达到一定转速后可进入低压模式，能量变换器156可为电动发电机1552提供低压，维持飞轮1551储存能量的机械损耗为最小水平的转速。

在发电机11产生的电能小于电网22的负荷需求量，或者，发电机产生的电能和第一储能单元释放的电能的总和小于电网22的负荷需求量的情况下，第二储能单元15将机械能转换为电能。飞轮1551转动通过电动发电机1552将机械能转换为电能，能量变换器156将电动发电机转换得到的电能再转换为与DC/AC转换器132的频率和相位一致的交流电，传输至升压变压器14，以传输至电网22。在本示例中，电动发电机1552的输出电压与频率随飞轮1551的转速的变化而不断变化，可根据电网22的具体运行情况，调整飞轮转速，以使第二储能单元15释放出合适的电能。

第二储能单元15中飞轮组件155的优势以及能够产生的技术效果可参见上述实施例中的相关说明，在此不再赘述。

在一些实施例中，储能系统还可包括主控制器，该主控制器可为风力发电机组的主控制器。主控制器可与储能系统中其他组成部件通信连接，控制储能系统中其他组成部件实现风力发电机组的风电能量的动态调节。

主控制器可与第一储能单元12通信连接。

主控制器用于在发电机产生的电能大于电网22的负荷需求量或发生低电压穿越的情况下，向第一储能单元12发送第一控制指令。第一控制指令用于控制第一储能单元12存储发电机11产生的电能。

主控制器还用于在发电机产生的电能小于电网22的负荷需求量的情况下，向第一储能单元12发送第二控制指令。第二控制指令用于控制第一储能单元12释放存储的电能。

在储能系统10包括第二储能单元15的情况下，主控制器还可与第二储能单元15通信连接。

主控制器可用于在发电机产生的电能大于电网22的负荷需求量的情况下，向第二储能单元15发送第三控制指令。第三控制指令用于控制第二储能单元15存储发电机11产生的电能。

主控制器还可用于在发电机产生的电能小于电网22的负荷需求量或发电机产生的电能和第一储能单元12释放的电能的总和小于电网22的负荷需求量的情况下，向第二储能单元15发送第四控制指令。第四控制指令用于控制第二储能单元15释放存储的电能。

在一些示例中，储能系统10还可包括变桨系统。变桨系统与主控制器通信连接。

主控制器还用于在发电机11产生的电能大于电网22的负荷需求量或发生低电压穿越的情况下，向变桨系统发送第五控制指令。第五控制指令用于指示变桨系统调整风力发电机组的风机21的叶片的桨距角，以减少发电机11产生的电能。

主控制器还用于在发电机11产生的电能小于电网22的负荷需求量的情况下，向变桨系统发送第六控制指令。第六控制指令用于指示变桨系统调整风力发电机组的风机21的叶片的桨距角，以增加发电机11产生的电能。

下面以第一储能单元12包括第一储能组件和第一功率变换器，第二储能单元15包括第二储能组件和第二功率变换器为例，说明主控制器与第一储能单元12、第二储能单元15以及变桨系统之间的通信。图7为本申请实施例提供的储能系统中主控制器与其他部件的通信连接的示意图。如图7所示，主控制器31可与第一储能单元12中的第一功率变换器32、第二储能单元15中的第二功率变换器33、变桨系统34、变流器13通信连接。具体地，通信连接可以为有线通信连接，也可为无线通信连接，在此并不限定。

在发电机11产生的电能大于电网22的负荷需求量或发生低电压穿越的情况下，主控制器31具体可向第一储能单元12中的第一功率变换器32发送第一控制指令，控制第一功率变换器32投入使用，以将发电机11产生的电能储存在第一储能组件35中，或将发电机11产生的电能转换为其他形式的能量储存在第一储能组件35中。

在发电机11产生的电能大于电网22的负荷需求量的情况下，主控制器31具体可向第二储能单元15中的第二功率变换器33发送第三控制指令，控制第二功率变换器33投入使用，以将发电机11产生并传输至DC/AC转换器132的电能储存在第二储能组件36中，或将发电机11产生并传输至DC/AC转换器132的电能转换为其他形式的能量储存在第二储能组件36中。

在发电机11产生的电能大于电网22的负荷需求量或发生低电压穿越的情况下，主控制器31向变桨系统34发送第五控制指令，使得变桨系统34进行叶片的桨距角调整，减少发电机11产生的电能。

在发电机11产生的电能小于电网22的负荷需求量的情况下，主控制器31具体可向第一储能单元12中的第一功率变换器32发送第二控制指令，控制第一功率变换器32投入使用，以将储存在第一储能组件35中的电能释放至AC/DC转换器131，并通过后续的DC/AC转换器132、升压变压器14传输至电网22。

在发电机11产生的电能小于电网22的负荷需求量或发电机产生的电能和第一储能单元12释放的电能的总和小于电网22的负荷需求量的情况下，主控制器31具体可向第二储能单元15中的第二功率变换器33发送第四控制指令，控制第二功率变换器33投入使用，以将储存在第二储能组件36中的电能释放至升压变压器14，以传输至电网22。

在发电机11产生的电能小于电网22的负荷需求量或发生低电压穿越的情况下，主控制器31向变桨系统34发送第六控制指令，使得变桨系统34进行叶片的桨距角调整，增加发电机11产生的电能。

通过主控制器31对第一储能单元12、第二储能单元15和变桨系统34的控制，能够实现风力发电机组与电网22之间电能交互的动态调度和控制，避免电能浪费，并能满足电网22的需求，使得风力发电机组与电网22之间电能交互更加稳定、可靠。

本申请还提供一种风力发电机组，该风力发电机组包括上述实施例中的储能系统10。图8为本申请实施例提供的风力发电机组的一示例的结构示意图。如图8所示，风力发电机组包括机舱41和塔底42。上述实施例中的风机21、发电机11、第一储能单元12、主控制器31和变桨系统34可设置在机舱41中，变流器13、第二储能单元15和升压变压器14可设置在塔底，在此并不限定。

风力发电机组包括上述储能系统10，具体内容可参见上述实施例中的相关说明，在此不再赘述。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于风力发电机组实施例而言，相关之处可以参见风力发电机组的储能系统实施例的说明部分。本申请并不局限于上文所描述并在图中示出的特定构。本领域的技术人员可以在领会本申请的精神之后，作出各种改变、修改和添加。并且，为了简明起见，这里省略对已知技术的详细描述。

本领域技术人员应能理解，上述实施例均是示例性而非限制性的。在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。在权利要求书中，术语“包括”并不排除其他装置或步骤；数量词“一个”不排除多个；术语“第一”、“第二”用于标示名称而非用于表示任何特定的顺序。权利要求中的任何附图标记均不应被理解为对保护范围的限制。权利要求中出现的多个部分的功能可以由一个单独的硬件或软件模块来实现。某些技术特征出现在不同的从属权利要求中并不意味着不能将这些技术特征进行组合以取得有益效果。

Claims (10)

1.一种风力发电机组的储能系统，其特征在于，包括发电机、第一储能单元、变流器以及升压变压器；所述变流器包括连接的交流/直流AC/DC转换器以及直流/交流DC/AC转换器；

所述发电机与所述AC/DC转换器连接，所述DC/AC转换器与所述升压变压器连接，所述第一储能单元与所述AC/DC转换器连接，所述第一储能单元还与所述发电机连接；

所述第一储能单元设置于所述风力发电机组的机舱内，用于存储所述发电机产生的电能或释放存储的电能。

2.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述第一储能单元包括至少一种第一储能组件和至少一个第一功率变换器，所述第一储能组件通过所述第一功率变换器与所述AC/DC转换器连接；

在所述发电机产生的电能大于电网的负荷需求量或发生低电压穿越的情况下，所述第一储能组件存储所述发电机产生的电能；

在所述发电机产生的电能小于所述电网的负荷需求量的情况下，所述第一储能组件释放存储的电能。

3.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，还包括第二储能单元；

所述第二储能单元与所述DC/AC转换器连接，用于存储所述DC/AC转换器传输来的电能或释放存储的电能。

4.根据权利要求3所述的储能系统，其特征在于，所述第二储能单元包括至少一种第二储能组件和至少一个第二功率变换器，所述第二储能组件通过所述第二功率变换器与所述DC/AC转换器连接；

在所述发电机产生的电能大于电网的负荷需求量的情况下，所述第二储能组件存储所述DC/AC转换器传输来的电能；

在所述发电机产生的电能小于所述电网的负荷需求量，或者，所述发电机产生的电能和所述第一储能单元释放的电能的总和小于所述电网的负荷需求量的情况下，所述第二储能组件释放存储的电能。

5.根据权利要求2所述的储能系统，其特征在于，所述第一储能组件包括以下组件的至少一种：

蓄电池组件、超级电容组件、飞轮组件；

所述飞轮组件包括飞轮和电动发电机，所述飞轮通过所述电动发电机与所述第一功率变换器连接。

6.根据权利要求4所述的储能系统，其特征在于，所述第二储能组件包括以下组件的至少一种：

蓄电池组件、超级电容组件、飞轮组件；

所述飞轮组件包括飞轮和电动发电机，所述飞轮通过所述电动发电机与所述第二功率变换器连接。

7.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，还包括主控制器；

所述主控制器与所述第一储能单元通信连接；

所述主控制器用于在所述发电机产生的电能大于电网的负荷需求量或发生低电压穿越的情况下，向所述第一储能单元发送第一控制指令，所述第一控制指令用于控制所述第一储能单元存储所述发电机产生的电能；

所述主控制器还用于在所述发电机产生的电能小于所述电网的负荷需求量的情况下，向所述第一储能单元发送第二控制指令，所述第二控制指令用于控制所述第一储能单元释放存储的电能。

8.根据权利要求3所述的储能系统，其特征在于，还包括主控制器；

所述主控制器与所述第二储能单元通信连接；

所述主控制器用于在所述发电机产生的电能大于电网的负荷需求量的情况下，向所述第二储能单元发送第三控制指令，所述第三控制指令用于控制所述第二储能单元存储所述发电机产生的电能；

所述主控制器还用于在所述发电机产生的电能小于所述电网的负荷需求量或所述发电机产生的电能和所述第一储能单元释放的电能的总和小于所述电网的负荷需求量的情况下，向所述第二储能单元发送第四控制指令，所述第四控制指令用于控制所述第二储能单元释放存储的电能。

9.根据权利要求7或8所述的储能系统，其特征在于，还包括变桨系统；

所述变桨系统与所述主控制器通信连接；

所述主控制器还用于在所述发电机产生的电能大于所述电网的负荷需求量或发生低电压穿越的情况下，向所述变桨系统发送第五控制指令，所述第五控制指令用于指示所述变桨系统调整所述风力发电机组的风机的叶片的桨距角，以减少所述发电机产生的电能；

所述主控制器还用于在所述发电机产生的电能小于所述电网的负荷需求量的情况下，向所述变桨系统发送第六控制指令，所述第六控制指令用于指示所述变桨系统调整所述风力发电机组的风机的叶片的桨距角，以增加所述发电机产生的电能。

10.一种风力发电机组，其特征在于，包括如权利要求1至9中任意一项所述的储能系统。

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