一种接入调相机的交直流混合新能源微电网系统

1.本发明涉及新能源微电网领域，具体涉及一种接入调相机的交直流混合新能源微电网系统。


背景技术：

2.电力行业低碳发展的要求催生了以风光为代表的新能源发电的快速发展，但其时空分布特性和不确定性也给电网安全稳定运行带来了新的挑战。对于高比例新能源电网来说，由于新能源机组不具备电压调节能力，随着新能源占比不断提高，电网电压调节能力逐步下滑，给系统的安全稳定带来了新问题，威胁电网设备。
3.在电力系统中，同步发电机是最常见的旋转设备，它在发出有功功率的同时，还可以发出无功功率，而且是性能最优越的无功电源。调相机是一种特殊运行状态下的同步发电机，它保留了同步发电机良好的无功补偿性能，可通过励磁电流控制进行动态无功补偿而不发出有功功率。
4.调相机作为常见的无功补偿装置，具有跟踪速度快、补偿范围广、故障率低等优点，可通过励磁电流控制进行动态无功补偿，有快速的次暂态出力能力和暂态过程中的强励能力，同时调相机作为旋转设备还可以为系统提供短路容量和转动惯量，增大系统等值同步惯性，改善系统频率动态响应，在电力系统中应用较为广泛。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种接入调相机的交直流混合新能源微电网系统，能够有效地解决高比例新能源系统由于无功功率扰动引发的系统稳定性的问题。
6.本发明采用如下技术方案：
7.一种接入调相机的交直流混合新能源微电网系统，其特征在于包括：
8.直流微电网，用于接收光伏发电系统#2发出的电能并将电能进行传递和分配利用，所述直流微电网与交流微电网通过ac/dc转换装置#4连接；
9.交流微电网，用于接收所述直流微电网产生的电能和同步发电机组#3、风力发电系统#4产生的电能，并将电能分配利用或传递至电网，所述交流微电网与交流负载#6和调相机组#7连接；
10.所述直流微电网设有直流母线，所述直流微电网还包括：
11.储能系统#1，用于存储所述直流微电网内的电能或将储存的电能反向释放至所述直流微电网，所述储能系统#1与所述直流母线通过dc/dc转换装置连接；
12.光伏发电系统#2，将发出的电能输送至所述直流微电网，所述光伏发电系统#2与所述直流母线通过dc/dc转换装置连接；
13.所述交流微电网设有交流母线，所述交流微电网还包括：
14.同步发电机组#3，将发出的电能输送至所述交流微电网，所述同步发电机组#3与
所述交流母线连接；
15.风力发电系统#5，将发出的电能输送至所述交流微电网，所述风力发电系统#5与所述交流母线通过ac/ac转换装置连接；
16.交流负载#6，消耗所述交流微电网产生和传递的电能，所述交流负载#6与所述交流母线连接；
17.调相机组#7，当系统发生无功功率扰动时，通过改变输出无功功率的大小和方向达到调整电网负载电压的目的，改善系统稳定性，所述调相机组#7与所述交流母线连接。
18.优选的，所述光伏发电系统#2和风力发电系统#5为分布式供电系统，所述同步发电机组#3为燃气机组或燃煤机组。
19.优选的，所述储能系统#1为储能电池组，所述储能电池组内设有储电装置，所述储电装置包括锂电池、铅碳电池、超级电容器和液流电池中的一种或多种。
20.优选的，所述调相机组#7为同步调相机组，当系统发生无功功率扰动时，同步调相机组工作以维持系统电压稳定；当系统内的无功功率过多时，同步调相机组工作在进相状态，向电网吸收无功功率；当系统内缺少无功功率时，同步调相机组工作在迟相状态，向电网发出无功功率。
21.优选的，在系统发生功率扰动时，所述调相机组#7还可以增大系统等值同步惯性、改善系统频率动态响应。
22.优选的，所述直流微电网内的电流均以直流电的形式在所述光伏发电系统#2与所述直流母线之间、所述储能系统与所述直流母线之间传导。
23.优选的，所述交流微电网设有交流母线，所述交流母线通过dc/ac转换装置连接所述直流微电网中的直流母线，并与交流负载#6和调相机组#7连接。
24.优选的，当所述交流微电网产生的电能过剩时，所述储能系统#1接收过剩的电能进行储存利用；当所述交流微电网内的电能不足时，所述储能系统#1向所述交流微电网输送电能，以满足所述交流微电网的用电需求。
25.优选的，所述交直流微电网系统还设有能量管理系统#8，包括设置在所述直流微电网和交流微电网中各设备内的检测模块。所述能量管理系统#8能够实现直流微电网和交流微电网的测控功能，记录、统计、分析系统的电力运行数据。
26.优选的，所述交直流微电网系统还设有中央控制器#9，所述中央控制器#9包括主控模块和设置在所述直流微电网和交流微电网中各设备内的控制模块，所述主控模块与所述能量管理系统#8通过icp/ip通信连接。
27.本发明的有益效果为：
28.本发明根据高比例新能源发电系统的工作特性，在交直流混合新能源微电网系统中接入调相机组。当系统发生无功功率扰动时，同步调相机组工作以维持系统电压稳定；当系统内的无功功率过多时，同步调相机组工作在进相状态，同步调相机可以看作为一种无功负荷，向电网吸收无功功率；当系统内缺少无功功率时，同步调相机组工作在迟相状态，同步调相机可以看作为无功电源向电网发出无功功率。在维持高比例新能源电网无功功率平衡、提高电网输电能力方面有良好的效果。
附图说明
29.图1为本发明的新能源系统结构简图。
30.图2为本发明的新能源系统工作流程图。
31.图3为本发明的调相机组工作流程图。
具体实施方式
32.下面结合附图对本发明作进一步的详细说明：
33.参见图1，本发明提供了一种接入调相机的交直流混合新能源微电网系统，其特征在于包括：
34.直流微电网，用于接收光伏发电系统#2发出的电能并将电能进行传递和分配利用，所述直流微电网与交流微电网通过ac/dc转换装置#4连接；
35.交流微电网，用于接收所述直流微电网产生的电能和同步发电机组#3、风力发电系统#4产生的电能，并将电能分配利用或传递至电网，所述交流微电网与交流负载#6和调相机组#7连接；
36.所述直流微电网设有直流母线，所述直流微电网还包括：
37.储能系统#1，用于存储所述直流微电网内的电能或将储存的电能反向释放至所述直流微电网，所述储能系统#1与所述直流母线通过dc/dc转换装置连接；
38.光伏发电系统#2，将发出的电能输送至所述直流微电网，所述光伏发电系统#2与所述直流母线通过dc/dc转换装置连接；
39.所述交流微电网设有交流母线，所述交流微电网还包括：
40.同步发电机组#3，将发出的电能输送至所述交流微电网，所述同步发电机组#3与所述交流母线连接；
41.风力发电系统#5，将发出的电能输送至所述交流微电网，所述风力发电系统#5与所述交流母线通过ac/ac转换装置连接；
42.交流负载#6，消耗所述交流微电网输送的电能，所述交流负载#6与交流母线连接；
43.调相机组#7，当系统发生功率扰动时，同步调相机由于其具有惯性，自动通过改变输出无功功率的大小和方向达到调整电网负载电压的目的，改善系统频率动态响应，促进系统稳定运行。
44.所述光伏发电系统#2为分布式供电系统，所述光伏发电系统#2设置于阳光充足处，以便充分接收光照，吸收足够的光照强度来产生更多的电量，所述光伏发电系统包括中小型光伏发电系统(光伏容量为30kw-500kw)和大型光伏发电系统(光伏容量大于500kw)。
45.所述储能系统为储能电池组，所述储能电池组内设有储电装置，所述储电装置包括锂电池、铅碳电池、超级电容器和液流电池中的一种或多种。配置所述储能系统后，能够在所述光伏发电系统#2不发电的时候也可以维持系统的正常运行，未来还可以采用智能电池技术使系统更加简洁、高效。
46.所述光伏发电系统通过dc/dc转换装置接入所述直流母线；所述储能电池组通过储能dc/dc转换装置接入所述直流母线，能够满足电能在储能电池组和直流微电网之间的传递转换的需求。
47.所述直流微电网内的电流均以直流电的形式在所述光伏发电系统#2与所述直流
母线之间、所述储能系统#1与所述直流母线之间传导。采用直流电的形式直接连接于直流母线能够有效地降低系统的建设成本和运营成本，提高系统效率，提高经济效益。
48.所述直流微电网的运行模式为：所述光伏发电系统#2为分布式发电系统，所述直流微电网内的电能优先供储能系统#1充电使用，作为电能存储保证所述直流微电网的正常运行，最后再将剩余的电能输送至所述交流微电网；当交流微电网的电量不足时，储能系统#1释放电能输送至所述交流微电网。这样分配电能的方式能够减少电网储能的配置，同时也符合经济要求，使利益最大化。
49.所述交流微电网连接有交流负载#6，用于接收所述交流微电网传递的电能或向所述交流微电网输出的电能。
50.所述交流微电网的运行模式为：所述同步发电机组#3和风力发电系统#5将产生的电能优先供交流负载#6使用；当所述系统产生的电能过剩时，所述电网将过剩的电能传递至直流微电网供储能系统#1充电使用，以满足所述供电体系结构的用电需求。
51.所述调相机组#7为同步调相机组，当系统发生无功功率扰动时，同步调相机组工作以维持系统电压稳定；当系统内的无功功率过多时，同步调相机组工作在进相状态，同步调相机可以看作为一种无功负荷，向电网吸收无功功率；当系统内缺少无功功率时，同步调相机组工作在迟相状态，同步调相机可以看作为无功电源向电网发出无功功率。
52.所述调相机组#7为同步调相机组，同步调相机由于其具有惯性，可以增大系统等值同步惯性，并自动、及时地分担电网扰动，有利于改善系统频率动态响应和促进系统稳定运行。
53.所述交直流微电网系统还设有能量管理系统#8，包括设置在所述直流微电网和交流微电网中各设备内的检测模块，所述能量管理系统#8能够实现对直流微电网和交流微电网的测控功能，记录、统计、分析系统的电力运行数据。
54.所述交直流微电网系统还设有中央控制器#9，所述中央控制器#9包括主控模块和设置在所述直流微电网和交流微电网中各设备内的控制模块，所述主控模块与所述能量管理系统#8通过icp/ip通信连接，根据能量管理系统#8得到的运行数据综合管理调度储能系统#1、光伏发电系统#2、同步发电机组#3、风力发电系统#4和交流负载#6以及直流微电网和交流微电网之间的能量交换，使得系统的运行达到最佳状态，实现较好的经济效益。
55.最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。