[發(fā)明專利]利用風(fēng)光互補(bǔ)特性的新能源柔性直流外送系統(tǒng)及驗(yàn)證方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710398350.1
• 申請(qǐng)日: 2017-05-31
• 公開（公告）號(hào): CN107221946A
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喻鋒;翁之浩;王熙駿;李超群
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海電力設(shè)計(jì)院有限公司
• 主分類號(hào): H02J3/36
• 分類號(hào): H02J3/36;H02J3/38;H02S10/12;G06F17/50
• 代理公司: 上海知義律師事務(wù)所31304
• 代理人: 劉峰,倪奇巍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新能源電力傳輸技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及利用風(fēng)光互補(bǔ)特性的新能源柔性直流外送系統(tǒng)及驗(yàn)證方法。

背景技術(shù)

近年來，環(huán)境污染和能源枯竭問題日趨嚴(yán)重，以太陽(yáng)能、風(fēng)能等為代表的清潔可再生能源，正在逐步替代化石能源。風(fēng)能和太陽(yáng)能在時(shí)間和地域上天然具有很強(qiáng)的互補(bǔ)性，大型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是可再生能源極有前途的一種高效利用形式。與單獨(dú)大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電及光伏發(fā)電相比，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)能使功率輸出較平穩(wěn)，增加電網(wǎng)對(duì)間歇性可再生能源的吸收接納程度。

柔性直流技術(shù)已較日趨成熟，其中模塊化多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的柔性直流近年來已在新能源輸電、直流電網(wǎng)等領(lǐng)域得到大量的應(yīng)用。模塊化多電平換流器因其自身有功無功獨(dú)立控制等特性尤其適合于新能源領(lǐng)域，已成為能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，并將逐漸成為今后發(fā)展的趨勢(shì)。光伏電站與模塊化多電平換流器在結(jié)構(gòu)上有相似性，將光伏通過模塊化多電平換流器收集外送，其相關(guān)成果一定程度已獲得國(guó)內(nèi)外專家的認(rèn)可。

但是,當(dāng)光伏電站處于陰影區(qū)域或者夜間時(shí)，光伏電池?zé)o法收集到太陽(yáng)能，但換流器不能停用而將持續(xù)的產(chǎn)生較大的損耗，整體而言換流器的利用率處于較低水平。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提供利用風(fēng)光互補(bǔ)特性的新能源柔性直流外送系統(tǒng)及驗(yàn)證方法，能夠較充分的利用光伏、風(fēng)能及柔性直流各自的優(yōu)勢(shì)，具有互補(bǔ)性高，對(duì)系統(tǒng)諧波影響小等特點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了利用風(fēng)光互補(bǔ)特性的新能源柔性直流外送系統(tǒng)，包括若干風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、若干太陽(yáng)能電池組。

其中，若干所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組升壓后接入模塊化多電平換流器光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的換流器的交流側(cè)，所述交流側(cè)運(yùn)行于整流狀態(tài)。

若干所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組接入的交流電能整流為直流電能接入直流系統(tǒng)；若干所述太陽(yáng)能電池組經(jīng)過DC/DC變換后并接于所述模塊化多電平換流器光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的電容器，所述電容器通過子模塊將若干所述太陽(yáng)能電池組接入的直流電能匯入直流母線，送至直流系統(tǒng)。

優(yōu)選的，所述太陽(yáng)能電池組包括PSM子模塊，所述PSM子模塊包括光伏陣列(PV)、DC-DC變換電路、MMC的子模塊SM，所述MMC的子模塊SM由兩個(gè)IGBT(T1、T2)、兩個(gè)反向二極管(D1、D2)和一個(gè)電容構(gòu)成。

利用風(fēng)光互補(bǔ)特性的新能源柔性直流外送系統(tǒng)的驗(yàn)證方法，步驟如下：

步驟A、計(jì)算所述模塊化多電平換流器光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的所述上、下橋臂的瞬時(shí)功率，計(jì)算公可以分別表示為：

其中，U和α分別為對(duì)應(yīng)相內(nèi)電勢(shì)e的電壓幅值及初始相角；I和γ分別為對(duì)應(yīng)相的電流幅值及初始相角；k和m分別為電壓及電流的調(diào)制系數(shù)，定義為：

步驟B、對(duì)所述直流外送系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化，所述模塊化多電平換流器光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的電容器電壓可以表示為：

其中，Ppv為太陽(yáng)能電池的功率；C為子模塊的電容值；△T、t分別為步長(zhǎng)和起始時(shí)間，Sc為子模塊導(dǎo)通狀態(tài)。所述模塊化多電平換流器光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的橋臂電容器組的輸出電壓U_RM可以表示為：

其中，U_cj表示橋臂內(nèi)第j個(gè)子模塊的電容電壓，S_cj表示其子模塊接入狀態(tài)；

步驟C、根據(jù)步驟B和C的結(jié)論建立光伏MMC橋臂的數(shù)值計(jì)算詳細(xì)模型，對(duì)所述直流外送系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。

優(yōu)選的，在步驟A中，當(dāng)所述上橋臂的瞬時(shí)功率、下橋臂的瞬時(shí)功率均含有相同的直流，以及2倍頻分量，且所述上橋臂的瞬時(shí)功率、下橋臂的瞬時(shí)功率的基頻分量大小相同、方向相反，則式(1)和式(2)簡(jiǎn)化為：

其中，p_dc、p_ωj和p_2ωj分別表示橋臂瞬時(shí)功率的直流、基頻及2倍頻分量，式(4)改寫為：

其中，P_ωj和P_2ωj是瞬時(shí)功率基頻及2倍頻分量的幅值；φ_1j和φ_2j分別為他們對(duì)應(yīng)的初始相角。

優(yōu)選的，在步驟A中，所述直流外送系統(tǒng)工作在純光伏模式，所述純光伏模式是指所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在無風(fēng)的狀態(tài)下處于停機(jī)狀態(tài)，該種模式下所述換流器的交流側(cè)流入交流電流為0；此時(shí)換流器外環(huán)功率控制切換至定交流電壓的控制方式，在該種模式下，m＝0，則式(1)及式(2)可以改寫為：