CN207719822U - 一种适用于海上风电消纳的交流微网组网系统 - Google Patents

一种适用于海上风电消纳的交流微网组网系统 Download PDF

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Abstract

一种适用于海上风电消纳的交流微网组网系统，包括：一个交流微网组网系统，至少一个海上风电场，至少一个大容量电力变换器，至少一个升压变压器，一条交流母线Ⅰ，一条风电输送专线；所述交流微网组网系统，包括：至少两个交流微网单元，一个系统级调度中心；所述海上风电场通过大容量电力变换器连接升压变压器，升压变压器连接交流母线Ⅰ，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交流微网组网系统的交流微网单元相连，所述系统级调度中心与各交流微网单元相连。本实用新型一种适用于海上风电消纳的交流微网组网系统，解决大功率风电难消纳的问题和电动汽车大规模入网引发的冲击影响问题。

Description

一种适用于海上风电消纳的交流微网组网系统
技术领域
本实用新型属于微电网技术领域，具体涉及一种适用于海上风电消纳的交流微网组网系统。
背景技术
在探寻和开发可替代石油的清洁能源过程中，风力发电被全球公认是可以有效缓解气候变化、提高能源安全、促进低碳经济增长的有效方案，因此，风力发电得到各国政府、机构和企业等的高度关注。就中国而言，把风电消纳利用水平作为风电开发建设管理的基本依据，坚持集中开发与分散利用并举的原则,优化风电建设布局,大力推动风电就地和就近利用。那么具体如何实施海上风电的就地消纳，如何分散利用大功率风电资源，是风电发展过程中亟待解决的问题，且目前尚无较好的应对措施。另外，为了提高对新能源的充分利用，在世界汽车业，也掀起了发展新能源汽车的热潮。各国充分重视电动汽车的发展和推广应用，我国亦将发展电动汽车作为应对能源、环境和气候变化挑战、保持可持续发展的最佳途径之一。然而，在大力发展电动汽车和实施汽车产业转型战略的过程中，亦遇到不少难题，除去电动汽车本身的问题及电动汽车充换电配套设施不健全等问题外，还必须重视电动汽车充换电负荷接入电网时对电网的冲击和影响，如何平抑或消除电动汽车规模化接入电网时带来的冲击和影响，是电动汽车发展中亟待解决的问题。针对该问题，研究者提出将新能源发电和电动汽车负荷相结合，同时置于微电网中，优先利用新能源发电来供给电动汽车对电能的需求，这样，在能够利用清洁能源的同时，可降低电动汽车对电网的影响，然而，对单个微电网来讲，鲁棒性差，运行惯性小，只能消纳小功率的分布式发电或新能源发电，根本不具备大功率海上风电消纳能力。
发明内容
针对现存的技术问题，本实用新型提出一种适用于海上风电消纳的交流微网组网系统，解决大功率风电难消纳的问题和电动汽车大规模入网引发的的冲击影响问题。
本实用新型采取的技术方案为：
一种适用于海上风电消纳的交流微网组网系统，包括：
一个交流微网组网系统，
至少一个海上风电场，
至少一个大容量电力变换器，
至少一个升压变压器，
一条交流母线Ⅰ，
一条风电输送专线；
所述交流微网组网系统，包括：
至少两个交流微网单元，
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。
所述海上风电场通过大容量电力变换器连接升压变压器，升压变压器连接交流母线Ⅰ，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交流微网组网系统的交流微网单元相连，所述系统级调度中心与各交流微网单元相连。
所述交流微网单元包括：
一个降压变压器，
一个由两个断路器/开关和一个AC/AC变换器、一个双向AC/AC变换器组成的交流微网单元调度中心，
一条交流母线Ⅱ，
至少一个分布式发电单元，
至少一个交流负荷，
至少两个DC/AC变换器，
至少两个双向AC/DC变换器，
至少一个AC/DC变换器，
至少一个燃料电池，
至少一个光伏发电单元，
至少一个储能系统，
至少一个电动汽车充放电桩，
至少一个直流负荷；
所述降压变压器的高压侧与风电输送专线相连，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/开关一端与降压变压器相连，第一断路器/开关另一端与AC/AC变换器的高压侧相连；所述的AC/AC变换器的低压侧与交流母线Ⅱ相连；
第二断路器/开关一端与电网相连，第二断路器/开关另一端与双向AC/AC变换器相连，所述的双向AC/AC变换器一端与第二断路器/开关相连，双向AC/AC变换器另一侧与交流母线Ⅱ相连；
分布式发电单元连接交流母线Ⅱ，所述的分布式发电单元发出的电能并入交流母线Ⅱ中；
交流负荷连接交流母线Ⅱ，所述的交流负荷从交流母线Ⅱ获得电能；
所述的燃料电池通过第一DC/AC变换器与交流母线Ⅱ相连；
包含至少一个光伏模块的光伏发电单元通过第二DC/AC变换器与交流母线Ⅱ相连；
所述储能系统通过第一双向AC/DC变换器与交流母线Ⅱ相连；
包含至少一个能为电动汽车充电的充放电桩通过第二双向AC/DC变换器与交流母线Ⅱ相连；
直流负荷连接AC/DC变换器，AC/DC变换器连接交流母线Ⅱ，所述的直流负荷通过AC/DC变换器从交流母线Ⅱ获得电能。
海上风电场发出的电能，通过大容量电力变换器进行电力变换后，再经过升压变压器升压，然后接入交流母线Ⅰ，并通过风电输送专线，将电能传送至交流微网组网系统中的各个交流微网单元中，经过降压变压器降压后，供给交流微网单元。交流微网组网系统将一定空间内的多个交流微网单元进行组网，提高系统容量，使组网系统具备大功率的海上风电消纳能力，因此，对于传送至各交流微网单元的风电，系统级调度中心根据各交流微网单元内的能量供需情况，决策出风电是否接入该交流微网单元，当交流微网单元内能量供不应求时，则将风电接入交流微网单元中，即先将风电输送专线传送的风电通过降压变压器作降压处理，然后通过控制与降压变压器相连的断路器/开关，并联合AC/AC变换器的处理，将风电接入交流母线，与交流微网单元内的分布式发电单元、光伏发电单元等供电单元一起，共同给交流微网单元内的各类负荷供电。当交流微网单元内能量供需平衡时，则该交流微网单元不接入风电，且不向大电网输送电能，交流微网单元处理孤岛运行模式。当交流微网单元内能量供过于求时，则可通过控制交流微网单元调度中心内与大电网相连的断路器/开关，让交流微网单元工作于并网模式，将交流微网单元内的过剩能量通过双向AC/AC变换器进行电力变换后并入大电网中。
海上风电场发出的电能，通过大容量电力变换器接入交流母线Ⅰ，然后通过风电输送专线将电能传输至交流微网组网系统中的各交流微网单元中；所述的系统级调度中心根据各交流微网单元内的能量供需情况来决策大功率海上风电是否接入各交流微网单元，并下达指令至交流微网单元调度中心；所述的各交流微网单元调度中心接受并实施系统级调度中心下达的指令，并根据交流微网单元内部的能量供需情况来决策交流微网单元的并网运行或孤岛运行模式；所述的风电输送专线传输的电能经过末端的降压变压器降压后，再通过交流微网单元调度中心内的断路器/开关进行控制，并通过AC/AC变换器进行电力变换后接入交流母线Ⅱ；所述的交流微网单元通过交流微网单元调度中心内的双向AC/AC变换器及断路器/开关接受电网输入的电能或向电网输出电能。
相比于现有的微电网技术方案，本实用新型一种适用于海上风电消纳的交流微网组网系统，具有如下优点：
1、本实用新型针对海上风力资源丰富，与负荷中心距离近，但因功率较大而难消纳的问题，构建交流微网组网系统，将集中开发的风电资源进行就地和就近分散消纳，解决了海上风电难消纳的难题。
2、本实用新型设风电输送专线，且专设断路器/开关进行专线专控，并利用系统级调度中心和交流微网单元调度中心的多层协调调度控制，可提高风电利用水平，降低风电消纳对系统的冲击影响。
3、本实用新型可利用多能互补解决电动汽车规模化接入时对配网的冲击影响问题，还可利用电动汽车充放电负荷的可控性来辅助能量均衡控制。
4、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，本实用新型充分考虑海上风电资源丰富，同时沿海地区经济发达且对电力需求较多的现实条件，所提方案将一定空间范围内的多个交流微网单元进行组网，设风电输送专线将风电传送至各个交流微网单元中，再通过系统级调度中心来统筹大功率的海上风电消纳路径；最后交流微网单元调度中心接受和实施系统级调度中心下达的指令，并通过权衡交流微网单元的多源供能、储能及负载耗能情况，调控保持交流微网单元内的能量均衡。
5、各交流微网单元中包含电动汽车充放电桩，在多层调度过程中，不仅可利用多能互补来解决电动汽车规模化接入时对配网的冲击影响问题，还可利用充放电桩协调控制能量均衡。
附图说明
图1是本实用新型一种适用于海上风电消纳的交流微网组网系统一实施例的结构示意图。
图2是本实用新型所提交流微网组网系统中的交流微电单元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实用新型作进一步详细说明。
如图1所示，一种适用于海上风电消纳的交流微网组网系统，包括一个交流微网组网系统1，至少一个海上风电场2，至少一个大容量电力变换器3，至少一个升压变压器4，一条交流母线Ⅰ,5，一条风电输送专线6；所述的交流微网组网系统1，包括至少两个交流微网单元7，一个系统级调度中心8；所述的海上风电场2通过大容量电力变换器3和升压变压器4与交流母线Ⅰ5相连；所述的交流母线Ⅰ5与风电输送专线6相连；所述的风电输送专线6与交流微网组网系统1所包含的交流微网单元7相连；所述的系统级调度中心8与各交流微网单元7相连。
图2所示的交流微网单元7就是交流微网组网系统1中的交流微网单元7的一实例结构示意图，包括一个降压变压器9，一个由第一断路器/开关11、第二断路器/开关12、AC/AC变换器13、双向AC/AC变换器14组成的交流微网单元调度中心10，一条交流母线Ⅱ15，至少一个分布式发电单元16，至少一个交流负荷17，至少两个DC/AC变换器：第一DC/AC变换器18、第二DC/AC变换器20，至少两个双向AC/DC变换器：第一双向AC/DC变换器23、第二双向AC/DC变换器25，至少一个AC/DC变换器28，至少一个燃料电池19，至少一个包含光伏模块21的光伏发电单元22，至少一个储能系统24，至少一个用于电动汽车26充电的充放电桩27，至少一个直流负荷29；所述的降压变压器9的高压侧与风电输送专线6相连，低压侧与第一断路器/开关11相连；所述的第一断路器/开关11一端与降压变压器9相连，另一端与AC/AC变换器13的高压侧相连；所述的AC/AC变换器13的低压侧与交流母线Ⅱ15相连；所述的第二断路器/开关12一端与电网30相连，另一端与双向AC/AC变换器14相连；所述的双向AC/AC变换器14一端与第二断路器/开关12相连，另一侧与交流母线Ⅱ15相连；所述的分布式发电单元16发出的电能并入交流母线Ⅱ15中；所述的交流负荷17从交流母线Ⅱ15获得电能；所述的燃料电池19通过第一DC/AC变换器18与交流母线Ⅱ20相连；所述的包含至少一个光伏模块21的光伏发电单元22通过第二DC/AC变换器20与交流母线Ⅱ15相连；所述的储能系统24通过第一双向AC/DC变换器23与交流母线Ⅱ15相连；所述的包含至少一个能为电动汽车26充电的充放电桩27通过第二双向AC/DC变换器25与交流母线Ⅱ15相连；所述的直流负荷29通过AC/DC变换器28从交流母线Ⅱ15获得电能。
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6与图2中降压变压器9相连，图1中的系统调度中心8与图2中的交流微网单元调度中心10相连。
综上所述，本实用新型所提的一种适用于海上风电消纳的交流微网组网系统，充分虑及海上风电资源集中，且距离负荷中心较近的现实特点，将海上风电集中开发，通过组网系统中的各交流微网单元来就近分散消纳，且利用多能互补来削减或抵消了电动汽车规模化接入电网带来的冲击影响，同时，充分利用电动汽车充换电负荷的可控性来实现交流微网组网系统内和交流微网单元内的能量均衡调节，另外，设风电输送专线，并通过系统级调度中心和交流微网单元调度中心的多层调度控制，可大幅降低海上风电消纳对电网的冲击影响，提高系统的可控性和稳定性。
本实用新型的上述实施范例仅仅是为说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。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。凡是属于本实用新型的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (2)

1.一种适用于海上风电消纳的交流微网组网系统，其特征在于包括：
一个交流微网组网系统（1），
至少一个海上风电场（2），
至少一个大容量电力变换器（3），
至少一个升压变压器（4），
一条交流母线Ⅰ（5），
一条风电输送专线（6）；
所述交流微网组网系统（1），包括：
至少两个交流微网单元（7），
一个系统级调度中心（8）；
所述海上风电场（2）通过大容量电力变换器（3）连接升压变压器（4），升压变压器（4）连接交流母线Ⅰ（5），所述交流母线Ⅰ（5）与风电输送专线（6）相连，所述风电输送专线（6）与交流微网组网系统（1）的交流微网单元（7）相连，所述系统级调度中心（8）与各交流微网单元（7）相连。
2.根据权利要求1所述一种适用于海上风电消纳的交流微网组网系统，其特征在于：
所述交流微网单元（7）包括：
一个降压变压器（9），
一个由两个断路器/开关和一个AC/AC变换器（13）、一个双向AC/AC变换器（14）组成的交流微网单元调度中心（10），
一条交流母线Ⅱ（15），
至少一个分布式发电单元（16），
至少一个交流负荷（17），
至少两个DC/AC变换器，
至少两个双向AC/DC变换器，
至少一个AC/DC变换器（28），
至少一个燃料电池（19），
至少一个光伏发电单元（22），
至少一个储能系统（24），
至少一个电动汽车充放电桩（27），
至少一个直流负荷（29）；
所述降压变压器（9）的高压侧与风电输送专线（6）相连，降压变压器（9）的低压侧与第一断路器/开关（11）相连；所述第一断路器/开关（11）一端与降压变压器（9）相连，第一断路器/开关（11）另一端与AC/AC变换器（13）的高压侧相连；所述的AC/AC变换器（13）的低压侧与交流母线Ⅱ（15）相连；
第二断路器/开关（12）一端与电网（30）相连，第二断路器/开关（12）另一端与双向AC/AC变换器（14）相连，所述的双向AC/AC变换器（14）一端与第二断路器/开关（12）相连，双向AC/AC变换器（14）另一侧与交流母线Ⅱ（15）相连；
分布式发电单元（16）连接交流母线Ⅱ（15），所述的分布式发电单元（16）发出的电能并入交流母线Ⅱ（15）中；
交流负荷（17）连接交流母线Ⅱ（15），所述的交流负荷（17）从交流母线Ⅱ（15）获得电能；
所述的燃料电池（19）通过第一DC/AC变换器（18）与交流母线Ⅱ（15）相连；
包含至少一个光伏模块（21）的光伏发电单元（22）通过第二DC/AC变换器（20）与交流母线Ⅱ（15）相连；
所述储能系统（24）通过第一双向AC/DC变换器（23）与交流母线Ⅱ（15）相连；
包含至少一个能为电动汽车（26）充电的充放电桩（27）通过第二双向AC/DC变换器（25）与交流母线Ⅱ（15）相连；
直流负荷（29）连接AC/DC变换器（28），AC/DC变换器（28）连接交流母线Ⅱ（15），
所述的直流负荷（29）通过AC/DC变换器（28）从交流母线Ⅱ（15）获得电能。
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US12003105B2 (en) 2020-04-30 2024-06-04 Sungrow Power Supply Co., Ltd. Multi-channel grid-connected power generation system and control method therefor

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