[發明專利]發電單元和能量輸出設備

有效

• 申請號: 201210551561.1
• 申請日: 2012-12-18
• 公開（公告）號: CN103872677A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 廖華;張京偉;李晶;馬琳
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J3/28;H02J3/38
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 李慧

技術領域

本發明涉及電力系統，尤其涉及一種發電單元和能量輸出設備。

背景技術

目前，微網可指由分布式發電單元、能量轉換裝置、監控裝置、保護裝置和相關負荷等一個或多個部分組成的小型發、配、用電系統。所謂小型是與主干電網的規模相比較小。微網既可以與外部電網（比如主干電網等）并列/并聯/并網運行，也可以獨立運行。一般而言，微網是一個能夠實現自我控制、自我保護和自我管理的自治系統。

微網中的發電單元一般有第一能源發電單元和第二能源發電單元等多種類型。第一能源發電單元采用諸如可再生能源驅動，該第一能源發電單元可以具體實現為間歇式可再生能源發電單元，采用比如光伏（photovoltaic，PV）、風力、潮汐等間歇式可再生能源驅動；第二能源發電單元采用傳統能源，比如煤、燃氣、柴油、小型水電等驅動。具體地，間歇式可再生能源發電單元由能源捕獲設備和電力電子能源轉換設備組成，并作為并網單元接入微網。電力電子能源轉換設備可以是諸如變換器（converter）或逆變器（inverter）等，變換器用于執行一般的功率變換，比如交流（Alternating?Current，AC）輸入直流（Direct?Current，DC）輸出（即AC/DC）、DC/AC、DC/DC、AC/AC等，逆變器主要用于實現DC/AC變換。由于間歇式可再生能源具有能量密度低、受天氣和環境條件影響大、輸出功率波動性強、難以準確預測等特點，微網中的間歇式可再生能源發電單元的總安裝容量通常受到較大限制。如果超過這個限制，則無法保證微網的安全穩定運行，也可能給與其相連的外部電網的穩定帶來不利因素。

間歇式可再生能源發電單元接入微網的常規方法如圖1所示，使用傳統能源的發電機組（如小型水電、柴油發電等）建立并穩定微網的電壓和頻率，而間歇式可再生能源作為并網單元采用電流源控制方式接入微網。具體地，圖1包括以下部分：外部電網11、微網12。外部電網11可以是主干電網或者不同于微網12的另一個微網。微網12包括：一個或多個光伏支路PV1……PVn、一個或多個風力支路、柴油或水力發電機106、負荷107、開關108。光伏支路、風力支路、柴油或水力發電機106、負荷107都連接到公共聯接點（point?of?common?coupling，PCC）。具體地，PCC可以是交流母線。每個光伏支路包括：PV陣列101、DC/AC逆變器102；每個風力支路包括：風力發電機103、AC/DC變換器104、DC/AC逆變器105。該模式下，為保證微網的可靠、穩定運行，需要配置大容量的傳統電源以維持微網的電壓和頻率穩定。此時，間歇式可再生能源發電單元不參與微網的電壓和頻率的調節，其在微網中的總發電容量比例受到較大限制。

中國專利申請CN102244498A（公開日未2011年11月16日）提出一種電網中的發電單元，在利用間歇式能源時能夠對電網供電的穩定起作用。該專利申請由本申請的申請人西門子公司擁有。如圖2所示，在該專利申請中，發電單元200包括能量輸入模塊210、能量儲存模塊220和能量輸出模塊230。能量輸入模塊210可以利用光伏、風力、潮汐等間歇式可再生能源形式，通過相應的電力電子控制器輸出相對穩定的直流電壓。具體地，能量輸入模塊210包括用于捕獲一種或多種間歇式能源的能源捕獲設備212以及充電控制器214。能量輸出模塊230包括發電單元驅動器（SPU?driver）232、電動機（motor）234、同步發電機（synchronous?generator，SG）236。電動機234用于將電能轉換成機械能，同步發電機236用于將機械能轉換成電能，其轉子轉速與定子旋轉磁場保持同步。工作時，發電單元驅動器可以驅動交流電動機或直流電動機，電動機再拖動同步發電機運行，輸出工頻電能（輸出頻率為50Hz或60Hz）。發電單元200的功率調節分為有功功率調節和無功功率調節。有功功率調節通過發電單元驅動器232實現，以保證電網頻率的穩定；無功功率調節通過同步發電機236自身的勵磁控制系統實現。對于無功功率調節，同步發電機236通過對電網電壓幅值變化情況的判斷，調節自身勵磁電壓，以控制同步發電機236的輸出電壓，保證電網電壓幅值的穩定，達到調節發電單元輸出無功功率的目的。因此，發電單元200雖然是由間歇式可再生能源供能，但是其具有與常規能源發電單元類似的輸出外特性。因此在微網中，可以將發電單元200看作常規發電單元來布置微網，提高間歇式可再生能源在微網中的接入比例。

發明內容