CN102195298A - 可再生能源集中式发电装置 - Google Patents

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张强
姜云桥
刘政宇
张敬南
张镠钟
李军
毕洪大
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本发明提供的是一种可再生能源集中式发电装置。包括主电源、多个辅助电源、储能装置和两条直流电压母线，主电源(ZDY1)的交流侧与电网或用电负荷连接，主电源(ZDY1)的直流侧与第一直流电压母线(DCBus1)、第二直流电压母线(DCBus2)连接；每个辅助电源(FDY1…FDYn)的输出都接至第一直流电压母线(DCBus1)、第二直流电压母线(DCBus2)；储能装置(CNZZ1)的输出或输入端与第一直流电压母线(DCBus1)、第二直流电压母线(DCBus2)连接。本发明的可再生能源集中式发电装置，在无需借助于用电负荷的前提下，就可以实现各个分布式电源(即各种可再生能源发电装置)间协调控制，进而对输出的电能进行调节，满足电网或用电负荷的需求。

Description

可再生能源集中式发电装置
技术领域
本发明涉及的是一种发电装置，特别是涉及到一种将多种分布式电源有机结合在一起实现稳定发电运行的发电装置。
背景技术
社会经济的发展对电力的需求迅猛增长，由于传统火力发电所需的煤炭、石油等常规一次性能源日趋枯竭，致使可再生能源发电技术在电力行业中的地位日益突出。属于新能源的可再生能源发电主要包括：风力发电、太阳能(光伏)发电、燃料电池发电、(微型)燃气轮机发电、生物能发电、地热发电、潮汐发电、波浪发电等内容。由于可再生能源的可再生性、以及发电过程中的环保性等得天独厚的优点，国内外的科研机构和专家、学者都正在致力于可再生能源发电技术的深入研究和推广、应用。
在现已取得的研究成果中，以分布式发电和微网技术为主。分布式发电是以各种可再生能源发电装置为核心，构成容量为千瓦至兆瓦级不等的小型模块式且与环境兼容的独立电源，即分布式电源，这些分布式电源以分散的方式布置在用户附近，进而满足特定用户需求或支持电网的经济运行。分布式发电在不改变原有配电网结构的基础上，延缓了输电网和配电网升级换代所需的巨额投资，同时也有效改善了大电网的供电可靠性，提高了供电质量。但是分布式发电技术的应用在潮流分布、电压稳定、谐波含量、短路电流、继电保护等方面，对配电网的运行和控制也带来了诸多的不利影响。微网是指在局部区域内直接将分布式发电单元、电力网络和终端用户联系在一起，通过有效的协调控制，实现热、电、冷联供方案，进而优化和提高能源利用效率，推动分布式电源上网，降低大电网的负担，改善电网的安全可靠性。但是在微网内部，由于分布式电源输出电能的不稳定，致使其中的非重要负荷的供电可靠性无法得到保障。并且风能、潮汐能、波浪能等某些可再生能源的分布地域往往与用电负荷相距过远，因此微网的应用范围必然会受到限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在无需借助于用电负荷的前提下，就可以实现各个分布式电源间协调控制，进而对输出的电能进行调节，满足电网或用电负荷的需求的可再生能源集中式发电装置。
本发明的目的是这样实现的：
包括主电源、多个辅助电源、储能装置和两条直流电压母线，主电源ZDY1的交流侧与电网或用电负荷连接，主电源ZDY1的直流侧与第一直流电压母线DCBus1、第二直流电压母线DCBus2连接；每个辅助电源FDY1…FDYn的输出都接至第一直流电压母线DCBus1、第二直流电压母线DCBus2；储能装置CNZZ1的输出或输入端与第一直流电压母线DCBus1、第二直流电压母线DCBus2连接。
所述主电源ZDY1内部必须包含有直流-交流变换电路DC/AC1和双馈发电机DFG1，直流-交流变换电路DC/AC1的直流侧与第一直流电压母线DCBus1、第二直流电压母线DCBus2连接，直流-交流变换电路DC/AC1的交流侧与双馈发电机DFG1的励磁绕组连接；双馈发电机DFG1的电枢绕组与电网或用电负荷连接。
本发明提出的可再生能源集中式发电装置正常运行时，辅助电源FDY1…FDYn和主电源ZDY1都工作在发电状态，将各种可再生能源转化为电能。所有辅助电源FDY1…FDYn输出的电能都汇集在直流电压母线DCBus1、DCBus2上，这部分电能经过直流-交流变换电路DC/AC1的转换，进入双馈发电机DFG1的励磁绕组。主电源ZDY1自身转化的电能和所有辅助电源FDY1…FDYn输出的电能共同经过双馈发电机DFG1的电枢绕组进入电网或供给用电负荷。当主电源ZDY1自身转化的电能和所有辅助电源FDY1…FDYn输出的电能总量大于电网或用电负荷的实际需求时，储能装置CNZZ1处于充电状态，吸收多余的电能，确保直流电压母线DCBus1、DCBus2电压稳定；反之，储能装置CNZZ1处于放电状态，提供能量补偿，确保双馈发电机DFG1的电枢绕组输出的电能满足实际用电需求。
与现有的分布式发电和微网相比，本发明提出的可再生能源集中式发电装置的应用可取得以下有益效果：
(1)与分布式发电中各个分布式电源彼此独立相比，可再生能源集中式发电装置借助于主电源中的双馈发电机，实现了主电源、辅助电源和储能装置之间在结构和控制上的统一；而与微网相比，可再生能源集中式发电装置的内部构成中无需任何的用电负荷，因此其控制对象少，控制策略相对简单，应用范围广(不受用电负荷的限制)，更容易实现。
(2)利用主电源中双馈发电机能量双向流动的特点，结合直流母线上储能装置的应用，可再生能源集中式发电装置能够对提供给电网的电能进行控制和调节。
(3)从电网的角度来看，可再生能源集中式发电装置等效为一台双馈发电机，因此有利于电网的潮流分布、继电保护和短路电流等问题的计算、分析。
(4)与微网和分布式发电借助于电力电子器件的并网连接方式不同，可再生能源集中式发电装置是通过主电源中的双馈发电机实现与电网的电气连接，通过对双馈发电机参数的合理设计，可以有效地减少注入电网的谐波成分和含量，提高供电质量。并且由于避免了电力电子器件与电网的直接联系，因此有助于提高电网的安全性和可靠性。
(5)主电源中的双馈发电机正常运行时励磁绕组的励磁电压较低，因此位于励磁绕组侧直流电压母线上的各个辅助电源和储能装置的电压等级低，有利于辅助电源和储能装置简化结构，提高安全和可靠性，并降低成本。
附图说明
图1可再生能源集中式发电装置的结构框图。
图2主电源ZDY1内部结构框图。
图3包含有多个主电源的可再生能源集中式发电装置的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细的描述：
实施方式一
结合图1和图2。
主电源ZDY1采用具有双馈发电机结构的可再生能源发电装置，例如双馈风力发电机发电装置、双馈水力发电机发电装置等；
双馈发电机DFG1可采用有刷双馈发电机或无刷双馈发电机；
直流-交流变换电路DC/AC1采用由IGBT、MOSFET等电力电子器件构成的可控三相半桥式电路，或其他可以实现能量在直流和交流两侧双向流动的变换电路；
辅助电源FDY1…FDYn可采用现有的任意一种或多种可再生能源发电装置，例如光伏发电装置、燃料电池、潮汐发电装置等，但是辅助电源的数目应大于等于1；
储能装置CNZZ1可采用蓄电池组、电容器组、超级电容器组或飞轮储能装置等构成；
直流电压母线DCBus1、DCBus2可采用铜排或电缆线等构成。
辅助电源FDY1…FDYn和主电源ZDY1都工作在发电状态，辅助电源FDY1…FDYn输出的电能都汇集到直流电压母线DCBus 1、DCBus2上，再经过直流-交流变换电路DC/AC1的转换，进入双馈发电机DFG1的励磁绕组。主电源ZDY1自身转化的电能和所有辅助电源FDY1…FDYn输出的电能共同经过双馈发电机DFG1的电枢绕组进入电网或供给用电负荷。当主电源ZDY1自身转化的电能和所有辅助电源FDY1…FDYn输出的电能总量大于电网或用电负荷的实际需求时，储能装置CNZZ1处于充电状态，吸收多余的电能，确保直流电压母线DCBus1、DCBus2电压稳定；反之，储能装置CNZZ1处于放电状态，提供能量补偿，确保双馈发电机DFG1的电枢绕组输出的电能满足实际用电需求。
实施方式二：
结合图3。
可再生能源集中式发电装置中包含有多个主电源ZDY1…ZDYn，每个主电源ZDY1的交流侧与电网或用电负荷连接，每个主电源ZDY1的直流侧与第一直流电压母线DCBus1、第二直流电压母线DCBus2连接。
其他与实施方式一相同。

Claims (3)

1.一种可再生能源集中式发电装置，包括主电源、多个辅助电源、储能装置和两条直流电压母线，其特征是：主电源(ZDY1)的交流侧与电网或用电负荷连接，主电源(ZDY1)的直流侧与第一直流电压母线(DCBus1)、第二直流电压母线(DCBus2)连接；每个辅助电源(FDY1…FDYn)的输出都接至第一直流电压母线(DCBus1)、第二直流电压母线(DCBus2)；储能装置(CNZZ1)的输出或输入端与第一直流电压母线(DCBus1)、第二直流电压母线(DCBus2)连接。
2.根据权利要求1所述的可再生能源集中式发电装置，其特征是：所述主电源(ZDY1)内部必须包含有直流-交流变换电路(DC/AC1)和双馈发电机(DFG1)，直流-交流变换电路(DC/AC1)的直流侧与第一直流电压母线(DCBus1)、第二直流电压母线(DCBus2)连接，直流-交流变换电路(DC/AC1)的交流侧与双馈发电机(DFG1)的励磁绕组连接；双馈发电机(DFG1)的电枢绕组与电网或用电负荷连接。
3.根据权利要求1或2所述的可再生能源集中式发电装置，其特征是：包含有多个主电源(ZDY1…ZDYn)，每个主电源(ZDY1)的交流侧与电网或用电负荷连接，每个主电源(ZDY1)的直流侧与第一直流电压母线(DCBus1)、第二直流电压母线(DCBus2)连接。
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