CN112260260A - 一种新能源发电直流并网***及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新能源发电直流并网***，包括分布式电源、接口变换器、储能装置以及电网组成，所述分布式电源由风力发电站、燃料电池以及电解制氢组成；所述电解制氢的输入端通过DC/DC变换器与直流母线相电性连接，电解制氢的输出端与燃料电池的输入端相连接，所述燃料电池通过DC/DC变换器与直流母线上，形成闭合回路；所述接口变换器、储能装置以及DC/AC变电装置通过带有无线通信方式的PI控制器上报调制函数，以致实现电压和电流控制其分布式电源之间用电额度调配，并且通过短路开关与电网相电性连接实现并网或离网运行，根据用电需要调配直流负载与交流负载的负荷能力。本发明提升了分布式新能源发电直流并网***的扩容能力，增强传统配电网的运行可靠性。

Description

一种新能源发电直流并网***及其控制方法
技术领域
本发明属于电力供电控制技术领域，具体地涉及一种新能源发电直流并网***及其控制方法。
背景技术
随着分布式发电技术在世界范围内的快速发展，其不断提升的渗透率及更多类型新能源的接入对当前的电网带来了多方面的影响。分布式发电技术可分为光伏、风能、小型水电、生物质能、地热、海浪和潮汐等可再生能源发电，燃料电池和微型涡轮机等清洁替代能源发电技术，以及柴油发电机这种传统的基于旋转机械的发电技术。由于分布式发电技术具有清洁和建设灵活等优点，再加上对电能日益增长的需求和化石燃料的可耗竭特性，基于可再生能源的分布式发电在未来的智能电网中扮演着重要角色。
由于分布式发电规模有限，实际应用中通常将分布式发电通过一定的互联架构进行联结以实现规模化地经济供电。新能源发电直流并网***能够在并网或离网模式下工作，尽管可独立运行时间受限，但可以提高智能电网的可靠性。
新能源发电的种类及渗透率不断增加，分布式电源以及多种类储能设施的接入使得现有配电网的运行特性发生变化，且这种影响随着分布式新能源的不断扩容不断变化。传统配电网无法满足电动汽车的电力负荷运行的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种新能源发电直流并网***及其控制方法，解决背景技术提供出的技术问题。
本发明提供的技术方案是：
一种新能源发电直流并网***，包括分布式电源、接口变换器、储能装置以及电网组成，所述分布式电源由风力发电站、燃料电池以及电解制氢组成；
所述电解制氢的输入端通过DC/DC变换器与直流母线相电性连接，电解制氢的输出端与燃料电池的输入端相连接，所述燃料电池通过DC/DC变换器与直流母线上，形成闭合回路；
所述分布式电源通过DC/DC变换器并联于直流母线上，所述直流母线通过DC/AC接口变换器与交流母线电性连接，所述交流母线与电网供电电性连接，所述交流母线上还设有交流负载，
所述接口变换器为多种直流转交流的变电装置；
所述直流母线还搭载有：
直流供电的负载、
以及通过DC/AC变电器输出的交流负载、
和用于电动汽车充电的负载充电桩；
所述储能装置与直流母线通过双向DC/AC变电装置与所述负载充电桩相电性连接；
所述接口变换器、储能装置以及DC/AC变电装置通过带有无线通信方式的PI控制器上报调制函数，以致实现电压和电流控制其分布式电源之间用电额度调配，并且通过短路开关与电网相电性连接实现并网或离网运行，根据用电需要调配直流负载与交流负载的负荷能力。
在上述***中，还包括与所述风力发电站电性连接的扭矩控制器、
与燃料电池、接口变换器和储能装置相电性连接的电压控制器、
与电解制氢相电性连接的带有内部电流控制的电压控制器、
与分布式电源、储能装置相电性连接的功率变换器。
本发明提供了一种新能源发电直流并网***的控制方法，
（1）并网模式下，根据电网运行需求，可对输出功率进行优化调度：
在输出功率调度情况下，具有两种控制模式：
以接口变换器和直流母线的电压控制分布式电源、储能装置的调度功率的控制模式；
以分布式电源、储能装置、直流母线的电压控制接口变换器的功率的控制模式；
在输出功率未调度情况下，
以接口变换器和直流母线电压控制分布式电源控制和储能装置的充电模式。
（2）离网模式下，根据***运行需求，新能源发电直流并网***可根据控制目标运行在两种控制模式：
在直流母线控制模式下，通过分布式电源、储能装置的功率变换器对直流母线电压进行控制；
在交流母线控制模式下，通过接口变换器对交流母线的电压进行控制。
本发明提供了一种新能源发电直流并网***的控制方法，具体包括如下步骤：
S1:由电力调度单元确定分布式电源互联***的输出功率，风力发电工作在MPPT模式，储能装置SC提供风力发电站WT输出与调度功率之间的缺额；
S2:燃料电池FC和电解制氢EL分别产生和吸收所需的功率来提供调度功率和风电之间缺额的低频分量，此外，储能装置SC用于对短时功率波动的缓冲；
S3:在调度功率低于风电发电最大功率的情况下，其功率差额被电解制氢EL消耗，通过电解水箱中的水产生氢气以储存电能。
优选地，在步骤S3中，所述燃料电池FC和电解制氢EL不应同时工作，应根据输入功率信号在燃料电池FC和电解制氢EL间切换控制。
在上述步骤中，当调度功率大于风力发电输出功率时，在燃料电池FC功率控制模式，电解制氢EL功率控制模式在调度功率小于风力发电输出功率时被触发。
与现有技术相比，本发明技术效果是：
（1）可再生能源发电的随机性、波动性和间歇性，其他能源接入和储能装置是实现新能源发电直流并网***独立运行或并网运行时供电稳定性和可靠性；
（2）提升分布式新能源发电直流并网***的扩容能力。
附图说明
图1是本发明的新能源发电直流并网***的结构示意图。
图2是本发明的新能源发电直流并网***控制模式示意图。
图3是本发明的新能源发电直流并网***控制方法步骤图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实例作进一步的描述本发明的技术方案。
实施例
如图1所示，本实施例提供了一种新能源发电直流并网***，包括分布式电源、接口变换器、储能装置以及电网组成，所述分布式电源由风力发电站、燃料电池以及电解制氢组成；
所述电解制氢的输入端通过DC/DC变换器与直流母线相电性连接，电解制氢的输出端与燃料电池的输入端相连接，所述燃料电池通过DC/DC变换器与直流母线上，形成闭合回路；
所述分布式电源通过DC/DC变换器并联于直流母线上，所述直流母线通过DC/AC接口变换器与交流母线电性连接，所述交流母线与电网供电电性连接，所述交流母线上还设有交流负载，
所述接口变换器为多种直流转交流的变电装置；
所述直流母线还搭载有：
直流供电的负载、
以及通过DC/AC变电器输出的交流负载、
和用于电动汽车充电的负载充电桩；
所述储能装置与直流母线通过双向DC/AC变电装置与所述负载充电桩相电性连接；
所述接口变换器、储能装置以及DC/AC变电装置通过带有无线通信方式的PI控制器上报调制函数，以致实现电压和电流控制其分布式电源之间用电额度调配，并且通过短路开关与电网相电性连接实现并网或离网运行，根据用电需要调配直流负载与交流负载的负荷能力。
该***还包括与所述风力发电站电性连接的扭矩控制器、
与燃料电池、接口变换器和储能装置相电性连接的电压控制器、
与电解制氢相电性连接的带有内部电流控制的电压控制器、
与分布式电源、储能装置相电性连接的功率变换器。
如图2所示，本实施例提供了一种新能源发电直流并网***的控制方法，
（1）并网模式下，根据电网运行需求，可对输出功率进行优化调度：
在输出功率调度情况下，具有两种控制模式：
以接口变换器和直流母线的电压控制分布式电源、储能装置的调度功率的控制模式；
以分布式电源、储能装置、直流母线的电压控制接口变换器的功率的控制模式；
在输出功率未调度情况下，
以接口变换器和直流母线电压控制分布式电源控制和储能装置的充电模式。
（2）离网模式下，根据***运行需求，新能源发电直流并网***可根据控制目标运行在两种控制模式：
在直流母线控制模式下，通过分布式电源、储能装置的功率变换器对直流母线电压进行控制；
在交流母线控制模式下，通过接口变换器对交流母线的电压进行控制。
如图3所示，本实施例提供了一种新能源发电直流并网***的控制方法，具体包括如下步骤：
S1:由电力调度单元确定分布式电源互联***的输出功率，风力发电工作在MPPT模式，储能装置SC提供风力发电站WT输出与调度功率之间的缺额；
S2:燃料电池FC和电解制氢EL分别产生和吸收所需的功率来提供调度功率和风电之间缺额的低频分量，此外，储能装置SC用于对短时功率波动的缓冲；
S3:在调度功率低于风电发电最大功率的情况下，其功率差额被电解制氢EL消耗，通过电解水箱中的水产生氢气以储存电能。
在步骤S3中，所述燃料电池FC和电解制氢EL不应同时工作，应根据输入功率信号在燃料电池FC和电解制氢EL间切换控制。
当调度功率大于风力发电输出功率时，在燃料电池FC功率控制模式，电解制氢EL功率控制模式在调度功率小于风力发电输出功率时被触发。
在该***中，接口变换器工作在直流母线电压控制模式，并将所有直流侧产生的功率（P FC+P SC+P WT-P EL）注入交流母线/电网。
此外，考虑电网电压调节和控制，确定无功参考值为控制目标。
具体说明：带下标m的变量代表测量值，带上标*的变量代表参考值。
此外，ω和T Gear分别代表风力发电机（WT）的转速和齿轮转矩，m WT，m FC，m EL，m SC，m inv分别代表风力发电—WT、燃料电池—FC、电解制氢—EL、储能装置—SC和并联接口变换器—INV的调制函数。
上述结合附图对本实施例进行了示例性描述，显然本发明的具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的这种非实质改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种新能源发电直流并网***，其特征在于：
包括分布式电源、接口变换器、储能装置以及电网组成，所述分布式电源由风力发电站、燃料电池以及电解制氢组成；
所述电解制氢的输入端通过DC/DC变换器与直流母线相电性连接，电解制氢的输出端与燃料电池的输入端相连接，所述燃料电池通过DC/DC变换器与直流母线上，形成闭合回路；
所述分布式电源通过DC/DC变换器并联于直流母线上，所述直流母线通过DC/AC接口变换器与交流母线电性连接，所述交流母线与电网供电电性连接，所述交流母线上还设有交流负载，
所述接口变换器为多种直流转交流的变电装置；
所述直流母线还搭载有：
直流供电的负载、
以及通过DC/AC变电器输出的交流负载、
和用于电动汽车充电的负载充电桩；
所述储能装置与直流母线通过双向DC/AC变电装置与所述负载充电桩相电性连接；
所述接口变换器、储能装置以及DC/AC变电装置通过带有无线通信方式的PI控制器上报调制函数，以致实现电压和电流控制其分布式电源之间用电额度调配，并且通过短路开关与电网相电性连接实现并网或离网运行，根据用电需要调配直流负载与交流负载的负荷能力。
2.根据权利要求1所述的一种新能源发电直流并网***，其特征在于：
还包括与所述风力发电站电性连接的扭矩控制器、
与燃料电池、接口变换器和储能装置相电性连接的电压控制器、
与电解制氢相电性连接的带有内部电流控制的电压控制器、
与分布式电源、储能装置相电性连接的功率变换器。
3.一种新能源发电直流并网***的控制方法，其特征在于：
（1）并网模式下，根据电网运行需求，可对输出功率进行优化调度：
在输出功率调度情况下，具有两种控制模式：
以接口变换器和直流母线的电压控制分布式电源、储能装置的调度功率的控制模式；
以分布式电源、储能装置、直流母线的电压控制接口变换器的功率的控制模式；
在输出功率未调度情况下，
以接口变换器和直流母线电压控制分布式电源控制和储能装置的充电模式；
（2）离网模式下，根据***运行需求，新能源发电直流并网***可根据控制目标运行在两种控制模式：
在直流母线控制模式下，通过分布式电源、储能装置的功率变换器对直流母线电压进行控制；
在交流母线控制模式下，通过接口变换器对交流母线的电压进行控制。
4.根据权利要求3所述的一种新能源发电直流并网***的控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
S1:由电力调度单元确定分布式电源互联***的输出功率，风力发电工作在MPPT模式，储能装置SC提供风力发电站WT输出与调度功率之间的缺额；
S2:燃料电池FC和电解制氢EL分别产生和吸收所需的功率来提供调度功率和风电之间缺额的低频分量，此外，储能装置SC用于对短时功率波动的缓冲；
S3:在调度功率低于风电发电最大功率的情况下，其功率差额被电解制氢EL消耗，通过电解水箱中的水产生氢气以储存电能。
5.根据权利要求4所述一种新能源发电直流并网***的控制方法，其特征在于：在步骤S3中，所述燃料电池FC和电解制氢EL不应同时工作，应根据输入功率信号在燃料电池FC和电解制氢EL间切换控制。
6.根据权利要求5所述的一种新能源发电直流并网***的控制方法，其特征在于：当调度功率大于风力发电输出功率时，在燃料电池FC功率控制模式，电解制氢EL功率控制模式在调度功率小于风力发电输出功率时被触发。
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