CN214204970U - 一种屋顶光储型风电场黑启动结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种屋顶光储型风电场黑启动结构，包括储能系统、屋顶光伏系统、风力发电系统和电源送出系统；该系统在电网大停电后，风电场风速理想的条件下，利用储能系统和屋顶光伏系统逐步启动风力发电系统，实现将风力发电系统作为黑启电源，通过电源送出系统送出能源，带动无自启动能力电源启动，使其重新恢复发电能力，快速为瓦解的电网提供电源，最大程度降低停电影响和损失，提升电网事故情况下恢复能力，为电网提供黑启动备选方案。

Description

一种屋顶光储型风电场黑启动结构

技术领域

本实用新型属于新能源黑启动技术领域，具体涉及一种屋顶光储型风电场黑启动结构。

背景技术

电力系统黑启动是在人为、自然灾害或设备故障导致电网大面积停电的情况下，且无外界电源的帮助，通过本系统内具有自启动能力的机组启动，进一步带动无自启动能力的机组启动，逐步扩大系统恢复范围，尽量在最短的时间内恢复整个电网运行和为用户供电，最大程度降低停电损失。由于黑启动能够快速的对瓦解的电网进行恢复，能够最大程度的降低电网瓦解带来的损失，对于电网应对严重事故意义重大，电网对此非常重视。

近年来我国风电并网容量已突破19.3GW，已经超越核电成为第三大主力电源，随着各大电力集团新能源装机、比例不断增大，使得电网在黑启动恢复过程中考虑风电场参与黑启动的可行性。大部分风电地处山区地带，地表水资源匮乏，常规黑启动水电机组、燃机较少，但风力资源丰富，在该区域实施黑启动具有一定的优势，对于加快电网的恢复速度，减少由大停电而导致的经济损失具有重要意义。

黑启动和风力发电结合在一起的研究也很少。首先一些地区风力资源是一种不连续型资源，无法保证在必要时期有连续充足的风能，其波动性和不可持续性是一种天然的限制，如果可以通过屋顶光储系统启动风机，使得风电场黑启动具有更广泛的推广意义，屋顶光储辅助风电场黑启动研究属于新型研究方向，能够为各大电力集团开展类似项目提供借鉴经验，提高我国黑启动水平和技术。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种屋顶光储型风电场黑启动结构，能够使得风电场在电网全黑且风速理想的情况下具备黑启动能力，加快电网快速恢复能力，建立对电网友好的风电场。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种屋顶光储型风电场黑启动结构，包括储能系统、屋顶光伏系统和风力发电系统，所述屋顶光伏系统与风力发电系统中站用400V母线相连，屋顶光伏系统用于将风电场屋顶太阳能转换为电能，并为风力发电系统辅机提供启动电源；所述储能系统与风力发电系统中站用400V母线相连，储能系统用于存储屋顶光伏系统转换的电能，当无光资源时可为风力发电系统辅机提供启动电源；所述风力发电系统用于将风能转换为电能，并为电网提供黑启动电源。

优选的，还包括电源送出系统，所述电源送出系统与风力发电系统中风场35kV母线相连，电源送出系统将风力发电系统与电网相连，当电网失电后风力发电系统通过电源送出系统为电网提供恢复用的黑启动电源。

进一步的，所述电源送出系统包括主变压器、并网断路器、送出220kV母线、线路断路器和输电线路，所述主变压器低压侧与风场35kV母线相连，主变压器高压侧依次经并网断路器、送出220kV母线和线路断路器与输电线路相连。

进一步的，所述主变压器变比为220kV/35kV，所述输电线路额定电压为220kV。

优选的，所述储能系统包括电池单元、储能直流开关、储能变流器和储能交流开关，所述电池单元依次经储能直流开关、储能变流器和储能交流开关与站用400V母线相连。

进一步的，所述电池单元额定输出直流电压为690V，所述储能变流器交流输出功率为2MW，储能变流器额定输出交流电压为400V。

优选的，所述屋顶光伏系统包括屋顶光伏单元、光伏直流开关、光伏逆变器和光伏交流开关，所述屋顶光伏单元依次经光伏直流开关、光伏逆变器和光伏交流开关与站用400V母线相连。

进一步的，所述屋顶光伏单元输出额定直流电压为620V，所述光伏逆变器额定功率为1MW，光伏逆变器额定输出交流电压为400V。

优选的，所述风力发电系统包括站用400V母线、站用变压器、站用馈线开关、风场35kV母线和风力发变组单元，所述站用变压器低压侧与站用400V母线相连，站用变压器高压侧经站用馈线开关与风场35kV母线相连，所述风力发变组单元电源输出端与风场35kV母线相连。

优选的，所述风力发变组单元包括风力发电机、风机变压器和风机并网开关，所述风力发电机电压输出端与风机变压器低压侧相连，所述风机变压器高压侧经风机并网开关与风场35kV母线相连；所述风力发电机额定输出电压为690V，所述风机变压器变比为35kV/0.69kV，所述站用变压器变比为35kV/0.4kV。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型在电网大停电后，风电场风速理想的条件下，利用储能系统和屋顶光伏系统逐步启动风力发电系统，实现将风力发电系统作为黑启电源，通过电源送出系统送出能源，带动无自启动能力电源启动，使其重新恢复发电能力，快速为瓦解的电网提供电源，最大程度降低停电影响和损失，提升电网事故情况下恢复能力，为电网提供黑启动备选方案。

进一步的，本实用新型可以合理利用风力发电系统屋顶控制区域光资源，电网正常运行时，将光资源转换为电能输送至电网，电网需要进行黑动时，联合储能系统为风力发电机提供启动电源。

进一步的，本实用新型储能系统可以有效解决弃光和弃风问题，实现能源合理利用，在晚上无光资源的情况下，依靠存储的电量仍可为风力发电机提供启动电源。

进一步的，本实用新型储能系统和屋顶光伏系统就近接入站用400V母线，简化一次系统结构，降低投资成本。

进一步的，本实用新型屋顶光伏系统正常运行时可降低站用变压器用电功率，利用绿色能源承担风力发电系统生活用电，构建可持续发展的风力发电系统，当电网需要进行黑启动时，由站用变压器倒送电为风力发电系统辅机提供工作电源。

进一步的，本实用新型经济效益好，不进行黑启动时，可通过屋顶光伏系统发电获取收益，进行黑启动时，可获得电网的黑启动奖励。

附图说明

图1为本实用新型黑启动结构原理图。

图2为本实用新型黑启动时设备工作状态图。

图中：1—储能系统；2—屋顶光伏系统；3—风力发电系统；4—电源送出系统；1-1—电池单元；1-2—储能直流开关；1-3—储能变流器；1-4—储能交流开关；2-1—屋顶光伏单元；2-2—光伏直流开关；2-3—光伏逆变器；2-4—光伏交流开关；3-1—站用400V母线；3-2—站用变压器；3-3—站用馈线开关；3-4—风场35kV母线；3-5—风力发变组单元；4-1—主变压器；4-2—并网断路器；4-3—送出220kV母线；4-4—线路断路器；4-5—输电线路；3-5-1—风力发电机；3-5-2—风机变压器；3-5-3—风机并网开关。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

本实用新型能够解决风力发电系统黑启动技术难题，巧妙的将储能系统和屋顶光伏系统结合为风力发电系统提供启动电源，使其具备电源送出系统失电情况下的黑启动能力。

本实用新型一种屋顶光储型风电场黑启动结构，如图1所示，包括储能系统1、屋顶光伏系统2和风力发电系统3，所述屋顶光伏系统2与风力发电系统3中站用400V母线3-1相连，屋顶光伏系统2用于将风电场屋顶太阳能转换为电能，并为风力发电系统3辅机提供启动电源；所述储能系统1与风力发电系统3中站用400V母线3-1相连，储能系统1用于存储屋顶光伏系统2转换的电能，当无光资源时可为风力发电系统3辅机提供启动电源；所述风力发电系统3用于将风能转换为电能，并为电网提供黑启动电源。

本实施例中，还包括电源送出系统4，所述电源送出系统4与风力发电系统3中风场35kV母线3-4相连，电源送出系统4将风力发电系统3与电网相连，当电网失电后风力发电系统3通过电源送出系统4为电网提供恢复用的黑启动电源。

本实施例中，所述电源送出系统4包括主变压器4-1、并网断路器4-2、送出220kV母线4-3、线路断路器4-4和输电线路4-5，所述主变压器4-1低压侧与风场35kV母线3-4相连，主变压器4-1高压侧依次经并网断路器4-2、送出220kV母线4-3和线路断路器4-4与输电线路4-5相连。

本实施例中，所述主变压器4-1变比为220kV/35kV，所述输电线路4-5额定电压为220kV。

本实施例中，所述储能系统1包括电池单元1-1、储能直流开关1-2、储能变流器1-3和储能交流开关1-4，所述电池单元1-1依次经储能直流开关1-2、储能变流器1-3和储能交流开关1-4与站用400V母线3-1相连。

本实施例中，所述电池单元1-1额定输出直流电压为690V，所述储能变流器1-3交流输出功率为2MW，储能变流器1-3额定输出交流电压为400V。

本实施例中，所述屋顶光伏系统2包括屋顶光伏单元2-1、光伏直流开关2-2、光伏逆变器2-3和光伏交流开关2-4，所述屋顶光伏单元2-1依次经光伏直流开关2-2、光伏逆变器2-3和光伏交流开关2-4与站用400V母线3-1相连。

本实施例中，所述屋顶光伏单元2-1输出额定直流电压为620V，所述光伏逆变器2-3额定功率为1MW，光伏逆变器2-3额定输出交流电压为400V。

本实施例中，所述风力发电系统3包括站用400V母线3-1、站用变压器3-2、站用馈线开关3-3、风场35kV母线3-4和风力发变组单元3-5，所述站用变压器3-2低压侧与站用400V母线3-1相连，站用变压器3-2高压侧经站用馈线开关3-3与风场35kV母线3-4相连，所述风力发变组单元3-5电源输出端与风场35kV母线3-4相连。

本实施例中，所述风力发变组单元3-5包括风力发电机3-5-1、风机变压器3-5-2和风机并网开关3-5-3，所述风力发电机3-5-1电压输出端与风机变压器3-5-2低压侧相连，所述风机变压器3-5-2高压侧经风机并网开关3-5-3与风场35kV母线3-4相连；所述风力发电机3-5-1额定输出电压为690V，所述风机变压器3-5-2变比为35kV/0.69kV，所述站用变压器3-2变比为35kV/0.4kV。

如图2所示，本实用新型黑启动时，所述光伏直流开关2-2、光伏交流开关2-4、储能直流开关1-2、储能交流开关1-4、站用馈线开关3-3、风机并网开关3-5-3均处于闭合状态，所述并网断路器4-2、输电线路4-5均处于断开状态，所述站用400V母线3-1电压维持在额定电压400V，所述风场35kV母线3-4电压维持在额定电压35kV，所述风力发电机3-5-1机端电压维持在额定电压690V，当风力发电系统3完成启动后，通过闭合并网断路器4-2、输电线路4-5将电源提供给电网，为电网提供黑启动电源。

以上所述，仅是本实用新型专利的较佳实施例，并非对本实用新型专利作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种屋顶光储型风电场黑启动结构，其特征在于，包括储能系统(1)、屋顶光伏系统(2)和风力发电系统(3)，所述屋顶光伏系统(2)与风力发电系统(3)中站用400V母线(3-1)相连，屋顶光伏系统(2)用于将风电场屋顶太阳能转换为电能，并为风力发电系统(3)辅机提供启动电源；所述储能系统(1)与风力发电系统(3)中站用400V母线(3-1)相连，储能系统(1)用于存储屋顶光伏系统(2)转换的电能，当无光资源时为风力发电系统(3)辅机提供启动电源；所述风力发电系统(3)用于将风能转换为电能，并为电网提供黑启动电源。

2.根据权利要求1所述的一种屋顶光储型风电场黑启动结构，其特征在于，还包括电源送出系统(4)，所述电源送出系统(4)与风力发电系统(3)中风场35kV母线(3-4)相连，电源送出系统(4)将风力发电系统(3)与电网相连，当电网失电后风力发电系统(3)通过电源送出系统(4)为电网提供恢复用的黑启动电源。

3.根据权利要求2所述的一种屋顶光储型风电场黑启动结构，其特征在于，所述电源送出系统(4)包括主变压器(4-1)、并网断路器(4-2)、送出220kV母线(4-3)、线路断路器(4-4)和输电线路(4-5)，所述主变压器(4-1)低压侧与风场35kV母线(3-4)相连，主变压器(4-1)高压侧依次经并网断路器(4-2)、送出220kV母线(4-3)和线路断路器(4-4)与输电线路(4-5)相连。

4.根据权利要求3所述的一种屋顶光储型风电场黑启动结构，其特征在于，所述主变压器(4-1)变比为220kV/35kV，所述输电线路(4-5)额定电压为220kV。

5.根据权利要求1所述的一种屋顶光储型风电场黑启动结构，其特征在于，所述储能系统(1)包括电池单元(1-1)、储能直流开关(1-2)、储能变流器(1-3)和储能交流开关(1-4)，所述电池单元(1-1)依次经储能直流开关(1-2)、储能变流器(1-3)和储能交流开关(1-4)与站用400V母线(3-1)相连。

6.根据权利要求5所述的一种屋顶光储型风电场黑启动结构，其特征在于，所述电池单元(1-1)额定输出直流电压为690V，所述储能变流器(1-3)交流输出功率为2MW，储能变流器(1-3)额定输出交流电压为400V。

7.根据权利要求1所述的一种屋顶光储型风电场黑启动结构，其特征在于，所述屋顶光伏系统(2)包括屋顶光伏单元(2-1)、光伏直流开关(2-2)、光伏逆变器(2-3)和光伏交流开关(2-4)，所述屋顶光伏单元(2-1)依次经光伏直流开关(2-2)、光伏逆变器(2-3)和光伏交流开关(2-4)与站用400V母线(3-1)相连。

8.根据权利要求7所述的一种屋顶光储型风电场黑启动结构，其特征在于，所述屋顶光伏单元(2-1)输出额定直流电压为620V，所述光伏逆变器(2-3)额定功率为1MW，光伏逆变器(2-3)额定输出交流电压为400V。

9.根据权利要求1所述的一种屋顶光储型风电场黑启动结构，其特征在于，所述风力发电系统(3)包括站用400V母线(3-1)、站用变压器(3-2)、站用馈线开关(3-3)、风场35kV母线(3-4)和风力发变组单元(3-5)，所述站用变压器(3-2)低压侧与站用400V母线(3-1)相连，站用变压器(3-2)高压侧经站用馈线开关(3-3)与风场35kV母线(3-4)相连，所述风力发变组单元(3-5)电源输出端与风场35kV母线(3-4)相连。

10.根据权利要求9所述的一种屋顶光储型风电场黑启动结构，其特征在于，所述风力发变组单元(3-5)包括风力发电机(3-5-1)、风机变压器(3-5-2)和风机并网开关(3-5-3)，所述风力发电机(3-5-1)电压输出端与风机变压器(3-5-2)低压侧相连，所述风机变压器(3-5-2)高压侧经风机并网开关(3-5-3)与风场35kV母线(3-4)相连；所述风力发电机(3-5-1)额定输出电压为690V，所述风机变压器(3-5-2)变比为35kV/0.69kV，所述站用变压器(3-2)变比为35kV/0.4kV。

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