一种风光电互补的稳定发电与智能并网系统及控制方法与流程

本发明涉及智能电网，具体而言，涉及一种风光电互补的稳定发电与智能并网系统及控制方法。

背景技术：

1、随着“风光储一体化”多能互补清洁能源基地的加速建设，如何平抑风电、光伏发电的间歇性与波动性，提升并网电能质量与系统稳定性，已成为行业关注的核心问题。传统的风光互补系统多依赖于自然资源的简单叠加，当风速低于风力发电机组的切入风速时，风机停机导致发电中断；且发电功率的随机波动对电网的调峰造成较大压力。

2、现有技术中，虽有通过储能系统平滑风电功率波动的方案，但通常将储能作为独立单元进行充放电管理，未能实现储能对风机启停的主动“反哺”驱动。此外，传统工频变压器在电压调节、无功补偿及并网友好性方面存在响应速度慢、功能单一等问题。在多源微电网并联运行中，逆变器与电网阻抗的耦合还极易引发高频或次谐波振荡，进一步降低了系统的可靠性。

3、因此，有必要设计一种风光电互补的稳定发电与智能并网系统及控制方法用以解决当前技术中存在的问题。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提出了一种风光电互补的稳定发电与智能并网系统及控制方法，旨在解决上述存在的问题。

2、一个方面，本发明提出了一种风光电互补的稳定发电与智能并网系统，包括：光伏发电单元、储能电站单元、风力发电机组、智能控制中枢以及固态变压器；所述智能控制中枢包括风速变化预测模块、主动驱动控制模块、无扰动切换模块、主动阻尼与支撑模块和余电控制模块；

3、所述风速变化预测模块，用于获取风力发电机组的实时风速，将所述实时风速与切入风速阈值进行比对，确定所述风力发电机组的运行模式；所述运行模式包括储能驱动模式和风力发电模式；

4、所述主动驱动控制模块，用于当所述实时风速小于所述切入风速阈值时，确定为所述储能驱动模式，控制储能电站单元向所述风力发电机组供电，驱动所述风力发电机组旋转；

5、所述无扰动切换模块，用于当所述实时风速大于或等于所述切入风速阈值时，基于风速变化率和叶片转速判断所述风力发电机组是否满足风能自持条件；当满足所述风能自持条件时，确定为所述风力发电模式，停止所述储能电站单元向所述风力发电机组供电；

6、所述主动阻尼与支撑模块，用于获取所述光伏发电单元、风力发电机组以及储能电站单元的功率状态，并基于直流母线的功率平衡结果控制所述固态变压器进行并网功率调节；

7、所述余电控制模块，用于当总发电功率大于负载需求时，将富余电能馈入交流电网。

8、进一步的，所述主动驱动控制模块控制储能电站单元向所述风力发电机组供电，驱动所述风力发电机组旋转时，包括：

9、当确定为所述储能驱动模式时，所述主动驱动控制模块控制所述储能电站单元通过双向dc/ac变流器向与所述风力发电机组机械耦合的变频驱动电机供电，驱动所述风力发电机组的叶片以待机转速旋转；所述待机转速大于零且小于所述风力发电机组的额定并网转速；

10、所述主动驱动控制模块通过所述变频驱动电机上的编码器获取实时转速反馈，并采用pid闭环控制算法维持所述风力发电机组的转速。

11、进一步的，所述无扰动切换模块确定为所述风力发电模式，停止所述储能电站单元向所述风力发电机组供电时，包括：

12、所述无扰动切换模块降低所述储能电站单元通过双向dc/ac变流器向所述变频驱动电机输出的电流，所述变频驱动电机退出驱动状态；同步调节所述风力发电机组定子侧的ac/dc变流器的输出，所述风力发电机组由所述储能驱动模式平滑切换至所述风力发电模式。

13、进一步的，所述固态变压器采用输入串联输出并联的isop拓扑结构，包括：

14、输入级，由多个h桥整流模块级联构成，连接所述直流母线；

15、隔离级，采用dab变换器或llc谐振变换器，进行高频电气隔离与电压变换；

16、输出级，由逆变模块构成，连接所述交流电网。

17、进一步的，所述主动阻尼与支撑模块基于直流母线的功率平衡结果控制所述固态变压器进行并网功率调节时，包括：

18、所述主动阻尼与支撑模块在所述固态变压器的逆变级控制中嵌入虚拟惯量算法和虚拟阻尼算法，模拟同步发电机的转子运动；当检测到多源并联引起的次谐波振荡时，通过所述固态变压器的阻抗重构能力，注入与所述次谐波振荡对应的阻尼电流，抑制振荡。

19、进一步的，所述主动阻尼与支撑模块基于直流母线的功率平衡结果控制所述固态变压器进行并网功率调节时，还包括：

20、当检测到并网侧电压跌落时，所述主动阻尼与支撑模块通过预同步闭环控制调整所述固态变压器输出电压的幅值、频率和相位，维持并网连接；根据电压跌落深度向所述交流电网注入无功电流，支撑并网侧电压恢复。

21、进一步的，所述余电控制模块将富余电能馈入所述交流电网时，包括：

22、所述余电控制模块根据所述直流母线的功率平衡状态调节所述固态变压器的输出功率因数及输出电压幅值；并对并网电流的谐波含量进行约束。

23、进一步的，所述风力发电机组为直驱永磁同步风电机组，其定子侧通过ac/dc变流器连接所述直流母线；所述储能电站单元连接于所述直流母线，用于存储所述光伏发电单元的富余电能或电网低谷电能；所述储能电站单元通过所述双向dc/ac变流器与所述变频驱动电机连接。

24、进一步的，所述智能控制中枢还包括：

25、监测所述储能电站单元的荷电状态；当所述荷电状态小于荷电状态下限阈值时，禁止所述储能电站单元向所述变频驱动电机供电，控制所述光伏发电单元向所述储能电站单元充电；当所述荷电状态大于荷电状态上限阈值时，控制所述储能电站单元通过所述固态变压器向所述交流电网放电。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过储能主动驱动风机克服“启动死区”，增加了有效发电时长；维持“惯性旋转”避免了风机频繁启停造成的机械疲劳，延长了机组寿命。利用固态变压器的高频控制特性实现主动阻尼，解决多源微电网的次谐波振荡问题；具备虚拟惯量与低电压穿越能力，提升了弱电网环境下的并网稳定性。结合光伏、储能可控驱动与风力自然发电，使得送入固态变压器的总功率波动幅度远低于传统纯自然风电场，降低了对电网的冲击。

27、另一方面，本技术还提供了一种风光电互补的稳定发电与智能并网系统的控制方法，应用于上述风光电互补的稳定发电与智能并网系统，包括：

28、获取风力发电机组的实时风速，将所述实时风速与切入风速阈值进行比对，确定所述风力发电机组的运行模式；所述运行模式包括储能驱动模式和风力发电模式；

29、当所述实时风速小于所述切入风速阈值时，确定为所述储能驱动模式，控制储能电站单元向所述风力发电机组供电，驱动所述风力发电机组旋转；

30、当所述实时风速大于或等于所述切入风速阈值时，基于风速变化率和叶片转速判断所述风力发电机组是否满足风能自持条件；当满足所述风能自持条件时，确定为所述风力发电模式，停止所述储能电站单元向所述风力发电机组供电；

31、获取所述光伏发电单元、风力发电机组以及储能电站单元的功率状态，并基于直流母线的功率平衡结果控制所述固态变压器进行并网功率调节；

32、当总发电功率大于负载需求时，将富余电能馈入所述交流电网。

33、可以理解的是，上述风光电互补的稳定发电与智能并网系统及控制方法具备相同的有益效果，在此不再赘述。