一种发电并网系统及方法

1.本发明属于发电并网技术领域，具体涉及一种发电并网系统及方法。


背景技术：

2.随着环境保护的迫切，清洁能源的发展越来越重要。空气质量污染问题的日益严峻，使得许多国家和地区开始重视人类日常活动对环境产生的不利影响以及消纳中和的解决方法，由此，新能源发电俨然成为了当今电力发展的新趋势。这也要求要大力提高新能源在国家电网中的占比。
3.在风力发电领域，由于风力发电系统的间歇性，其输出功率受环境因素的影响较大，呈现出输出功率波动频繁和大功率突变的特性，给电网带来较大电流冲击风险。当前，市场普遍使用双馈感应风力发电机组作为风电场的主要机型，这种机型的缺点是无法在系统频率发生变化时提供有效的惯性支撑，因此大规模风电机组的并网直接对电网的安全运行以及电能的质量形成了威胁。此外，风电功率的波动量由于风电的波动性与随机性变大，降低了电网系统的电能质量，为了使风电机组能快速地对系统频率变化做出正确响应，当今国内外众多学者将重点放在研究各类风电特殊的器件与变化的风速上，针对风力发电系统采取了许多控制策略的办法，但是单一的控制策略并不能完全解决全风速下的频率稳定问题。


技术实现要素：

4.本发明旨在提供一种发电并网系统及方法，解决现有技术中风能等发电设备并网时会产生负荷扰动，从而导致发电设备产生的电能不能平滑并网的技术问题。
5.为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
6.提供一种发电并网系统，包括：
7.分布式储能装置，其包括多个单体储能单元，用于存储及释放电能；
8.功率转换装置，所述功率转换装置包括双向dc/dc直流变换器和双向dc/ac交直流变换器，以用于将所述分布式储能装置的直流电逆变成交流电，输送给电网或者交流负载使用，以及把电网的交流电整流为直流电，给所述分布式储能装置充电；
9.储能检测管理装置，其包括电池管理单元bms、能量管理单元ems、热管理单元、安全消防单元、监控单元，其中，所述电池管理单元bms能够检测所述分布式储能装置的充放电电流、总电压、及各单体储能单元的电压；所述能量管理单元ems能够用于检测所述分布式储能装置的总荷电状态，各单体储能单元的荷电状态；所述安全消防单元能够采集消防数据，以及获取相关绝缘部件的绝缘电阻参数；所述热管理单元能够检测所述分布式储能装置的工作温度；所述监控单元用于向上层设备传输监控数据；
10.还包括用于控制所述功率转换装置将所述分布式储能装置补偿到电网的平滑功率控制器。
11.优选的，还包括平滑功率控制器，所述平滑功率控制器包括恒电压控制模块、功率
前馈控制模块及第二pwm模块，所述恒电压控制模块用于根据所述分布式储能装置的电压产生第一控制信号，所述功率前馈控制模块用于根据发电设备的输出功率及所述双向dc/ac 交直流变换器的输出功率产生第二控制信号，所述第二pwm模块信号连接到所述双向dc/ac 交直流变换器，所述第二pwm模块用于根据所述第一控制信号和第二控制信号输出pwm信号，来调节所述双向dc/ac交直流变换器的输出功率。
12.优选的，所述恒电压控制模块包括电压采集单元、电流采集单元、外pir单元、内pir 单元，所述电压采集单元、电流采集单元分别用于采集所述双向dc/ac交直流变换器的输出电压和输出电流，其中，输出电压用于加载到所述外pir单元的输入端，输出电流及所述外pir单元的输出信号同时加载到所述内pir单元的输入端，所述内pir单元输出所述第一控制信号，使得所述双向dc/ac逆变器采用电压外环、电流内环的双闭环方式控制输出电压。
13.优选的，还包括分别用于检测发电设备的输出功率及所述双向dc/ac交直流变换器的输出功率的第二输出功率检测单元、第一输出功率检测单元。
14.优选的，还包括突变补偿控制器，所述突变补偿控制器用于在所述双向dc/ac交直流变换器的输出功率的瞬时突变量超过设定值时，来控制所述双向dc/ac交直流变换器的输出功率。
15.优选的，所述突变补偿控制器包括依次信号连接的延时器、比较器、阶梯参考功率计算单元、恒功率控制模块、第一pwm模块，其中，所述第一输出功率检测单元输出端直接信号连接到所述延时器、比较器及阶梯参考功率计算单元。
16.优选的，所述功率转换装置中的双向dc/ac交直流变换器中设有输出功率控制开关，所述第一pwm模块、第二pwm模块信电连接到所述输出功率控制开关。
17.优选的，还包括预制舱，所述预制舱中设有电池柜、变压器柜和监控柜；所述分布式储能装置为多组串联的锂电池组排列构成的、设于所述电池柜中的锂电池；所述功率转换装置中的双向dc/dc直流变换器和双向dc/ac交直流变换器设置在所述变压器柜中；所述储能检测管理装置中的电池管理单元bms、能量管理单元ems、热管理单元、安全消防单元、监控单元设置在所述监控柜中。
18.本发明的第二方面是：
19.提供一种发电并网方法，采用本发明第一方面所述的发电并网系统对发电设备并网进行功率补偿，包括：
20.发电设备并入电网，所述分布式储能装置通过所述功率转换装置电连接到电网；
21.当所述分布式储能装置电量不足，通过所述功率转换装置将电网电能充入所述分布式储能装置；
22.设置平滑功率控制器，当发电设备向电网输入的功率出现波动，所述平滑功率控制器控制所述功率转换装置将所述分布式储能装置储存的电能向电网进行功率补偿，使得发电设备的电能平滑并网；
23.设置突变补偿控制器，当所述双向dc/ac交直流变换器的输出功率的瞬时突变量超过设定值时，所述突变补偿控制器控制所述双向dc/ac交直流变换器将输出功率瞬时大突变量转化为若干阶梯式小突变量，减小对电网或交流负载的冲击。
24.优选的，所述分布式储能装置的剩余电量不低于50％的电容量。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
26.1、该发电并网系统包括分布式储能装置、功率转换装置和储能检测管理装置以及平滑功率控制器，其中，分布式储能装置用于存储及释放电能，功率转换装置用于将分布式储能装置的直流电逆变成交流电，输送给电网或者交流负载使用，以及把电网的交流电整流为直流电，给分布式储能装置充电，平滑功率控制器用于控制功率转换装置将分布式储能装置补偿到电网，降低发电设备间歇性和波动性对电网的冲击，提高了整个电网系统的安全可靠性和电能质量。
27.2、该发电并网系统还包括突变补偿控制器，用于在双向dc/ac交直流变换器的输出功率的瞬时突变量超过设定值时，来控制双向dc/ac交直流变换器的输出功率，避免对电网造成冲击而引起电网电能的畸变。
28.3、通过分布式储能装置的储能这一关键技术，可以为风电等发电设备提供及时、足够的备用功率，继而实现提高频率稳定度、平滑输出、消峰填谷的目的。
附图说明
29.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
30.图1为本发明发电并网系统一实施例中预制舱的结构示意图。
31.图2为本发明发电并网系统一实施例的电路原理图。
32.图3为本发明发电并网系统一实施例的电路框图。
33.图4为本发明发电并网系统一实施例中平滑功率控制器的电路原理图。
34.图5为本发明发电并网系统一实施例中恒电压控制模块的电路原理图。
35.图6为本发明发电并网系统一实施例中突变补偿控制器的电路原理图。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.一种发电并网系统，请参阅图1至图6。
38.如图1所示，该发电并网系统包括预制舱1，预制舱1中设有电池柜2、监控柜3和变压器柜4，该发电并网系统还包括分布式储能装置、功率转换装置和储能检测管理装置。
39.如图2所示，分布式储能装置包括多个单体储能单元，用于存储及释放电能，本实施例中，分布式储能装置为多组串联的锂电池组排列构成的、设于电池柜2中的锂电池，单体储能单元为锂电池组。
40.如图3所示，功率转换装置包括双向dc/dc直流变换器和双向dc/ac交直流变换器，以用于将分布式储能装置的直流电逆变成交流电，输送给电网或者交流负载使用，以及把电网的交流电整流为直流电，给分布式储能装置充电。在分布式储能装置放电时，向通过 dc/dc直流变换器转变为稳定的直流电，然后再通过双向dc/ac交直流变换器转变为交流电；在为分布式储能装置充电时，先通过双向dc/ac交直流变换器将电网电能转变为直流
电，再通过dc/dc直流变换器转变为能够为分布式储能装置充电的直流电。功率转换装置中的双向dc/dc直流变换器和双向dc/ac交直流变换器设置在变压器柜4中。
41.储能检测管理装置主要是起到对分布式储能装置的状态进行监控，防止出现安全隐患。在本实施例中，储能检测管理装置包括电池管理单元bms、能量管理单元ems、热管理单元、安全消防单元、监控单元，其中，电池管理单元bms能够检测分布式储能装置的充放电电流、总电压、及各单体储能单元的电压；能量管理单元ems能够用于检测分布式储能装置的总荷电状态，各单体储能单元的荷电状态；安全消防单元能够采集消防数据，以及获取相关绝缘部件的绝缘电阻参数，这里，可在预制舱1中设置烟雾传感器来采集消费数据，检测绝缘电阻参数是为了查看相关部件是否存在短路；热管理单元能够检测分布式储能装置的工作温度；监控单元用于向上层设备传输监控数据。
42.储能检测管理装置中的电池管理单元bms、能量管理单元ems、热管理单元、安全消防单元、监控单元设置在监控柜3中。
43.该发电并网系统还包括用于控制功率转换装置将分布式储能装置补偿到电网的平滑功率控制器。如图3所示，平滑功率控制器包括恒电压控制模块、功率前馈控制模块及第二pwm模块，其中，恒电压控制模块用于根据分布式储能装置的电压产生第一控制信号。
44.如图5所示，恒电压控制模块包括电压采集单元、电流采集单元、外pir单元、内pir 单元，其中，电压采集单元、电流采集单元分别用于采集双向dc/ac交直流变换器的输出电压和输出电流，输出电压用于加载到外pir单元的输入端，输出电流及外pir单元的输出信号同时加载到内pir单元的输入端，内pir单元输出第一控制信号，使得双向dc/ac 逆变器采用电压外环、电流内环的双闭环方式控制输出电压。
45.外pir单元、内pir单元均包括比例谐振控制器pr和比例积分控制器pi，比例谐振控制器pr和比例积分控制器pi为现有成熟的参数跟踪控制模块，不再对其工作原理进行详细说明。外pir单元根据参考电压uref和电压采集单元采集的电压输出信号叠加到内pir单元；内pir单元根据外pir单元输出的信号和电流采集单元采集的电流信号输出第一控制信号。即恒电压控制模块采用电压外环、电流内环的双闭环控制方式，确保双向 dc/ac交直流变换器输出电压稳定性，同时保证电压调节的响应速度。
46.如图3所示，该发电并网系统设置有分别用于检测发电设备的输出功率及双向dc/ac 交直流变换器的输出功率的第二输出功率检测单元、第一输出功率检测单元，功率前馈控制模块用于根据发电设备的输出功率及双向dc/ac交直流变换器的输出功率产生第二控制信号，第二pwm模块信号连接到双向dc/ac交直流变换器，第二pwm模块用于根据第一控制信号和第二控制信号输出pwm信号，来调节双向dc/ac交直流变换器的输出功率。
47.功率转换装置中的双向dc/ac交直流变换器中设有输出功率控制开关，第一pwm模块、第二pwm模块信电连接到输出功率控制开关，来实现对输出电压uo的调节，输出功率控制开关可以采用大功率mos管。
48.如图3所示，该发电并网系统还包括突变补偿控制器，突变补偿控制器用于在双向 dc/ac交直流变换器的输出功率的瞬时突变量超过设定值时，来控制双向dc/ac交直流变换器的输出功率。如图6所示，突变补偿控制器包括依次信号连接的延时器、比较器、阶梯参考功率计算单元、恒功率控制模块、第一pwm模块，其中，第一输出功率检测单元输出端直接信号连接到延时器、比较器及阶梯参考功率计算单元，第一输出功率检测单元输出的功率经
延时器延时传送到比较器作为一个参考功率值，第一输出功率检测单元输出到比较器的功率值与延时器延时后的功率值进行比较，以查看是否存在功率突变，
49.若双向dc/ac交直流变换器的输出功率的瞬时突变量大于阶梯参考功率计算单元中设定的阶梯功率，则获取最接近的阶梯参考功率，经恒功率控制模块、第一pwm模块产生开关信号作用于输出功率控制开关，实现对大功率瞬时突变量转化为小功率阶梯突变量。
50.这里的阶梯参考功率计算单元、恒功率控制模块均可以为一个单片机，阶梯参考功率计算单元中存储有阶梯式的功率参数，以用于作为参考功率，避免突变时获取的参考功率与实际功率差距太大；恒功率控制模块用于基于参考功率控制第一pwm模块产生开关信号。
51.本实施例中的功率检测单元、电压检测单元、电流检测单元采用市面上技术成熟的器件。
52.结合图2所示，本实施例中的发电设备为风电设备，风电设备发出的电能并入电网支路，该发电并网系统在使用时，分布式储能装置中的电能通过功率转换装置变换电流汇流到#1母线，后并入储能变压器通过电缆接入电网支路，在电网支路中，由低压母线连接到贯通低压进出线柜，再经贯通pt柜中电压互感器升压后进入电网高压母线输送电能，完成分布式储能装置参与电网电能输送的整个过程。
53.一种发电并网方法，采用实施例1中的发电并网系统对发电设备并网进行功率补偿，包括：发电设备并入电网，分布式储能装置通过功率转换装置电连接到电网；当分布式储能装置电量不足，通过功率转换装置将电网电能充入分布式储能装置；设置平滑功率控制器，当发电设备向电网输入的功率出现波动，平滑功率控制器控制功率转换装置将分布式储能装置储存的电能向电网进行功率补偿，使得发电设备的电能平滑并网；设置突变补偿控制器，当双向dc/ac交直流变换器的输出功率的瞬时突变量超过设定值时，突变补偿控制器控制双向dc/ac交直流变换器将输出功率瞬时大突变量转化为若干阶梯式小突变量，减小对电网或交流负载的冲击。另外，分布式储能装置的剩余电量不低于50％的电容量。
54.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
55.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。