CN209298898U - 一种分布式光伏远距离直流输电系统 - Google Patents

一种分布式光伏远距离直流输电系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供一种分布式光伏远距离直流输电系统,包括:依次电连接的光伏发电单元、升压变压器、直流输电电缆以及逆变器;升压变压器将光伏发电单元产生的电能升压为中压直流电能,经直流输电电缆传输至逆变器,逆变器将中压直流电能转换为交流电能并入电网,实现光伏中压直流输电,有效降低线损,提高输电效率,另外,通过设置发电端储能单元、直流负荷侧储能单元以及交流负荷侧储能单元,实现储能协调控制,有效避免了光伏发电波动性和负荷波动性的影响,进而提高系统的稳定性。

Description

一种分布式光伏远距离直流输电系统
技术领域
本实用新型涉及电力领域,尤其涉及一种分布式光伏远距离直流输电系统。
背景技术
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。光伏发电作为清洁、便利、持久性的可再生能源,应用十分广泛。目前光伏发电产生的电能一般就地利用,不进行远距离输送,使用非常灵活。在地广人稀的沙漠、高原地区,太阳能资源丰富,铺设太阳能电池板的土地充足,非常适宜建立大规模的光伏电站,但是,这些地区用电量很少,所发电能不能实现就地利用,需要进行远距离传输。
目前一般利用高压交流输电架构或高压直流输电架构将光伏发电产生的电能进行远距离传输,实现光伏发电并网。但是,采用高压交流输电架构进行电能传输时,线损较高,不利于电能的高效传输,采用高压直流输电架构虽然适合电能远距离高效传输,但是高压直流输电架构的成本较高。
实用新型内容
本实用新型提供一种分布式光伏远距离直流输电系统,通过利用中压直流输电架构,能够有效降低线损,提高输电效率,而且中压直流输电架构相比于高压直流输电架构,对设备的要求低,能够有效降低成本,利于推广应用。
为了解决上述技术问题,本实用新型采用如下技术方案:
一种分布式光伏远距离直流输电系统,包括:依次电连接的光伏发电单元、升压变压器、直流输电电缆以及逆变器;
升压变压器将光伏发电单元产生的电能升压为中压直流电能,经直流输电电缆传输至逆变器,逆变器将中压直流电能转换为交流电能并入电网。
进一步地,分布式光伏远距离直流输电系统还包括:发电端储能单元以及双向DC/DC变换器,发电端储能单元通过双向DC/DC变换器连接光伏发电单元的电能输出端。
进一步地,分布式光伏远距离直流输电系统还包括:
直流降压变压器,连接在直流输电电缆上,用于将直流输电电缆上的中压直流电能转换为低压直流电能,供直流负荷使用。
进一步地,分布式光伏远距离直流输电系统还包括:
直流负荷侧储能单元,连接在直流降压变压器的输出端。
进一步地,分布式光伏远距离直流输电系统还包括:
并网开关,连接在逆变器输出端与交流电网之间。
进一步地,分布式光伏远距离直流输电系统还包括:
交流降压变压器,连接在逆变器输出端,用于将逆变器输出的交流电压降压至低压交流电能,供交流负荷使用。
进一步地,分布式光伏远距离直流输电系统还包括:
交流负荷侧储能单元,连接在交流降压变压器的输出端。
进一步地,光伏发电单元包括:至少一光伏发电板以及至少一单向DC/DC变换器,光伏发电板通过对应的单向DC/DC变换器连接至升压变压器的输入端。
本实用新型提供的分布式光伏远距离直流输电系统,采用基于直流配电网的多母线分布式光伏输电系统架构,包括:依次电连接的光伏发电单元、升压变压器、直流输电电缆以及逆变器;升压变压器将光伏发电单元产生的电能升压为中压直流电能,经直流输电电缆传输至逆变器,逆变器将中压直流电能转换为交流电能并入电网,实现光伏中压直流输电,有效降低线损,提高输电效率。
另外,本实用新型提供的分布式光伏远距离直流输电系统,将发电端储能单元通过双向DC/DC变换器连接光伏发电单元的电能输出端,用于在光伏发电量大时储存光伏电能,在光伏发电量小时释放电能,有效平滑光伏发电单元的出力,有效避免了光伏发电波动性的影响,进而提高电能质量。
并且,本实用新型提供的分布式光伏远距离直流输电系统,将直流负荷侧储能单元连接在降压变压器的输出端,将交流负荷侧储能单元连接在交流降压变压器的输出端,用于平滑直流负荷和交流负荷的波形性,进一步提高了电能质量。
再者,本实用新型提供的分布式光伏远距离直流输电系统,采用具有虚拟同步机(VSG)控制功能、并离网切换功能、谐波无功补偿功能以及虚拟阻抗功能的逆变器,能够有效提高系统的稳定性。
为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合所附图式,作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中:
图1是本实用新型实施例一种分布式光伏远距离直流输电系统的结构示意图一;
图2是本实用新型实施例一种分布式光伏远距离直流输电系统的结构示意图二;
图3是本实用新型实施例一种分布式光伏远距离直流输电系统的结构示意图三。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是,本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
目前常用的高压交流输电架构或高压直流输电架构因线损高或成本高,不适于光伏发电电能的远距离传输场合,不利于光伏发电并网,限制了光伏发电的推广应用。
为解决现有技术中的技术问题,本实用新型实施例提供一种分布式光伏远距离直流输电系统,能够有效兼顾线损和成本,利于促进光伏发电的大规模应用,有效开发和利用可再生能源,实现节能减排的目标。
图1是本实用新型实施例一种分布式光伏远距离直流输电系统的结构示意图一。如图1所示,该分布式光伏远距离直流输电系统1包括:依次电连接的光伏发电单元10、升压变压器20、直流输电电缆30以及逆变器50。
其中,光伏发电单元10将光能直接转变为电能,其中,电能一般为低压电能,例如500~1000V左右,本实用新型不限于此。
在一个可选的实施例中,该电能的电压为700V左右。
升压变压器20的输入端连接光伏发电单元10的输出端,其输出端连接直流输电电缆30的输入端,用于将光伏发电单元10产生的电能升压为中压直流电能,并传输至直流输电电缆30。其中,中压直流电能的电压等级可为6KV、10KV或者35KV等,本实用新型不限于此。
其中,该升压变压器20的耐压应大于该分布式光伏远距离直流输电系统的最大电压。在一个可选的实施例中,该升压变压器20还可以包括控制器,用于在故障停机或在线投入时的过渡过程中控制该升压变压器20的工作状态。
另外,该升压变压器20可为高度模块化设计的变压器,当出现故障时可采用模块更换的方式进行维护,减少系统的维护时间,提高系统的可靠性。
同时,该升压变压器20可采用高频隔离变压器,以防止由于故障导致损坏光伏发电单元10。
直流输电电缆30的输入端连接升压变压器20的输出端,其输出端连接逆变器50的输入端,用于将升压变压器20转换得到的中压直流电传输至逆变器50。
逆变器50的输入端连接直流输电电缆30的输出端,其输出端连接交流电网,用于将接收的中压直流电能转换为交流电能并入电网。
其中,该逆变器可以采用具有虚拟同步机(VSG)控制功能、并离网切换功能、谐波无功补偿功能以及虚拟阻抗功能的逆变器实现。
本实用新型实施例提供的分布式光伏远距离直流输电系统,通过采用基于直流配电网的光伏输电系统架构,实现光伏中压直流输电,能够有效降低线损,提高输电效率。
图2是本实用新型实施例一种分布式光伏远距离直流输电系统的结构示意图二。如图2所示,该分布式光伏远距离直流输电系统在包含图1所示分布式光伏远距离直流输电系统的基础上,还可以包括:发电端储能单元80以及双向DC/DC变换器70。发电端储能单元80通过双向DC/DC变换器70连接光伏发电单元10的电能输出端。
具体地,因为光伏发电具有显著的波动性,比如,白天日照充足时发电量较大,但是在夜晚或阴雨天气时,日照不足,发电量较小,这种波动性会导致系统的稳定性较差。所以,在系统容量设计时,若采用日照充足时的最高发电量进行设计,虽然能够有效利用太阳能资源,但在日照不足时所需容量较小,导致硬件资源的浪费;如果系统容量小于日照充足时的最高发电量的需求,虽然能够节省硬件成本,但当日照充足时,光伏发电量较大,导致部分电能不能被有效传输,只能弃掉,不利于太阳能的有效利用。
因而,通过在光伏发电单元10的电能输出端连接发电端储能单元80,能够在光伏发电量较大时,通过双向DC/DC变换器70对光伏发电单元10输出的电能进行转换,然后存储在发电端储能单元80,直至发电端储能单元80中存满,若还存在多余电能,则通过升压变换器20进行变换,传输至直流输电电缆,进行后续流程。在光伏发电量较小时,利用双向DC/DC变换器70将发电端储能单元80中储存的电能释放,利用恒功率充放电控制完成对太阳能不稳定、间歇性的补充,使输出功率更加平稳、光滑,以此实现平滑光伏发电单元10的波动性。
在一个可选的实施例中,在该双向DC/DC变换器70之前连接一低压开关,用于在双向DC/DC变换器70或发电端储能单元80出现故障时,将双向DC/DC变换器70或发电端储能单元80进行离网检修和更换,利于系统维护。
在一个可选的实施例中,该分布式光伏远距离直流输电系统1还可以包括:直流降压变压器90。
其中,该直流降压变压器90的输入端连接在直流输电电缆30上,输出端连接直流负荷91,用于从直流输电电缆30上取电,并将取得的中压直流电转换为供直流负荷91使用的低压直流电。
通过该直流降压变压器90,能够在电能并网之前,有效向直流负荷91供给电能,利于光伏电能的直接使用。
在一个可选的实施例中,该分布式光伏远距离直流输电系统1还可以包括:直流负荷侧储能单元92。
其中,该直流负荷侧储能单元92连接在该直流降压变压器90的输出端,用于平滑直流负荷91的波动性,保证直流负荷加载纯功率平滑变化,利于提高系统稳定性和电能质量。
具体地,在该分布式光伏远距离直流输电系统中光伏出力大于负荷能量需求时,多余电能在直流负荷侧储能单元92中存储,当直流负荷侧储能单元92中存满之后,多余的电能才会传输至逆变器50进行后续处理。当光伏出力小于负荷能量需求时,则直流负荷侧储能单元92将存储的电能释放,供给直流负荷使用。
在一个可选的实施例中,逆变器50可采用双向变换的逆变器,用于将光伏发电产生的电能并网,或在没有光伏发电或者光伏发电产生的电能不足时,从交流电网60取电,为直流负荷91供电。
在一个可选的实施例中,该分布式光伏远距离直流输电系统还包括:交流降压变压器100。
其中,该交流降压变压器100的输入端连接逆变器50的输出端,其输出端连接交流负荷101,用于将逆变器50输出的交流电压降压至低压交流电能,供交流负荷101使用,实现电能消纳,减少并网电量。
在一个可选的实施例中,该分布式光伏远距离直流输电系统还可以包括:交流负荷侧储能单元102。
其中,该交流负荷侧储能单元102连接在交流降压变压器的输出端,用于平滑交流负荷101的波动性,保证交流负荷101加载纯功率平滑变化,利于提高系统稳定性和电能质量。
具体地,当该分布式光伏远距离直流输电系统中光伏出力大于负荷能量需求时,多余电能可在交流负荷侧储能单元102中存储,当交流负荷侧储能单元102中存满之后,多余的电能才会并网。当光伏出力小于负荷能量需求时,交流负荷侧储能单元102将存储的电能释放,供给交流负荷使用。当交流负荷侧储能单元释放的能量与光伏发电量加在一起还是不能满足负荷所需时,可以从交流电网中取电,利用交流降压变压器100进行处理后,为交流负荷供电。
在一个可选的实施例中,该光伏发电单元10包括:至少一光伏发电板11以及至少一单向DC/DC变换器12,其中,若光伏发电板11为多个,且多个光伏发电板11并联连接,且每个光伏发电板11均通过一对应的单向DC/DC变换器12连接至低压直流母线,低压直流母线再连接升压变压器20的输入端,该单向DC/DC变换器12用于对光伏发电板11产生的电能进行控制,实现最大功率追踪,利于将光伏发电产生的电能高效输出。
其中,该单向DC/DC变换器12可采用高频隔离变压器,用于防止由于故障导致损坏光伏发电板11。
在一个可选的实施例中,该光伏发电板11可以采用带太阳能追踪功能的光伏发电板,以最大限度追踪太阳光,使光伏发电板11与太阳光保持垂直,提高发电量。
在一个可选的实施例中,该光伏发电单元还可以包括:低压隔离开关,连接在单向DC/DC变换器12与升压变压器20之间,用于在单向DC/DC变换器12或光伏发电板故障时,控制单向DC/DC变换器12或光伏发电板11离网,利于系统维护。
在一个可选的实施例中,该分布式光伏远距离直流输电系统1中,多个光伏发输电装置200中的每个均包括:光伏发电单元10、升压变压器20、直流输电电缆30,如图3所示,多个光伏发输电装置200并联连接,每个光伏发输电装置200的直流输电电缆30均连接至该逆变器50的输入端,多条直流输电电缆在直流负荷91和逆变器50处汇合,实现分布式光伏电站统一供电和并网。当然,该光伏发输电装置200还可以包括:双向DC/DC变换器70和/或发电端储能单元80。
在一个可选的实施例中,该分布式光伏远距离直流输电系统1还可以包括:并网开关110,连接在逆变器50的输出端与交流电网60之间,用于控制该分布式光伏远距离直流输电系统1离网,在系统出现故障时,利于维修。
在上述各个实施例中,各储能单元可以采用铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、铁镍蓄电池、金属氧化物蓄电池、锌银蓄电池、锌镍蓄电池、氢镍蓄电池、锂离子蓄电池等,本实用新型实施例对此不作限制。
在上述各个实施例中,各隔离开关或并网开关可以采用机械式接触器、断路器,也可以采用电力电子开关器件,如IGBT。
本实用新型实施例提供的分布式光伏远距离直流输电系统,采用基于直流配电网的多母线分布式光伏输电系统架构,包括:依次电连接的光伏发电单元、升压变压器、直流输电电缆以及逆变器;升压变压器将光伏发电单元产生的电能升压为中压直流电能,经直流输电电缆传输至逆变器,逆变器将中压直流电能转换为交流电能并入电网,实现光伏中压直流输电,有效降低线损,提高输电效率,适用于对光伏电站离负荷或大电网距离较远的场合,可以充分利用偏远地区的土地,建设大规模电站,使得大规模光伏电站的土地成本降低。而且,利用电力电子技术进行电能变换,能量可调度性更高。
另外,本实用新型实施例提供的分布式光伏远距离直流输电系统,通过发电端储能单元、直流负荷侧储能单元以及交流负荷侧储能单元的配合,实现储能协调控制,实现能量的优化调度和光伏合理发电,能够平滑发电端和用电端的功率,有效避免了光伏发电波动性和负荷波动性的影响,进而提高系统的稳定性、电能质量、鲁棒性和智能性。
并且,本实用新型实施例提供的分布式光伏远距离直流输电系统,在接入直流配网为直流负荷供电时,可省去逆变器,以降低成本并简化控制。
再者,本实用新型实施例提供的分布式光伏远距离直流输电系统,采用具有虚拟同步机(VSG)控制功能、并离网切换功能、谐波无功补偿功能以及虚拟阻抗功能的逆变器,能够有效提高系统的稳定性。
本说明书中的各个实施例采用递进的方式描述,各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
以上仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种分布式光伏远距离直流输电系统,其特征在于,包括:依次电连接的光伏发电单元、升压变压器、直流输电电缆以及逆变器;
所述升压变压器将所述光伏发电单元产生的电能升压为中压直流电能,经所述直流输电电缆传输至所述逆变器,所述逆变器将所述中压直流电能转换为交流电能并入电网。
2.根据权利要求1所述分布式光伏远距离直流输电系统,其特征在于,还包括:发电端储能单元以及双向DC/DC变换器,所述发电端储能单元通过所述双向DC/DC变换器连接所述光伏发电单元的电能输出端。
3.根据权利要求2所述分布式光伏远距离直流输电系统,其特征在于,还包括:
直流降压变压器,连接在所述直流输电电缆上,用于将所述直流输电电缆上的中压直流电能转换为低压直流电能,供直流负荷使用。
4.根据权利要求3所述分布式光伏远距离直流输电系统,其特征在于,还包括:
直流负荷侧储能单元,连接在所述直流降压变压器的输出端。
5.根据权利要求4所述分布式光伏远距离直流输电系统,其特征在于,还包括:
并网开关,连接在所述逆变器输出端与所述交流电网之间。
6.根据权利要求5所述分布式光伏远距离直流输电系统,其特征在于,还包括:
交流降压变压器,连接在所述逆变器输出端,用于将所述逆变器输出的交流电压降压至低压交流电能,供交流负荷使用。
7.根据权利要求6所述分布式光伏远距离直流输电系统,其特征在于,还包括:
交流负荷侧储能单元,连接在所述交流降压变压器的输出端。
8.根据权利要求7所述分布式光伏远距离直流输电系统,其特征在于,所述光伏发电单元包括:至少一光伏发电板以及至少一单向DC/DC变换器,所述光伏发电板通过对应的所述单向DC/DC变换器连接至所述升压变压器的输入端。
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