CN108039733A - 一种适用于大功率风电消纳的微网组网系统 - Google Patents

Abstract

一种适用于大功率风电消纳的微网组网系统，包括：一个微网组网系统，至少一个风电场，至少一个大容量电力变换系统，一条交流母线Ⅰ，一条风电输送专线；所述微网组网系统，包括：至少两个微网单元，一个系统级调度中心；风电场通过大容量电力变换系统与交流母线Ⅰ相连，所述交流母线Ⅰ与风电输送专线相连，所述风电输送专线与微网组网系统所包含的微网单元相连，所述系统级调度中心与各个微网单元相连。本发明解决了大功率风电难消纳、电动汽车充电负荷对配网容量及发电容量提出高要求等问题。

Description

一种适用于大功率风电消纳的微网组网系统

技术领域

本发明属于微电网技术领域，具体涉及一种适用于大功率风电消纳的微网组网系统。

背景技术

随着世界能源的日趋匮乏和科学技术的快速发展，加之全民环境保护意识的不断提高，人类在努力探寻一种可代替石油、天然气等能源的可再生清洁绿色能源，而取之不尽用之不竭的风能，因具备清洁、无污染、可再生等优点而成为当前最有发展前景的新能源之一。随着政府和民众对风电认识的逐步加深、《可再生能源法》的正式实施、多项风电专项政策的出台，风力发电必将为我国的能源结构调整作出巨大贡献。然而，风力发电技术发展过程中，显现出众多亟待解决的问题，如风力发电具有间歇性，且风电场发电功率等级一般较高，目前单个风力发电机容量已高达10MW，大功率风电入网时势必对电力系统造成较大冲击，对电网调峰、电网调频、电网系统稳定性及电能质量等都有较大影响，这也导致风电弃电率比较高。因此，如何消纳大功率风电，便是亟待解决的问题。对于该问题，当前尚无很好的风电消纳措施。另外，电动汽车大规模普及是大势所趋，大量的电动汽车充电负荷接入电网，势必对当前电网容量以及发电系统容量提出新的要求，对于该问题，常规的技术方案是对输电电缆进行升级改造或者动态增容。为了解决大功率风电难消纳和大规模电动汽车对电网影响大的问题，当前较好的技术方案或解决思路是构造微电网，将分布式发电与电动汽车充换电相结合，就地消纳光伏发电及各种分布式发电所提供的电能来减轻电动汽车负荷对电网的冲击影响。然而，单个微电网运行惯性小、鲁棒性差、电源特性差异大，根本不具备大功率风电消纳能力，很难平抑风电功率波动问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明为解决大功率风电难消纳、电动汽车充电负荷对配网容量及发电容量提出高要求等问题，提出一种适用于大功率风电消纳的微网组网系统，将一定空间内的微电网单元进行组网，增大系统容量，组网系统中设置风电输送专线，各微网单元可根据其电能供需实际情况来调控风电接入与否，这样，不仅能为大容量风电消纳提供支持，还有利于提高组网内能量动态平衡控制的灵活性，另外，风电输送专线传送的风电能量并不直接并入电网，而是在系统能量供过于求时，经过交-直-交的电力变换后再并入大电网，这在很大程度上降低了风电并网对电力系统的影响和冲击。

本发明采取的技术方案为：

一种适用于大功率风电消纳的微网组网系统，包括：

一个微网组网系统，

至少一个风电场，

至少一个大容量电力变换系统， 大容量电力变换系统主要由大容量AC/AC变换器构成，用于实现风力发电并网的任务，具体实现电路可以根据需要在现有方案中优化选择，如利用2个三相PWM变换器组合而成。

一条交流母线Ⅰ，

一条风电输送专线；

所述微网组网系统，包括：

至少两个微网单元，

一个系统级调度中心；系统级调度中心用于协调各个微网单元消纳新能源发电功率的比例，主要由通信模块和数据处理模块组成，通过通信模块接受各个微网单元的状态量，再由数据处理模块计算出当前状态下各个微网单元的调度指令，最后由通信模块将这些调度指令传递到微网单元。

风电场通过大容量电力变换系统与交流母线Ⅰ相连，所述交流母线Ⅰ与风电输送专线相连，所述风电输送专线与微网组网系统所包含的微网单元相连，所述系统级调度中心与各个微网单元相连。

所述微网单元包括：

一个降压变压器，

一个由两个断路器/开关和一个AC/DC变换器、以及一个双向AC/DC变换器组成的微网单元调度中心，

一条交流母线Ⅱ，

一条直流母线，

至少一个分布式发电单元，

至少一个交流负荷，

至少两个DC/DC变换器，

至少两个双向DC/DC变换器，

至少一个燃料电池，

至少一个光伏发电单元，

至少一个由电池构成的储能系统，

至少一个电动汽车充放电桩，

至少一个直流负荷；

风电输送专线的末端与降压变压器的高压侧相连；所述的降压变压器的低压侧与第一断路器/开关相连，所述第一断路器/开关的另一端与AC/DC变换器的交流侧相连，所述AC/DC变换器的直流侧与直流母线相连；

所述微网单元调度中心所包含的第二断路器/开关一端与电网相连，第二断路器/开关另一端与交流母线Ⅱ相连；

所述微网单元调度中心的双向AC/DC变换器的交流侧与交流母线Ⅱ相连，双向AC/DC变换器的直流侧与直流母线相连；

所述的分布式发电单元与交流母线Ⅱ相连；

所述的交流负荷与交流母线Ⅱ相连；

所述的燃料电池通过第一DC/DC变换器与直流母线相连；

所述的光伏发电单元至少包含一个光伏模块，光伏发电单元通过第二DC/DC变换器与直流母线相连；

所述的储能系统通过第一双向DC/DC变换器与直流母线相连；

所述的电动汽车充放电桩在同一时间至少可为一台电动汽车充电，电动汽车充放电桩通过第二双向DC/DC变换器与直流母线相连；

所述的直流负荷与直流母线相连。

风电场通过大容量电力变换系统接入交流母线Ⅰ，然后通过风电输送专线将电能传输至微网组网系统中的各微网单元中，再通过降压变压器的降压和微网单元调度中心内的断路器/开关的控制作用、以及AC/DC变换器的电力变换作用，与交流母线Ⅱ相连；所述微网单元调度中心通过控制微网单元与电网之间的断路器/开关，来控制微网单元的并网运行或孤岛运行模式。

相比于现有的微电网技术方案，本发明一种适用于大功率风电消纳的微网组网系统，具有如下优点：

1、本发明通过组网形式提高系统容量，增强系统鲁棒性，具备消纳大功率风电的能力，可最大限度地利用风能，降低风电场的弃风率。

2、本发明设置风电输送专线，各微网单元可根据其内实际能量供需关系通过断路器/开关选择性地将风电接入各微网单元，可提高风电消纳的灵活性和可控性。

3、本发明风电不直接并入大电网，而是在微网单元能量供过于求时通过交-直-交的电力变换后再并入大电网，可大幅降低大功率风电消纳对电网系统的冲击和影响。

4、本发明采用多源和多层控制模式，且各微网单元中兼有交流母线和直流母线，可方便交/直流负荷及各类分布式发电单元接入系统，能缓解电动汽车充换电负荷对电网的影响，提高了系统的鲁棒性、可控性和稳定性。

5、微网组网系统将一定空间内的多个微网单元进行组网，并通过系统级调度中心对各个微网单元进行调节和控制，不仅提高了系统容量，还提高了组网系统的电能消纳能力。对于传送至各微网单元的风电能量，与现有的交流微电网、直流微电网或交直流混合微电网相比，本发明所提方案将多个微网单元进行组网，设风电输送专线，且风电不直接接入大电网，而是通过变换器进行交-直-交的变换，再通过断路器/开关选择性地接入大电网，这样不仅提高了系统的可控性，还通过直流环节的隔离作用，将大功率风电消纳过程中对电网的冲击和影响降到较低水平，提高了系统的稳定性。另外，本发明所提方案的各微网单元均有交流母线Ⅱ和直流母线，各类负荷和各种分布式发电单元的接入性都很强，这有利于充分利用多种电源供电模式的差异性和互补性，让系统内的能量动态平衡调控变得更灵活，能源利用率也将更高。

附图说明

图1是本发明一种适用于大功率风电消纳的微网组网系统一实施例的结构示意图。

图2是本发明所提微网组网系统中的微电单元一实例的结构示意图。

图3是本发明大容量电力变换系统一实例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种适用于大功率风电消纳的微网组网系统，包括一个微网组网系统1，至少一个电压等级为690V至3.3kV的风电场2，至少一个大容量电力变换系统3，一条交流母线Ⅰ4，一条风电输送专线5；所述的微网组网系统1，包括至少两个微网单元6，一个系统级调度中心7；所述的风电场2通过大容量电力变换系统3与交流母线Ⅰ4相连；所述的交流母线Ⅰ4与风电输送专线5相连；所述的风电输送专线5与微网组网系统1所包含的各微网单元6相连；所述的系统级调度中心7与各微网单元6相连。

图2所示的微网单元6就是图1所示的微网组网系统1中的微网单元6的一实例结构示意图，包括一个降压变压器29，一个由第一断路器/开关9、第二断路器/开关11和AC/DC变换器10及双向AC/DC变换器12构成的微网单元调度中心8，一条交流母线Ⅱ13，一条直流母线14，至少一个分布式发电单元115，至少一个交流负荷16，至少两个DC/DC变换器：第一DC/DC变换器17、第二DC/DC变换器19，至少两个双向DC/DC变换器：第一双向DC/DC变换器22、第二双向DC/DC变换器24，至少一个燃料电池18，至少一个包含光伏模块21的光伏发电单元20，至少一个储能系统23，至少一个用于电动汽车26充电的充放电桩25，至少一个直流负荷27；所述的风电输送专线5的末端与降压变压器29的高压侧相连；所述的降压变压器29的低压侧与断路器/开关9相连；所述的第一断路器/开关9的另一端与AC/DC变换器10的交流侧相连；所述的AC/DC变换器10的直流侧与直流母线14相连；所述的微网单元调度中心8所包含的第二断路器/开关11一端与电网28相连，另一端与交流母线Ⅱ13相连；所述的微网单元调度中心8的双向AC/DC变换器12的交流侧与交流母线Ⅱ13相连，直流侧与直流母线14相连；所述的分布式发电单元15与交流母线Ⅱ13相连；所述的交流负荷16与交流母线Ⅱ13相连；所述的燃料电池18通过第一DC/DC变换器17与直流母线14相连；所述的光伏发电单元20至少包含一个光伏模块21，通过第二DC/DC变换器19与直流母线14相连；所述的储能系统23通过第一双向DC/DC变换器22与直流母线14相连；所述的电动汽车充放电桩25在同一时间至少可为一台电动汽车26充电，通过第二双向DC/DC变换器24与直流母线14相连；所述的直流负荷27与直流母线相连。

针对图1与图2的连接关系，具体来说，图1中的风电输送专线5与图2中微网单元6内的降压变压器29的高压侧相连；图1中的系统调度中心7与图2中的微网单元调度中心8相连，系统级调度中心7从系统层面粗调风电在各微网单元之间的分配，微网单元调度中心8一方面接受系统层的调控指令，另一方面细调和控制所在微网单元内的电能供需动态平衡。

图3所示为图1中的大容量电力变换系统3的一实例结构示意图，包括大容量AC/AC变换器30和升压变压器31两个部分。所述的风电场2发出的电能先经过大容量AC/AC变流器30进行处理，再经过升压变压器31进行升压，然后并入交流母线Ⅰ4。

综上所述，本发明所提的一种适用于大功率风电消纳的微网组网系统通过将多个微网单元进行组网构成更大容量的系统模式，为大功率风电消纳提供支持，同时可利用大功率风电供能和其他分布式发电供能来削减电动汽车充换电负荷对电网的冲击影响，系统通过风电输送专线将风电输送至各微网单元，各微网单元调度中心可根据微网内能量的供需情况选择风电是否接入，提高了系统的可控性，另外，本发明所提方案并未将风电直接并入电网，而是通过电力电子变换器经过交-直-交的变流环节，仅在微网单元能量供过于求时将多余的、具有较高质量的电能并入大电网，这样不仅能大幅降低大功率风电消纳对电网的冲击影响，还能提高系统的稳定性和可靠性。

本发明的上述实施范例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (4)

1.一种适用于大功率风电消纳的微网组网系统，其特征在于包括：

一个微网组网系统（1），

至少一个风电场（2），

至少一个大容量电力变换系统（3），

一条交流母线Ⅰ（4），

一条风电输送专线（5）；

所述微网组网系统（1），包括：

至少两个微网单元（6），

一个系统级调度中心（7）；

风电场（2）通过大容量电力变换系统（3）与交流母线Ⅰ（4）相连，所述交流母线Ⅰ（4）与风电输送专线（5）相连，所述风电输送专线（5）与微网组网系统（1）所包含的微网单元（6）相连，所述系统级调度中心（7）与各个微网单元（6）相连。

2.根据权利要求1所述一种适用于大功率风电消纳的微网组网系统，其特征在于：

所述微网单元（6）包括：

一个降压变压器（29），

一个由两个断路器/开关和一个AC/DC变换器（10）、以及一个双向AC/DC变换器（12）组成的微网单元调度中心（8），

一条交流母线Ⅱ（13），

一条直流母线（14），

至少一个分布式发电单元（15），

至少一个交流负荷（16），

至少两个DC/DC变换器，

至少两个双向DC/DC变换器，

至少一个燃料电池（18），

至少一个光伏发电单元（20），

至少一个储能系统（23），

至少一个电动汽车充放电桩（26），

至少一个直流负荷（27）；

风电输送专线（5）的末端与降压变压器（29）的高压侧相连；所述的降压变压器（29）的低压侧与第一断路器/开关（9）相连，所述第一断路器/开关（9）的另一端与AC/DC变换器（10）的交流侧相连，所述AC/DC变换器（10）的直流侧与直流母线（14）相连；

所述微网单元调度中心（8）所包含的第二断路器/开关（11）一端与电网（28）相连，第二断路器/开关（11）一端与交流母线Ⅱ（13）相连；

所述微网单元调度中心（8）的双向AC/DC变换器（12）的交流侧与交流母线Ⅱ（13）相连，双向AC/DC变换器（12）的直流侧与直流母线（14）相连；

所述的分布式发电单元（15）与交流母线Ⅱ（13）相连；

所述的交流负荷（16）与交流母线Ⅱ（13）相连；

所述的燃料电池（18）通过第一DC/DC变换器（17）与直流母线（14）相连；

所述的光伏发电单元（20）至少包含一个光伏模块（21），光伏发电单元（20）通过第二DC/DC变换器（19）与直流母线（14）相连；

所述的储能系统（23）通过第一双向DC/DC变换器（22）与直流母线（14）相连；

所述的电动汽车充放电桩（25）通过第二双向DC/DC变换器（24）与直流母线（14）相连；

所述的直流负荷（27）与直流母线（14）相连。

3.如权利要求1或2所述微网组网系统的组网方法，其特征在于：风电场（8）通过大容量电力变换系统（3）接入交流母线Ⅰ（4），然后通过风电输送专线（5）将电能传输至微网组网系统（1）中的各微网单元（6）中，再通过降压变压器（29）的降压和微网单元调度中心（8）内的断路器/开关的控制作用、以及AC/DC变换器（10）的电力变换作用，与交流母线Ⅱ（13）相连；所述微网单元调度中心（8）通过控制微网单元（6）与电网（28）之间的断路器/开关，来控制微网单元（6）的并网运行或孤岛运行模式。

4.如权利要求1或2所述微网组网系统的供电方法，其特征在于：先通过降压变压器进行降压，再通过微网单元调度中心的断路器/开关来调控风电是否接入该微网单元，当风电能量需要接入某微网单元时，闭合断路器/开关，通过微网单元调度中心内的AC/DC变换器将交流的风电变换为直流电，并入直流母线中，当风电能量不需要接入该微网单元时，则断开断路器/开关；当微网单元中的电能供过于求或供不应求或尚能自给自足时，可通过控制微网单元调度中心的断路器/开关来选择微网单元的并网运行或孤岛运行模式；

在各微网单元中，利用微网单元调度中心的双向AC/DC变换器来实现交流母线Ⅱ与直流母线的互联，以实现能量的双向传输；另外，分布式发电单元发出的交流电并入交流母线Ⅱ种，可为交流负荷供电；光伏发电单元、燃料电池提供的电能，并入直流母线，为直流负荷及电动汽车充放电桩供电，或将电能存储于储能系统中。