DE202022102968U1

DE202022102968U1 - Versuchsgerät, mit dem eine energiespeicherbasierte doppelt gespeiste Windkraftanlage an der primären Frequenzmodulation des Systems teilnimmt

Info

Publication number: DE202022102968U1
Application number: DE202022102968.7U
Authority: DE
Original assignee: Huaneng Zhalaiteqi Solar Pv Power Generation Co Ltd Keyouzhongqi Branch
Current assignee: Huaneng Zhalaiteqi Solar Pv Power Generation Co Ltd Keyouzhongqi Branch
Priority date: 2022-01-24
Filing date: 2022-05-27
Publication date: 2022-08-09
Anticipated expiration: 2032-05-28
Also published as: CN217306019U

Abstract

Versuchsgerät, mit dem eine energiespeicherbasierte doppelt gespeiste Windkraftanlage an der primären Frequenzmodulation des Systems teilnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass es eine doppelt gespeiste simulierte Windkraftanlage, doppelt gespeiste Lüfterstromrichterschränke und Superkondensatoren.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Das vorliegende Gebrauchsmuster betrifft das technische Gebiet der elektronischen Ausrüstung, insbesondere ein Versuchsgerät, mit dem eine auf dem Energiespeicher basierte doppelt gespeiste Windkraftanlage an der primären Frequenzmodulation des Systems teilnimmt.
STAND DER TECHNIK
Seit den letzten Jahren stehen die Probleme wie Energiekrise, Umweltverschmutzung immer hervor. Aufgrund der Förderung der Entwicklung und Nutzung erneuerbarer Energien zieht die verteilte Erzeugungstechnologie (Distributed Generation, DG) immer mehr Aufmerksamkeit auf sich, sie hat die Vorteile weniger Umweltverschmutzung, einer hoher Nutzungsrate der Energie und eines flexiblen Einbauorts. Mit der kontinuierlichen Zunahme der Durchdringungsrate der verteilten Stromquelle hat dies jedoch große negative Auswirkungen auf die Planung und den Betrieb des Stromnetzes.
Die meisten verteilten Stromquellen haben keine Trägheitseigenschaften, und die plötzliche Laständerung bewirkt, dass sich die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters abrupt ändert, was der Frequenzstabilität des Microgrid-Systems nicht zuträglich ist. Um das Problem zu lösen, wird ein Gerät, mit dem eine energiespeicherbasierte doppelt gespeiste Windkraftanlage an der primären Frequenzmodulation des Systems teilnimmt, zur Verfügung gestellt.
INHALT DES VORLIEGENDEN GEBRAUCHSMUSTERES
Das vorliegende Gebrauchsmuster zielt darauf ab, das Problem der bestehenden doppelt gespeisten Windkraftanlagen, dass sie nicht an der primären Frequenzmodulation des Systems teilnehmen kann, zu lösen. Die spezifische technische Lösung ist wie folgt.
Ein Versuchsgerät, mit dem eine energiespeicherbasierte doppelt gespeiste Windkraftanlage an der primären Frequenzmodulation des Systems teilnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass es den optimalen Verbindungsmodus des Superkondensatormoduls nutzt, um die Zuverlässigkeit dieses Geräts zu verbessern und die durch den Kapazitätsdispersionsgrad erzeugten Auswirkungen zu verringern. Darüber hinaus nimmt der Stromrichterschrank die Struktur an, in der die Erregungssteuerung und der netzseitige Wechselrichters integriert sind. Der Hauptzweck der PWM-Erregung und Frequenzumwandlung besteht darin, den Erregerstrom für die Rotorwicklung bereitzustellen. Der netzseitige Stromrichter ist eine bidirektionale Stromversorgung, die die elektrische Energie umkehren oder gleichrichten kann.
Das Superkondensatormodul nimmt den Verbindungsmodus mit zuerst der Parallelschaltung und dann der Reihenschaltung mit guter Zuverlässigkeit an, und der Kapazitätsdispersionsgrad ist geringer, und dieses Array hat geringere Anforderungen an die Ausgleichsfähigkeit der Spannungsausgleichsschaltung.
Der DSP-Chip des Steuergeräts basiert auf DSP 28335 der Firma TI. Die Hauptschaltung des Rotors und des netzseitigen Stromrichters nimmt eine dreiphasige Vollbrückentopologie an, wobei das Schaltgerät Mitsubishi IPM annimmt.
Die Stromversorgungsschaltung des Steuerteils nimmt den dreipoligen Spannungsreglerchip der Serien 78xx und 79xx, um eine Gleichstromversorgung zu erzeugen.
Das vorliegende Gebrauchsmuster hat folgende Vorteile: das Design der Gerätestruktur ist wissenschaftlich und vernünftig, die Leistungsfrequenz des verwendeten DSP-Steuerchips ist hoch und die Reaktionsgeschwindigkeit ist hoch, so dass die doppelt gespeiste Windkraftanlage die Fähigkeit zur primären Frequenzmodulation hat, was die Sicherheit und Stabilität des Stromnetzes verbessert.
Figurenliste

1 zeigt verschiedene Array-Modi von Superkondensatoren.
2 zeigt eine schematische Strukturansicht eines Hardware-in-the-Loop-Physiksimulationsexperimentsystems.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Im Zusammenhang mit Figuren wird das vorliegende Gebrauchsmuster im Folgenden näher erläutert.
In 1 wird es angenommen, dass die Zuverlässigkeit jedes einzelnen Superkondensators a (0<a< 1) ist und unabhängig voneinander ist und keinen Einfluss aufeinander hat, und durch Berechnung wird es festgestellt, dass die Zuverlässigkeit unter Verwendung des in 1 (a) dargestellten Superkondensator-Energiespeicherarrays P1=1-(1-a^m)ⁿ ist und die Zuverlässigkeit unter der Verwendung des in 1(b) dargestellten Superkondensator-Energiespeicherarrays P2=(1-(1-a)ⁿ)^m ist. Aus den beiden Formeln ist es ersichtlich, dass, je größer die Werte von m und n sind, umso zuverlässiger der Verbindungmodus des letzteren ist. Wenn der Superkondensator mit der maximalen Kapazität und der minimalen Kapazität gleichzeitig im selben Reihenzweig erscheint, erreicht die Spannungsdifferenz des Superkondensators auf diesem Zweig das Maximum, so dass eine neue Herausforderung an die Spannungsausgleichsschaltung gestellt wird. Unter der Annahme, dass die Nennkapazität des Superkondensators C ist und der Dispersionsgrad der Kapazität d ist, ist der Bereich von d -10%-20%. Der Kapazitätsdispersionsgrad eines einzelnen Superkondensators wird durch d₁, d₂..., dmn dargestellt, und d₁ < d₂ <... < d_mn, dann ist die minimale Kapazität aller Superkondensatoren C_min=C(1+d₁), und die maximale Kapazität ist C_max=C(1+d_mn). In dem Modus mit zuerst der Reihenschaltung und dann der Parallelschaltung gemäß 1(a) ist die Wahrscheinlichkeit, dass Cmin und Cmax in demselben Serienzweig erscheinen, wie folgt: $P_{3} = C_{n}^{1} C_{m n}^{1} C_{m n - 1}^{1} .$
In dem Modus mit zuerst der Parallelschaltung und dann der Reihenschaltung kann das Superkondensatorarray als aus m in Reihen geschalteten Modulen zusammengesetzt angesehen werden, und die Kapazität jedes Moduls kann ausgedrückt werden als: $C_{i} = \sum_{j = 1}^{j = n} C_{i j}, i = 1,2, \dots, m .$
Die minimale Kapazität unter den m Modulen ist $C_{1 min} = (1 + \frac{d_{1} + d_{2} + \dots + d_{n}}{n}) \times n \times C .$
Die maximale Kapazität ist $C_{1 max} = (1 + \frac{d_{m n - n + 1} + \dots + d_{m n}}{n}) \times n \times C .$
Aus der obigen Formel ist es ersichtlich, dass der Bereich des Kapazitätsdispersionsgrades des Superkondensators wie folgt ist: $\frac{d_{1} + d_{2} + \dots + d_{n}}{n} : \frac{d_{m n - n + 1} + \dots + d_{m n}}{n} .$
Im Vergleich mit dem Dispersionsgrad (d_i, d_n) vor der Verbindung ist der Bereich deutlich reduziert und der Dispersionsgradbereich nimmt mit der Zunahme der Anzahl paralleler Zweige ab, bei diesem Verbindungsmodus beträgt die Wahrscheinlichkeit, dass C_1min und C_1max im selben Reihenzweig verbunden sind: $P_{4} = C_{m}^{1} C_{m n}^{1} C_{m n - 1}^{1} \times \dots \times C_{m n - 2 n}^{1} .$
Aus der obigen Formel ist es ersichtlich, dass mit zunehmender Anzahl n paralleler Zweige die Wahrscheinlichkeit in dem Modus mit zuerst der Parallelschaltung und dann der Reihenschaltung, dass die maximale Kapazität und die minimale Kapazität auf demselben Reihenzweig viel kleiner als die die Wahrscheinlichkeit in dem Modus mit zuerst der Reihenschaltung und dann der Parallelschaltung ist, Zusammenfassend gesagt, werden mit dem Verbindungsmodus gemäß 1(b) eine gute Zuverlässigkeit und ein geringer Kapazitätsdispersionsgrad erzielt, deshalb hat dieses Array geringere Anforderungen an die Ausgleichsfähigkeit der Spannungsausgleichsschaltung.
2 zeigt eine schematische Strukturansicht eines Hardware-in-the-Loop-Physiksimulationsexperimentsystems. Die Hauptüberwachungsstation kommuniziert über die Ethernet- oder RS485-Schnittstelle mit der ABB-Wechselrichtersteuerung, der rotorseitigen Stromrichtersteuerung der doppelt gespeisten Maschine in der „Drehzahlregelung der Antriebsmaschine, Rotorerregungs-Wechselrichterschrank der doppelt gespeisten Maschine“, der netzseitigen Stromrichtersteuerung im „netzseitigen Stromrichterschrank“, der Stromrichtersteuerung und BMS im „Superkondensator-Energiespeicherschrank“ und bidirektionalen 40-kW-Stromnetzsimulator, um den Betriebsmodus und die Arbeitsparameter jeder Ausrüstung im System zu steuern und einzustellen sowie die Betriebszustandsparameter zu überwachen; der Drehzahlregelungs-Rotorerregungs-Frequenzumwandlungsschrank umfasst hauptsächlich zwei Teile: ABB-Frequenzumrichter, mit dem der Wechselstrom-Asynchronmotor dazu angetrieben wird, die Hochgeschwindigkeitswellendrehzahl und die mechanische Leistung der Windkraftanlage nach der Drehzahlerhöhung durch das Getriebe zu simulieren, durch die Anpassung oder automatische Steuerung der Frequenz des Frequenzumrichters werden verschiedene Windbedingungen in der Natur simuliert, der rotorseitige Erregungsfrequenzumrichter des doppelt gespeisten Motors wird für die Steuerung der Stromerzeugung mit variabler Drehzahl und konstanter Frequenz des doppelt gespeisten Motors verwendet; der netzseitige bidirektionale Stromrichterschrank wird verwendet, um Gleichstrom für den rotorseitigen Erregungsfrequenzumrichter bereitzustellen, und im untersynchronen Bereich nimmt der netzseitige Stromrichter die Leistung aus dem Stromnetz auf und richtet diese in den Gleichstrom um, um den Erregungsfrequenzumrichter mit Strom zu versorgen; im super-synchronen Bereich wird die DC-Leistung in das AC-Netz übertragen. Der Superkapazitäts-Energiespeicherungs- und Steuerschrank: dieses Gerät ist an beiden Enden des DC-Busses der doppelt gespeisten Windkraftanlage parallel geschaltet und zwischen dem Gleichrichtermodul und dem Wechselrichtermodul in Reihen geschaltet, wie in 2 dargestellt, um die Energiespeicherung und deren Steuerung für die bilaterale Regulierung der Trägheitsreaktion und der Primärfrequenz der doppelt gespeisten Windkraftanlage bereitzustellen. Die Frequenzänderung des Stromnetzes wird durch den Netzsimulator simuliert, und der Superkondensator nimmt an der primären Frequenzmodulation des Systems teil, indem er die Leistung über den netzseitigen Stromrichter durch die Droop-Steuerung an das Netz überträgt oder aufnimmt.

Claims

Versuchsgerät, mit dem eine energiespeicherbasierte doppelt gespeiste Windkraftanlage an der primären Frequenzmodulation des Systems teilnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass es eine doppelt gespeiste simulierte Windkraftanlage, doppelt gespeiste Lüfterstromrichterschränke und Superkondensatoren.
Versuchsgerät, mit dem eine energiespeicherbasierte doppelt gespeiste Windkraftanlage an der primären Frequenzmodulation des Systems teilnimmt, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Analyse der optimale Verbindungsmodus des Superkondensatormoduls erhalten wird, um die Zuverlässigkeit dieses Geräts zu verbessern und die durch den Kapazitätsdispersionsgrad erzeugten Auswirkungen zu verringern.
Versuchsgerät, mit dem eine energiespeicherbasierte doppelt gespeiste Windkraftanlage an der primären Frequenzmodulation des Systems teilnimmt, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromrichterschrank die Struktur annimmt, in der die Erregungssteuerung und der netzseitige Wechselrichters integriert sind, wobei der Hauptzweck der PWM-Erregung und Frequenzumwandlung darin besteht, den Erregerstrom für die Rotorwicklung bereitzustellen, und wobei der Stromrichterschrank im Inneren ein DSP 28335-Steuergerät annimmt, und wobei der netzseitige Stromrichter eine bidirektionale Stromversorgung ist, die die elektrische Energie umkehren oder gleichrichten kann, und wobei sein Steuergerät noch DSP 28335 annimmt, das Mitsubishi IPM-Leistungsmodul verwendet.