CN114825454A - 一种风光储火联合运行的黑启动系统及方法 - Google Patents

一种风光储火联合运行的黑启动系统及方法 Download PDF

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Abstract

本申请提出一种风光储火联合运行的黑启动系统及方法，所述系统包括：新能源交流微电网模块、输配电模块和火力发电模块，所述输配电模块分别与所述新能源交流微电网模块、所述火力发电模块连接；所述新能源交流微电网模块包括光伏单元、风电单元和储能单元；所述输配电模块，用于将新能源交流微电网模块生成的所述电能输送到所述火力发电模块连接；所述火力发电模块，用于利用输配电模块输送的所述电能启动所述辅机。本申请提出的技术方案，采用储能设备作为电源点来逐步提升初始电压，并将交流母线的电压幅值及频率控制在额定进行系统黑启动，能够解决现有的黑启动技术中缺少风电、光伏、火电、储能的协调参与的技术问题。

Description

一种风光储火联合运行的黑启动系统及方法
技术领域
本申请涉及黑启动技术领域，尤其涉及一种风光储火联合运行的黑启动系统及方法。
背景技术
随着新能源发电渗透率不断提高，电力系统网架结构变的越加复杂，在新能源场站配套相应规模储能设备已经成为行业共识。大规模储能技术作为能源变革关键技术之一，因为可以为电网提供调峰、调频、应急响应等多种服务，近年来发展迅速。“黑启动”作为电网应急响应辅助服务之一，可以协助停电区域快速恢复供电、减少经济损失。通过新能源场站储能设备启动输电线路对侧火电厂辅机设备，使火电机组恢复运行，逐步扩大电力系统恢复范围，最终实现整个电力系统的恢复。
另外，随着储能产业的发展，储能系统多用来对电场例如火电厂生成的多余电能进行存储，以及在电力系统需要调频时参与调频，火电储能系统的作用比较单一，现有的黑启动技术中缺少风电、光伏、火电、储能的协调参与。
发明内容
本申请提供的一种风光储火联合运行的黑启动系统及方法，以至少解决现有的黑启动技术中缺少风电、光伏、火电、储能的协调参与的技术问题。
本申请第一方面实施例提出一种风光储火联合运行的黑启动系统，包括：新能源交流微电网模块、输配电模块和火力发电模块，所述输配电模块分别与所述新能源交流微电网模块、所述火力发电模块连接；
所述新能源交流微电网模块包括光伏单元、风电单元和储能单元，所述新能源交流微电网模块，用于生成电能；
所述输配电模块，用于将所述新能源交流微电网模块生成的所述电能输送到所述火力发电模块；
所述火力发电模块，用于接收所述输配电模块输送的电能，使所述火力发电模块内的辅机启动。
优选的，所述风光储火联合运行黑启动系统还包括：第一交流母线和第二交流母线；
所述输配电模块通过所述第一交流母线与所述新能源交流微电网模块连接；
所述输配电模块通过所述第二交流母线与所述火力发电模块连接。
优选的，所述光伏单元包括：光伏板、光伏DC/AC逆变装置、光伏升压变和光伏并网开关；
所述光伏板、所述光伏DC/AC逆变装置、所述光伏升压变依次连接；
所述光伏并网开关的一端与所述第一交流母线连接，另一端与所述光伏升压变连接。
优选的，所述风电单元包括：风电机组、风电AC/DC整流装置、风电DC/AC逆变装置、风电升压变和风电并网开关；
所述风电机组、所述风电AC/DC整流装置、所述风电DC/AC逆变装置、所述风电升压变依次连接；
所述风电并网开关的一端与所述第一交流母线连接，另一端与所述风电升压变连接。
优选的，所述储能单元包括：储能设备、储能DC/AC逆变装置和储能升压变；
所述储能升压变的一端通过所述储能DC/AC逆变装置与所述储能设备连接，所述储能升压变的另一端与所述第一交流母线连接。
优选的，所述输配电模块包括：输电单元；
所述输电单元包括交流微电网侧变压器、输电线路和火电侧变压器，所述交流微电网侧变压器与所述第一交流母线连接，所述火电侧变压器与所述第二交流母线连接；
所述交流微电网侧变压器通过所述输电线路与所述火电侧变压器连接。
进一步的，所述输配电模块还包括：用电单元；
所述用电单元包括负荷降压变和负荷，所述负荷通过所述负荷降压变与所述第一交流母线连接。
优选的，所述火力发电模块包括：辅机、火电机组、火电升压变、启备变、火电机组并网开关和辅机并网开关；
所述辅机并网开关的一端、所述启备变、所述辅机、所述火电机组、所述火电升压变、所述火电机组并网开关的一端依次连接；
所述辅机并网开关的另一端与所述第二交流母线连接；
所述火电机组并网开关的另一端与所述第二交流母线连接。
本申请第二方面实施例提出一种风光储火联合运行的黑启动方法，所述方法包括：
利用所述储能单元提供的电能启动所述光伏单元和所述风电单元进行发电；
将所述光伏单元和所述风电单元所发的电能通过所述输配电模块输送到所述火力发电模块以完成火电机组的黑启动。
优选的，所述将所述光伏单元和所述风电单元所发的电能通过所述输配电模块输送到所述火力发电模块以完成火电机组的黑启动，包括：
利用所述电能启动辅机；
当所述辅机启动后带动火电机组的运行，进而完成火电机组的黑启动。
本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
本申请提出了一种风光储火联合运行的黑启动系统及方法，所述系统包括：新能源交流微电网模块、输配电模块和火力发电模块，所述输配电模块分别与所述新能源交流微电网模块、所述火力发电模块连接；所述新能源交流微电网模块包括光伏单元、风电单元和储能单元，所述新能源交流微电网模块，用于生成电能；所述输配电模块，用于将所述新能源交流微电网模块生成的所述电能输送到所述火力发电模块连接；所述火力发电模块，用于接收所述输配电模块输送的电能，使所述火力发电模块内的辅机启动。本申请借助新能源交流微电网模块实现电网失电导致发电机停机时的黑启动问题，使得火电储能功能更加丰富，解决了现有的黑启动技术中缺少风电、光伏、火电、储能的协调参与的技术问题。
本申请附加的方面以及优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面以及优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本申请一个实施例提供的一种风光储火联合运行的黑启动系统的框图；
图2为根据本申请一个实施例提供的光伏单元的结构示意图；
图3为根据本申请一个实施例提供的风电单元的结构示意图；
图4为根据本申请一个实施例提供的储能单元的结构示意图；
图5为根据本申请一个实施例提供的火力发电模块的结构示意图；
图6为根据本申请一个实施例提供的一种风光储火联合运行的黑启动系统的结构示意图；
图7为根据本申请一个实施例提供的一种风光储火联合运行的黑启动方法的流程图；
附图标记说明：
新能源交流微电网模块1、输配电模块2、火力发电模块3、光伏单元1-1、风电单元1-2、储能单元1-3、第一交流母线4、第二交流母线5、光伏板1-1-1、光伏DC/AC逆变装置1-1-2、光伏升压变1-1-3、光伏并网开关1-1-4、风电机组1-2-1、风电AC/DC整流装置1-2-2、风电DC/AC逆变装置1-2-3、风电升压变1-2-4、风电并网开关1-2-5、储能设备1-3-1、储能DC/AC逆变装置1-3-2、储能升压变1-3-3、输电单元2-1、交流微电网侧变压器2-1-1、输电线路2-1-2、火电侧变压器2-1-3、用电单元2-2、负荷降压变2-2-1、负荷2-2-2、辅机3-1、火电机组3-2、火电升压变3-3、启备变3-4、火电机组并网开关3-5和辅机并网开关3-6。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
本申请提出的一种风光储火联合运行的黑启动系统及方法，所述系统包括：新能源交流微电网模块、输配电模块和火力发电模块，所述输配电模块分别与所述新能源交流微电网模块、所述火力发电模块连接；所述新能源交流微电网模块包括光伏单元、风电单元和储能单元，所述新能源交流微电网模块，用于生成电能；所述输配电模块，用于将所述新能源交流微电网模块生成的所述电能输送到所述火力发电模块连接；所述火力发电模块，用于接收所述输配电模块输送的电能，使所述火力发电模块内的辅机启动。本申请借助新能源交流微电网模块实现电网失电导致发电机停机时的黑启动问题，使得火电储能功能更加丰富，解决了现有的黑启动技术中缺少风电、光伏、火电、储能的协调参与的技术问题。
下面参考附图描述本申请实施例的一种风光储火联合运行的黑启动系统及方法。
实施例一
图1为根据本申请一个实施例提供的一种风光储火联合运行的黑启动系统的框图，如图1所示，所述系统包括：新能源交流微电网模块1、输配电模块2和火力发电模块3，所述输配电模块2分别与所述新能源交流微电网模块1、所述火力发电模块3连接；
其中，所述新能源交流微电网模块1包括光伏单元1-1、风电单元1-2和储能单元1-3，所述新能源交流微电网模块1，用于生成电能；
所述输配电模块2，用于将所述新能源交流微电网模块1生成的所述电能输送到所述火力发电模块3；
所述火力发电模块3，用于接收所述输配电模块2输送的电能，使所述火力发电模块3内的辅机3-1启动。
在本公开实施例中，所述风光储火联合运行黑启动系统还包括：第一交流母线4和第二交流母线5；
其中，所述输配电模块2通过所述第一交流母线4与所述新能源交流微电网模块1连接；所述输配电模块2通过所述第二交流母线5与所述火力发电模块3连接，如图6所示。
在本公开实施例中，如图2所示，所述光伏单元1-1包括：光伏板1-1-1、光伏DC/AC逆变装置1-1-2、光伏升压变1-1-3和光伏并网开关1-1-4；
其中，所述光伏板1-1-1、所述光伏DC/AC逆变装置1-1-2、所述光伏升压变1-1-3依次连接；所述光伏并网开关1-1-4的一端与所述第一交流母线4连接，另一端与所述光伏升压变1-1-3连接，如图6所示。
在本公开实施例中，如图3所示，所述风电单元1-2包括：风电机组1-2-1、风电AC/DC整流装置1-2-2、风电DC/AC逆变装置1-2-3、风电升压变1-2-4和风电并网开关1-2-5；
其中，所述风电机组1-2-1、所述风电AC/DC整流装置1-2-2、所述风电DC/AC逆变装置1-2-3、所述风电升压变1-2-4依次连接；所述风电并网开关1-2-5的一端与所述第一交流母线4连接，另一端与所述风电升压变1-2-4连接，如图6所示。
在本公开实施例中，如图4所示，所述储能单元1-3包括：储能设备1-3-1、储能DC/AC逆变装置1-3-2和储能升压变1-3-3；
其中，所述储能升压变1-3-3的一端通过所述储能DC/AC逆变装置1-3-2与所述储能设备1-3-1连接，所述储能升压变1-3-3的另一端与所述第一交流母线4连接，如图6所示。
示例的，利用所述储能单元1-3向所述风电单元1-2提供电能，当风速达到预设的启动风速后，风电机组1-2-1开始转动进行风力发电输出交流电能，然后利用所述风电AC/DC整流装置1-2-2将风电机组1-2-1输出的交流电能进行滤波变换为滤波后的直流电，接着利用所述风电DC/AC逆变装置1-2-3将滤波后的直流电转变成交流电，然后将所述交流电输入风电升压变1-2-4进行升压，当升压后的电压幅值及频率达到预设的第一交流母线4电压幅值参考值及频率参考值时，闭合风电并网开关1-2-5实现风电机组1-2-1组网，其中，所述预设的启动风速可以为3m/s；
利用所述储能单元1-3向所述光伏单元1-1提供电能，光伏板1-1-1工作于最大功率最终模式输出直流电能，然后利用光伏DC/AC逆变装置1-1-2将光伏板1-1-1输出的直流电能变换为交流电，然后将所述交流电输入光伏升压变1-1-3进行升压，当升压后的电压幅值及频率达到预设的第一交流母线4电压幅值参考值及频率参考值时，闭合光伏并网开关1-1-4实现光伏板1-1-1组网；
需要说明的是，所述预设的第一交流母线4电压幅值参考值及频率参考值是通过下垂控制的方法来确定的；例如下式实现对有功-角频率和无功-电压的下垂控制：
Figure 408119DEST_PATH_IMAGE001
其中，ω是储能DC/AC逆变装置1-3-2输出电压角频率；U是储能DC/AC逆变装置1-3-2输出电压幅值即第一交流母线4电压幅值参考值，ω 0 是储能DC/AC逆变装置1-3-2空载输出电压角频率参考值即第一交流母线4频率参考值，U 0 是储能DC/AC逆变装置1-3-2空载输出电压幅值参考值，m是有功功率下垂系数，n是无功功率下垂系数，P是储能DC/AC逆变装置1-3-2所连负载分配的有功功率，Q是储能DC/AC逆变装置1-3-2所连负载分配的无功功率。
在本公开实施例中，所述输配电模块2包括：输电单元2-1；
其中，所述输电单元2-1包括交流微电网侧变压器2-1-1、输电线路2-1-2和火电侧变压器2-1-3，所述交流微电网侧变压器2-1-1与所述第一交流母线4连接，所述火电侧变压器2-1-3与所述第二交流母线5连接；所述交流微电网侧变压器2-1-1通过所述输电线路2-1-2与所述火电侧变压器2-1-3连接，如图6所示。
进一步的，所述输配电模块2还包括：用电单元2-2；
其中，所述用电单元2-2包括负荷降压变2-2-1和负荷2-2-2，所述负荷2-2-2通过所述负荷降压变2-2-1与所述第一交流母线4连接，如图6所示，需要说明的是，当启动所述储能设备1-3-1时，需要切除所述负荷2-2-2，确保所述储能设备1-3-1在空载状态下启动。
在本公开实施例中，如图5所示，所述火力发电模块3包括：辅机3-1、火电机组3-2、火电升压变3-3、启备变3-4、火电机组并网开关3-5和辅机并网开关3-6；
所述辅机并网开关3-6的一端、所述启备变3-4、所述辅机3-1、所述火电机组3-2、所述火电升压变3-3、所述火电机组并网开关3-5的一端依次连接；
所述辅机并网开关3-6的另一端与所述第二交流母线5连接；
所述火电机组并网开关3-5的另一端与所述第二交流母线5连接。
示例的，当所述火电机组3-2需要黑启动时，将新能源交流微电网模块1生成的电能通过输电单元2-1发送到火力发电模块3，所述火力发电模块3闭合所述辅机并网开关3-6，通过所述启备变3-4给火电厂的所述辅机3-1中油系统，给水系统等辅机3-1供电，所述辅机3-1启动后，水蒸气推动汽轮机带发电机转子旋转产生磁场，定子切割磁感线产生电能启动所述火电机组3-2，然后通过所述火电升压变3-3及所述火电机组并网开关3-5接入第二交流母线5实现并网，火电厂并网后，扩大黑启动恢复面。
综上所述，本实施例提出的一种风光储火联合运行的黑启动系统，所述系统包括：新能源交流微电网模块、输配电模块和火力发电模块，所述输配电模块分别与所述新能源交流微电网模块、所述火力发电模块连接；所述新能源交流微电网模块包括光伏单元、风电单元和储能单元，所述新能源交流微电网模块，用于生成电能；所述输配电模块，用于将所述新能源交流微电网模块生成的所述电能输送到所述火力发电模块连接；所述火力发电模块，用于接收所述输配电模块输送的电能，使所述火力发电模块内的辅机启动。本申请借助新能源交流微电网模块实现电网失电导致发电机停机时的黑启动问题，使得火电储能功能更加丰富，解决了现有的黑启动技术中缺少风电、光伏、火电、储能的协调参与的技术问题，同时控制光伏单元、风电单元及储能单元接入第一交流母线的电压幅值及频率等于预设值，进而解决了现有的黑启动技术中启动电压及频率不稳定导致启动系统损坏的技术问题。
实施例二
图7为根据本申请一个实施例提供的一种风光储火联合运行的黑启动方法的流程图，如图7所示，所述方法包括：
步骤1：利用所述储能单元1-3提供的电能启动所述光伏单元1-1和所述风电单元1-2进行发电；
需要说明的是，利用所述储能单元1-3向所述光伏单元1-1和所述风电单元1-2提供电能使其启动，在所述光伏单元1-1和所述风电单元1-2启动后进行风电发电及光伏发电。
步骤2：将所述光伏单元1-1和所述风电单元1-2所发的电能通过所述输配电模块2输送到所述火力发电模块3以完成火电机组3-2的黑启动。
具体的，所述将所述光伏单元1-1和所述风电单元1-2所发的电能通过所述输配电模块2输送到所述火力发电模块3以完成火电机组3-2的黑启动，包括：
利用所述电能启动辅机3-1；
当所述辅机3-1启动后带动火电机组3-2的运行，进而完成火电机组3-2的黑启动。
需要说明的是，当所述光伏单元1-1和所述风电单元1-2所发的电能的电压幅值及频率等于预设的第一交流母线4电压幅值参考值及频率参考值。
综上所述，本实施例提出的一种风光储火联合运行的黑启动方法，借助新能源交流微电网模块实现电网失电导致发电机停机时的黑启动问题，使得火电储能功能更加丰富，解决了现有的黑启动技术中缺少风电、光伏、火电、储能的协调参与的技术问题，同时控制光伏单元、风电单元及储能单元接入第一交流母线的电压幅值及频率等于预设值，进而解决了现有的黑启动技术中启动电压及频率不稳定导致启动系统损坏的技术问题。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种风光储火联合运行的黑启动系统，其特征在于，包括：新能源交流微电网模块、输配电模块和火力发电模块，所述输配电模块分别与所述新能源交流微电网模块、所述火力发电模块连接；
所述新能源交流微电网模块包括光伏单元、风电单元和储能单元，所述新能源交流微电网模块，用于生成电能；
所述输配电模块，用于将所述新能源交流微电网模块生成的所述电能输送到所述火力发电模块；
所述火力发电模块，用于接收所述输配电模块输送的电能，使所述火力发电模块内的辅机启动。
2.如权利要求1所述的风光储火联合运行的黑启动系统，其特征在于，所述风光储火联合运行黑启动系统还包括：第一交流母线和第二交流母线；
所述输配电模块通过所述第一交流母线与所述新能源交流微电网模块连接；
所述输配电模块通过所述第二交流母线与所述火力发电模块连接。
3.如权利要求2所述的风光储火联合运行的黑启动系统，其特征在于，所述光伏单元包括：光伏板、光伏DC/AC逆变装置、光伏升压变和光伏并网开关；
所述光伏板、所述光伏DC/AC逆变装置、所述光伏升压变依次连接；
所述光伏并网开关的一端与所述第一交流母线连接，另一端与所述光伏升压变连接。
4.如权利要求2所述的风光储火联合运行的黑启动系统，其特征在于，所述风电单元包括：风电机组、风电AC/DC整流装置、风电DC/AC逆变装置、风电升压变和风电并网开关；
所述风电机组、所述风电AC/DC整流装置、所述风电DC/AC逆变装置、所述风电升压变依次连接；
所述风电并网开关的一端与所述第一交流母线连接，另一端与所述风电升压变连接。
5.如权利要求2所述的风光储火联合运行的黑启动系统，其特征在于，所述储能单元包括：储能设备、储能DC/AC逆变装置和储能升压变；
所述储能升压变的一端通过所述储能DC/AC逆变装置与所述储能设备连接，所述储能升压变的另一端与所述第一交流母线连接。
6.如权利要求2所述的风光储火联合运行的黑启动系统，其特征在于，所述输配电模块包括：输电单元；
所述输电单元包括交流微电网侧变压器、输电线路和火电侧变压器，所述交流微电网侧变压器与所述第一交流母线连接，所述火电侧变压器与所述第二交流母线连接；
所述交流微电网侧变压器通过所述输电线路与所述火电侧变压器连接。
7.如权利要求6所述的风光储火联合运行的黑启动系统，其特征在于，所述输配电模块还包括：用电单元；
所述用电单元包括负荷降压变和负荷，所述负荷通过所述负荷降压变与所述第一交流母线连接。
8.如权利要求2所述的风光储火联合运行的黑启动系统，其特征在于，所述火力发电模块包括：辅机、火电机组、火电升压变、启备变、火电机组并网开关和辅机并网开关；
所述辅机并网开关的一端、所述启备变、所述辅机、所述火电机组、所述火电升压变、所述火电机组并网开关的一端依次连接；
所述辅机并网开关的另一端与所述第二交流母线连接；
所述火电机组并网开关的另一端与所述第二交流母线连接。
9.一种基于上述权利要求1-8任一所述的风光储火联合运行的黑启动系统的风光储火联合运行的黑启动方法，其特征在于，所述方法包括：
利用所述储能单元提供的电能启动所述光伏单元和所述风电单元进行发电；
将所述光伏单元和所述风电单元所发的电能通过所述输配电模块输送到所述火力发电模块以完成火电机组的黑启动。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述将所述光伏单元和所述风电单元所发的电能通过所述输配电模块输送到所述火力发电模块以完成火电机组的黑启动，包括：
利用所述电能启动辅机；
当所述辅机启动后带动火电机组的运行，进而完成火电机组的黑启动。
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