CN111561416A - 一种电网友好型波浪能发电汇集系统及其运行控制方法 - Google Patents

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CN111561416A CN202010356848.3A CN202010356848A CN111561416A CN 111561416 A CN111561416 A CN 111561416A CN 202010356848 A CN202010356848 A CN 202010356848A CN 111561416 A CN111561416 A CN 111561416A
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Abstract

本申请公开了一种电网友好型波浪能发电汇集系统及其运行控制方法,所述系统包括海上汇流站或升压站、电储能系统、波浪能发电集控系统和波浪能发电系统;波浪能发电系统的电能经海上汇流站或升压站汇集后,通过海底电缆输送至受端电网;电储能系统接入波浪能发电系统在受端电网中的并网接入点;在波浪能发电系统所接入的受端电网侧部署波浪能发电集控系统;波浪能发电集控系统获取各个波浪能发电装置的运行状态及海况信息、电储能系统的运行状态以及受端电网的状态信息;波浪能发电集控系统还用于向各个波浪能发电装置和电储能系统下达调度指令目标。本申请提升了波浪能发电系统的电网友好性,实现了主动参与受端电网的调压、调频的运行控制。

Description

一种电网友好型波浪能发电汇集系统及其运行控制方法
技术领域
本发明属于分布式发电并网运行控制技术领域,涉及一种电网友好型波浪能发电汇集系统及其运行控制方法。
背景技术
波浪能发电是海洋能发电利用的一种重要形式,它海浪运动的机械能转换为电能输出,也是目前海洋能发电应用和研究的热点之一。全球波浪能流储量平均可达1~10TW,我国大陆海岸线长达一万八千公里,其中渤海、黄海和东海占1TWh,具有得天独厚的波浪能发电开发潜力。
波浪能发电目前普遍采用间接驱动式海洋能发电结构,图1是波浪能发电装置结构示意图,如图1所示,波浪能发电装置由三级能量转化机构组成。其中一级波浪能捕获装置(如振荡浮子式、筏式、摆式、点吸收式、鸭式等形式)将波浪能转换成机械能;二级能量转换机构将一级能量转换所得到的能量转换成旋转机械(如液压电动机、齿轮增速箱等,其中液压电动机传动装置可以具有一定的蓄能能力)的机械能;三级能量转换通过发电机将旋转机械能转换为电能,并通过电气接口供给负载或并网。
由上述波浪能发电的原理分析可知,波浪能发电装置的发电输出功率主要取决于波浪能捕获装置的能量捕获大小。现有的波浪能发电装置主要设计运行于最大能量捕获模式,但由于波浪的随机波动特性,导致波浪能发电装置输出功率具有强随机波动性。目前波浪能发电系统的应用主要面向海岛、海洋平台、海洋能牧场等场景中参与供电。
上述应用场景均属于弱电网环境,当波浪能发电装置容量较大,或者在受端电网系统中的容量占比较高时,波动性的功率将给受端电网的安全稳定运行带来较大挑战。目前,针对波浪能的波动性,普遍采用的方法是在受端或者送端利用储能系统进行实时平抑。但是这种方法没有完全考虑受端电网的运行控制需求,且没有充分考虑对于波浪能发电装置二级能量转换环节中的液压传动装置的蓄能作用的充分利用。
发明内容
为解决现有技术中的不足,本申请提供一种电网友好型波浪能发电汇集系统及其运行控制方法,一方面实现波浪能发电并网汇集后能够主动参与受端电网的调峰、调压,提升波浪能发电系统的电网友好性及受端电网的安全稳定运行能力;另一方面,将波浪能发电装置中机械传动的蓄能装置与集中式的电储能系统进行统一协同控制,进而降低电储能系统的容量配置需求,降低电储能系统的充放电频率,延长其使用寿命。
为了实现上述目标,本申请采用如下技术方案:
一种电网友好型波浪能发电汇集系统,所述电网友好型波浪能发电汇集系统包括海上汇流站或升压站、电储能系统、波浪能发电集控系统和波浪能发电系统;
所述波浪能发电系统由多个波浪能发电装置构成;
所述波浪能发电系统的电能经海上汇流站或升压站汇集后输送至受端电网;
所述电储能系统并联接入波浪能发电系统在受端电网中的并网接入点,用以参与波浪能发电系统的功率调节;
所述波浪能发电系统所接入的受端电网侧部署波浪能发电集控系统;
所述波浪能发电集控系统,用于获取各个波浪能发电装置的运行状态及海况信息、电储能系统的运行状态以及受端电网的状态信息,并根据获取的各个波浪能发电装置的运行状态及海况信息、电储能系统的运行状态以及受端电网的实时状态信息向各个波浪能发电装置和电储能系统下达调度指令目标。
本发明进一步包括以下优选方案:
优选地,各个波浪能发电装置通过光纤通信网与波浪能发电集控系统进行通信连接;
优选地,电储能系统通过就地的光纤通信网与波浪能发电集控系统进行通信连接。
优选地,所述波浪能发电系统的电能经海上汇流站或升压站汇集后,通过海底电缆输送至受端电网;
所述光纤通信网与海底电缆同期敷设。
优选地,所述波浪能发电装置采用三级能量转化机构;
其中二级能量转换机构采用液压传动装置;三级能量转换装置采用永磁同步发电机,永磁同步发电机的定子经过AC-DC-AC背靠背变流器送出。
优选地,所述波浪能发电装置包括波浪能捕获装置、液压传动装置、永磁同步发电机、机侧变流器和网侧变流器;
波浪能捕获装置用于将波浪运动能量转换为机械动能;
液压传动装置将来自波浪能捕获装置的机械能转换为旋转机械能;
永磁同步发电机由液压传动装置驱动旋转发电;
机侧变流器和网侧变流器的直流侧通过直流母线互联;
机侧变流器的交流侧接入永磁同步发电机的定子侧以控制永磁同步发电机的转速,实现最大能量捕获;
网侧变流器的交流侧为并网输出侧;
网侧变流器用于控制直流母线电压的稳定以将永磁同步发电机产生的电能高效传递输出。
优选地,所述波浪能捕获装置采用振荡浮子式、筏式、摆式、点吸收式或鸭式形式。
优选地,液压传动装置中包括液压蓄能环节,用于进行部分机械能的存储或释放,进而调节旋转机械能的大小。
优选地,所述电储能系统采用蓄电池组储能,所述蓄电池组通过储能变流器并联接入波浪能发电系统在受端电网中的并网接入点,所述储能变流器采用三相半桥VSR拓扑结构,所述三相半桥VSR拓扑结构包括第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第五功率开关管、第六功率开关管;
第一续流二极管、第二续流二极管、第三续流二极管、第四续流二极管、第五续流二极管、第六续流二极管;
直流滤波电容;
以及第一交流三相滤波电感、第二交流三相滤波电感、第三交流三相滤波电感;
所述第一功率开关管、第三功率开关管和第五功率开关管的漏极均接到直流侧直流滤波电容的正极;
所述第一功率开关管、第三功率开关管和第五功率开关管的源极分别与第二功率开关管、第四功率开关管和第六功率开关管的漏极相连接;
所述第二功率开关管、第四功率开关管和第六功率开关管的源极均接到直流侧直流滤波电容的负极;
所述第一续流二极管、第三续流二极管、第五续流二极管、第二续流二极管、第四续流二极管和第六续流二极管分别反并联在第一功率开关管、第三功率开关管、第五功率开关管、第二功率开关管、第四功率开关管和第六功率开关管的漏--源极之间;
所述第一交流三相滤波电感、第二交流三相滤波电感、第三交流三相滤波电感为交流侧滤波电感;
所述第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第五功率开关管、第六功率开关管的通断控制,用于实现所述三相半桥VSR整流状态、逆变状态的转换及直流侧电压、交流侧有功/无功功率的控制。
优选地,所述波浪能发电集控系统内预置虚拟同步控制算法,波浪能发电集控系统的控制逻辑为:
波浪能发电集控系统通过光纤通信网实时获取波浪能发电系统在受端电网的电压频率和电压幅值,当检测到受端电网的电压频率和/或电压幅值发生波动时,波浪能发电集控系统分别将实时获取的电压频率freal和电压幅值Ureal与预先设定的电压频率控制目标值fref和电压幅值控制目标值Uref进行比较,而后进行虚拟同步控制算法的计算得出受端电网需要的有功调度指令目标Pref和无功调度指令目标Qref
波浪能发电集控系统将无功调度指令目标Qref直接下达给电储能系统,由电储能系统完成无功控制响应;
波浪能发电集控系统根据实时获取的各个波浪能发电装置所处位置的海况信息,对有功调度指令目标Pref进行分配,并分别下达给各个波浪能发电装置,由各个波浪能发电装置根据所获得有功调度指令目标,调节其液压蓄能环节及机侧变流器,完成有功控制响应;
同时,波浪能发电集控系统根据实时采集的波浪能发电系统的总体输出功率,将其与有功调度指令目标Pref的差额下达给电储能系统进一步完成有功控制响应。
一种上述的电网友好型波浪能发电汇集系统的运行控制方法,所述方法包括:
所述波浪能发电系统中的波浪能发电装置将海上波浪能转换为电能;
所述海上汇流站或升压站将波浪能发电装置的电能汇集后输送至受端电网;
所述波浪能发电集控系统获取各个波浪能发电装置的运行状态及海况信息、电储能系统的运行状态以及受端电网的状态信息,并根据获取的各个波浪能发电装置的运行状态及海况信息、电储能系统的运行状态以及受端电网的状态信息向波浪能发电系统中各个波浪能发电装置和电储能系统下达调度指令目标;
所述电储能系统和波浪能发电系统根据调度指令目标协同完成控制响应。
本申请所达到的有益效果:
(1)本发明利用虚拟同步发电技术,将波浪能发电系统与电储能系统进行有机结合,实现总体输出有功、无功功率的精准可调度,并主动参与受端电网的电压、频率调节,提升波浪能发电系统的电网友好性,保障波浪能发电接入后受端电网的可靠、清洁供电;
(2)本发明实现将波浪能发电装置中的液压蓄能与电储能进行协同控制,在保障波浪能发电系统汇流送出功率精准可控的同时,能够降低对于电储能系统的容量配置,并降低电储能系统的充放电响应频率,延长其使用寿命,进而有效降低电储能系统的投资及运行成本,具有良好的经济性。
附图说明
图1是波浪能发电装置结构示意图;
图2是本申请一种电网友好型波浪能发电汇集系统的结构示意图;
图3是三相半桥VSR结构示意图;
图4是波浪能发电系统控制逻辑示意图;
其中,附图标记的含义如下:1-波浪能发电装置;2-波浪能捕获装置;3-液压传动装置;4-永磁同步发电机;5-机侧变流器;6-网侧变流器;7-海上汇流站或升压站;8-海底电缆;9-电储能系统;10-波浪能发电集控系统;11-光纤通信网;12-波浪能发电系统;
G1-第一功率开关管;G2-第二功率开关管;G3-第三功率开关管;G4-第四功率开关管;G5-第五功率开关管;G6-第六功率开关管;
D1-第一续流二极管;D2-第二续流二极管;D3-第三续流二极管;D4-第四续流二极管;D5-第五续流二极管;D6-第六续流二极管;
C1-直流滤波电容;
L1-第一交流三相滤波电感;L2-第二交流三相滤波电感;L3-第三交流三相滤波电感。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本申请的保护范围。
本申请的一种电网友好型波浪能发电汇集系统及其运行控制方法,一方面实现波浪能发电并网汇集后能够主动参与受端电网的调峰、调压,提升波浪能发电系统的电网友好性及受端电网的安全稳定运行能力;
另一方面,将波浪能发电装置中机械传动的蓄能装置与集中式的电储能系统进行统一协同控制,进而降低电储能系统的容量配置需求,降低电储能系统的充放电频率,延长其使用寿命。
具体的:
图2是本申请一种电网友好型波浪能发电汇集系统的结构示意图;
如图2所示,本申请的一种电网友好型波浪能发电汇集系统包括海上汇流站或升压站7、电储能系统9、波浪能发电集控系统10和波浪能发电系统12;
所述波浪能发电系统12由多个波浪能发电装置1构成;
所述波浪能发电系统12的电能经海上汇流站或升压站7汇集后,通过海底电缆8输送至受端电网;
所述电储能系统9并联接入波浪能发电系统12在受端电网中的并网接入点,用以参与波浪能发电系统12的功率调节;
所述波浪能发电系统12所接入的受端电网侧部署波浪能发电集控系统10;
所述波浪能发电集控系统10,用于获取各个波浪能发电装置1的运行状态及海况信息、电储能系统9的运行状态以及受端电网的状态信息,并根据获取的各个波浪能发电装置1的运行状态及海况信息、电储能系统9的运行状态以及受端电网的实时状态信息向各个波浪能发电装置1和电储能系统9下达调度指令目标。
本申请实施例中,各个波浪能发电装置1通过光纤通信网11与波浪能发电集控系统10进行通信连接;
所述电储能系统9通过就地的光纤通信网11与波浪能发电集控系统10进行通信连接。
所述光纤通信网11与海底电缆8同期敷设。
所述波浪能发电装置1采用三级能量转化机构;
其中,二级能量转换机构采用液压传动装置3;三级能量转换装置采用永磁同步发电机4,永磁同步发电机4的定子经过AC-DC-AC背靠背变流器送出。
具体的:
所述波浪能发电装置1包括波浪能捕获装置2、液压传动装置3、永磁同步发电机4、机侧变流器5和网侧变流器6;
所述波浪能捕获装置2用于将波浪运动能量转换为机械动能;
所述波浪能捕获装置2可采用振荡浮子式、筏式、摆式、点吸收式或鸭式等多种形式;
所述液压传动装置3将来自波浪能捕获装置2的机械能转换为旋转机械能;
所述液压传动装置3中包括液压蓄能环节,用于进行部分机械能的存储或释放,进而可以调节旋转机械能的大小;
所述永磁同步发电机4由液压传动装置3驱动旋转发电;
所述机侧变流器5和网侧变流器6的直流侧通过直流母线互联;
所述机侧变流器5的交流侧接入永磁同步发电机4的定子侧以控制永磁同步发电机4的转速,实现最大能量捕获;
所述网侧变流器6的交流侧为并网输出侧;
所述网侧变流器6用于控制直流母线电压的稳定以将永磁同步发电机4产生的电能高效传递输出。
所述直流母线采用海底电缆。
所述波浪能发电装置1就地部署传感器,用于对波浪能发电装置1所处海况信息进行采集。
所述电储能系统9采用蓄电池组储能;
所述蓄电池组通过储能变流器并联接入波浪能发电系统在受端电网中的并网接入点。
图3是三相半桥VSR结构示意图,如图3所示,所述储能变流器采用三相半桥VSR拓扑结构;
所述三相半桥VSR拓扑结构包括第一功率开关管G1、第二功率开关管G2、第三功率开关管G3、第四功率开关管G4、第五功率开关管G5、第六功率开关管G6;
第一续流二极管D1、第二续流二极管D2、第三续流二极管D3、第四续流二极管D4、第五续流二极管D5、第六续流二极管D6;
直流滤波电容C1;
以及第一交流三相滤波电感L1、第二交流三相滤波电感L2、第三交流三相滤波电感L3;
所述第一功率开关管G1、第三功率开关管G3和第五功率开关管G5的漏极均接到直流侧直流滤波电容C1的正极;
所述第一功率开关管G1、第三功率开关管G3和第五功率开关管G5的源极分别与第二功率开关管G2、第四功率开关管G4和第六功率开关管G6的漏极相连接;
所述第二功率开关管G2、第四功率开关管G4和第六功率开关管G6的源极均接到直流侧直流滤波电容C1的负极;
所述第一续流二极管D1、第三续流二极管D3、第五续流二极管D5、第二续流二极管D2、第四续流二极管D4和第六续流二极管D6分别反并联在第一功率开关管G1、第三功率开关管G3、第五功率开关管G5、第二功率开关管G2、第四功率开关管G4和第六功率开关管G6的漏--源极之间;
所述第一交流三相滤波电感L1、第二交流三相滤波电感L2、第三交流三相滤波电感L3为交流侧滤波电感;
所述第一功率开关管G1、第二功率开关管G2、第三功率开关管G3、第四功率开关管G4、第五功率开关管G5、第六功率开关管G6的通断控制,用于实现所述三相半桥VSR整流状态、逆变状态的转换及直流侧电压、交流侧有功/无功功率的控制。
针对波浪能发电系统12参与受端电网电压和频率调节的需求,所述波浪能发电集控系统10内预置虚拟同步控制算法。
图4是波浪能发电系统控制逻辑示意图,如图4所示,波浪能发电集控系统10的控制逻辑为:
波浪能发电集控系统10通过光纤通信网11实时获取波浪能发电系统12在受端电网的电压频率和电压幅值,当检测到受端电网的电压频率和/或电压幅值发生波动时,波浪能发电集控系统10分别将实时获取的电压频率freal和电压幅值Ureal与预先设定的电压频率控制目标值fref和电压幅值控制目标值Uref进行比较,而后进行虚拟同步控制算法的计算得出受端电网需要的有功调度指令目标Pref和无功调度指令目标Qref
波浪能发电集控系统10将无功调度指令目标Qref直接下达给电储能系统9,由电储能系统9完成无功控制响应,实现主动参与受端电网的电压调节。
波浪能发电集控系统10根据实时获取的各个波浪能发电装置1所处位置的海况信息,对有功调度指令目标Pref进行分配,并分别下达给各个波浪能发电装置1,由各个波浪能发电装置1根据所获得有功调度指令目标,调节其液压蓄能环节及机侧变流器5,完成有功控制响应。
具体的:
每个波浪能发电装置1通过光纤通信网11实时接收来自波浪能发电集控系统10的有功调度指令目标,并通过二级能量转换机构中液压传动装置3的液压蓄能环节以及三级能量转换机构中的机侧变流器5调节永磁同步发电机4的转速,进而实现波浪能发电装置1输出功率对于波浪能发电集控系统10有功调度指令目标的响应。
由于液压蓄能环节的功率调节能力有限,因此仅靠波浪能发电装置1本体难以完全满足响应有功调度指令目标的需求。
为此,波浪能发电集控系统10根据实时采集的波浪能发电系统12的总体输出功率,将其与有功调度指令目标Pref的差额下达给电储能系统9进一步完成有功控制响应;
最终使得送入受端电网的整体有功功率能够精准跟踪经波浪能发电集控系统10虚拟同步控制算法后得到的有功调度指令目标,实现主动参与受端电网的频率调节。
一种上述的电网友好型波浪能发电汇集系统的运行控制方法,所述方法包括:
所述波浪能发电系统12中的波浪能发电装置1将海上波浪能转换为电能;
所述海上汇流站或升压站7将波浪能发电装置1的电能汇集后输送至受端电网;
所述波浪能发电集控系统10获取各个波浪能发电装置1的运行状态及海况信息、电储能系统9的运行状态以及受端电网的状态信息,并根据获取的各个波浪能发电装置1的运行状态及海况信息、电储能系统9的运行状态以及受端电网的状态信息向各个波浪能发电装置1和电储能系统9下达调度指令目标;
所述电储能系统9和波浪能发电系统12根据调度指令目标协同完成控制响应。
通过上述方式,实现波浪能发电系统12与电储能系统9的协同控制响应,使得总体有功、无功出力能够主动参与受端电网的电压、频率调节,显著提升了波浪能发电系统12的电网友好性。同时,由于利用波浪能发电装置1种的液压蓄能环节参与有功调节,可以降低对电储能系统9的容量配置需求,降低其充放电响应频率,延长使用寿命,降低点储能系统9的投资、运行成本。
综上所述,本申请利用虚拟同步发电技术,将波浪能发电系统12与电储能系统9进行有机结合,实现总体输出有功、无功功率的精准可调度,并主动参与受端电网的电压、频率调节,提升波浪能发电系统12的电网友好性,保障波浪能发电接入后受端电网的可靠、清洁供电;
本申请实现将波浪能发电装置1中的液压蓄能与电储能进行协同控制,在保障波浪能发电系统12汇流送出功率精准可控的同时,能够降低对于电储能系统9的容量配置,并降低电储能系统9的充放电响应频率,延长其使用寿命,进而有效降低电储能系统9的投资及运行成本,具有良好的经济性。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述,但是本领域技术人员应该理解,以上实施示例仅为本发明的优选实施方案,详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神,而并非对本发明保护范围的限制,相反,任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (11)

1.一种电网友好型波浪能发电汇集系统,其特征在于:
所述电网友好型波浪能发电汇集系统包括海上汇流站或升压站(7)、电储能系统(9)、波浪能发电集控系统(10)和波浪能发电系统(12);
所述波浪能发电系统(12)由多个波浪能发电装置(1)构成;
所述波浪能发电系统(12)的电能经海上汇流站或升压站(7)汇集后输送至受端电网;
所述电储能系统(9)并联接入波浪能发电系统(12)在受端电网中的并网接入点,用以参与波浪能发电系统(12)的功率调节;
所述波浪能发电系统(12)所接入的受端电网侧部署波浪能发电集控系统(10);
所述波浪能发电集控系统(10),用于获取各个波浪能发电装置(1)的运行状态及海况信息、电储能系统(9)的运行状态以及受端电网的状态信息,并根据获取的各个波浪能发电装置(1)的运行状态及海况信息、电储能系统(9)的运行状态以及受端电网的状态信息向各个波浪能发电装置(1)和电储能系统(9)下达调度指令目标。
2.根据权利要求1所述的一种电网友好型波浪能发电汇集系统,其特征在于:
各个波浪能发电装置(1)通过光纤通信网(11)与波浪能发电集控系统(10)进行通信连接。
3.根据权利要求2所述的一种电网友好型波浪能发电汇集系统,其特征在于:
电储能系统(9)通过就地的光纤通信网(11)与波浪能发电集控系统(10)进行通信连接。
4.根据权利要求3所述的一种电网友好型波浪能发电汇集系统,其特征在于:
所述波浪能发电系统(12)的电能经海上汇流站或升压站(7)汇集后,通过海底电缆(8)输送至受端电网;
所述光纤通信网(11)与海底电缆(8)同期敷设。
5.根据权利要求1所述的一种电网友好型波浪能发电汇集系统,其特征在于:
所述波浪能发电装置(1)采用三级能量转化机构,其中二级能量转换机构采用液压传动装置(3);三级能量转换装置采用永磁同步发电机(4),永磁同步发电机(4)的定子经过AC-DC-AC背靠背变流器送出。
6.根据权利要求5所述的一种电网友好型波浪能发电汇集系统,其特征在于:
所述波浪能发电装置(1)包括波浪能捕获装置(2)、液压传动装置(3)、永磁同步发电机(4)、机侧变流器(5)和网侧变流器(6);
波浪能捕获装置(2)用于将波浪运动能量转换为机械动能;
液压传动装置(3)将来自波浪能捕获装置(2)的机械能转换为旋转机械能;
永磁同步发电机(4)由液压传动装置(3)驱动旋转发电;
机侧变流器(5)和网侧变流器(6)的直流侧通过直流母线互联;
机侧变流器(5)的交流侧接入永磁同步发电机(4)的定子侧以控制永磁同步发电机(4)的转速,实现最大能量捕获;
网侧变流器(6)的交流侧为并网输出侧,网侧变流器(6)用于控制直流母线电压的稳定以将永磁同步发电机(4)产生的电能高效传递输出。
7.根据权利要求6所述的一种电网友好型波浪能发电汇集系统,其特征在于:
所述波浪能捕获装置(2)采用振荡浮子式、筏式、摆式、点吸收式或鸭式形式。
8.根据权利要求6所述的一种电网友好型波浪能发电汇集系统,其特征在于:
液压传动装置(3)中包括液压蓄能环节,用于进行部分机械能的存储或释放,调节旋转机械能的大小。
9.根据权利要求1所述的一种电网友好型波浪能发电汇集系统,其特征在于:
所述电储能系统(9)采用蓄电池组储能,所述蓄电池组通过储能变流器并联接入波浪能发电系统在受端电网中的并网接入点,所述储能变流器采用三相半桥VSR拓扑结构,所述三相半桥VSR拓扑结构包括第一功率开关管(G1)、第二功率开关管(G2)、第三功率开关管(G3)、第四功率开关管(G4)、第五功率开关管(G5)、第六功率开关管(G6);
第一续流二极管(D1)、第二续流二极管(D2)、第三续流二极管(D3)、第四续流二极管(D4)、第五续流二极管(D5)、第六续流二极管(D6);
直流滤波电容(C1);
以及第一交流三相滤波电感(L1)、第二交流三相滤波电感(L2)、第三交流三相滤波电感(L3);
所述第一功率开关管(G1)、第三功率开关管(G3)和第五功率开关管(G5)的漏极均接到直流侧直流滤波电容(C1)的正极;
所述第一功率开关管(G1)、第三功率开关管(G3)和第五功率开关管(G5)的源极分别与第二功率开关管(G2)、第四功率开关管(G4)和第六功率开关管(G6)的漏极相连接;
所述第二功率开关管(G2)、第四功率开关管(G4)和第六功率开关管(G6)的源极均接到直流侧直流滤波电容(C1)的负极;
所述第一续流二极管(D1)、第三续流二极管(D3)、第五续流二极管(D5)、第二续流二极管(D2)、第四续流二极管(D4)和第六续流二极管(D6)分别反并联在第一功率开关管(G1)、第三功率开关管(G3)、第五功率开关管(G5)、第二功率开关管(G2)、第四功率开关管(G4)和第六功率开关管(G6)的漏--源极之间;
所述第一交流三相滤波电感(L1)、第二交流三相滤波电感(L2)、第三交流三相滤波电感(L3)为交流侧滤波电感;
所述第一功率开关管(G1)、第二功率开关管(G2)、第三功率开关管(G3)、第四功率开关管(G4)、第五功率开关管(G5)、第六功率开关管(G6)的通断控制,用于实现所述三相半桥VSR整流状态、逆变状态的转换及直流侧电压、交流侧有功/无功功率的控制。
10.根据权利要求1-9任一所述的一种电网友好型波浪能发电汇集系统,其特征在于:
所述波浪能发电集控系统(10)内预置虚拟同步控制算法,波浪能发电集控系统(10)的控制逻辑为:
波浪能发电集控系统(10)通过光纤通信网(11)实时获取波浪能发电系统(12)在受端电网的电压频率和电压幅值,当检测到受端电网的电压频率和/或电压幅值发生波动时,波浪能发电集控系统(10)分别将实时获取的电压频率freal和电压幅值Ureal与预先设定的电压频率控制目标值fref和电压幅值控制目标值Uref进行比较,而后进行虚拟同步控制算法的计算得出受端电网需要的有功调度指令目标Pref和无功调度指令目标Qref
波浪能发电集控系统(10)将无功调度指令目标Qref直接下达给电储能系统(9),由电储能系统(9)完成无功控制响应;
波浪能发电集控系统(10)根据实时获取的各个波浪能发电装置(1)所处位置的海况信息,对有功调度指令目标Pref进行分配,并分别下达给各个波浪能发电装置(1),由各个波浪能发电装置(1)根据所获得有功调度指令目标,调节其液压蓄能环节及机侧变流器(5),完成有功控制响应;
波浪能发电集控系统(10)根据实时采集的波浪能发电系统(12)的总体输出功率,将其与有功调度指令目标Pref的差额下达给电储能系统(9)完成有功控制响应。
11.一种权利要求1所述的电网友好型波浪能发电汇集系统的运行控制方法,其特征在于:所述方法包括:
所述波浪能发电系统(12)中的波浪能发电装置(1)将海上波浪能转换为电能;
所述海上汇流站或升压站(7)将波浪能发电装置(1)的电能汇集后输送至受端电网;
所述波浪能发电集控系统(10)获取各个波浪能发电装置(1)的运行状态及海况信息、电储能系统(9)的运行状态以及受端电网的状态信息,并根据获取的各个波浪能发电装置(1)的运行状态及海况信息、电储能系统(9)的运行状态以及受端电网的状态信息向波浪能发电系统(12)中各个波浪能发电装置(1)和电储能系统(9)下达调度指令目标;
所述电储能系统(9)和波浪能发电系统(12)根据调度指令目标协同完成控制响应。
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