CN209250260U - 一种基于柔性直流互联的大规模风光电源并网系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于柔性直流互联的大规模风光电源并网系统，包括：风电场群、风电场群侧升压变、风电场群侧电压源换流器、直流电网、光伏电站群、光伏电站群侧升压变、光伏电站群侧电压源换流器、电网侧电压源换流器、电网侧变压器、电网侧交流母线、抽水蓄能电站、受端电网等一次系统以及风电场群控制系统、柔性直流控制系统、电网能量管理系统、综合能源管理系统、抽水蓄能电站控制系统、光伏电站群控制系统等二次系统。本实用新型可实现风电、光伏发电等可再生能源发电与互联电网的协调控制以解决可再生能源发电不确定性强、电压支撑能力差问题，提升风电、光伏发电等可再生能源发电并网运行的安全性。
Description
技术领域
本实用新型涉及电气工程领域，尤其是一种基于柔性直流互联的大规模风光电源并网系统。
背景技术
随着化石能源发电日趋减少，大力发展利用可再生能源发电是实现电网绿色发展的必然选择。受气象因素、地理环境等多种因素影响，风电、光伏发电等可再生能源发电功率具有很大的间歇性、波动性，而且风电多为异步感应发电机组，光伏发电系统呈现为直流-交流转换形式，两者抗扰动性差，均需要电网给予电压支撑。为此需要设计一种应对可再生能源发电不确定性强、电压支撑能力差的大规模风光电源并网系统。
柔性直流系统具有灵活的有功、无功功率调节能力，电压支撑能力强，可以用于对弱电网或无源电网互联，储能系统的合理配置可以补偿可再生能源发电功率的不确定性，而且具有无功调节能力。由此柔性直流并网、储能合理配置是实现可再生能源发电大规模开发利用的重要手段，如何实现其相应的电气结构组建、能量管理控制系统是需要重点研究的内容。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种基于柔性直流互联的大规模风光电源并网系统，可实现风电、光伏发电等可再生能源发电与互联电网的协调控制以解决可再生能源发电不确定性强、电压支撑能力差问题，提升风电、光伏发电等可再生能源发电并网运行的安全性。
为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：
一种基于柔性直流互联的大规模风光电源并网系统，包括：风电场群、风电场群控制单元、光伏电站群、光伏电站群控制单元、抽水蓄能电站、抽水蓄能电站控制单元、受端电网、电网能量管理单元、直流电网、柔性直流控制单元和综合能源管理单元；风电场群、光伏电站群、抽水蓄能电站、受端电网分别与直流电网连接；综合能源管理单元分别与风电场群控制单元、柔性直流控制单元、电网能量管理单元、抽水蓄能电站控制单元、光伏电站群控制单元通过光纤或无线网络连接；风电场群控制单元、柔性直流控制单元、电网能量管理单元、抽水蓄能电站控制单元、光伏电站群控制单元、综合能源管理单元分别包括电压控制模块和有功控制模块；风电场群控制单元、柔性直流控制单元、电网能量管理单元、抽水蓄能电站控制单元、光伏电站群控制单元的电压控制模块分别周期性获取无功调压调控资源裕度并发送至综合能源管理单元的电压控制模块；综合能源管理单元的电压控制模块根据接收到的无功调压调控资源情况统筹优化，将优化结果分别发送至风电场群控制单元、柔性直流控制单元、电网能量管理单元、抽水蓄能电站控制单元、光伏电站群控制单元的电压控制模块；风电场群控制单元、柔性直流控制单元、电网能量管理单元、抽水蓄能电站控制单元、光伏电站群控制单元的有功控制模块分别周期性获取有功功率预测值、有功功率调节范围发送至综合能源管理单元的有功控制模块，综合能源管理单元以全电网运行经济性最优为目标统筹优化，将优化结果发送至风电场群控制单元、柔性直流控制单元、电网能量管理单元、抽水蓄能电站控制单元、光伏电站群控制单元的有功控制模块。
进一步地，所述风电场群依次经过风电场群侧升压变、风电场群侧电压源换流器后与直流电网连接；所述光伏电站群依次经过光伏电站群侧升压变、光伏电站群侧电压源换流器后与直流电网连接；所述受端电网与抽水蓄能电站并联到电网侧交流母线，电网侧交流母线依次经过电网侧变压器、电网侧电压源换流器后与直流电网连接。
进一步地，风电场群控制单元的电压控制模块监控风电场群的电压水平，并将风电场的风电机组的无功调控能力及无功补偿装置的补偿容量在每个时间间隔上传至综合能源管理单元；根据综合能源管理单元下发的无功电压调节指令实现对风电场风电机组输出无功功率及无功补偿装置补偿无功功率的实时调节；风电场群控制单元的有功控制模块用于预测风电场群的风电输出有功功率，在每个时间间隔上传至综合能源管理单元，有功控制模块根据综合能源管理单元下发的有功功率控制指令实现对风电场风电机组桨距角调节或者实现弃风切机处理。
进一步地，光伏电站群控制单元的电压控制模块用于监控光伏电站群的电压水平，并将各光伏电站的无功调控能力及储能系统的无功调节能力在每个时间间隔上传至综合能源管理单元，并根据综合能源管理单元下发的无功电压调节指令实现对各光伏电站输出无功功率及储能系统输出无功功率的实时调节；光伏电站群控制单元的有功控制模块用于预测光伏电站群的输出有功功率和储能系统的储能电量，在每个时间间隔上传至综合能源管理单元，并根据综合能源管理单元下发的有功功率控制指令实现对各光伏电站发电装置桨距角及储能系统输出有功功率的实时调节。
进一步地，柔性直流控制单元根据综合能源管理单元的电压控制模块下发的电压控制指令来调节各电压源换流器的电压控制方式；柔性直流控制单元根据综合能源管理单元的有功控制模块下发的有功控制指令而对各电压源换流器进行潮流控制。
进一步地，所述抽水蓄能电站控制单元根据综合能源管理单元提供的调峰功率需求曲线指令进行调整抽水蓄能电站有功功率而参与调峰。
进一步地，所述电网能量管理单元根据综合能源管理单元的电压控制模块下发的电压控制指令来调节受端电网中发电机组、有载调压变压器及无功补偿设备的电压控制方式；电网能量管理单元根据综合能源管理单元的有功控制模块下发的有功控制指令而对受端电网中发电机组有功功率进行调节。
实用新型内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是实用新型所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
本实用新型可实现风电、光伏发电等可再生能源发电与互联电网的协调控制以解决可再生能源发电不确定性强、电压支撑能力差问题，提升风电、光伏发电等可再生能源发电并网运行的安全性。
附图说明
图1是本实用新型结构示意图；
其中，1-风电场群；2-风电场群汇集母线；3-风电场群侧电压源换流器；4-直流电容器；5-直流电网；6-固态断路器；7-光伏电站群；8-光伏电站群侧电压源换流器；9-风电场群侧升压变；10-光伏电站群侧升压变；11-风电场；12-无功补偿装置；13-直流母线；14-电网侧电压源换流器；15-光伏电站群汇集母线；16-储能系统；17-光伏电站；18-电网侧变压器；19-电网侧交流母线；20-抽水蓄能电站；21-风电场群控制系统；22-柔性直流控制系统；23-受端电网；24-电网能量管理系统；25-综合能源管理系统；26-抽水蓄能电站控制系统；27-光伏电站群控制系统；28-直流线路。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本实用新型进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本实用新型省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本实用新型。
如图1所示，一种基于柔性直流互联的大规模风光电源并网系统，包括：风电场群1、风电场群侧升压变9、风电场群侧电压源换流器3、直流电网5、光伏电站群7、光伏电站群侧升压变10、光伏电站群侧电压源换流器8、电网侧电压源换流器14、电网侧变压器18、电网侧交流母线19、抽水蓄能电站20、受端电网23等一次系统以及风电场群控制系统21、柔性直流控制系统22、电网能量管理系统24、综合能源管理系统25、抽水蓄能电站控制系统26、光伏电站群控制系统27等二次系统。
风电场群1包括风电场11、无功补偿装置12和风电场群汇集母线2，风电场11与无功补偿装置12并联于风电场群汇集母线2上；无功补偿装置12是指静态电压补偿器或同步调相机等快速无功调节设备。其中光伏电站群7包括光伏电站17、储能系统16、光伏电站群汇集母线15，光伏电站17与储能系统16并联于光伏电站群汇集母线15上；储能系统16由蓄电池储能单元和储能充放电双向变流装置构成。储能系统16的功能一方面服从综合能源管理系统25的统筹调度实现全电网功率实时平衡，另一方面是在云层遮挡光照时快速补偿光伏电站群7输出有功功率骤降现象。直流电网5包括直流母线13、直流断路器6和直流电容器4。风电场群1的风电场群汇集母线2通过风电场群侧升压变9连接至风电场群侧电压源换流器3，风电场群侧电压源换流器3另一端连接至直流电网5的直流母线；光伏电站群7的光伏电站群汇集母线15通过光伏电站群侧升压变10连接至光伏电站群侧电压源换流器8，光伏电站群侧电压源换流器8另一端连接至直流电网5的直流母线。受端电网23与抽水蓄能电站20并联至电网侧交流母线19，由电网侧变压器18与电网侧电压源换流器14相连，电网侧电压源换流器14另一端连接至直流电网5的直流母线；直流电网5中各直流母线13通过直流断路器6-直流线路28-直流断路器串联形式进行互联，直流线路28上并联有直流电容器4。
风电场群控制系统21、柔性直流控制系统22、电网能量管理系统24、综合能源管理系统25、抽水蓄能电站控制系统26、光伏电站群控制系统27等二次系统均包括各自的电压控制模块和有功控制模块。综合能源管理系统25是大规模风光电源并网系统的二次系统的核心部分，并与风电场群控制系统21、柔性直流控制系统22、电网能量管理系统24、抽水蓄能电站控制系统26、光伏电站群控制系统27通过光纤或无线网络保持通讯。综合能源管理系统25中电压控制模块用于协调风电场群控制系统21、柔性直流控制系统22、电网能量管理系统24、抽水蓄能电站控制系统26、光伏电站群控制系统27的电压控制模块实现对全电网电压水平的安全控制。风电场群控制系统21、柔性直流控制系统22、电网能量管理系统24、抽水蓄能电站控制系统26、光伏电站群控制系统27的电压控制模块在每个时间间隔上传各自系统无功调压调控资源裕度，综合能源管理系统25中电压控制模块根据上报的无功调压调控资源情况统筹优化，将优化结果下发至各系统电压控制模块执行。综合能源管理系统25中有功控制模块用于协调风电场群控制系统21、柔性直流控制系统22、电网能量管理系统24、抽水蓄能电站控制系统26、光伏电站群控制系统27的有功控制模块实现全电网有功功率的实时平衡。风电场群控制系统21、柔性直流控制系统22、电网能量管理系统24、抽水蓄能电站控制系统26、光伏电站群控制系统27的有功控制模块在每个时间间隔上传各自系统有功功率预测值及有功功率调节范围，综合能源管理系统25中有功控制模块根据上报的有功功率预测值及有功功率调节范围情况以全电网运行经济性最优为目标统筹优化，将优化结果下发至各系统有功控制模块执行。
风电场群控制系统21的电压控制模块用于监控风电场群1的电压水平，并将风电场11风电机组的无功调控能力及无功补偿装置12的补偿容量在每个时间间隔上传至综合能源管理系统25，并根据其下发的无功电压调节指令实现对风电场11风电机组输出无功功率及无功补偿装置12补偿无功功率的实时调节。风电场群控制系统21的有功控制模块用于预测风电场群1的风电输出有功功率，并将其在每个时间间隔上传至综合能源管理系统25，并根据其下发的有功功率控制指令实现对风电场11风电机组桨距角调节或者实现弃风切机处理。
光伏电站群控制系统27的电压控制模块用于监控光伏电站群的电压水平，并将各光伏电站17的无功调控能力及储能系统16的无功调节能力在每个时间间隔上传至综合能源管理系统25，并根据其下发的无功电压调节指令实现对各光伏电站17输出无功功率及储能系统16输出无功功率的实时调节。光伏电站群控制系统27的有功控制模块用于预测光伏电站群7的输出有功功率和储能系统16的储能电量，并将其在每个时间间隔上传至综合能源管理系统25，并根据其下发的有功功率控制指令实现对各光伏电站17发电装置桨距角及储能系统16输出有功功率的实时调节。
柔性直流控制系统22根据综合能源管理系统25电压控制模块下发的电压控制指令来调节各电压源换流器的电压控制方式。柔性直流控制系统22根据综合能源管理系统25有功控制模块下发的有功控制指令而对各电压源换流器进行潮流控制。
抽水蓄能电站控制系统26根据综合能源管理系统25提供的调峰功率需求曲线指令进行调整抽水蓄能电站20有功功率而参与调峰。电网能量管理系统24根据综合能源管理系统25电压控制模块下发的电压控制指令来调节受端电网23中发电机组、有载调压变压器及无功补偿设备的电压控制方式。电网能量管理系统24根据综合能源管理系统25有功控制模块下发的有功控制指令而对受端电网23中发电机组有功功率进行调节。
上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。
Claims (7)
1.一种基于柔性直流互联的大规模风光电源并网系统，其特征是，包括：风电场群、风电场群控制单元、光伏电站群、光伏电站群控制单元、抽水蓄能电站、抽水蓄能电站控制单元、受端电网、电网能量管理单元、直流电网、柔性直流控制单元和综合能源管理单元；风电场群、光伏电站群、抽水蓄能电站、受端电网分别与直流电网连接；综合能源管理单元分别与风电场群控制单元、柔性直流控制单元、电网能量管理单元、抽水蓄能电站控制单元、光伏电站群控制单元通过光纤或无线网络连接；风电场群控制单元、柔性直流控制单元、电网能量管理单元、抽水蓄能电站控制单元、光伏电站群控制单元、综合能源管理单元分别包括电压控制模块和有功控制模块；风电场群控制单元、柔性直流控制单元、电网能量管理单元、抽水蓄能电站控制单元、光伏电站群控制单元的电压控制模块分别周期性获取无功调压调控资源裕度并发送至综合能源管理单元的电压控制模块；综合能源管理单元的电压控制模块根据接收到的无功调压调控资源情况统筹优化，将优化结果分别发送至风电场群控制单元、柔性直流控制单元、电网能量管理单元、抽水蓄能电站控制单元、光伏电站群控制单元的电压控制模块；风电场群控制单元、柔性直流控制单元、电网能量管理单元、抽水蓄能电站控制单元、光伏电站群控制单元的有功控制模块分别周期性获取有功功率预测值、有功功率调节范围发送至综合能源管理单元的有功控制模块，综合能源管理单元以全电网运行经济性最优为目标统筹优化，将优化结果发送至风电场群控制单元、柔性直流控制单元、电网能量管理单元、抽水蓄能电站控制单元、光伏电站群控制单元的有功控制模块。
2.如权利要求1所述的基于柔性直流互联的大规模风光电源并网系统，其特征是，所述风电场群依次经过风电场群侧升压变、风电场群侧电压源换流器后与直流电网连接；所述光伏电站群依次经过光伏电站群侧升压变、光伏电站群侧电压源换流器后与直流电网连接；所述受端电网与抽水蓄能电站并联到电网侧交流母线，电网侧交流母线依次经过电网侧变压器、电网侧电压源换流器后与直流电网连接。
3.如权利要求1所述的基于柔性直流互联的大规模风光电源并网系统，其特征是，风电场群控制单元的电压控制模块监控风电场群的电压水平，并将风电场的风电机组的无功调控能力及无功补偿装置的补偿容量在每个时间间隔上传至综合能源管理单元；根据综合能源管理单元下发的无功电压调节指令实现对风电场风电机组输出无功功率及无功补偿装置补偿无功功率的实时调节；风电场群控制单元的有功控制模块用于预测风电场群的风电输出有功功率，在每个时间间隔上传至综合能源管理单元，有功控制模块根据综合能源管理单元下发的有功功率控制指令实现对风电场风电机组桨距角调节或者实现弃风切机处理。
4.如权利要求1所述的基于柔性直流互联的大规模风光电源并网系统，其特征是，光伏电站群控制单元的电压控制模块用于监控光伏电站群的电压水平，并将各光伏电站的无功调控能力及储能系统的无功调节能力在每个时间间隔上传至综合能源管理单元，并根据综合能源管理单元下发的无功电压调节指令实现对各光伏电站输出无功功率及储能系统输出无功功率的实时调节；光伏电站群控制单元的有功控制模块用于预测光伏电站群的输出有功功率和储能系统的储能电量，在每个时间间隔上传至综合能源管理单元，并根据综合能源管理单元下发的有功功率控制指令实现对各光伏电站发电装置桨距角及储能系统输出有功功率的实时调节。
5.如权利要求1所述的基于柔性直流互联的大规模风光电源并网系统，其特征是，柔性直流控制单元根据综合能源管理单元的电压控制模块下发的电压控制指令来调节各电压源换流器的电压控制方式；柔性直流控制单元根据综合能源管理单元的有功控制模块下发的有功控制指令而对各电压源换流器进行潮流控制。
6.如权利要求1所述的基于柔性直流互联的大规模风光电源并网系统，其特征是，所述抽水蓄能电站控制单元根据综合能源管理单元提供的调峰功率需求曲线指令进行调整抽水蓄能电站有功功率而参与调峰。
7.如权利要求1所述的基于柔性直流互联的大规模风光电源并网系统，其特征是，所述电网能量管理单元根据综合能源管理单元的电压控制模块下发的电压控制指令来调节受端电网中发电机组、有载调压变压器及无功补偿设备的电压控制方式；电网能量管理单元根据综合能源管理单元的有功控制模块下发的有功控制指令而对受端电网中发电机组有功功率进行调节。
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| CN201920166108.6U Active CN209250260U (zh) | 2019-01-30 | 2019-01-30 | 一种基于柔性直流互联的大规模风光电源并网系统 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112332453A (zh) * | 2020-11-09 | 2021-02-05 | 上海明华电力科技有限公司 | 一种光伏组串发电效能优化系统 |
| CN113890039A (zh) * | 2021-10-09 | 2022-01-04 | 广东电网有限责任公司 | 一种多端柔性直流配电网潮流调度优化方法 |
| CN114204601A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-03-18 | 山东大学 | 一种同步并网的风-光-储混合发电系统及其工作方法 |
| CN114512988A (zh) * | 2022-04-21 | 2022-05-17 | 石家庄科林电气股份有限公司 | 一种基于低压配电台区柔直互联的调控方法及装置 |
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2019
- 2019-01-30 CN CN201920166108.6U patent/CN209250260U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN113890039B (zh) * | 2021-10-09 | 2023-07-04 | 广东电网有限责任公司 | 一种多端柔性直流配电网潮流调度优化方法 |
| CN114204601A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-03-18 | 山东大学 | 一种同步并网的风-光-储混合发电系统及其工作方法 |
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| CN114512988A (zh) * | 2022-04-21 | 2022-05-17 | 石家庄科林电气股份有限公司 | 一种基于低压配电台区柔直互联的调控方法及装置 |
| CN114512988B (zh) * | 2022-04-21 | 2022-07-08 | 石家庄科林电气股份有限公司 | 一种基于低压配电台区柔直互联的调控方法及装置 |
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