[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

CN110912183A - 一种含多种类型可再生能源的发电系统拓扑结构 - Google Patents

一种含多种类型可再生能源的发电系统拓扑结构 Download PDF

Info

Publication number
CN110912183A
CN110912183A CN201911056031.8A CN201911056031A CN110912183A CN 110912183 A CN110912183 A CN 110912183A CN 201911056031 A CN201911056031 A CN 201911056031A CN 110912183 A CN110912183 A CN 110912183A
Authority
CN
China
Prior art keywords
converter
alternating current
converter unit
power generation
winding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201911056031.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110912183B (zh
Inventor
左文平
周猛
文劲宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Grameer Technology Wuhan Co ltd
Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Grameer Technology Wuhan Co ltd
Huazhong University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Grameer Technology Wuhan Co ltd, Huazhong University of Science and Technology filed Critical Grameer Technology Wuhan Co ltd
Priority to CN201911056031.8A priority Critical patent/CN110912183B/zh
Publication of CN110912183A publication Critical patent/CN110912183A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110912183B publication Critical patent/CN110912183B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/10—Parallel operation of dc sources
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

本发明属于电力系统输配电领域，提供一种含多种类型可再生能源的发电系统拓扑结构，包含光伏发电系统、储能系统、能量汇集系统、风力发电系统，用于解决现有可再生能源发电系统无法以较低的换流器容量同时汇集交流电能和直流电能，且现有能量汇集系统结构复杂、损耗较高等问题。本发明的另一个方面，通过改变能量汇集系统第一直流端口汇集的有功功率大小和第一交流端口汇集的有功功率大小，可以调节能量汇集系统中第一换流单元、第二换流单元、第三换流单元的容量与损耗，实现减小能量汇集系统的体积、损耗与成本的目的。

Description

一种含多种类型可再生能源的发电系统拓扑结构
技术领域
本发明属于电力系统输配电领域，更具体地，涉及一种含多种类型可再生能源的发电系统拓扑结构。
背景技术
多种可再生能源互补发电与集成并网是未来可再生能源开发与利用的发展方向。授权公告号为CN208386227U的实用新型专利公开了一种风光储多能互补发电系统，如图1所示，包括光伏发电单元、风力发电单元以及储能电池单元三种不同类型的能量单元，三种类型的能量单元通过逆变器转换成交流电从而为负载供电。这种风光储多能互补发电系统仅仅简单地将多种能源进行汇集，无法汇集直流电能，并且只能用于给交流负载供电，无法为直流负载供电。授权公告号为CN208986604U的实用新型专利公开了一种多能互补交直流混合微电网，如图2所示，交流大电网通过交流公共母线分别电连接交流微电网母线和直流微电网母线。交流微电网和直流微电网通过协调控制器连接。这种多能互补系统能够实现多种能源的并网发电，但是连接交流微电网和直流微电网的协调控制器容量较大，使得其制造难度与损耗都较大。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种含多种类型可再生能源的发电系统拓扑结构，用于解决现有可再生能源发电系统无法以较低的换流器容量同时汇集交流电能和直流电能，且现有能量汇集系统结构复杂、损耗较高等问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种含多种类型可再生能源的发电系统拓扑结构，包含光伏发电系统、储能系统、能量汇集系统、风力发电系统。
所述风力发电系统由一定数量的风力发电单元通过一定形式的串、并联连接而成；所述光伏发电系统由一定数量的光伏发电单元通过一定形式的串、并联连接而成；所述风力发电单元和光伏发电单元之间的串、并联技术均为业内公知技术。
所述储能系统与光伏发电系统并联连接。
所述能量汇集系统与直流配电网相连接，用于同时汇集光伏发电系统、风力发电系统、储能系统的能量，并与直流配电网进行能量交换。所述能量汇集系统包含三个外部端口：即第一直流端口、第二直流端口、第一交流端口；所述第一直流端口连接至光伏发电系统，所述第二直流端口连接至直流配电网，所述第一交流端口连接至风力发电系统。
所述能量汇集系统由第一换流单元、第二换流单元、第三换流单元通过特定的连接方式组合而成，所述第一换流单元、第二换流单元、第三换流单元均用于实现交流电与直流电之间的相互转换。第一换流单元的正极直流母线连接至第二换流单元的负极直流母线，第一换流单元的负极直流母线连接至第三换流单元的正极直流母线，第三换流单元的负极直流母线连接至直流配电网的负极母线，第二换流单元的正极直流母线连接至直流配电网的正极母线，第一换流单元的正极直流母线和负极直流母线构成能量汇集系统的第一直流端口，第二换流单元的正极直流母线与第三换流单元的负极直流母线构成能量汇集系统的第二直流端口，所述第一换流单元、第二换流单元、第三换流单元的交流母线分别连接至同一公共交流母线，该公共交流母线连接至能量汇集系统的第一交流端口。
优选地，所述第一换流单元由电压源换流器构成，所述电压源换流器的交流端口直接连接至所述公共交流母线，所述第二换流单元或者第三换流单元由一个十二脉波不可控整流器、一个三相三绕组换流变压器、一个旁路开关构成，所述三相三绕组换流变压器的一个绕组连接至能量汇集系统内部的公共交流母线，所述三相三绕组换流变压器另外两个绕组分别连接至十二脉波不可控整流器的交流端口，所述旁路开关跨接在十二脉波不可控整流器的正、负极母线之间，用于在相应的换流单元发生故障时，通过闭合旁路开关将相应的换流单元进行旁路，维持能量汇集系统非故障区域的持续运行。
优选地，所述第一换流单元由电压源换流器构成，所述电压源换流器的交流端口直接连接至所述公共交流母线，所述第二换流单元或者第三换流单元由电压源换流器与交流变压器构成，并且电压源换流器的交流侧与所述交流变压器的一侧绕组连接在一起，所述交流变压器的另一侧绕组连接至能量汇集系统的公共交流母线。
优选地，所述电压源换流器可以是多个子电压源换流器的串联组合、或者并联组合、或者串并联组合。
优选地，所述电压源换流器为由全控型电力电子器件构成的全控型电压源换流器，包括两电平全控型电压源换流器、二极管钳位型三电平电压源换流器、T型三电平电压源换流器、模块化多电平换流器。
优选地，所述模块化多电平换流器包括半桥型模块化多电平换流器、子模块混合型模块化多电平换流器、全桥型模块化多电平换流器，均为业内公知技术。
优选地，所述电压源换流器为由晶闸管等半控型电力电子器件构成的半控型电压源换流器，所述半控型电压源换流器为业内公知技术。
优选地，所述电压源换流器的交流侧运行频率是工频，或者中频，或者高频。
优选地，所述第一换流单元由电压源换流器构成，所述电压源换流器的交流端口直接连接至所述公共交流母线，所述第二换流单元或者第三换流单元由一个六脉波不可控整流器、一个三相双绕组换流变压器、一个旁路开关构成，所述三相双绕组换流变压器一个绕组连接至能量汇集系统内部的公共交流母线，所述三相双绕组换流变压器另外一个绕组连接至六脉波不可控整流器的交流端口，所述旁路开关跨接在六脉波不可控整流器的正、负极母线之间。
优选地，所述第一换流单元由电压源换流器构成，所述电压源换流器的交流端口直接连接至所述公共交流母线，所述第二换流单元或者第三换流单元由一个十二脉波不可控整流器、三个单相三绕组换流变压器、一个旁路开关构成，所述单相三绕组换流变压器的一个绕组连接至能量汇集系统内部的公共交流母线，所述单相三绕组换流变压器另外两个绕组连接至十二脉波不可控整流器的交流端口。所述旁路开关跨接在十二脉波不可控整流器的正负极母线之间。
优选地，所述第一换流单元由电压源换流器构成，所述电压源换流器的交流端口直接连接至所述公共交流母线，所述第二换流单元或者第三换流单元由一个十二脉波不可控整流器、六个单相双绕组换流变压器、一个旁路开关构成，所述单相双绕组换流变压器的一个绕组连接至能量汇集系统内部的公共交流母线，所述单相双绕组换流变压器的另外一个绕组连接至十二脉波不可控整流器的交流端口，所述旁路开关跨接在十二脉波不可控整流器的正负极母线之间。
优选地，所述第一换流单元由电压源换流器构成，所述电压源换流器的交流端口直接连接至所述公共交流母线，所述第二换流单元或者第三换流单元由一个电压源换流器、一个三相双绕组换流变压器、一个旁路开关构成，所述三相双绕组换流变压器一个绕组连接至能量汇集系统内部的公共交流母线，所述三相双绕组换流变压器另外一个绕组连接至电压源换流器的交流端口，所述旁路开关跨接在电压源换流器的正负极母线之间。
在上述技术方案中，第二换流单元与第三换流单元可以采用相同的拓扑结构，也可以采用不同的拓扑结构。
优选地，所述旁路开关是高速机械开关，或者是由电力电子器件构成的固态开关，或者是由高速机械开关与固态开关并联后构成的混合开关，用于在相应的换流单元发生故障时，通过闭合旁路开关将相应的换流单元进行旁路，维持能量汇集系统非故障区域的持续运行。
按照本发明的另一个方面，所述的一种含多种类型可再生能源的发电系统拓扑结构，通过改变能量汇集系统第一直流端口汇集的有功功率大小和第一交流端口汇集的有功功率大小，可以调节能量汇集系统中第一换流单元、第二换流单元、第三换流单元的容量与损耗，实现减小能量汇集系统的体积、损耗与成本的目的。
第一直流端口汇集的有功功率大小为Pdc，第一交流端口汇集的有功功率大小Pac，第一换流单元中电压源换流器的直流功率大小PVSC可以表示为
Figure BDA0002256581330000061
E1为能量汇集系统的第一直流端口的直流电压大小，E2为能量汇集系统的第二直流端口的直流电压大小。
当Pdc与Pac满足下面的大小关系时，PVSC恒等于零。
Figure BDA0002256581330000062
上式表明，第一换流单元中电压源换流器的传输的直流电流为零，第一直流端口汇集的有功功率和第一交流端口汇集的有功功率全部通过第二换流单元和第三换流单元来进行传输，从而减小了第一换流单元的体积与损耗。
第二换流单元和第三换流单元的直流功率大小之和PDR可以表示为
Figure BDA0002256581330000071
上式表明，无论Pdc与Pac如何变化，第二换流单元和第三换流单元传输的直流功率之和PDR恒小于能量汇集系统汇集的总有功功率(Pdc+Pac)。
以上分析表明，对于所述的一种含多种类型可再生能源的发电系统拓扑结构，通过改变能量汇集系统第一直流端口汇集的有功功率Pdc的大小和第一交流端口汇集的有功功率Pac的大小，可以减小(或调节)能量汇集系统中第一换流单元、第二换流单元、第三换流单元的容量与损耗，实现减小能量汇集系统的体积、损耗与成本的目的。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明提供的技术方案可以同时汇集光伏发电系统送出的有功功率与风力发电系统送出的有功功率，也可以与直流配电网进行能量交换。
(2)通过优化第一直流端口汇集的有功功率与第一交流端口汇集的有功功率二者的相对大小，可以大大减小能量汇集系统中第一换流单元的实际传输功率，甚至使其实际传输功率为零，从而大大减小了第一换流单元的损耗，减小了其制造难度，提高了其可靠性与经济性。
(3)无论第一直流端口汇集的有功功率与第一交流端口汇集的有功功率二者的相对大小如何变化，第二换流单元以及第三换流单元传输的有功功率之和都恒小于能量汇集系统汇集的总有功功率，从而减小了第二换流单元以及第三换流单元的容量与损耗，提高了其可靠性与经济性。
附图说明
图1为授权公告号为CN208386227U的实用新型专利公开的一种风光储多能互补发电系统。
图2为授权公告号为CN208986604U的实用新型专利公开的一种多能互补交直流混合微电网。
图3为实施例一提供的一种含多种类型可再生能源的发电系统拓扑结构。
图4为现有的一种典型的两电平全控型电压源换流器。
图5为现有的一种二极管钳位型三电平电压源换流器。
图6为现有的一种半桥型模块化多电平换流器。
图7为现有的一种子模块混合型模块化多电平换流器。
图8为实施例二提供的一种第二换流单元或者第三换流单元拓扑结构。
图9为实施例三提供的一种第二换流单元或者第三换流单元拓扑结构。
图10为实施例四提供的第二换流单元或者第三换流单元拓扑结构。
图11为实施例五提供的第二换流单元或者第三换流单元拓扑结构。
图12为实施例六提供的另外一种含多种类型可再生能源的发电系统拓扑结构。
图13为实施例七提供的另外一种含多种类型可再生能源的发电系统拓扑结构。
图14为实施例八提供的另外一种含多种类型可再生能源的发电系统拓扑结构。
图15为实施例九提供的另外一种含多种类型可再生能源的发电系统拓扑结构。
图16为实施例十提供的另外一种含多种类型可再生能源的发电系统拓扑结构。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图3所示，实施例一提供一种含多种类型可再生能源的发电系统100拓扑结构，包含光伏发电系统1、储能系统2、能量汇集系统3、风力发电系统4。
所述风力发电系统4由一定数量的风力发电单元通过一定形式的串、并联连接而成，所述光伏发电系统1由一定数量的光伏发电单元通过一定形式的串、并联连接而成，所述风力发电单元和光伏发电单元之间的串、并联技术均为业内公知技术。
所述储能系统2与光伏发电系统1并联连接。
所述能量汇集系统3与直流配电网5相连接，用于同时汇集光伏发电系统1、风力发电系统4、储能系统2的能量。所述能量汇集系统3包含三个外部端口：即第一直流端口、第二直流端口、第一交流端口。所述第一直流端口连接至光伏发电系统1，所述第二直流端口连接至直流配电网5，所述第一交流端口连接至风力发电系统4。所述能量汇集系统3由第一换流单元31、第二换流单元32、第三换流单元33、公共交流母线34通过特定的连接方式组合而成，所述第一换流单元31、第二换流单元32、第三换流单元33均用于实现交流电与直流电之间的相互转换。第一换流单元31的正极直流母线连接至第二换流单元32的负极直流母线，第一换流单元31的负极直流母线连接至第三换流单元33的正极直流母线，第三换流单元33的负极直流母线连接至直流配电网5的负极母线，第二换流单元32的正极直流母线连接至直流配电网5的正极母线。第一换流单元31的正极直流母线和负极直流母线构成能量汇集系统3的第一直流端口；第二换流单元32的正极直流母线与第三换流单元33的负极直流母线构成能量汇集系统3的第二直流端口；所述第一换流单元31、第二换流单元32、第三换流单元33的交流母线分别连接至同一公共交流母线34，该公共交流母线34连接至能量汇集系统的第一交流端口。
所述第一换流单元31由电压源换流器构成，所述电压源换流器的交流端口直接连接至所述公共交流母线34。
所述第二换流单元32由一个十二脉波不可控整流器321、一个三相三绕组换流变压器322、一个旁路开关323构成。所述三相三绕组换流变压器322的一个绕组连接至能量汇集系统3内部的公共交流母线34。所述三相三绕组换流变压器322另外两个绕组分别连接至十二脉波不可控整流器321的交流端口。所述旁路开关323跨接在十二脉波不可控整流器321的正、负极母线之间，用于在相应的换流单元发生故障时，通过闭合旁路开关将相应的换流单元进行旁路，维持能量汇集系统3非故障区域的持续运行。
所述第三换流单元33由一个十二脉波不可控整流器331、一个三相三绕组换流变压器332、一个旁路开关333构成。所述三相三绕组换流变压器332的一个绕组连接至能量汇集系统3内部的公共交流母线34。所述三相三绕组换流变压器332另外两个绕组分别连接至十二脉波不可控整流器331的交流端口。所述旁路开关333跨接在十二脉波不可控整流器331的正、负极母线之间，用于在相应的换流单元发生故障时，通过闭合旁路开关将相应的换流单元进行旁路，维持能量汇集系统3非故障区域的持续运行。
图4为现有的一种典型的两电平全控型电压源换流器。
图5为现有的一种二极管钳位型三电平电压源换流器。
图6为现有的一种半桥型模块化多电平换流器，换流器的桥臂由半桥子模块级联而成。
图7为现有的一种子模块混合型模块化多电平换流器，换流器的桥臂由半桥子模块和全桥子模块级联而成。
图4至图7所示的电压源换流器拓扑结构均为业内公知技术。
如图8所示，实施例二提供一种第二换流单元32或者第三换流单元33拓扑结构，所述第二换流单元32或者第三换流单元33由一个六脉波不可控整流器321A、一个三相双绕组换流变压器322A、一个旁路开关323A构成。所述三相双绕组换流变压器322A一个绕组连接至能量汇集系统3内部的公共交流母线34。所述三相三绕组换流变压器322A另外一个绕组连接至六脉波不可控整流器321A的交流端口。所述旁路开关323A跨接在六脉波不可控整流器321A的正负极母线之间，用于在六脉波不可控整流器321A发生故障时，通过闭合旁路开关323A将六脉波不可控整流器321A进行旁路，维持能量汇集系统3非故障区域的持续运行。
如图9所示，实施例三提供一种第二换流单元32或者第三换流单元33拓扑结构，所述第二换流单元32或者第三换流单元33由一个十二脉波不可控整流器321B、三个单相三绕组换流变压器322B、一个旁路开关323B构成。所述单相三绕组换流变压器322B的一个绕组连接至能量汇集系统3内部的公共交流母线34。所述单相三绕组换流变压器322B另外两个绕组连接至十二脉波不可控整流器321B的交流端口。所述旁路开关323B跨接在十二脉波不可控整流器321B的正负极母线之间，用于在十二脉波不可控整流器321B发生故障时，通过闭合旁路开关323B将十二脉波不可控整流器321B进行旁路，维持能量汇集系统3非故障区域的持续运行。
如图10所示，实施例四提供一种第二换流单元32或者第三换流单元33拓扑结构，所述第二换流单元32或者第三换流单元33由一个十二脉波不可控整流器321C、六个单相双绕组换流变压器322C、一个旁路开关323C构成。所述单相双绕组换流变压器322C的一个绕组连接至能量汇集系统3内部的公共交流母线34。所述单相双绕组换流变压器322C的另外一个绕组连接至十二脉波不可控整流器321C的交流端口。所述旁路开关323C跨接在十二脉波不可控整流器321C的正负极母线之间，用于在十二脉波不可控整流器321C发生故障时，通过闭合旁路开关323C将十二脉波不可控整流器321C进行旁路，维持能量汇集系统3非故障区域的持续运行。
如图11所示，实施例五提供一种第二换流单元32或者第三换流单元33拓扑结构，所述第二换流单元32或者第三换流单元33由一个电压源换流器321D、一个三相双绕组换流变压器322D、一个旁路开关构成323D。所述三相双绕组换流变压器322D一个绕组连接至能量汇集系统3内部的公共交流母线34、即第一交流端口。所述三相三绕组换流变压器322D另外一个绕组连接至电压源换流器321D的交流端口。所述旁路开关323D跨接在电压源换流器321D的正负极母线之间，用于在电压源换流器321D发生故障时，通过闭合旁路开关323D将电压源换流器321D进行旁路，维持能量汇集系统3非故障区域的持续运行。
如图12所示，实施例六提供另外一种含多种类型可再生能源的发电系统100拓扑结构。所述第一直流端口可以连接至由光伏发电系统1、储能系统2、第二直流配电网6构成的综合能源系统。
如图13所示，实施例七提供另外一种含多种类型可再生能源的发电系统100拓扑结构。所述第一直流端口可以连接至由光伏发电系统1、储能系统2、生物质发电系统7构成的综合能源系统。
如图14所示，实施例八提供另外一种含多种类型可再生能源的发电系统100拓扑结构。所述第一交流端口可以连接至由风力发电系统4和交流配电网8构成的综合能源系统。
如图15所示，实施例九提供另外一种含多种类型可再生能源的发电系统100拓扑结构。所述第一交流端口可以连接至由风力发电系统4、光伏发电系统9、交流配电网8构成的综合能源系统。
如图16所示，实施例十提供另外一种含多种类型可再生能源的发电系统100拓扑结构。所述第一交流端口可以连接至由风力发电系统4、交流配电网8、储能系统10构成的综合能源系统。
在一个实施例中，例如对于图3所示的实施例一，记第一直流端口汇集的有功功率大小为Pdc，第一交流端口汇集的有功功率大小为Pac，能量汇集系统3的第一直流端口之间的直流电压大小为E1，能量汇集系统3的第二直流端口之间的直流电压大小为E2。那么第一换流单元31中电压源换流器传输的直流功率大小PVSC可以表示为
Figure BDA0002256581330000141
由上式可以看到，当Pdc与Pac满足下面的大小关系时，PVSC恒等于零。
Figure BDA0002256581330000142
当PVSC恒等于零时，表明第一换流单元31中电压源换流器的传输的直流电流为零，第一直流端口汇集的有功功率Pdc和第一交流端口汇集的有功功率Pac全部通过第二换流单元32和第三换流单元33来进行传输，从而减小了第一换流单元31的体积与损耗。
第二换流单元32和第三换流单元33的直流功率大小之和PDR可以表示为
Figure BDA0002256581330000151
从上式可以看到，无论Pdc与Pac如何变化，第二换流单元32和第三换流单元33传输的直流功率之和PDR恒小于能量汇集系统3汇集的总有功功率(Pdc+Pac)。
以上分析表明，通过优化第一直流端口汇集的有功功率Pdc的大小与第一交流端口汇集的有功功率Pac的大小，可以减小能量汇集系统3中换流单元的容量与损耗，从而降低能量汇集系统的制造难度。
本发明各实施例所涉及的各主要变量或缩写的物理意义列于下表1中。
表1
Figure BDA0002256581330000152
Figure BDA0002256581330000161
本发明提供了一种含多种类型可再生能源的发电系统拓扑方案，用于解决现有可再生能源发电系统无法以较低的换流器容量同时汇集交流电能和直流电能，且现有能量汇集系统结构复杂、损耗较高等问题。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有多种变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应认为属于本发明的保护范畴。

Claims (10)

1.一种含多种类型可再生能源的发电系统拓扑结构，其特征在于：包含光伏发电系统、储能系统、能量汇集系统、风力发电系统；
所述风力发电系统由一定数量的风力发电单元通过一定形式的串、并联连接而成；所述光伏发电系统由一定数量的光伏发电单元通过一定形式的串、并联连接而成；
所述储能系统与光伏发电系统并联连接；
所述能量汇集系统与直流配电网相连接，用于同时汇集光伏发电系统、风力发电系统、储能系统的能量，并与直流配电网进行能量交换；所述能量汇集系统包含三个外部端口：即第一直流端口、第二直流端口、第一交流端口；所述第一直流端口连接至光伏发电系统，所述第二直流端口连接至直流配电网，所述第一交流端口连接至风力发电系统；
所述能量汇集系统包括第一换流单元、第二换流单元、第三换流单元，所述第一换流单元、第二换流单元、第三换流单元均用于实现交流电与直流电之间的相互转换，第一换流单元的正极直流母线连接至第二换流单元的负极直流母线，第一换流单元的负极直流母线连接至第三换流单元的正极直流母线，第三换流单元的负极直流母线连接至直流配电网的负极母线，第二换流单元的正极直流母线连接至直流配电网的正极母线，第一换流单元的正极直流母线和负极直流母线构成能量汇集系统的第一直流端口，第二换流单元的正极直流母线与第三换流单元的负极直流母线构成能量汇集系统的第二直流端口，所述第一换流单元、第二换流单元、第三换流单元的交流母线分别连接至同一公共交流母线，该公共交流母线连接至能量汇集系统的第一交流端口。
2.按照权利要求1所述的含多种类型可再生能源的发电系统拓扑结构，其特征在于：所述第一换流单元由电压源换流器构成，所述电压源换流器的交流端口直接连接至所述公共交流母线，所述第二换流单元或者第三换流单元由一个十二脉波不可控整流器、一个三相三绕组换流变压器、一个旁路开关构成，所述三相三绕组换流变压器的一个绕组连接至能量汇集系统内部的公共交流母线，所述三相三绕组换流变压器另外两个绕组分别连接至十二脉波不可控整流器的交流端口，所述旁路开关跨接在十二脉波不可控整流器的正、负极母线之间。
3.按照权利要求1所述的含多种类型可再生能源的发电系统拓扑结构，其特征在于：所述第一换流单元由电压源换流器构成，所述电压源换流器的交流端口直接连接至所述公共交流母线，所述第二换流单元或者第三换流单元由电压源换流器与交流变压器构成，并且电压源换流器的交流侧与所述交流变压器的一侧绕组连接在一起，所述交流变压器的另一侧绕组连接至能量汇集系统的公共交流母线。
4.按照权利要求2或3所述的含多种类型可再生能源的发电系统拓扑结构，其特征在于：所述电压源换流器是多个子电压源换流器的串联组合、或者并联组合、或者串并联组合。
5.按照权利要求1所述的含多种类型可再生能源的发电系统拓扑结构，其特征在于：所述第一换流单元由电压源换流器构成，所述电压源换流器的交流端口直接连接至所述公共交流母线，所述第二换流单元或者第三换流单元由一个六脉波不可控整流器、一个三相双绕组换流变压器、一个旁路开关构成，所述三相双绕组换流变压器一个绕组连接至能量汇集系统内部的公共交流母线，所述三相双绕组换流变压器另外一个绕组连接至六脉波不可控整流器的交流端口，所述旁路开关跨接在六脉波不可控整流器的正、负极母线之间。
6.按照权利要求1所述的含多种类型可再生能源的发电系统拓扑结构，其特征在于：所述第一换流单元由电压源换流器构成，所述电压源换流器的交流端口直接连接至所述公共交流母线，所述第二换流单元或者第三换流单元由一个十二脉波不可控整流器、三个单相三绕组换流变压器、一个旁路开关构成，所述单相三绕组换流变压器的一个绕组连接至能量汇集系统内部的公共交流母线，所述单相三绕组换流变压器另外两个绕组连接至十二脉波不可控整流器的交流端口,所述旁路开关跨接在十二脉波不可控整流器的正负极母线之间。
7.按照权利要求1所述的含多种类型可再生能源的发电系统拓扑结构，其特征在于：所述第一换流单元由电压源换流器构成，所述电压源换流器的交流端口直接连接至所述公共交流母线，所述第二换流单元或者第三换流单元由一个十二脉波不可控整流器、六个单相双绕组换流变压器、一个旁路开关构成，所述单相双绕组换流变压器的一个绕组连接至能量汇集系统内部的公共交流母线，所述单相双绕组换流变压器的另外一个绕组连接至十二脉波不可控整流器的交流端口，所述旁路开关跨接在十二脉波不可控整流器的正负极母线之间。
8.按照权利要求1所述的含多种类型可再生能源的发电系统拓扑结构，其特征在于：所述第一换流单元由电压源换流器构成，所述电压源换流器的交流端口直接连接至所述公共交流母线，所述第二换流单元或者第三换流单元由一个电压源换流器、一个三相双绕组换流变压器、一个旁路开关构成，所述三相双绕组换流变压器一个绕组连接至能量汇集系统内部的公共交流母线，所述三相双绕组换流变压器另外一个绕组连接至电压源换流器的交流端口，所述旁路开关跨接在电压源换流器的正负极母线之间。
9.按照权利要求2、5、6、7、8中任一所述的含多种类型可再生能源的发电系统拓扑结构，其特征在于：所述旁路开关是高速机械开关，或者是由电力电子器件构成的固态开关，或者是由高速机械开关与固态开关并联后构成的混合开关，用于在相应的换流单元发生故障时，通过闭合旁路开关将相应的换流单元进行旁路，维持能量汇集系统非故障区域的持续运行。
10.利用权利要求1所述的一种含多种类型可再生能源的发电系统拓扑结构，通过改变能量汇集系统第一直流端口汇集的有功功率大小和第一交流端口汇集的有功功率大小，调节能量汇集系统中第一换流单元、第二换流单元、第三换流单元的容量与损耗，实现减小能量汇集系统的体积、损耗与成本的目的。
CN201911056031.8A 2019-10-31 2019-10-31 一种含多种类型可再生能源的发电系统拓扑结构 Active CN110912183B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911056031.8A CN110912183B (zh) 2019-10-31 2019-10-31 一种含多种类型可再生能源的发电系统拓扑结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911056031.8A CN110912183B (zh) 2019-10-31 2019-10-31 一种含多种类型可再生能源的发电系统拓扑结构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110912183A true CN110912183A (zh) 2020-03-24
CN110912183B CN110912183B (zh) 2023-12-22

Family

ID=69816067

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911056031.8A Active CN110912183B (zh) 2019-10-31 2019-10-31 一种含多种类型可再生能源的发电系统拓扑结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110912183B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115189341A (zh) * 2022-09-09 2022-10-14 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 一种全直流电力系统

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1832318A (zh) * 2006-03-21 2006-09-13 四川大学 高压直流输电系统的混杂换流器
JP2012075224A (ja) * 2010-09-28 2012-04-12 Shikoku Res Inst Inc 再生可能エネルギーの蓄電システム
US20120150361A1 (en) * 2012-02-16 2012-06-14 Lazaris Spyros J Renewable energy-based electricity grid infrastructure and method of grid infrastructure automation and operation
CN103337972A (zh) * 2013-05-22 2013-10-02 华中科技大学 一种混合型换流器及风力发电系统
US20140236366A1 (en) * 2011-10-14 2014-08-21 Carbontrack Pty Ltd Interface device for an energy harvesting system
WO2015176789A1 (de) * 2014-05-22 2015-11-26 AMK Arnold Müller GmbH & Co. KG System zur einspeisung elektrischer energie in ein stromversorgungsnetz und betriebsverfahren für ein solches system
CN106374533A (zh) * 2016-10-28 2017-02-01 西安特锐德智能充电科技有限公司 一种微型能源网络系统
CN106849343A (zh) * 2017-01-23 2017-06-13 武汉理工大学 通信基站用风光柴储独立供电切换系统及供电切换方法
CN107276125A (zh) * 2017-07-06 2017-10-20 南京南瑞继保电气有限公司 一种链式多端口并网接口装置及控制方法
US20180052478A1 (en) * 2012-08-09 2018-02-22 Rajiv Kumar Varma Use of distributed generator (dg) inverters as statcoms for decreasing line losses
CN107834608A (zh) * 2017-10-16 2018-03-23 中国电力科学研究院 一种多能源互济系统的优化协调控制方法及系统
CN108183505A (zh) * 2018-01-08 2018-06-19 三峡大学 一种多能互补的多层微电网组网系统
CN108390575A (zh) * 2018-03-27 2018-08-10 江苏科技大学 一种用于船舶岸电系统的换流装置
CN109038539A (zh) * 2017-06-09 2018-12-18 天津大学（青岛）海洋工程研究院有限公司 一种基于能量路由器的交直流混合微电网拓扑设计方法

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1832318A (zh) * 2006-03-21 2006-09-13 四川大学 高压直流输电系统的混杂换流器
JP2012075224A (ja) * 2010-09-28 2012-04-12 Shikoku Res Inst Inc 再生可能エネルギーの蓄電システム
US20140236366A1 (en) * 2011-10-14 2014-08-21 Carbontrack Pty Ltd Interface device for an energy harvesting system
US20120150361A1 (en) * 2012-02-16 2012-06-14 Lazaris Spyros J Renewable energy-based electricity grid infrastructure and method of grid infrastructure automation and operation
US20180052478A1 (en) * 2012-08-09 2018-02-22 Rajiv Kumar Varma Use of distributed generator (dg) inverters as statcoms for decreasing line losses
CN103337972A (zh) * 2013-05-22 2013-10-02 华中科技大学 一种混合型换流器及风力发电系统
WO2014187181A1 (zh) * 2013-05-22 2014-11-27 华中科技大学 一种混合型换流器及风力发电系统
WO2015176789A1 (de) * 2014-05-22 2015-11-26 AMK Arnold Müller GmbH & Co. KG System zur einspeisung elektrischer energie in ein stromversorgungsnetz und betriebsverfahren für ein solches system
CN106374533A (zh) * 2016-10-28 2017-02-01 西安特锐德智能充电科技有限公司 一种微型能源网络系统
CN106849343A (zh) * 2017-01-23 2017-06-13 武汉理工大学 通信基站用风光柴储独立供电切换系统及供电切换方法
CN109038539A (zh) * 2017-06-09 2018-12-18 天津大学（青岛）海洋工程研究院有限公司 一种基于能量路由器的交直流混合微电网拓扑设计方法
CN107276125A (zh) * 2017-07-06 2017-10-20 南京南瑞继保电气有限公司 一种链式多端口并网接口装置及控制方法
CN107834608A (zh) * 2017-10-16 2018-03-23 中国电力科学研究院 一种多能源互济系统的优化协调控制方法及系统
CN108183505A (zh) * 2018-01-08 2018-06-19 三峡大学 一种多能互补的多层微电网组网系统
CN108390575A (zh) * 2018-03-27 2018-08-10 江苏科技大学 一种用于船舶岸电系统的换流装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
许斌: "MMC模块化串并联扩容方法及在能源互联网中的应用", pages 20 - 25 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115189341A (zh) * 2022-09-09 2022-10-14 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 一种全直流电力系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN110912183B (zh) 2023-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106602565B (zh) 一种基于固态变压器的电动汽车充电站供电系统
CN108574420B (zh) 电力电子变换单元及系统
CN112072716A (zh) 一种配电网末端电能路由器及其控制方法
CN110635468B (zh) 一种远海风电场拓扑结构及其控制方法
CN204333981U (zh) 一种适用于分布式电源的电力集能器
CN105429177B (zh) 一种模块化光伏储能系统
CN106712024A (zh) 一种用于电动汽车充电站的能源互联网
CN108306324B (zh) 模块化集中式储能系统
CN102916435A (zh) 一种含z源网络的电池储能功率转换系统及其控制方法
CN209217732U (zh) 交直流混合微电网储能系统
CN104795981A (zh) 直流并网运行的混合微网双向变换器电流纹波有源抑制方法
CN107425733A (zh) 一种低压电能路由器拓扑及控制方法
Bose et al. Topological investigation on interlinking converter in a hybrid microgrid
CN207530550U (zh) 基于风电场的输电系统
CN110912183B (zh) 一种含多种类型可再生能源的发电系统拓扑结构
CN106877713B (zh) 一种具有故障穿越能力的储能型变流器拓扑
CN113890122A (zh) 面向办公居住园区用的交直流多端口配电系统
CN113271029A (zh) 一种低电压应力宽输出范围dab型单级双向ac/dc变换器
CN203813692U (zh) 一种基于蓄电池和超级电容的混合储能逆变器系统
CN108023497B (zh) 串联同时供电正激周波变换型单级多输入高频环节逆变器
CN216215929U (zh) 面向办公居住园区用的交直流多端口配电系统
CN115036907A (zh) 一种电池储能中压直流并网系统及方法
CN115207937A (zh) 一种家用电能路由器及其控制方法和软起动方法
CN208707366U (zh) 一种大容量电池储能功率变流装置
CN217741315U (zh) 一种电池储能中压直流并网系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant