一種交直流混合的清潔能源系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及清潔能源系統(tǒng)，尤其涉及一種交直流混合的清潔能源系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著當(dāng)前能源的緊張，風(fēng)能、太陽(yáng)能、潮汐能及波浪能等多種新能源的開(kāi)發(fā)得到了越來(lái)越多的重視，在這些新能源的開(kāi)發(fā)中廣泛地使用了雙饋異步發(fā)電機(jī)、同步發(fā)電機(jī)、直流發(fā)電機(jī)及光伏發(fā)電設(shè)備。為了提高由風(fēng)能、潮汐能及波浪能等驅(qū)動(dòng)的原動(dòng)機(jī)的能源轉(zhuǎn)化效率，原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)在某個(gè)范圍內(nèi)變化，由其驅(qū)動(dòng)的雙饋異步發(fā)電機(jī)、同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨之變化，其電功率的頻率亦變化，需經(jīng)變流器才能并入電網(wǎng)，導(dǎo)致其電功率不穩(wěn)定，諧波含量高，直流發(fā)電機(jī)及光伏發(fā)電設(shè)備發(fā)出的電功率大多經(jīng)變流器并入電網(wǎng)，由于這些新能源具有不穩(wěn)定性、隨機(jī)性的特點(diǎn)，使得其所發(fā)出的電能質(zhì)量低，并入電網(wǎng)后對(duì)電網(wǎng)的影響較大，有時(shí)甚至要放棄這些能源，造成了較大的浪費(fèi)。由于電網(wǎng)接納能力不足和新能源不穩(wěn)定等自身特點(diǎn)導(dǎo)致的部分發(fā)電機(jī)暫停，限電導(dǎo)致電場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性下降，限電的主要原因是并網(wǎng)難題，新能源出力不穩(wěn)定，需要其他電源為其提供無(wú)償調(diào)峰服務(wù)，需建設(shè)抽水蓄能、燃?xì)獍l(fā)電等調(diào)峰、調(diào)頻電源，在調(diào)峰容量緊缺時(shí)，限電特別嚴(yán)重，優(yōu)化規(guī)劃電源結(jié)構(gòu)和電網(wǎng)布局，擴(kuò)大風(fēng)電消納市場(chǎng)，還需要通過(guò)科技創(chuàng)新，推動(dòng)風(fēng)電生產(chǎn)和消費(fèi)的協(xié)調(diào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種交直流混合的清潔能源系統(tǒng)及方法。降低新能源功率波動(dòng)時(shí)發(fā)電設(shè)備輸出功率對(duì)電網(wǎng)的影響，減少對(duì)電網(wǎng)的諧波注入，提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性；而不穩(wěn)定的功率輸出則通過(guò)負(fù)載的投切實(shí)現(xiàn)功率平衡，將不穩(wěn)定的能量轉(zhuǎn)化為其他形式儲(chǔ)存或消耗掉，并替代柴薪、秸桿、煤炭及石油等能源，減少炭排放，降低環(huán)境污染。
[0004]本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0005]一種交直流混合的清潔能源系統(tǒng)，包括交流母線、直流母線和發(fā)電系統(tǒng)，所述發(fā)電系統(tǒng)包括多臺(tái)雙饋異步發(fā)電機(jī)、用于驅(qū)動(dòng)各雙饋異步發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的原動(dòng)機(jī)；
[0006]所述雙饋異步發(fā)電機(jī)的定子繞組與交流母線連接，轉(zhuǎn)子繞組通過(guò)變流器連接直流母線；
[0007]所述交流母線輸出的交流電經(jīng)過(guò)變壓器升壓后直接輸出交流和/或者經(jīng)過(guò)變壓器升壓后再連接直流換流器輸出直流。
[0008]所述發(fā)電系統(tǒng)還包括多臺(tái)由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的同步發(fā)電機(jī)和直流發(fā)電機(jī)；所述同步發(fā)電機(jī)通過(guò)AC/DC將交流變換為直流后連接直流母線；所述直流發(fā)電機(jī)通過(guò)DC/DC將直流電壓變換為穩(wěn)定的直流電壓后連接直流母線。
[0009]所述發(fā)電系統(tǒng)還包括光伏發(fā)電系統(tǒng)，光伏發(fā)電系統(tǒng)通過(guò)DC/DC將直流電壓變換為穩(wěn)定的直流電壓后連接直流母線。
[0010]在交流母線與直流母線之間，還連接有用于將直流母線及交流母線之間雙向電能交換的AC/DC換流設(shè)備。
[0011]所述直流母線還與連接水電解設(shè)備和電熱設(shè)備；所述水電解設(shè)備連接供氫供氧設(shè)備，所述電熱設(shè)備連接供熱供暖設(shè)備。
[0012]所述清潔能源系統(tǒng)還包括直流輸電線路，在直流母線與直流輸電線路之間，還連接有用于將直流母線與直流輸電線路之間的直流電壓轉(zhuǎn)換及電能雙向交換的DC/DC變換器。
[0013]所述清潔能源系統(tǒng)還包括多套同步發(fā)電機(jī)、直流發(fā)電機(jī)和光伏發(fā)電系統(tǒng)；
[0014]所述同步發(fā)電機(jī)通過(guò)AC/DC將交流變換為直流后連接直流輸電線路；所述直流發(fā)電機(jī)和光伏發(fā)電系統(tǒng)分別通過(guò)DC/DC將直流電壓變換為穩(wěn)定的直流電壓后連接直流輸電線路；
[0015]所述直流輸電線路上，還連接有用于從直流輸電線路吸收電功率，并根據(jù)輸入到直流輸電線路的電功率進(jìn)行投切實(shí)現(xiàn)功率平衡的電解電鍍?cè)O(shè)備；
[0016]所述直流輸電線路上還連接有，用于從直流輸電線路吸收電功率，并根據(jù)輸入到直流輸電線路的電功率進(jìn)行投切實(shí)現(xiàn)功率平衡的直流負(fù)載；
[0017]所述直流輸電線路上還分別連接有，農(nóng)村微型分布式供氣供暖子系統(tǒng)、城鎮(zhèn)小區(qū)供氣供暖子系統(tǒng)、城市集中供氣供暖子系統(tǒng)和氫能源汽車(chē)供氫子系統(tǒng)。
[0018]所述原動(dòng)機(jī)包括風(fēng)力機(jī)、熱力機(jī)、水輪機(jī)。
[0019]交直流混合的清潔能源系統(tǒng)的控制方法如下:
[0020]原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)雙饋異步發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，定子繞組輸出的電功率經(jīng)交流母線、變壓器并入交流輸電線路，或經(jīng)直流換流器換流后并入直流輸電線路；
[0021]當(dāng)雙饋異步發(fā)電機(jī)處于超同步狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組將電功率經(jīng)變流器輸出到直流母線，當(dāng)雙饋異步發(fā)電機(jī)處于亞同步或同步狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)變流器從直流母線吸收電功率；
[0022]此時(shí)，交流母線輸出的交流電經(jīng)過(guò)變壓器升壓后直接并入交流輸電線路，和/或者通過(guò)直流換流器轉(zhuǎn)換為直流后并入直流輸電線路。
[0023]本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果:
[0024]本發(fā)明控制(或者運(yùn)行)方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。
[0025]本發(fā)明根據(jù)雙饋異步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，將發(fā)動(dòng)機(jī)定子繞組(線圈)輸出較穩(wěn)定的有功功率并入交流電網(wǎng)(交流母線)，而將轉(zhuǎn)子繞組(線圈)接入直流系統(tǒng)(直流母線)，并與其交換功率，通過(guò)負(fù)載的投切實(shí)現(xiàn)功率平衡，將不穩(wěn)定的電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能源儲(chǔ)存或消耗掉，并替代柴薪、秸桿、煤炭及石油等能源，減少炭排放，降低環(huán)境污染，降低新能源發(fā)電輸出功率對(duì)電網(wǎng)的影響，減少對(duì)電網(wǎng)的諧波注入，甚至可以使雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作為電網(wǎng)的基本電源，提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。
[0026]當(dāng)雙饋異步發(fā)電機(jī)在同步及亞同步狀態(tài)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子從直流部分(直流母線)吸收電功率；當(dāng)雙饋異步發(fā)電機(jī)組以超同步狀態(tài)運(yùn)行時(shí)將轉(zhuǎn)子輸出的電能輸出到直流部分。由于雙饋異步發(fā)電機(jī)的定子繞組輸出的功率波動(dòng)較小，使得雙饋異步發(fā)電機(jī)定子側(cè)在較為寬廣的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)輸出穩(wěn)定的電功率，而波動(dòng)較大的電功率則通過(guò)轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)變流器與直流部分交換。直流部分的功率平衡通過(guò)水電解設(shè)備、電熱設(shè)備、電解電鍍?cè)O(shè)備及其他直流負(fù)載的投切實(shí)現(xiàn)。
[0027]如上所述，本系統(tǒng)及其控制方法，技術(shù)手段簡(jiǎn)便易行，可充分利用系統(tǒng)中雙饋異步發(fā)電機(jī)、同步發(fā)電機(jī)、直流發(fā)電機(jī)、光伏發(fā)電之間的時(shí)空互補(bǔ)性，降低不穩(wěn)定的清潔能源功率波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的影響，降低電網(wǎng)的備用容量，提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性；直流部分的水電解設(shè)備、電熱設(shè)備等直流負(fù)載以農(nóng)村微型分布式供氫供熱方式代替柴薪秸桿、以城市及城鎮(zhèn)小區(qū)集中式供氫供熱方式代替煤炭煤氣、以氫能源代替汽車(chē)燃料等方式降低碳排放，減少環(huán)境污染。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)方框圖及控制(或運(yùn)行)方法流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。
[0030]實(shí)施例
[0031]如圖1所示。本發(fā)明交直流混合的清潔能源系統(tǒng)，包括交流母線、直流母線和發(fā)電系統(tǒng)，所述發(fā)電系統(tǒng)包括多臺(tái)雙饋異步發(fā)電機(jī)、用于驅(qū)動(dòng)各雙饋異步發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的原動(dòng)機(jī)；
[0032]所述雙饋異步發(fā)電機(jī)的定子繞組與交流母線連接，轉(zhuǎn)子繞組通過(guò)變流器連接直流母線；
[0033]所述交流母線輸出的交流電經(jīng)過(guò)變壓器升壓后直接輸出交流和/或者經(jīng)過(guò)變壓器升壓后再連接直流換流器輸出直流。實(shí)現(xiàn)交流母線與交流輸出(交流輸出線路)之間的電壓轉(zhuǎn)換及功率交換，實(shí)現(xiàn)交流母線與直流換流器、直流輸出(直流輸出線路)的交直流轉(zhuǎn)換及功率交換。
[0034]所述發(fā)電系統(tǒng)還包括多臺(tái)由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的同步發(fā)電機(jī)和直流發(fā)電機(jī)；所述同步發(fā)電機(jī)通過(guò)AC/DC將交流變換為直流后連接直流母線；同步發(fā)電機(jī)輸出的電功率經(jīng)AC/DC送到直流母線。
[0035]所述直流發(fā)電機(jī)通過(guò)DC/DC將直流電壓變換為穩(wěn)定的直流電壓后連接直流母線；直流發(fā)電機(jī)輸出的電功率經(jīng)DC/DC送到直流母線。
[0036]所述發(fā)電系統(tǒng)還包括光伏發(fā)電系統(tǒng)，光伏發(fā)電系統(tǒng)通過(guò)DC/DC將直流電壓變換為穩(wěn)定的直流電壓后連接直流母線；光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的電功率經(jīng)DC/DC送到直流母線。
[0037]在交流母線與直流母線之間，還連接有用于將直流母線及交流母線之間雙向電能交換的AC/DC換流設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)直流母線及交流母線之間的雙向電能交換。
[0038]所述直流母線還與連接水電解設(shè)備和電熱設(shè)備；所述水電解設(shè)備連接供氫供氧設(shè)備，所述電熱設(shè)備連接供熱供暖設(shè)備；從直流母線吸收電功率產(chǎn)生熱能及氫氣氧氣，并根據(jù)輸入到直流母線的電功率進(jìn)行投切實(shí)現(xiàn)功率平衡。
[0039]連接直流母線的同步發(fā)電機(jī)、直流發(fā)電機(jī)及光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的電能經(jīng)AC/DC或DC/DC轉(zhuǎn)換為直流后共用連接雙饋異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)的變