CN114597972A - 一种光热和燃气互补的微电网结构及黑启动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光热和燃气互补的微电网结构及黑启动方法，微电网结构包括热能发电系统和储能系统；所述热能发电系统包括太阳能集热装置、燃气产热装置、储热装置和发电系统；所述储能系统包括电化学储能装置，所述电化学储能装置通过换流器接入交流母线；所述储热装置包括高温储热装置和低温储热装置；在黑启动情况下由储能启动热能发电系统，由热能发电系统为电网提供黑启动电源，从而能够实现为电网提供稳定可控的黑启动功率，同时在正常运行工况下该微电网也可参与电网供电，有效提高了设备的利用效率和黑启动的稳定性，降低了成本、提高了系统经济效益。

Description

一种光热和燃气互补的微电网结构及黑启动方法
技术领域
本发明属于微电网技术领域，具体涉及一种光热和燃气互补的微电网结构及黑启动方法。
背景技术
电网发生大规模故障后，在安全保护机制的作用下，一定区域内的电力系统完全停运。由于部分发电机组需要外部电源为励磁系统、调速系统、控制系统等装置供电以完成机组启动过程，不具备自启动的能力，因此，需要系统中具备自启动能力或自维持能力的供电设备为系统提供黑启动电源，从而带动其他机组启动，逐渐恢复区域内电力系统的正常运行。
柴油发电机是应用最为广泛的电力系统黑启动电源，然而使用柴油发电机作为黑启动电源对柴油发电机容量提出了较高的要求，存在价格高昂，利用效率低下等问题，影响了电力系统的经济效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光热和燃气互补的微电网结构及黑启动方法，以解决现有技术中，使用柴油发电机作为黑启动电源，价格高昂，利用效率低下等问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种光热和燃气互补的微电网结构，包括热能发电系统和储能系统；
所述热能发电系统包括太阳能集热装置、燃气产热装置、储热装置和发电系统；所述储能系统包括电化学储能装置，所述电化学储能装置通过换流器接入交流母线；
所述储热装置包括高温储热装置和低温储热装置；
所述太阳能集热装置、燃气产热装置均与所述低温储热装置连接，所述高温储热装置与所述低温储热装置连通，所述高温储热装置连接所述发电系统，所述发电系统接入交流母线。
进一步的，所述电化学储能装置为多组串并联的蓄电池。
进一步的，所述发电系统通过交流母线连接电网以及负荷。
进一步的，所述储能系统通过交流母线连接电网以及负荷。
本发明提供的另一个技术方案是：
一种微电网结构黑启动方法，基于所述的光热和燃气互补的微电网结构，包括如下步骤：
开始黑启动时，储能系统向交流母线供电；
热能发电系统从交流母线获取启动所需电量；
热能发电系统启动，当储热装置储热量高于设定阈值时，储热装置向发电系统输送热能；发电系统利用储热装置输出的热量发电，经交流母线向电网注入黑启动功率，电网逐渐启动；当储热装置储热量低于设定阈值时，燃气产热装置工作，补充热能至高于设定阈值，储热装置向发电系统输送热能，发电系统利用储热装置输出的热量发电，经交流母线向电网注入黑启动功率，电网逐渐启动。
进一步的，电网黑启动成功后，微电网并网运行；若储热装置所储存的热能小于一次黑启动热能发电系统消耗的热能，此时热能发电系统不工作，太阳能集热装置所收集的热能和燃气产热装置的热能全部传递到储热装置。
进一步的，电网黑启动成功后，微电网并网运行；若储热装置储存的热能超过一次黑启动热能发电系统消耗的热能且不高于储热装置最大储热量时，太阳能集热装置向储热装置输出热量，同时储热装置向发电系统输入热能，发电系统向电网输送电量；当太阳能集热装置向储热装置输出的热量小于储热装置向发电系统输入的热能时，燃气产热装置工作，向储热装置输出热量。
进一步的，电网黑启动成功后，微电网并网运行；若储热装置储存的热能达到最大储热量，则储热装置停止接收热量。
进一步的，电网黑启动成功后，微电网并网运行；当储能系统的储能少于一次热能发电系统启动所需的电能时，储能系统从热能发电系统或电网中吸收电能至储能系统的储能超过一次热能发电系统启动所需的电能。
进一步的，电网黑启动成功后，微电网并网运行；当储能系统的储能超过一次热能发电系统启动所需的电能时，储能系统停止工作。
本发明的有益效果如下：
1、本发明将光热和燃气互补的微电网通过配置储能系统、热能发电系统、太阳能集热装置、燃气产热装置和储热装置，在黑启动情况下由储能启动热能发电系统，由热能发电系统为电网提供黑启动电源，从而能够实现为电网提供稳定可控的黑启动功率，同时在正常运行工况下该微电网也可参与电网供电，从而有效提高了设备的利用效率和黑启动的稳定性，降低了成本、提高了系统经济效益。
2、本发明通过储热装置，热能发电系统和储能系统之间的协调，在黑启动过程中通过储能启动热能发电系统，解决了热能发电系统无法自启动的问题，并减小了对储能容量的需求；通过储热装置储存黑启动所需能量，并维持热能发电装置输出功率稳定可控，降低成本的同时保证了黑启动电源的可靠性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例中微电网结构的拓扑图。
图2为本发明实施例中黑启动方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
本发明实施例提供了一种光热和燃气互补的微电网结构及黑启动方法，通过为光热发电系统配置储能装置，实现以较小容量的储能装置完成微电网中光热发电系统的启动，通过光热与燃气产热之间的互补保证发电系统再任何情况下具有充足的热能，并通过并网点向电网中注入大功率的、稳定可控的黑启动功率，以完成系统的黑启动过程。在正常运行工况下，该微电网也可向电网供电，从而提高微电网利用效率，提高经济效益。
如图1所示，一种光热和燃气互补的微电网结构，包括热能发电系统和储能系统；热能发电系统包括太阳能集热装置、燃气产热装置、储热装置和发电系统；储能系统包括电化学储能装置，电化学储能装置通过换流器接入交流母线；储热装置包括高温储热装置和低温储热装置；太阳能集热装置、燃气产热装置均与低温储热装置连接，高温储热装置与低温储热装置连通，高温储热装置连接发电系统，发电系统接入交流母线。发电系统通过交流母线连接电网以及负荷，储能系统通过交流母线连接电网以及负荷。
运行时，储热介质在高温储热装置和低温储热装置之间循环，高温储热装置中放出的高温储热介质将热能传导到发电系统发电，高温储热介质放热后进入低温储热装置；低温储热装置中的储热介质收集太阳能集热装置和燃气产热装置产生的热量，温度升高后进入高温储热装置，实现热能的循环。本实施例中，电化学储能装置为多组串并联的蓄电池。
如图2所示，本发明提供的另一个技术方案是：一种微电网结构黑启动方法，基于的光热和燃气互补的微电网结构，包括如下步骤：
S1、开始黑启动时，储能系统向交流母线供电；
S2、热能发电系统从交流母线获取启动所需电量，满足热能发电系统附属设备工作的用电需求；
S3、热能发电系统启动，附属设备开始正常工作；当储热装置储热量高于设定阈值时，储热装置向发电系统输送热能；发电系统利用储热装置输出的热量发电，经交流母线向电网注入黑启动功率，电网逐渐启动；当储热装置储热量低于设定阈值时，燃气产热装置工作，补充热能至高于设定阈值，储热装置向发电系统输送热能，发电系统利用储热装置输出的热量发电，经交流母线向电网注入黑启动功率，电网逐渐启动。
电网黑启动成功后，微电网并网运行；
若储热装置所储存的热能小于一次黑启动热能发电系统消耗的热能，此时热能发电系统不工作，太阳能集热装置所收集的热能和燃气产热装置的热能全部传递到储热装置。
若储热装置储存的热能超过一次黑启动热能发电系统消耗的热能且不高于储热装置最大储热量时，太阳能集热装置向储热装置输出热量，同时储热装置向发电系统输入热能，发电系统向电网输送电量，则储热装置参与调节发电系统的输入热能，通过调节高温储热罐和低温储热罐之间储热介质流量及两罐储热介质温度，确保储热装置在接收波动的太阳能集热装置传输的热量的同时，能向发电系统输入稳定可控的热能，从而平抑太阳能集热装置传输热量的波动，维持系统黑启动功率稳定。燃气产热装置根据系统出力需求，调节热量产生情况；例如，当太阳能集热装置向储热装置输出的热量小于储热装置向发电系统输入的热能时，燃气产热装置工作，向储热装置输出热量。
若储热装置储存的热能达到最大储热量，则储热装置停止接收热量。
当储能系统的储能少于一次热能发电系统启动所需的电能时，储能系统从热能发电系统或电网中吸收电能至储能系统的储能超过一次热能发电系统启动所需的电能，确保系统具备黑启动能力。
当储能系统的储能超过一次热能发电系统启动所需的电能时，由于热能发电系统发电功率稳定可控，通常无须储能系统调节微电网出力，储能系统在储存足量电能后停止工作，以延长储能系统寿命。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.一种光热和燃气互补的微电网结构，其特征在于，包括热能发电系统和储能系统；
所述热能发电系统包括太阳能集热装置、燃气产热装置、储热装置和发电系统；所述储能系统包括电化学储能装置，所述电化学储能装置通过换流器接入交流母线；
所述储热装置包括高温储热装置和低温储热装置；
所述太阳能集热装置、燃气产热装置均与所述低温储热装置连接，所述高温储热装置与所述低温储热装置连通，所述高温储热装置连接所述发电系统，所述发电系统接入交流母线。
2.根据权利要求1所述的光热和燃气互补的微电网结构，其特征在于，所述电化学储能装置为多组串并联的蓄电池。
3.根据权利要求1所述的光热和燃气互补的微电网结构，其特征在于，所述发电系统通过交流母线连接电网以及负荷。
4.根据权利要求1所述的光热和燃气互补的微电网结构，其特征在于，所述储能系统通过交流母线连接电网以及负荷。
5.一种微电网结构黑启动方法，基于权利要求1所述的光热和燃气互补的微电网结构，其特征在于，包括如下步骤：
开始黑启动时，储能系统向交流母线供电；
热能发电系统从交流母线获取启动所需电量；
热能发电系统启动，当储热装置储热量高于设定阈值时，储热装置向发电系统输送热能；发电系统利用储热装置输出的热量发电，经交流母线向电网注入黑启动功率，电网逐渐启动；当储热装置储热量低于设定阈值时，燃气产热装置工作，补充热能至高于设定阈值，储热装置向发电系统输送热能，发电系统利用储热装置输出的热量发电，经交流母线向电网注入黑启动功率，电网逐渐启动。
6.根据权利要求5所述的微电网结构黑启动方法，其特征在于，电网黑启动成功后，微电网并网运行；若储热装置所储存的热能小于一次黑启动热能发电系统消耗的热能，此时热能发电系统不工作，太阳能集热装置所收集的热能和燃气产热装置的热能全部传递到储热装置。
7.根据权利要求6所述的微电网结构黑启动方法，其特征在于，电网黑启动成功后，微电网并网运行；若储热装置储存的热能超过一次黑启动热能发电系统消耗的热能且不高于储热装置最大储热量时，太阳能集热装置向储热装置输出热量，同时储热装置向发电系统输入热能，发电系统向电网输送电量；当太阳能集热装置向储热装置输出的热量小于储热装置向发电系统输入的热能时，燃气产热装置工作，向储热装置输出热量。
8.根据权利要求7所述的微电网结构黑启动方法，其特征在于，电网黑启动成功后，微电网并网运行；若储热装置储存的热能达到最大储热量，则储热装置停止接收热量。
9.根据权利要求8所述的微电网结构黑启动方法，其特征在于，电网黑启动成功后，微电网并网运行；当储能系统的储能少于一次热能发电系统启动所需的电能时，储能系统从热能发电系统或电网中吸收电能至储能系统的储能超过一次热能发电系统启动所需的电能。
10.根据权利要求9所述的微电网结构黑启动方法，其特征在于，电网黑启动成功后，微电网并网运行；当储能系统的储能超过一次热能发电系统启动所需的电能时，储能系统停止工作。
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