本發(fā)明涉及一種直流輸電技術(shù)，具體涉及一種具備交流/直流接入的直流外送環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制方法。

背景技術(shù)：

大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)中的交流電網(wǎng)主要局限在大區(qū)內(nèi)部發(fā)展，而大區(qū)電網(wǎng)之間以直流電網(wǎng)互聯(lián)，以利于實(shí)現(xiàn)大區(qū)電網(wǎng)間的非同步運(yùn)行與隔離，克服容量過(guò)大的交流電力系統(tǒng)長(zhǎng)距離互聯(lián)所帶來(lái)的不穩(wěn)定的問(wèn)題，改善大區(qū)電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)，提高大區(qū)電網(wǎng)的穩(wěn)定性，這已逐漸成為人們的一種共識(shí)。傳統(tǒng)的直流輸電大多為雙端系統(tǒng)，僅能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的直流功率傳送，當(dāng)多個(gè)交流系統(tǒng)間采用直流互聯(lián)時(shí)，需要多條直流輸電線路，這無(wú)疑會(huì)極大增加投資成本和運(yùn)行費(fèi)用。于是，多端直流輸電系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生。

多端直流輸電系統(tǒng)是指含有多個(gè)整流站或多個(gè)逆變站的直流輸電系統(tǒng)。其最顯著的特點(diǎn)在于能夠?qū)⒅绷鱾鬏斁€在直流側(cè)互相連接起來(lái)組成真正的直流電網(wǎng)，具有大大減少換流站數(shù)量、換流站可以單獨(dú)傳輸功率、可靈活切換傳輸狀態(tài)和高可靠性的優(yōu)勢(shì)。但是，同一電網(wǎng)的相鄰區(qū)域里受電，交直流輸電系統(tǒng)之間，以及直流輸電系統(tǒng)的各個(gè)回路之間必然產(chǎn)生相互影響，導(dǎo)致直流換相易于失敗，甚至多回直流輸電系統(tǒng)同時(shí)換相失敗。如果在多回直流輸電系統(tǒng)同時(shí)或相繼發(fā)生換相失敗，必然導(dǎo)致受電端接受的功率大幅度降低，對(duì)該端的交流系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生極大影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種直流外送環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制方法，使用儲(chǔ)能電池降低發(fā)電的功率波動(dòng)，并提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種直流外送環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所述環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括：分別與vsc變換器和dc/dc直流變壓器連接的端口；

所述vsc變換器分別與新能源交流匯集站和交流電網(wǎng)連接，所述dc/dc直流變壓器分別與儲(chǔ)能單元和光伏直流匯集站連接。

所述vsc變換器與交流電網(wǎng)相連，該vsc變換器采用兩電平技術(shù)；交流側(cè)電壓為110v，直流側(cè)電壓為±150v，功率為100kw，直流負(fù)荷為50kw。

所述dc/dc直流變壓器與光伏直流匯集站相連，其輸入電壓為150v，功率為30kw。

所述vsc變換器與新能源交流匯集站相連，其交流側(cè)電壓為110v，功率為25kw。

所述dc/dc直流變壓器與儲(chǔ)能單元相連，其輸入電壓為300v，功率為30kw。

所述環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的啟動(dòng)的步驟如下：

當(dāng)與vsc變換器所連接的交流電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)：

1)vsc變換器與直流電網(wǎng)連接并控制直流側(cè)電壓；

2)直流電網(wǎng)側(cè)電壓穩(wěn)定后，dc/dc直流變壓器將光伏直流匯集站的電能送入直流電網(wǎng)，并投入mppt點(diǎn)附近的功率；

3)新能源交流匯集站通過(guò)vsc變換器與直流電網(wǎng)連接并投入功率；

4)儲(chǔ)能單元通過(guò)dc/dc直流變壓器與直流電網(wǎng)連接；

當(dāng)與vsc變換器所連接交流電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)：

a)vsc變換器與直流電網(wǎng)連接并控制直流側(cè)電壓；

b)儲(chǔ)能單元通過(guò)高增益dc/dc直流變壓器與直流電網(wǎng)連接并控制直流電網(wǎng)側(cè)電壓穩(wěn)定；

c)光伏直流匯集站通過(guò)dc/dc直流變壓器與直流電網(wǎng)連接，并投入mppt點(diǎn)附近的功率；

d)新能源交流匯集站通過(guò)vsc變換器與直流電網(wǎng)連接并投入功率。

所述環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的停機(jī)步驟如下：

1)新能源交流匯集站和光伏直流匯集站停止輸出功率；

2)新能源交流匯集站、光伏電站直流和儲(chǔ)能單元依次切出直流電網(wǎng)；

3)與交流電網(wǎng)端口相連的vsc變換器停止對(duì)直流電網(wǎng)的電壓建立。

所述控制方法步驟如下：

1)所述新能源交流匯集站和光伏直流匯集站總和發(fā)電量大于50kw，儲(chǔ)能單元處于充滿狀態(tài)，新能源交流匯集站和光伏直流匯集站降容發(fā)電，匹配交流電網(wǎng)的需求；

2)所述新能源交流匯集站和光伏直流匯集站發(fā)電量大于50kw，儲(chǔ)能單元處于未充滿狀態(tài)，則新能源交流匯集站和光伏直流匯集站在最大功率點(diǎn)運(yùn)行，確保交流電網(wǎng)供電情況下向儲(chǔ)能單元充電至新能源交流匯集站和光伏直流匯集站降容發(fā)電；

3)所述新能源交流匯集站和光伏直流匯集站發(fā)電量因波動(dòng)導(dǎo)致發(fā)電量低于50kw時(shí)，儲(chǔ)能單元向交流電網(wǎng)提供其余所需電量。

所述交流電網(wǎng)正常工作時(shí)，通過(guò)vsc變換器控制直流側(cè)電壓，使與dc/dc直流變壓器所連的儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行在功率模式，新能源交流匯集站和光伏直流匯 集站均運(yùn)行在最大功率追蹤模式。

所述交流電網(wǎng)出現(xiàn)故障切斷時(shí)，通過(guò)dc/dc直流變壓器控制直流電網(wǎng)電壓，使儲(chǔ)能單元吸收電網(wǎng)中產(chǎn)生的電能，新能源交流匯集站和光伏直流匯集站運(yùn)行在最大功率追蹤模式。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以接受交流或者直流接入并實(shí)現(xiàn)多種啟動(dòng)運(yùn)行方案。

2、環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為四端環(huán)網(wǎng)，具備的冗余性，在其中一段線路斷開(kāi)后，可以通過(guò)另一半輸送功率，系統(tǒng)運(yùn)行不受線路斷線影響，提供了系統(tǒng)的可靠性。

3、系統(tǒng)中包括儲(chǔ)能單元，可以用來(lái)建立直流電網(wǎng)中初始電壓，起到黑啟動(dòng)的作用；平滑新能源發(fā)電功率波動(dòng)，保證送出功率為穩(wěn)定；當(dāng)與交流電網(wǎng)相連的vsc變換器出現(xiàn)故障時(shí)，可以用儲(chǔ)能存儲(chǔ)新能源發(fā)電功率，最大程度利用新能源出力，減少新能源電站的“棄風(fēng)”“棄光”現(xiàn)象的產(chǎn)生。

附圖說(shuō)明

圖1為直流外送環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為交流電網(wǎng)正常時(shí)直流電網(wǎng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)序的步驟流程圖；

圖3為交流電網(wǎng)故障時(shí)直流電網(wǎng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)序的步驟流程圖；

圖4為直流電網(wǎng)的停機(jī)時(shí)序的步驟流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

本發(fā)明提供一種直流外送環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括多個(gè)端口，每個(gè)端口可以連接vsc(vsc是voltagesourceconverter的縮寫(xiě))變換器或者 高增益dc/dc直流變壓器。其中，vsc變換器接入新能源交流匯集站和交流電網(wǎng)，高增益dc/dc直流變壓器接入儲(chǔ)能單元和光伏直流匯集站。

如圖1所示，該直流外送環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括以下四種裝置：

(1)交流電網(wǎng)的接口裝置：

直流電網(wǎng)的端口通過(guò)vsc變換器與交流電網(wǎng)相連，可以實(shí)現(xiàn)功率的雙向流動(dòng)。vsc變換器采用兩電平技術(shù)，交流側(cè)電壓為110v，直流側(cè)電壓為±150v，功率為100kw，直流負(fù)荷為50kw。

(2)光伏直流匯集站的接口裝置：

直流電網(wǎng)的端口通過(guò)dc/dc直流變壓器與光伏直流匯集站相連。dc/dc直流變壓器的輸入電壓為150v，功率為30kw。

(3)新能源交流匯集站的接口裝置：

直流電網(wǎng)的端口通過(guò)vsc變換器與新能源交流匯集站相連，提供穩(wěn)定50hz交流電壓。vsc變換器的輸出與110/220v升壓變壓器的輸入相連接，交流側(cè)電壓為110v，功率為25kw。

(4)儲(chǔ)能單元的接口裝置：

直流電網(wǎng)的端口通過(guò)dc/dc直流變壓器與儲(chǔ)能單元相連，可以實(shí)現(xiàn)功率的雙向流動(dòng)。dc/dc直流變壓器的輸入電壓為300v，功率為30kw。

針對(duì)交流電網(wǎng)是否正常，環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的直流電網(wǎng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)序分可以為兩種類型：

如圖2所示，當(dāng)與vsc變換器所連接交流電網(wǎng)正常時(shí)：

第一步，直流電網(wǎng)與vsc變換器建立直流電壓；通過(guò)vsc控制直流側(cè)電壓；

第二步，直流電網(wǎng)側(cè)電壓穩(wěn)定后，光伏直流匯集站通過(guò)dc/dc直流變壓器連接到直流電網(wǎng)，并投入mppt點(diǎn)附近的功率；

第三步，新能源交流匯集站通過(guò)vsc變換器連接到直流電網(wǎng)，并投入功率；

第四步，儲(chǔ)能單元通過(guò)dc/dc直流變壓器連接到直流電網(wǎng)。

如圖3所示，當(dāng)與vsc變換器所連接交流電網(wǎng)出現(xiàn)故障切斷時(shí)：

第一步，直流電網(wǎng)與vsc變換器建立直流電壓；

第二步，儲(chǔ)能單元通過(guò)高增益dc/dc直流變壓器連接到直流電網(wǎng)；控制直流電網(wǎng)側(cè)電壓穩(wěn)定

第三步，光伏直流匯集站通過(guò)dc/dc直流變壓器連接到直流電網(wǎng)，并投入mppt點(diǎn)附近的功率；

第四步，新能源交流匯集站通過(guò)vsc變換器連接到直流電網(wǎng)，并投入功率。

如圖4所示，直流電網(wǎng)的停機(jī)時(shí)序?yàn)椋?/p>

第一步，新能源交流匯集站和光伏直流匯集站停止輸出功率；

第二步，新能源交流匯集站、光伏電站直流和儲(chǔ)能單元依次切出直流電網(wǎng)；

第三步，與交流電網(wǎng)端口相連的vsc變換器停止對(duì)直流電網(wǎng)的電壓建立；

該環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的運(yùn)行控制方案為：

1)當(dāng)與vsc變換器所連接的交流電網(wǎng)正常時(shí)，通過(guò)vsc控制直流側(cè)電壓，使與dc/dc直流變壓器所連的儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行在功率模式，新能源交流匯集站和光伏直流匯集站分別運(yùn)行在最大功率追蹤模式(mppt)。

2)當(dāng)與vsc變換器所連接交流電網(wǎng)出現(xiàn)故障切斷時(shí)，通過(guò)dc/dc直流變壓器控制直流電網(wǎng)側(cè)電壓，新能源交流匯集站和光伏直流匯集站運(yùn)行在最大功率追蹤模式(mppt)，通過(guò)儲(chǔ)能單元吸收電網(wǎng)中產(chǎn)生的電能，在交流受端電網(wǎng)故障情況下也可以實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)電。

該直流輸電系統(tǒng)可以分為新能源限電運(yùn)行、新能源發(fā)電同時(shí)向儲(chǔ)能和交流電網(wǎng)送電以及新能源發(fā)電和儲(chǔ)能聯(lián)合向交流電網(wǎng)供電三種運(yùn)行工況。三種運(yùn)行 工況需滿足下述的運(yùn)行邏輯：

1)新能源限電運(yùn)行：當(dāng)新能源交流匯集站和光伏直流匯集站發(fā)電量大于50kw，且儲(chǔ)能單元屬于充滿狀態(tài)，此時(shí)新能源交流匯集站和光伏直流匯集站降容發(fā)電，匹配交流電網(wǎng)的需求。

2)新能源發(fā)電同時(shí)向儲(chǔ)能和交流電網(wǎng)送電：當(dāng)新能源交流匯集站和光伏直流匯集站發(fā)電量大于50kw，但儲(chǔ)能單元屬于未充滿狀態(tài)，此時(shí)新能源交流匯集站和光伏直流匯集站在最大功率點(diǎn)運(yùn)行，在確保交流電網(wǎng)供電的情況下向儲(chǔ)能單元充電，直至充滿后新能源交流匯集站和光伏直流匯集站降容運(yùn)行。

3)新能源發(fā)電和儲(chǔ)能聯(lián)合向交流電網(wǎng)供電：當(dāng)新能源交流匯集站和光伏直流匯集站發(fā)電量因波動(dòng)導(dǎo)致發(fā)電量低于50kw，儲(chǔ)能單元向交流電網(wǎng)提供剩余所需電量。

當(dāng)交流電網(wǎng)側(cè)發(fā)生故障時(shí)，電流或電壓會(huì)發(fā)生突變，此時(shí)vsc變換器可以判斷出交流電網(wǎng)出現(xiàn)故障，并進(jìn)行閉鎖。此時(shí)vsc不能再控制直流側(cè)電壓恒定，直流電網(wǎng)中功率失去平衡，直流電網(wǎng)中電壓會(huì)升高或降低。當(dāng)直流電網(wǎng)的電壓變換到上限值或下限值時(shí)，儲(chǔ)能電池系統(tǒng)所連接的高增益dc/dc直流變壓器工作模式由功率模式轉(zhuǎn)為電壓模式，替代vsc變換器維持直流電網(wǎng)電壓在額定電壓值。

需要聲明的是，本發(fā)明內(nèi)容及具體實(shí)施方式意在證明本發(fā)明所提供技術(shù)方案的實(shí)際應(yīng)用，不應(yīng)解釋為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的精神和原理啟發(fā)下，可作各種修改、等同替換、或改進(jìn)。但這些變更或修改均在申請(qǐng)待批的保護(hù)范圍內(nèi)。