CN110429657A - 基于配网多子站集群协调的分布式柔性新能源发电*** - Google Patents
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Abstract
本发明提出基于配网多子站集群协调的分布式柔性新能源发电***，属于分布式新能源发电及控制领域。包括***电网、配电网、新能源发电子站、配网负荷、协调控制中心。多个具备发电和储能功能的新能源发电子站和多个配网负荷从不同点接入配电网，由协调控制中心控制运行。配电网与***电网连接时在集群优化控制下调节和消纳电网电能，配电网与***电网断开时又可构成独立的微网***。可灵活应对电网的不同状况，保障负载的稳定用电；结合用户需求制定兼顾高效益和高效率的功率调控方案，同时具有有源滤波、调节和稳定电压的功能，有效改善地配网电能质量，提高***运行可靠性，可广泛应用于城市和乡镇中用电紧张、电能质量差的地区。
Description
技术领域
本发明涉及一种分布式新能源发电***，特别是基于配网多子站集群协调的分布式柔性新能源发电***。属于分布式新能源发电及控制领域。
背景技术
与常规能源相比，风能、光能、地热等新能源具有的清洁性和可再生性，使得新能源发电成为电力发展的一个日益重要的方向，受到了人们的广泛关注。分布式新能源***是围绕用户负载所在地，建立分布式新能源发电站，统一的管理和调控，为用户负载供电，同时还能并电入网，配合电网电能进行功率调控，可用于缓解地区用电紧张，改善地区电网电能质量，特别有利于解决偏远地区用电难和远距离输送电的电能质量低的问题。
将分布式新能源***接入电网后，如何实现电能的调控和消纳，成为分布式新能源发电站与电网协调运行的关键点。现有专利中的分布式新能源发电***，在根据电网的实际状况进行的***运行和电能调控、消纳方面，灵活度不高；在协调分布式发电、储能、用电及送电之间的关系时，大多只考虑用户负荷需求，很少注意分布式新能源发电站的用户体验，更是忽略分布式能源发电端对电网中电能质量的改善作用。中国专利“分布式电源接入用户双向计量、监控与能效管理***及方法”（申请号：201510153433.5）提出了一种分布式电源接入用户计量、监控与能效管理***，利用实时的分布式发电信息和电价信息进行能效管理控制，重点考虑储能独立的售电价格和储能充放电效率因素，但是该专利中的***建立在并网运行的前提下，没有考虑离网运行的情况；没有考虑利用分布式电源的储能和发电一体的特点进行***电网电能及负荷的调节和消纳，并且该***不具有源滤波、调压、稳压的功能。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于配网多子站集群协调的分布式柔性新能源发电***。针对配电网与***电网之间不同状况下采用不同的运行模式，用以灵活应对电网的实际状况，包含的柔性能量池可随时对***电网电能进行调控和消纳，避免电能浪费和电能不足的情况。结合用户需求制定电网能量调节和消纳方案，允许用户根据电网实时电价自由买卖电能，具有很强大的用户体验功能。本***根据配网中的电信号控制新能源发电子站的输出，可抑制电网中的谐波，平抑配电网电压，改善了地区电网电能质量，保证负载良好的用电质量。
本发明解决其技术问题所采用的具体解决方案如下 ：
所述的基于配网多子站集群协调的分布式柔性新能源发电***包括***电网（1）、配电网（2）、新能源发电子站（3）、配网负荷（4）、协调控制中心（5）；***电网（1）与配电网（2）相连，多个具备发电和储能功能的新能源发电子站（3）和多个配网负荷（4）从不同点接入配电网（2）。新能源发电子站（3）和配网负荷（4）从不同点接入配电网（2），使得二者相互独立，便于协调控制中心（5）分析配网负荷（4）、配电网（2）和新能源发电子站（3）间的电量流动，利于集群优化控制策略的制定与执行。
多个新能源发电子站（3）在协调控制中心（5）的集群优化控制下，根据***电网（1）的需求，在保证配网负荷（4）用电的情况下，经配电网（2）向***电网（1）输送电能，或吸收储存***电网（1）的电能，实现***电网（1）功率的调节和消纳。
当***电网（1）停电、与配电网（2）的连接断开时，多个新能源发电子站（3）和多个配网负荷（4）经配电网（2）构成独立的微网***运行，由新能源发电子站（3）为配网负荷（4）供电。一旦***电网（1）与配电网（2）的连接断开，担任主站的新能源发电子站（3）迅速作出反应，协调其他子站的运行，保证独立微网***对配网负荷（4）连续、稳定的电能供给。此时协调控制中心（5）的集群优化控制不作用于独立微网***，直至***电网（1）恢复供电。
协调控制中心（5）利用多个新能源发电子站（1）构成的柔性能量池，进行***电网（1）全网电能的调控和消纳，缓存***电网（1）中或新能源发电子站（3）发出的多余电能，在***电网（1）出现功率缺额时经配电网（2）送入***电网（1）。多个新能源发电子站（1）构成的柔性能量池可实现电能的随时调用和随时存储，避免电能浪费和电能过剩的情况，极大的提高了***的灵活性和可靠性。
多个新能源发电子站（3）在配电网（2）每个独立分支线路上的布局采用分散式结构，与多个配网负荷（4）在配电网（2）该独立分支线路上的分布相对应，综合考虑一定时间内负载的波动、以及两个接入点之间的功率流动，按照网损最小的优化原则制定布局策略。根据布局优化策略，确定新能源发电子站（3）在配电网（2）上的接入位置和不同点的接入容量，保证电网运行网损的最小化，避免新能源发电子站（3）存储容量不足或容量浪费的情况。
所述的新能源发电子站（3）包括新能源发电装置（301）、蓄能装置（302）、蓄能驱动控制模块（303）、直流母线（304）、变流装置（305）、双向电表（306）、测控模块（307）、通讯模块（308）、保护装置（309）。
直流母线（304）经变流装置（305）、双向电表（306）接入配电网（2）。新能源发电装置（301）接入直流母线（304），蓄能装置（302）经蓄能驱动控制模块（303）接入直流母线（304）。
测控模块（307）通过通讯模块（308）与协调控制中心（5）交换数据，根据获得的信息控制蓄能驱动控制模块（303），进行蓄能装置（302）的充电或放电。
保护装置（309）保护变流装置（305）、新能源发电装置（301）、蓄能装置（302）的正常运行，在故障出现时迅速作出反应，采取相应措施如切断故障源，保护设备，防止故障扩大或恢复新能源发电子站（3）的正常运行。
新能源发电子站（3）用户通过测控模块（307）设置上网电价阈值和下网电价阈值，分别记为Eu和Ed，且满足Eu>Ed；测控模块（307）通过通讯模块（308）获取协调控制中心（5）发布的实时电价，记为Et，作为测控模块（307）控制新能源发电子站（3）运行的判断依据。实时电价是协调控制中心（5）根据电网能量调节和消纳策略。综合考虑线路潮流网损，电网发电成本，发布的一段时间内的调度指令，以电价的形式体现。对用户设置的电价进行限制，是为了防止用户误设、恶意竞争或恶意串通扰乱上、下网电价，破坏***的正常运行，对于用户的恶意行为，电网应该及时采取惩罚措施。
测控模块（307）判断当满足Et>Eu，新能源发电子站（3）向配电网（2）放电，测控模块（307）判断当满足Et<Ed，新能源发电子站（1）吸收配电网（2）电能。
测控模块（307）实时测量配电网（2）的电流电压数据，计算出配电网（2）中各次谐波含量，控制变流装置（305）输出对应的反向谐波分量。配电网（2）中各次谐波含量由测控模块（307）通过谐波分析算法对测得的电流电压数据进行分析、计算得出。控制变流装置（305）滤除变流装置（305）直流侧的输入谐波，在交流侧输出对应大小相等，方向相反的反向谐波分量，与配电网（2）中原有各次谐波分量矢量叠加，消除各次谐波分量，仅保留工频分量，达到治理配电网（2）中谐波污染的效果，实现有源滤波，改善电网电能质量。
测控模块（307）实时测量配电网（2）的电流电压数据，计算出配电网（2）中电压波动和无功功率，控制变流装置（305）调节输出电压，同时控制变流装置（305）输出的无功功率，对配电网（2）进行无功功率补偿。变流装置（305）输出的电压与配网电压等级相同，但是输出的电压波动与配电网（2）中的电压波动大小相等，方向相反，与配电网（2）中的原电压矢量叠加，实现电压波动的平抑；变流装置（305）输出的无功功率则用来补偿配电网（2）中的无功损失，与有功功率相配合，调节线路的功率因数，平抑电压波动。
蓄能装置（302）工作时不能完全充满或完全放空，留有一定的储能容量，用于配网负荷（4）少或新能源发电子站（3）发电充足时参与调控，同时也留有一定的剩余电量，用于配网负荷（4）多或新能源发电子站（3）发电不足时参与电能调控。配网负荷（4）少或新能源发电子站（3）发电充足时，***中电量过剩，将多余电量存储于留有的储能空间中，供以后配网负荷（4）多或新能源发电子站（3）发电不足时使用；配网负荷（4）多或新能源发电子站（3）发电不足时，调用留存的剩余电量参与电网电能调控，填补电网的功率缺额。
与现有技术相比较，本发明具有如下优点：
1）配电网与***电网连接时在集群优化控制下调节和消纳电网电能，配电网与***电网断开时又可构成独立的微网***，用以灵活应对电网的不同状况，随时保障负载的稳定、持续用电。
2）协调控制中心利用多个新能源发电子站构成的柔性能量池，可对***电网全网电能进行调控和消纳，避免电能浪费和电能不足的情况，保证电能调度的随时性，极大的提高了***的灵活性和可靠性。
3）协调控制中心结合用户需求制定电网能量调节和消纳方案，允许用户根据电网实时电价自由买卖电能，降低***电网的调控、运行成本的同时，还为用户带来收益，具有经济效益。
4）通过测控模块控制变流装置的输出电压、无功功率和谐波分量，实现有源滤波、平抑配电网电压的功能，改善了地区电网电能质量，提高了***运行可靠性。
附图说明
图1：分布式柔性新能源发电***示意图。
图2：新能源发电子站示意图。
图中：1-***电网、2-配电网、3-新能源发电子站、4-配网负荷、5-协调控制中心；301-新能源发电装置、302-蓄能装置、303-蓄能驱动控制模块、304-直流母线、305-变流装置、306-双向电表、307-测控模块、308-通讯模块、309-保护装置。
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明：
如图1所示，本发明的***包括：***电网（1）、配电网（2）、新能源发电子站（3）、配网负荷（4）、协调控制中心（5）；***电网（1）与配电网（2）相连，多个具备发电和储能功能的新能源发电子站（3）和多个配网负荷（4）从不同点接入配电网（2），互相独立，便于协调控制中心（5）分析配网负荷（4）、配电网（2）和新能源发电子站（3）间的电量流动，利于集群优化控制策略的制定与执行。
协调控制中心（5）根据***电网（1）电量、配网负荷（4）需求、新能源发电子站（3）运行状态以及配网负荷（4）和新能源发电子站（3）的分布制定集群优化策略，多个新能源发电子站（3）在协调控制中心（5）的集群优化控制下，根据***电网（1）的需求，在保证配网负荷（4）用电的情况下，经配电网（2）向***电网（1）输送电能，或吸收储存***电网（1）的电能，参与***电网（1）的功率调节和消纳。
一旦***电网（1）停电、与配电网（2）的连接断开，由多个新能源发电子站（3）和多个配网负荷（4）经配电网（2）构成独立的微网***，担任主站的新能源发电子站（3）迅速作出反应，协调其他子站的运行，由独立微网***为配网负荷（4）提供连续、稳定的电能供给，保证供电可靠性。此时协调控制中心（5）的集群优化控制不作用于独立微网***，***电网（1）供电恢复的同时，恢复协调控制中心（5）的集群优化控制。
多个新能源发电子站（1）和协调控制中心（5）构成的柔性能量池，进行***电网（1）全网电能的调控和消纳，缓存***电网（1）中或新能源发电子站（3）发出的多余电能，在***电网（1）出现功率缺额时经配电网（2）送入***电网（1），可实现电能的随时调用和随时存储，避免电能浪费和电能过剩的情况，极大的提高了***的灵活性和可靠性。
多个新能源发电子站（3）在配电网（2）每个独立分支线路上的布局采用分散式结构，与多个配网负荷（4）在配电网（2）该独立分支线路上的分布相对应，综合考虑一定时间内负载的波动、以及两个接入点之间的功率流动，按照网损最小的优化原则制定布局策略，确定新能源发电子站（3）在配电网（2）上的接入位置和不同点的接入容量，保证电网运行网损的最小化，避免新能源发电子站（3）存储容量不足或容量浪费的情况。
如图2所示，本发明所述的新能源发电子站（3）包括新能源发电装置（301）、蓄能装置（302）、蓄能驱动控制模块（303）、直流母线（304）、变流装置（305）、双向电表（306）、测控模块（307）、通讯模块（308）、保护装置（309）；直流母线（304）经变流装置（305）、双向电表（306）接入配电网（2）。
新能源发电装置（301）接入直流母线（304），蓄能装置（302）经蓄能驱动控制模块（303）接入直流母线（304）。
测控模块（307）通过通讯模块（308）与协调控制中心（5）交换数据，根据获得的信息控制蓄能驱动控制模块（303），进行蓄能装置（302）的充电或放电。
保护装置（309）保护变流装置（305）、新能源发电装置（301）、蓄能装置（302）的正常运行，在故障出现时迅速作出反应，采取相应措施如切断故障源，保护设备，防止故障扩大或恢复新能源发电子站（3）的正常运行。
新能源发电子站（3）用户通过测控模块（307）设置上网电价阈值和下网电价阈值，分别记为Eu和Ed，且对用户设置的电价进行限制，需满足Eu>Ed，协调控制中心（5）根据电网能量调节和消纳策略。综合考虑线路潮流网损，电网发电成本，发布的一段时间内的调度指令，以电价的形式体现。测控模块（307）通过通讯模块（308）获取协调控制中心（5）发布的实时电价，记为Et。
测控模块（307）判断当满足Et>Eu，新能源发电子站（3）向配电网（2）放电，测控模块（307）判断当满足Et<Ed，新能源发电子站（1）吸收配电网（2）电能。例如，协调控制中心（5）发布某一时段的用户A的E=0.5，用户B的E=0.9，且用户A设置Eu=0.7，Ed=0.6，用户B设置Eu=0.8，Ed=0.4，则在该时间段内，用户A从配电网（2）吸收电能，用户B则向配电网（2）送电。协调控制中心（5）一旦发现恶意竞争或恶意串通扰乱上、下网电价，破坏***的正常运行的恶意行为，电网应该及时采取惩罚措施，如故意提高该用户的下网电价，降低上网电价、公示警告等，维护公正的电网市场氛围。
测控模块（307）实时测量配电网（2）的电流、电压，通过谐波分析算法对测得的电流、电压进行分析、算出配电网（2）中各次谐波含量，控制变流装置（305）滤除变流装置（305）直流侧的输入谐波，在交流侧输出对应大小相等，方向相反的反向谐波分量，与配电网（2）中原有各次谐波分量矢量叠加，保留工频分量，消除谐波，达到治理配电网（2）中谐波污染的效果，实现有源滤波，改善电网电能质量。
测控模块（307）实时测量配电网（2）的电流、电压，计算出配电网（2）中电压波动和无功功率，同时控制变流装置（305）输出的电压和输出的无功功率，输出的电压波动与配电网（2）中的电压波动幅值相同，方向相反，与配电网（2）中的原电压矢量叠加，消除电压波动，无功功率则用来补偿配电网（2）中的无功损失，与有功功率相配合，调节线路的功率因数，这些都起到调节和稳定配电网（2）电压的作用。
蓄能装置（302）工作时不能完全充满或完全放空，留有一定的储能容量，如20%，则在配网负荷（4）少或新能源发电站发电充足，***中电量过剩时，这20%仍可继续存储电量，***仍可正常工作，同时也留有一定的剩余电量，如20%，则在配网负荷多或新能源发电站发电不足时，这20%的电能余量将调出参与电网电能调控，补充电网的功率缺额。
蓄能装置（302）工作时不能完全充满或完全放空，留有一定的储能容量，用于配网负荷（4）少或新能源发电子站（3）发电充足时参与调控，同时也留有一定的剩余电量，用于配网负荷（4）多或新能源发电子站（3）发电不足时参与电能调控。配网负荷（4）少或新能源发电子站（3）发电充足时，***中电量过剩，将多余电量存储于留有的储能空间中，供以后配网负荷（4）多或新能源发电子站（3）发电不足时使用；配网负荷（4）多或新能源发电子站（3）发电不足时，调用留存的剩余电量参与电网电能调控，填补电网的功率缺额。
以上所述仅为本发明的较佳实施实例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.基于配网多子站集群协调的分布式柔性新能源发电***，其特征在于，***包括：***电网（1）、配电网（2）、新能源发电子站（3）、配网负荷（4）、协调控制中心（5）；
***电网（1）与配电网（2）相连，多个具备发电和储能功能的新能源发电子站（3）和多个配网负荷（4）从不同点接入配电网（2）；
多个新能源发电子站（3）在协调控制中心（5）的集群优化控制下，根据***电网（1）的需求，在保证配网负荷（4）用电的情况下，经配电网（2）向***电网（1）输送电能，或吸收储存***电网（1）的电能；
当***电网（1）停电、与配电网（2）的连接断开时，多个新能源发电子站（3）和多个配网负荷（4）经配电网（2）构成独立的微网***运行，由新能源发电子站（3）为配网负荷（4）供电。
2.根据权利要求1所述的基于配网多子站集群协调的分布式柔性新能源发电***，其特征在于：协调控制中心（5）利用多个新能源发电子站（1）构成的柔性能量池，进行***电网（1）全网电能的调控和消纳，缓存***电网（1）中或新能源发电子站（3）发出的多余电能，在***电网（1）出现功率缺额时经配电网（2）送入***电网（1）。
3.根据权利要求1所述的基于配网多子站集群协调的分布式柔性新能源发电***，其特征在于：多个新能源发电子站（3）在配电网（2）每个独立分支线路上的布局采用分散式结构，与多个配网负荷（4）在配电网（2）该独立分支线路上的分布相对应，综合考虑一定时间内负载的波动、以及两个接入点之间的功率流动，按照网损最小的优化原则制定布局策略。
4.根据权利要求1所述的基于配网多子站集群协调的分布式柔性新能源发电***，其特征在于：所述的新能源发电子站（3）包括新能源发电装置（301）、蓄能装置（302）、蓄能驱动控制模块（303）、直流母线（304）、变流装置（305）、双向电表（306）、测控模块（307）、通讯模块（308）、保护装置（309）；
直流母线（304）经变流装置（305）、双向电表（306）接入配电网（2）;
新能源发电装置（301）接入直流母线（304），蓄能装置（302）经蓄能驱动控制模块（303）接入直流母线（304）；
测控模块（307）通过通讯模块（308）与协调控制中心（5）交换数据，根据获得的信息控制蓄能驱动控制模块（303），进行蓄能装置（302）的充电或放电；
保护装置（309）保护变流装置（305）、新能源发电装置（301）、蓄能装置（302）的正常运行。
5.根据权利要求4所述的基于配网多子站集群协调的分布式柔性新能源发电***，其特征在于：新能源发电子站（3）用户通过测控模块（307）设置上网电价阈值和下网电价阈值，分别记为Eu和Ed，且满足Eu>Ed；测控模块（307）通过通讯模块（308）获取协调控制中心（5）发布的实时电价，记为Et，作为测控模块（307）控制新能源发电子站（3）运行的判断依据；
测控模块（307）判断当满足Et>Eu，新能源发电子站（3）向配电网（2）放电，测控模块（307）判断当满足Et<Ed，新能源发电子站（1）吸收配电网（2）电能。
6.根据权利要求4所述的基于配网多子站集群协调的分布式柔性新能源发电***，其特征在于：测控模块（307）实时测量配电网（2）的电流电压数据，计算出配电网（2）中各次谐波含量，控制变流装置（305）输出对应的反向谐波分量。
7.根据权利要求4所述的基于配网多子站集群协调的分布式柔性新能源发电***，其特征在于：测控模块（307）实时测量配电网（2）的电流电压数据，计算出配电网（2）中电压波动和无功功率，控制变流装置（305）调节输出电压，同时控制变流装置（305）输出的无功功率，对配电网（2）进行无功功率补偿。
8.根据权利要求4所述的基于配网多子站集群协调的分布式柔性新能源发电***，其特征在于：蓄能装置（302）工作时不可完全充满或完全放空，留有一定的储能容量，用于配网负荷（4）减少或新能源发电子站（3）发电充足时参与调控，同时也留有一定的剩余电量，用于配网负荷（4）增加或新能源发电子站（3）发电不足时参与电能调控。
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