CN209345053U - 一种核电、光伏与电力储能相结合的发电管理系统 - Google Patents

Abstract

一种核电、光伏与电力储能相结合的发电管理系统，其包括输电母线、厂用电输入装置、光伏输入装置、电力储能装置和电力输出装置。一者，本发电管理系统能延长核电站应急响应时间，有效防止应急电源的共模故障，在不增加核电站建设成本的前提下提高其安全性；二者，光伏输入装置能够有效利用核电站提供的优质布置场地；三者，通过厂用电、光伏电能、厂外电、柴油发电机多种能源共同提供电力，可提高光储电能的稳定性和经济性，也可增强外电网对新型能源的接纳程度；四者，由于光储电能参与了电网的调峰调频，使得核电站避免了在调峰调频方面的不利局面，可提高核电站的经济效益。

Description

一种核电、光伏与电力储能相结合的发电管理系统

技术领域

本发明涉及核发电技术，具体涉及一种核电、光伏与电力储能相结合的发电管理系统。

背景技术

一些核电站的事故经验表明，在极端自然灾害发生时核电站需要多重后备电源来供给电能才能有效缓解严重事故产生的后果。目前，业界常用的做法是增设移动柴油机或提高蓄电池容量的方法来提供后备电源，但是，该些方法不仅需要高额的成本，而且所提供的后备电源容量也极其有限，还不能有效缓解核电站在事故期间的供电紧张局面。此外，为适应核燃料运行的特殊要求及安全要求，在国内常将核电站作为电网的基荷运行，如此，使得核电机组较难实现调峰调频的功能，即使核反应堆的堆芯设计有调峰调频的应对措施，但核燃料控制棒的频繁动作将会对核反应堆的设计寿命和核电站的经济效益产生影响，而且，非线性功率在大范围内的持续波动还将影响到核电站的安全运行状况。如此可见，当前的核电站在电能管理方面还存在后备电源不足、调峰调频能力稍弱的情形。

发明内容

有鉴于此，本发明创造为弥补当前的核电站在电能管理方面存在的缺陷，提供了一种核电、光伏与电力储能相结合的发电管理系统，包括：

输电母线；

厂用电输入装置，与所述输电母线连接，用于将核电机组输出的厂用电输入至所述输电母线；

光伏输入装置，与所述输电母线连接，用于将光伏电能输入至所述输电母线；

电力储能装置，与所述输电母线连接，用于储存或补充所述输电母线上的电能；

电力输出装置，与所述输电母线连接，用于将所述输电母线上的电能输出至负载设备或外电网。

所述发电管理系统还包括厂外电输入装置，所述厂外电输入装置与所述输电母线连接，用于在低谷用电时段时将厂外电输送至所述输电母线。

所述发电管理系统还包括移动柴油机电源输入装置，所述移动柴油机电源输入装置与所述输电母线连接，用于将柴油发电机输出的电能输入至所述输电母线。

所述发电管理系统所述电力输出装置包括负荷输出装置和外电网输出装置；

所述负荷输出装置与所述输电母线连接，用于将所述输电母线上的电能输出至核电站内的负荷设备；所述外电网输出装置与所述输电母线连接，用于将所述输电母线上的电能输出至外电网。

所述电力储能装置包括蓄电池、BMS电池管理器和DC-AC双向变换器；

所述蓄电池通过所述DC-AC双向变换器与所述输电母线连接；

所述BMS电池管理器与所述蓄电池和所述DC-AC双向变换器连接，用于控制所述蓄电池的充/放电状态。

所述光伏输入装置包括光伏组件、汇流箱和DC-AC单向变换器；所述光伏组件通过所述汇流箱和所述DC-AC单向变换器与所述输电母线连接。

所述发电管理系统还包括控制器，所述控制器与所述厂用电输入装置、所述光伏输入装置、所述电力储能装置,和/或所述负荷输出装置、所述外电网输出装置，和/或所述厂外电输入装置、所述移动柴油机电源输入装置连接，所述控制器用于控制该些装置的电能输入或电能输出状态。

所述输电母线包括低压母线和中压母线，所述低压母线和所述中压母线通过变压装置连接；所述低压母线与所述厂用电输入装置、所述厂外电输入装置、所述电力储能装置连接；所述中压母线与所述光伏输入装置、所述外电网输出装置连接。

所述移动柴油机电源输入装置包括低压柴油机电源输入装置和中压柴油机电源输入装置，所述低压柴油机电源输入装置与所述低压母线连接，所述中压柴油机电源输入装置与所述中压母线连接；

所述负荷输出装置包括低压应急负荷装置和中压应急负荷装置，所述低压应急负荷装置与所述低压母线连接，所述中压应急负荷装置与所述中压母线连接。

本申请的有益效果是：

依据上述实施例的一种核电、光伏与电力储能相结合的发电管理系统，其包括输电母线、厂用电输入装置、光伏输入装置、电力储能装置和电力输出装置。第一方面，满足了核电站应急电源的多样性需求，可有效防止应急电源的共模故障，利用光伏电能、蓄电池电能、外部电网电能及移动柴油机电能可延长安全应急响应的时间，为核电站的安全运行提供保障；第二方面，可有效利用核电站中压和低压移动柴油发电机装置，在核电站事故工况下，可通过柴油机电源接口装置接入移动柴油发电机的电能，利于提高了核电站的运行安全性；第三方面，由于光伏电能和蓄电池电能具有很好的调峰调频特性，使得本系统能够参与电网调峰调频，克服以往的不利局面；第四方面，由于核电站的厂房屋顶和厂址地面都非常坚固，且具有较高的抗震性能，可为光伏输入装置提供了优质的布置场地；第五方面，由于电力储能装置和核电机组的厂内电的加入，使得光伏电能的输出电量更佳稳定，利于上网售电；第六方面，由于核电站的厂用电和处于低谷用电时段的厂外电都具有较低的价格优势，那么无论在电网是否执行“峰谷电价”的地区，均能提高核电站的经济效益。

附图说明

图1为发电管理系统的整体结构图；

图2为一种实施例中发电管理系统的详细结构图；

图3为另一种实施例中发电管理系统的详细结构图；

图4为一种实施例中发电管理方法的流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

本申请的发明构思在于，将核电能与其它类型的电能相结合来提高核电站的电能储量，以对核电能形成电力资源补充，从而加强核电站的电能管理能力。一方面，国家制定了今后的能源开发目标，要求到2020年非化石能源占一次能源消费比重达到15％左右的目标，特别是在《能源发展十三五规划》、《电力发展十三五规划》等多个文件明确，到2020年运行核电装机力争达到5800万千瓦，在建核电装机达到3000万千瓦以上；另一方面，国家提出了新型清洁能源的开发利用建议，特别是在2017年国家发改委等五部委出台的《关于促进储能技术与产业发展的指导意见(发改能源〔2017〕1701号)》和《关于开展分布式发电市场化交易试点的通知(发改能源〔2017〕1901号)》两份文件中，对储能技术与产业发展、分布式发电市场化、就近利用清洁能源资源、推广“互联网+”智慧能源等内容提出相关的要求和意见，从而大大加快了新型清洁能源的发展，特别是分布式发电系统和储能系统的发展。如此可知，将核电能结合其它清洁电能时，既符合国家在能源领域的长远规划，也可为核电站的电能形成有效补充。那么，在当前的各种清洁电能中，光伏电能作为新型的清洁能源正迎来飞速发展期，其主要优点是设计简单、布置灵活、能源可再生、易于调峰调频等；此外，电力储能也是发展清洁能源的一个重要组成部分，当前已广泛的应用于光伏领域并形成分布式光储系统。正是基于核电能、光伏电能和电力储能的优缺点，将三者进行相互配合以弥补各自的短处，既可以有效利用核电站闲置的优质屋顶和空地区域，也可提高核电站的安全裕度并支撑核电站参与电网调峰调频，还能为核电站带来最大的电力生产效益。

实施例一：

请参考图1，本申请公开一种核电、光伏与电力储能相结合的发电管理系统1，其包括输电母线11，及与输电母线11连接的厂用电输入装置12、光伏输入装置13、电力储能装置14和电力输出装置15，下面分别说明。

输电母线11，设于多个电力设备之间，用于传输电能，其可以是低压母线(如380V)和/或中压母线(如10kV或6.6kV)。在一实施例中，见图2，输电母线11包括交流380V的低压母线111和交流10kV或6.6kV的中压母线112，低压母线111和中压母线112通过变压装置进行连接，分别适应不同电压标准的电力装置的接入要求。

厂用电输入装置12与输电母线11连接，用于将核电机组输出的厂用电输入至输电母线。需要说明的是，核电机组主要有两路输出电能，一路为进入外电网(外电网是指国家的中高压输电网络)的销售电，一路为进入核电站内电网的厂用电，该厂用电为核电站的内部用电，其用电价格往往低于外电网的用电价格。此外，厂用电输入装置12可包括一些接线口、继电器、变压器、稳压器等电力器件，例如，继电器主要来控制线路通断，变压器、稳压器主要来平衡电压以适应于输电母线的输电要求，由于该些电力器件较为常见，因此这里不再对其进行说明和限制。

光伏输入装置13与输电母线11连接，用于将光伏电能输入至输电母线11。在一实施例中，见图2，光伏输入装置13可包括光伏组件131、汇流箱132和DC-AC单向变换器133，光伏组件131通过汇流箱132和DC-AC单向变换器133与输电母线连接。需要说明的是，光伏组件131为太阳能电池板的串并联阵列，可设置于核电站的厂房屋顶、闲置区域等位置，以高效的利用核电站的场地资源；汇流箱132主要用于将各个光伏电池板或者阵列的电能进行汇聚传输，属于光伏领域的常见设备；DC-AC单向变换器133(也称DC-AC转换器)是将直流电能转化成输出电压和频率稳定的交流电能的电力设备，属于现有技术，这里不再进行说明。需要说明的是，为了将光伏电能与中压母线112上的电能进行有效匹配，还可在DC-AC单向变换器133之后设置变压器等设备，来将光伏电能的电压转换为中压母线112允许的电压。

电力储能装置14与输电母线11连接，用于储存或补充输电母线11上的电能。在一实施例中，见图2，电力储能装置14可包括蓄电池141、BMS电池管理器142和DC-AC双向变换器143，蓄电池141通过DC-AC双向变换器143与输电母线连接，BMS电池管理器142与蓄电池141和DC-AC双向变换器143连接，用于控制蓄电池141的充/放电状态。需要说明的是，蓄电池141可为锂电池、铅蓄电池等电池类型，具体容量以系统的电力存储需求设定，这里不进行限制；DC-AC双向变换器143可实现直流转交流的逆变功能，也可实现交流转直流的整流功能，属于常见的电力设备，这里不再进行详细说明；BMS电池管理器142(又称电池管理系统)，主要来控制充电和放电过程，能够提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电的情形。

电力输出装置15与输电母线11连接，用于将输电母线11上的电能输出至负载设备或外电网。在一实施例中，见图2，电力输出装置15包括负荷输出装置151和外电网输出装置152；其中，负荷输出装置151与低压母线111连接，用于将输电母线上的电能输出至核电站内的负荷设备(如各种监测单元、电控阀门、电动泵等)，而外电网输出装置152与输电母线连接，用于将所述输电母线上的电能输出至外电网。

在一具体实施例中，负荷输出装置151包括低压应急负荷装置1511和中压应急负荷装置1512，低压应急负荷装置1511与低压母线111连接以为核电站内诸如监测单元、电控阀门等低压负荷供电，中压应急负荷装置1512与中压母线112连接以为核电站内诸如电动泵等中压负荷供电。其中，低压应急负荷装置1511、中压应急负荷装置1512、外电网输出装置152均可包括一些接线口、继电器、变压器、稳压器等类型的电力器件，例如，继电器主要来控制线路通断，变压器、稳压器主要来平衡电压以适应于负荷或外电网的输电要求，由于该些电力器件比较常见，因此这里不再对其进行说明和限制。

进一步地，发电管理系统1还包括厂外电输入装置16，厂外电输入装置16与输电母线11连接，用于在低谷用电时段时将厂外电输送至所述输电母线。需要说明的是，厂外电是指核电站生活区低压的公共输电网络，例如民用电网，该厂外电往往执行国家规定的峰谷电价，因此，厂外电输入装置16可在厂外电执行低谷用电时段时将厂外电输入至低压母线111，以便以低价的方式获取外部的电能。该厂外电输入装置16可包括一些接线口、继电器、变压器、稳压器等类型的电力器件，例如，继电器主要来控制线路通断，变压器、稳压器主要来平衡电压以适应于输电母线11的输电要求，由于该些电力器件比较常见，因此这里不再对其进行说明和限制。

进一步地，发电管理系统1还包括移动柴油机电源输入装置17，移动柴油机电源输入装置17与输电母线11连接，用于将柴油发电机输出的电能输入至输电母线11。在一实施例中，见图2，移动柴油机电源输入装置17包括低压柴油机电源输入装置171和中压柴油机电源输入装置172，其中，低压柴油机电源输入装置171与低压母线111连接以将柴油发电机输出的低压电能输入至低压母线111，中压柴油机电源输入装置172与中压母线112连接以将柴油发电机输出的中压电能输入至中压母线112。需要说明的是，低压柴油机电源输入装置171和中压柴油机电源输入装置172均可包括一些接线口、继电器、变压器、稳压器等类型的电力器件，例如，继电器主要来控制线路通断，变压器、稳压器主要来平衡电压以适应于低压母线111或中压母线112的输电要求，由于该些电力器件比较常见，因此这里不再对其进行说明和限制。

进一步地，见图3，发电管理系统1还包括控制18，控制器18与厂用电输入装置12、光伏输入装置13、电力储能装置14，和/或负荷输出装置151、外电网输出装置152，和/或厂外电输入装置16、移动柴油机电源输入装置17连接，控制器18用于控制该些装置的电能输入或电能输出状态。可采用一些常规的控制机制，例如，控制器18在核电机组故障时控制厂用电输入装置12停止输入厂用电，在光伏电能充足时控制DC-AC单向变换器133进行光伏电能输入操作，在母线电能不足时控制移动柴油机电源输入装置17输入柴油发电机的电能，控制蓄电池组141通过DC-AC双向变换器143输入电能，在核电站内负荷设备用电时控制负荷输出装置151输出电能，在母线电能充裕时控制BMS电池管理器142进行充电操作并控制外电网输出装置152进行外电网供电操作。需要说明的是，该控制机制可以采用现有的常规控制方法，也可采用未来出现的优选控制方法，这里不进行限制。

在一实施例中，上述的各种装置构建了如图3所示的发电管理系统，低压母线111和中压母线112通过变压装置连接，低压母线111与厂用电输入装置12、厂外电输入装置16、电力储能装置14、低压柴油机电源输入装置171和低压负荷输出装置1511连接，而中压母线112与光伏输入装置13、外电网输出装置152、中压柴油机电源输入装置172连接。如此，可形成厂外电、厂用电、低压柴油机电源、高压柴油机电源、光伏电能联合输入低压/高压母线的情形，蓄电池储存或者补充低压母线上电能的情形，及低压/高压母线为核电站内的负荷进行供电的情形，还可形成高压母线对外电网进行供电的情形。在这样的情形下，各种输入电能及输出电能达到最优化的配置状态，既能满足核电站内电网的稳定供电要求，也能充分地将多余电能销售至外电网以获得经济利益。

实施例二：

为实现实施例一中发电管理系统1的最优电能管理模式，本申请还公开了一种发电管理方法，该发电管理方法对应的控制程序可设于控制器18上以通过处理器进行执行。该发电管理方法可见图4，这里将对该方法进行简要说明。

首先，控制器18判断核电站是否为正常工况(即核电机组正常发电的情形)，若工况正常则判断是否执行峰谷电价，在低谷用电时段时则启动厂外电输入装置16以将厂外电输入至低压母线111并对蓄电池进行充电，在未进入低谷用电时段时则启动厂内电输入装置12以将厂内电输入至低压母线111并对蓄电池进行充电；之后判断光伏电能是否充足，若光伏电能充足则启动光伏输入装置13和外电网输出装置152以将光伏电能输出至外电网，若光伏电能不充足则判断蓄电池储能是否充足；若蓄电池储能充足，则启动电力储能装置14和外电网输出装置152以输出电能至外电网，若蓄电池电能不充足，则启动厂用电输入装置12和外电网输出装置152以将厂内电输出至外电网。

在控制器18判断核电站出现失去交流电等非正常工况时，则判断外电网输出装置152是否可用，若可用则启动该装置进行整流以将外电网的电能输入至中压母线112；若外电网输出装置152不可用时则判断厂外电输入装置16是否可用，若可用则启动厂外电输入装置16以将厂外电输入至低压母线111；若厂外电输入装置16不可用时则判断光伏输入装置13是否可用，若可用则启动光伏输入装置13以将光伏电能输入至中压母线112；若光伏输入装置13不可用时则判断电力储能装置14是否可用，若可用则启动电力储能装置14以将蓄电池的储存电能输入至低压母线111；若电力储能装置14不可用时则判断移动柴油机电源装置17是否可用，若可用则启动移动柴油机电源装置17(包括低压柴油机电源输入装置171或中压柴油机电源输入装置172)以将柴油发电机的电能输入至低压母线111或高压母线112。

需要说明的是，控制器18重复执行上述发电管理方法，以使得控制器18对发电管理系统1形成持续的控制效果。

需要说明的是，通过构建实施例一中的发电管理系统和实施例二中的发电管理方法，本申请的技术方案可实现优异的应用效果。主要效果表现如下：

(1)可实现核电、光伏、电力储能三位一体新型清洁能源的开发与应用

光伏、储能和核电都属于清洁能源发电系统，但是当三者独立运行时，核电站存在参与电网调峰调频困难、应急电源供电时长和供电多样性与投资成本之间的矛盾突出等问题；分布式光伏电站存在发电量不稳定、对屋顶承载力要求高、电能质量差等问题；储能电站存在投资回报率低、难以收回成本等问题，但是将三者有机结合以后，上述问题均能得到较为有效地解决。

(2)可实现光伏、电力储能与核电站之间的有效连接

本发电管理系统可分为两部分，分别为低压母线连接部分和中压母线连接部分，两部分之间进行有效连接。对于第一部分，电力储能装置与交流380V的低压母线相连，并设置有连接核电站厂外电源、核电站厂用电源和低压柴油机电源的电力输入接口，还通过电力输出接口来连接低压负荷输出装置以对核电站低压应急负荷进行供电；对于第二部分，光伏输入装置与10kV/6.6kV的中压母线连接，并设置有中压柴油机电源接口的电力输入接口，以及连接核电站中压应急负荷和外电网的电力输出接口。此外，考虑到核电站的安全性，本系统中10kV/6.6kV的中压母线还可连接至核电站220kV备用电源变电站永临结合的施工变10kV母线上，而380V的低压母线与10kV/6.6kV的中压母线之间通过变压器相连。

(3)可实现光伏、电力储能与核电站之间的最优运行模式

当核电站正常运行时，光伏电站将太阳能转化为电能向电网售电，多余电量给储能系统充电；当光资源不足时，则可以通过储能系统向电网售电。储能系统通过核电站厂外电源和核电站厂用电两者中的“谷时电”和“低价电”向储能系统充电，当光伏发电量不足或者电网需核电站参与调频调峰时，通过核电站220kV备用电源变电站永临结合的施工变10kV母线或与380V交流母线相连的核电站厂外电源向电网售电，以获取最大的经济效益。

(4)可增强核电站安全应急负荷供电安全性

在核电站发生事故时，光伏和储能可作为核电站的后备电源直接给核电站安全应急负荷供电，大大延长核电站应急负荷的供电时长。此外，还可通过光伏电站、蓄电池组、外电网电源以及柴油机电源等四种方式向核电站提供应急电源，提高了核电站安全应急电源供电的多样性和可靠性，降低了事故风险，增强核电站防事故的纵深防御能力。

(5)可实现核电站调频调峰功能，从而提高核电站的安全性和经济性

光储电站往往具有良好的调峰调频性能，其调峰调频的速度、精度和能力均数倍于核电机组。因此，通过在核电站内建设的光储电站可向电网提供调峰调频及持续负荷跟踪服务，从而使核电站只需维持基荷满载发电即可，这样避免了核电站控制棒的频繁动作，提高了核电站的安全性和经济性。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (9)

1.一种核电、光伏与电力储能相结合的发电管理系统,其特征在于，包括：

输电母线；

厂用电输入装置，与所述输电母线连接，用于将核电机组输出的厂用电输入至所述输电母线；

光伏输入装置，与所述输电母线连接，用于将光伏电能输入至所述输电母线；

电力储能装置，与所述输电母线连接，用于储存或补充所述输电母线上的电能；

电力输出装置，与所述输电母线连接，用于将所述输电母线上的电能输出至负载设备或外电网；

控制器，所述控制器与所述厂用电输入装置、所述光伏输入装置、所述电力储能装置连接,所述控制器用于控制该些装置的电能输入或电能输出状态。

2.如权利要求1所述发电管理系统，其特征在于，还包括厂外电输入装置，所述厂外电输入装置与所述输电母线连接，用于在低谷用电时段时将厂外电输送至所述输电母线。

3.如权利要求1所述发电管理系统，其特征在于，还包括移动柴油机电源输入装置，所述移动柴油机电源输入装置与所述输电母线连接，用于将柴油发电机输出的电能输入至所述输电母线。

4.如权利要求1所述发电管理系统，其特征在于，所述电力输出装置包括负荷输出装置和外电网输出装置；

所述负荷输出装置与所述输电母线连接，用于将所述输电母线上的电能输出至核电站内的负荷设备；所述外电网输出装置与所述输电母线连接，用于将所述输电母线上的电能输出至外电网。

5.如权利要求1所述发电管理系统，其特征在于，所述电力储能装置包括蓄电池、BMS电池管理器和DC-AC双向变换器；

所述蓄电池通过所述DC-AC双向变换器与所述输电母线连接；

所述BMS电池管理器与所述蓄电池和所述DC-AC双向变换器连接，用于控制所述蓄电池的充/放电状态。

6.如权利要求1所述发电管理系统，其特征在于，所述光伏输入装置包括光伏组件、汇流箱和DC-AC单向变换器；所述光伏组件通过所述汇流箱和所述DC-AC单向变换器与所述输电母线连接。

7.如权利要求2-4中任一项所述发电管理系统，其特征在于，所述控制器还与所述负荷输出装置、所述外电网输出装置、所述厂外电输入装置和/或所述移动柴油机电源输入装置连接，所述控制器用于控制该些装置的电能输入或电能输出状态。

8.如权利要求7中所述发电管理系统，其特征在于，所述输电母线包括低压母线和中压母线，所述低压母线和所述中压母线通过变压装置连接；

所述低压母线与所述厂用电输入装置、所述厂外电输入装置、所述电力储能装置连接；

所述中压母线与所述光伏输入装置、所述外电网输出装置连接。

9.如权利要求8所述发电管理系统，其特征在于，

所述移动柴油机电源输入装置包括低压柴油机电源输入装置和中压柴油机电源输入装置，所述低压柴油机电源输入装置与所述低压母线连接，所述中压柴油机电源输入装置与所述中压母线连接；

所述负荷输出装置包括低压应急负荷装置和中压应急负荷装置，所述低压应急负荷装置与所述低压母线连接，所述中压应急负荷装置与所述中压母线连接。