CN219268504U - 新能源电力子系统及新能源互补输电系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种新能源电力子系统及新能源互补输电系统，属于新能源电力领域。该新能源电力子系统，包括：风能发电装置组群，风能发电装置组群包括至少两类风力发电机组，风力发电机组包括交流直流换流器，风能发电装置组群中每台风力发电机组的交流直流换流器与直流汇集线路电连接；非风能发电装置组群，非风能发电装置组群包括至少一类非风能发电装置，非风能发电装置通过交流直流换流器或第一直流换流器与直流汇集线路电连接。根据本申请实施例能够兼容多种类型的新能源发电子系统同场布局。

Description

新能源电力子系统及新能源互补输电系统

技术领域

本申请属于新能源电力领域，尤其涉及一种新能源电力子系统及新能源互补输电系统。

背景技术

随着经济的发展与科技的进步，常规能源日益减少，环境问题也越来越突出。同时，随着人们生活水平的提高，对用电量的要求也越来越高。在此情形下，新能源以其可再生、对环境影响小的优势，使得利用新能源为电网进行供电成为电力系统的一大发展趋势。

目前，风电等各种新能源系统的并网技术路线主要有基于工频高压交流传输（HVAC）及并网的送出和基于高压直流传输（VSC-HVAC）的送出两种方式。

例如，图1示出了基于工频高压交流传输及并网的常规送出方案。风力发电机组中发电机11输出的电能经过全功率变换器12、升压变电站13变换得到工频交流电能，在风电场内进行35kV/50Hz的交流汇集，汇集后通过主变电站14实现工频升压，从而通过110kV或更高的工频电压送出并并网。这种技术方案总体成本较低、技术成熟、工程经验丰富，目前已经投运的风电场项目几乎都采用这种总体方案。然而，受平价时代的来临和源网荷储一体化趋势的加剧，在特定的条件之下，如长距离输电的场景中，交流电能在长距离传输过程中的损耗较大，使得图1所示的工频高压交流传输及传输方案不再是最经济的方案。

例如，图2示出了基于高压直流传输的送出方案。风力发电机组中发电机21输出的电能经过全功率变换器22、升压变电站23变换得到工频交流电能，在风电场内进行35kV/50Hz的交流汇集，在汇集处通过升压变电站24进行交流/50Hz升压，再通过换流站25高压整流后以高压直流（直流320kV或其它电压等级）送出。图2所示的送出方案与图1所示的送出方案相比，消耗的成本在深远海场景下（距离陆地超过120公里左右）或在沙戈荒等远离电网中心的新能源开发场景下（离电网中心的距离超过120公里的场景）更少。然而，这一种送出方案只适合于一种新能源类型的发电装置电能的汇集和外送。若有多种新能源类型的发电装置，因为各类新能源的发电装置在其拓扑结构上都具有特殊性，输出的交流电能的特性也不同，若想要采用图2所示的送出方案进行汇集，则需对各类新能源类型的发电装置输出的交流电能再分别设置换流装置或变压装置，改造量较大，会导致成本大量增加。

而现阶段沙戈荒等新能源富集地区的资源开发越来越受到重视。为了节约新能源开发的总体成本，风、光等多种新能源的送出方案要统一考虑，而且不应受制于新能源类型的不同或新能源技术路线的不同。

但新能源的种类较多，相同或不同的新能源对应的发电方式的种类也较多，根据不同的新能源，采用不同的发电方式产生的交流电能的并网特性并不相同，并网特性的差异会降低多类新能源发电装置并网的输电质量；现有方案通过高压交流线路并网，新能源大基地跟电网系统的耦合关系更强，新能源的随机波动性对电网运行的安全稳定性的影响很大；在多种新能源型式同场或近场的前提下，整个区域新能源送出的综合成本高。因此，现有技术的新能源发电并网及送出方案很难做到多类型的新能源电源的同场兼容布局。

实用新型内容

本申请实施例提供一种新能源电力子系统及新能源互补输电系统，能够兼容多种类型的新能源发电子系统同场布局。

第一方面，本申请实施例提供一种新能源电力子系统，包括：风能发电装置组群，风能发电装置组群包括至少两类风力发电机组，风力发电机组包括交流直流换流器，风能发电装置组群中每台风力发电机组的交流直流换流器与直流汇集线路电连接；非风能发电装置组群，非风能发电装置组群包括至少一类非风能发电装置，非风能发电装置通过交流直流换流器或第一直流换流器与直流汇集线路电连接。

第二方面，本申请实施例提供一种新能源互补输电系统，包括：第一方面的新能源电子子系统；与新能源电力子系统电连接的中间电能转换装置；与中间电能转换装置电连接的电网。

本申请实施例提供一种新能源电力子系统及新能源互补输电系统，新能源电力子系统包括风能发电装置组群和非风能发电装置组群，风能发电装置组群包括至少两类风力发电机组，风力发电机组包括交流直流换流器，且风能发电装置组群中每台风力发电机组的交流直流换流器与直流汇集线路电连接。非风能发电装置组群包括至少一类非风能发电装置，非风能发电装置通过交流直流换流器或第一直流换流器与直流汇集线路电连接。风能发电装置组群中的风力发电机组和非风能发电装置组群中的非风能发电装置将直流电能输入直流汇集线路，由直流汇集线路向外传输直流电能。直流电能可消除不同类新能源发电装置以及不同的发电方式产生的交流电能在并网特性上的差异，对新能源发电装置并网中的交流耦合进行解耦，从而提高多类新能源发电装置并网的输电质量，兼容多种类型的新能源发电子系统同场布局。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，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。

图1为现有技术中基于工频高压交流传输及并网的常规送出方案的结构示意图；

图2为现有技术中基于高压直流传输的送出方案的结构示意图；

图3为本申请一实施例提供的新能源电力子系统的结构示意图；

图4为本申请一实施例提供的新能源互补输电系统的结构示意图；

图5为本申请另一实施例提供的新能源互补输电系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本申请进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本申请，而不是限定本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请更好的理解。

随着经济的发展与科技的进步，常规能源日益减少，环境问题也越来越突出。同时，随着人们生活水平的提高，对用电量的要求也越来越高。在此情形下，新能源以其可再生、对环境影响小的优势，使得利用新能源为电网进行供电成为电力系统的一大发展趋势。但新能源的种类较多，相同或不同的新能源对应的发电方式的种类也较多，根据不同的新能源，采用不同的发电方式产生的交流电能的并网特性并不相同，并网特性的差异会降低多个新能源发电装置并网的输电质量。

本申请提供一种新能源电力子系统及新能源互补输电系统，能够将多个种类的风力发电机组以及非风能发电装置通过直流线路互联，再通过直流线路输出，消除多类新能源发电装置与电网的并网关系中的交流耦合，从而避免交流电能的并网特征的差异对并网的输电质量带来的影响，提高多类新能源发电装置并网的输电质量。

下面对本申请提供的新能源电力子系统及新能源互补输电系统分别进行说明。

本申请第一方面提供一种新能源电力子系统。图3为本申请一实施例提供的新能源电力子系统的结构示意图，如图3所示，该新能源电力子系统可包括风能发电装置组群31和非风能发电装置组群32。

风能发电装置组群31可包括至少两类风力发电机组，不同类的风力发电机组中的发电机类型可不同。在一些示例中，风力发电机组可包括以下两类或两类以上：直驱风力发电机组、半直驱风力发电机组、异步风力发电机组、双馈异步风力发电机组。例如，如图3所示，风能发电装置组群31可包括直驱风力发电机组41、半直驱风力发电机组42、异步风力发电机组43和双馈异步风力发电机组44。当然，风能发电装置组群31中也可包括更多类或更少类的风力发电机组，在此并不限定。在此并不限定风能发电装置组群31中每一类风力发电机组的数量，在风能发电装置组群31中任意一类风力发电机组的数量可以为一台，也可为两台以上。

风力发电机组包括交流直流换流器（可简称为AC/DC），风能发电装置组群中每台风力发电机组的交流直流换流器与直流汇集线路电连接。风力发电机组可省去直流交流换流器，每台风力发电机组均以直流电能作为输出，并将各自输出的直流电能汇集与直流汇集线路传输。

例如，如图3所示，直驱风力发电机组41可包括依次电连接的直驱发电机412和交流直流换流器413，交流直流换流器413的输出与直流汇集线路33电连接。直驱风力发电机组41还可包括机械传动结构411，机械传动结构与直驱发电机412连接，机械传动结构411可包括叶片，机械传动结构411可将风能转换为机械能，并传输给直驱发电机412，直驱发电机412产生交流电能，通过交流直流换流器413转换得到直流电能，并通过直流汇集线路33传输。

半直驱风力发电机组42可包括依次电连接的半直驱发电机423和交流直流换流器424，交流直流换流器424的输出与直流汇集线路33电连接。半直驱风力发电机组42还可包括机械连接的机械传动结构421和齿轮箱422，机械传动结构421可包括叶片，机械传动结构421将风能转换为机械能，通过齿轮箱422变速后由半直驱发电机423将机械能转换为交流电能，再通过交流直流换流器424转换得到直流电能，并通过直流汇集线路33传输。

异步风力发电机组43可包括依次电连接的异步发电机433和交流直流换流器434，交流直流换流器434的输出与直流汇集线路33电连接。异步风力发电机组43还可包括机械连接的机械传动结构431和齿轮箱432，机械传动结构431可包括叶片，机械传动结构431将风能转换为机械能，通过齿轮箱432变速后由异步发电机433将机械能转换为交流电能，再通过交流直流换流器434转换得到直流电能，并通过直流汇集线路33传输。

双馈异步风力发电机组44可包括依次电连接的双馈异步发电机443、定子侧交流直流换流器444和转子侧交流直流换流器445，定子侧交流直流换流器444与双馈异步发电机443的定子电连接，转子侧交流直流换流器445与双馈异步发电机443的转子电连接，定子侧交流直流换流器444的输出以及转子侧交流直流换流器445的输出与直流汇集线路33电连接。双馈异步风力发电机组44还可包括机械连接的机械传动结构441和齿轮箱442，机械传动结构441可包括叶片，机械传动结构441将风能转换为机械能，通过齿轮箱442变速后由双馈异步发电机443将机械能转换为交流电能，双馈异步发电机443中定子输出的交流电能通过定子侧交流直流换流器444转换得到直流电能，并通过直流汇集线路33传输，双馈异步发电机组443中转子输出的交流电能通过转子侧交流直流换流器445转换得到直流电能，并通过直流汇集线路33传输。

非风能发电装置组群包括至少一类非风能发电装置，非风能发电装置包括采用除风能以外的其他新能源发电的装置。非风能发电装置通过交流直流换流器或第一直流换流器与直流汇集线路电连接。若非风能发电装置输出的是交流电能，则非风力发电装置通过交流直流换流器与直流汇集线路电连接，即，非风力发电装置输出的交流电能通过交流直流换流器转换为直流电能，并通过直流汇集线路传输。若非风能发电装置输出的是直流电能，则非风力发电装置通过第一直流换流器与直流汇集线路电连接，即，非风力发电装置输出的直流电能通过第一直流换流器转换得到适于传输的直流电能，并通过直流汇集线路传输。第一直流换流器包括与非风力发电装置输出电连接的直流换流器（可简称为DC/DC）。

例如，如图3所示，非风能发电装置可包括光伏电站45，光伏电站45可通过第一直流换流器46与直流汇集线路33电连接。光伏电站45在直流组网上具有天然优势，使得光伏电站45与风力发电机组的同场布局易于实现，非常适合在一些如戈壁荒漠等新能源富集的区域进行资源开发与电能输出。

在本申请实施例中，新能源电力子系统包括风能发电装置组群31和非风能发电装置组群32，风能发电装置组群31包括至少两类风力发电机组，风力发电机组包括交流直流换流器，且风能发电装置组群31中每台风力发电机组的交流直流换流器与直流汇集线路33电连接。非风能发电装置组群32包括至少一类非风能发电装置，非风能发电装置通过交流直流换流器或第一直流换流器与直流汇集线路33电连接。风能发电装置组群31中的风力发电机组和非风能发电装置组群32中的非风能发电装置将直流电能输入直流汇集线路，由直流汇集线路33向外传输直流电能。直流电能可消除不同类新能源发电装置以及不同的发电方式产生的交流电能在并网特性上的差异，对新能源发电装置并网中的交流耦合进行解耦，从而提高多类新能源发电装置并网的输电质量，解除了不同类型的新能源发电装置以及不同机型的风力发电机组同场布局的限制，实现不同类型的新能源发电装置以及不同机型的风力发电机组的同场兼容布局。而且，风力发电机组省去了直流交流换流器，也简化了风力发电机组的拓扑结构，降低了风力发电机组的成本，从而降低了新能源组网的成本，因此降低电源侧和场内集电系统总体成本。

在一些示例中，同一新能源电力子系统中风力发电机组之间的距离小于第一预设距离，同一新能源电力子系统中非风能发电装置之间的距离小于第二预设距离，同一新能源电力子系统中风力发电机组与非风能发电装置之间的距离小于第三预设距离。第一预设距离、第二预设距离、第三预设距离可用于确定同场布局的新能源发电装置，具体可根据场景、需求等设定，在此并不限定。风力发电机组之间的距离小于第一预设距离，可确定风力发电机组适于同场布局。非风能发电装置之间的距离小于第二预设距离，非风能发电装置适于同场布局。风力发电机组与非风能发电装置之间的距离小于第三预设距离，可确定风力发电机组与非风能发电装置适于同场布局。

本申请第二方面提供一种新能源互补输电系统，可包括上述实施例中的新能源电力子系统、中间电能转换装置与电网并网端口。中间电能转换装置与新能源电力子系统电连接，电网并网端口与中间电能转换装置电连接。新能源电力子系统通过直流汇集线路将直流电能传输至中间电能转换装置，由中间电能转换装置将直流电能转换为适于继续传输的电能，并传输至电网并网端口，再通过电网并网端口传输至电网。

图4为本申请一实施例提供的新能源互补输电系统的结构示意图，如图4所示，新能源互补输电系统包括新能源电力子系统30、中间电能转换装置和电网并网端口61，中间电能转换装置可包括第一直流交流换流器51和变压器52。

新能源电力子系统30的具体内容可参见上述实施例中的相关说明，在此不再赘述。第一直流交流换流器51与直流汇集线路33电连接，即，第一直流交流换流器51通过直流汇集线路33与新能源电力子系统30电连接，变压器52的一端与第一直流交流换流器51电连接，变压器52的另一端与电网并网端口61电连接，电网并网端口61与电网电连接。新能源电力子系统30输出的直流电能通过直流汇集线路33传输至第一直流交流换流器51，第一直流换流器51将传输来的直流电能转换为符合电网要求的交流电能，并传输至电网并网端口61。

图5为本申请另一实施例提供的新能源互补输电系统的结构示意图，如图5所示，新能源互补输电系统包括新能源电力子系统30、中间电能转换装置和电网并网端口61，中间电能转换装置包括第二直流换流器53和第二直流交流换流器54。

新能源电力子系统30的具体内容可参见上述实施例中的相关说明，在此不再赘述。新能源电力子系统30通过直流汇集线路33、第二直流换流器53和第二直流交流换流器54与电网并网端口61电连接。新能源电力子系统30输出的直流电能通过直流汇集线路33传输至第二直流换流器53，第二直流换流器53将传输来的直流电能转换为适于传输的直流电能，并向第二直流交流换流器54传输，第二直流交流换流器54将直流电能转换为满足电网要求的交流电能，并向电网并网端口61传输。

在一些示例中，新能源互补输电系统可包括N个新能源电力子系统30和M个电网并网端口61，N和M为大于1的整数。如图5所示，N个新能源电力子系统30的输出与N个第二直流换流器53一一对应连接，N个第二直流换流器53串联连接。M个电网并网端口61与M个第二直流交流换流器54一一对应连接，M个第二直流交流换流器54串联连接。N个串联的第二直流换流器53中的第一个第二直流换流器53与M个串联的第二直流交流换流器54中的第一个第二直流交流换流器54电连接，N个串联的第二直流换流器53中的第N个第二直流换流器53与M个串联的第二直流交流换流器54中的第M个第二直流交流换流器54电连接。新能源互补输电系统可对传输到每个电网并网端口61的电能进行灵活的调配，且多个电网并网端口61对应的电网之间互不影响。例如，若新能源互补输电系统连接的电网包括电网A和电网B，电网A的电能需求量较大，电网B的电能需求量较小，则多个新能源电力子系统可通过电网A的电网并网端口61为电网A提供相对更多的电能，通过电网B的电网并网端口61为电网B提供相对更少的电能，以满足各个电网各自的需求。

在一些示例中，不同新能源电力子系统之间的距离大于第四预设距离且小于第五预设距离，即，不同新能源电力子系统中新能源发电装置之间的距离大于第四预设距离且小于第五预设距离。第四预设距离可用于确定距离不足以位于同一新能源电力子系统中的新能源发电装置，第五预设距离可用于确定距离足以临近共同布局的新能源电力子系统，第四预设距离和第五预设距离具体可根据场景、需求等设定，在此并不限定。之间的距离大于第四预设距离的两个新能源发电装置可分别位于两个新能源电力子系统中，之间的距离大于第四预设距离且小于第五预设距离的两个新能源电力子系统可临近共同布局。在一些示例中，第四预设距离大于等于第一预设距离、第二预设距离、第三预设距离中的最大值。临近的新能源基地可通过直流线路互联，然后再通过直流线路送出，在多个新能源基地相互关系中或新能源大基地跟大电网并网关系中不存在交流耦合，故障不存在耦合关系，进一步提高电力系统运行的安全稳定性。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均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。对于新能源互补输电系统实施例而言，相关之处可以参见新能源电力子系统的说明部分。本申请并不局限于上文所描述并在图中示出的特定结构。本领域的技术人员可以在领会本申请的精神之后，作出各种改变、修改和添加。并且，为了简明起见，这里省略对已知技术的详细描述。

本领域技术人员应能理解，上述实施例均是示例性而非限制性的。在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。在权利要求书中，术语“包括”并不排除其他装置或步骤；数量词“一个”不排除多个；术语“第一”、“第二”用于标示名称而非用于表示任何特定的顺序。权利要求中的任何附图标记均不应被理解为对保护范围的限制。权利要求中出现的多个部分的功能可以由一个单独的硬件或软件模块来实现。某些技术特征出现在不同的从属权利要求中并不意味着不能将这些技术特征进行组合以取得有益效果。

Claims (10)

1.一种新能源电力子系统，其特征在于，包括：

风能发电装置组群，所述风能发电装置组群包括至少两类风力发电机组，所述风力发电机组包括交流直流换流器，所述风能发电装置组群中每台所述风力发电机组的交流直流换流器与直流汇集线路电连接；

非风能发电装置组群，所述非风能发电装置组群包括至少一类非风能发电装置，所述非风能发电装置通过交流直流换流器或第一直流换流器与所述直流汇集线路电连接。

2.根据权利要求1所述的新能源电力子系统，其特征在于，所述风力发电机组包括以下两类或两类以上：

直驱风力发电机组、半直驱风力发电机组、异步风力发电机组、双馈异步风力发电机组。

3.根据权利要求2所述的新能源电力子系统，其特征在于，

所述直驱风力发电机组包括依次电连接的直驱发电机和交流直流换流器；

所述半直驱风力发电机组包括依次电连接的半直驱发电机和交流直流换流器；

所述异步风力发电机组包括依次电连接的异步发电机和交流直流换流器；

所述双馈异步风力发电机组包括电连接的双馈异步发电机、定子侧交流直流换流器和转子侧交流直流换流器，其中，所述定子侧交流直流换流器与所述双馈异步发电机的定子电连接，所述转子侧交流直流换流器与所述双馈异步发电机的转子电连接。

4.根据权利要求1所述的新能源电力子系统，其特征在于，所述非风能发电装置包括光伏电站，

所述光伏电站通过第一直流换流器与所述直流汇集线路电连接。

5.根据权利要求1所述的新能源电力子系统，其特征在于，

同一所述新能源电力子系统中所述风力发电机组之间的距离小于第一预设距离，同一所述新能源电力子系统中所述非风能发电装置之间的距离小于第二预设距离，同一所述新能源电力子系统中所述风力发电机组与所述非风能发电装置之间的距离小于第三预设距离。

6.一种新能源互补输电系统，其特征在于，包括：

如权利要求1至5中任意一项所述的所述新能源电力子系统；

与所述新能源电力子系统电连接的中间电能转换装置；

与所述中间电能转换装置电连接的电网并网端口。

7.根据权利要求6所述的新能源互补输电系统，其特征在于，所述中间电能转换装置包括第一直流交流换流器和变压器，

其中，所述第一直流交流换流器与所述直流汇集线路电连接，

所述变压器的一端与所述第一直流交流换流器电连接，另一端与所述电网并网端口电连接。

8.根据权利要求6所述的新能源互补输电系统，其特征在于，所述中间电能转换装置包括第二直流换流器和第二直流交流换流器，

所述新能源电力子系统通过所述直流汇集线路、所述第二直流换流器和所述第二直流交流换流器与所述电网并网端口电连接。

9.根据权利要求8所述的新能源互补输电系统，其特征在于，所述新能源互补输电系统包括N个所述新能源电力子系统和M个所述电网并网端口，N和M为大于1的整数，

N个所述新能源电力子系统的输出与N个所述第二直流换流器一一对应连接，N个所述第二直流换流器串联连接，

M个所述电网并网端口与M个第二直流交流换流器一一对应连接，M个所述第二直流交流换流器串联连接，

N个串联的所述第二直流换流器中的第一个所述第二直流换流器与M个串联的所述第二直流交流换流器中的第一个所述第二直流交流换流器电连接，N个串联的所述第二直流换流器中的第N个所述第二直流换流器与M个串联的所述第二直流交流换流器中的第M个所述第二直流交流换流器电连接。

10.根据权利要求6所述的新能源互补输电系统，其特征在于，不同所述新能源电力子系统之间的距离大于第四预设距离且小于第五预设距离。

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