抑制新能源电站功率波动的系统及方法与流程

本发明涉及新能源发电领域，更具体地说，涉及一种抑制新能源电站功率波动的系统及方法。

背景技术：

与广泛使用的常规能源(如煤、石油、天然气、水能等)相比，新能源在自然界中可以不断再生并有规律地得到补充或重复利用，且新能源在消耗后不产生或很少产生污染物。但新能源发电也存在着随机性、波动性等缺陷。随着光伏发电、风力发电等新能源发电的大力发展，新能源装机容量日益增加。相应地，新能源发电所带来的随机性和波动性问题也日益严重。

为解决新能源发电所带来的随机性和波动性问题，目前通用作法是对新能源发电系统采取限功率运行方案以消除波动，或者与小型火电并联从而通过火电功率补偿来抑制波动。

但由于限制运行功率后存在较大的发电量损失，火电调节速率过慢且存在环保问题，越来越多的方案倾向于并联储能来抑制波动。现在通用的作法是储能采集并网点的电流，并通过控制并网点的电流值使其稳定，以达到抑制新能源发电波动的目的。或者，采用集中控制的方式，通过通讯采集各个新能源发电设备的即时发电功率，计算总新能源发电量和波动功率，再通过给储能设备下发补偿功率，以达到抑制波动的目的。

然而，采集并控制并网点电流的方案中，需外接电流采样装置，而这部分设备需要额外购置且现场安装不便，也不适合储能多机并联的场合。集中控制的方案中，由于电站设备较多、通讯较慢(一次通讯循环速率一般在秒级)，导致一次控制周期较长，对波动的抑制不及时，电站的输出功率在分钟级调控上比较稳定但在秒级调控上仍存在很大的功率波动。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对上述新能源发电功率波动较大的问题，提供一种抑制新能源电站功率波动的系统及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种抑制新能源电站功率波动的系统，所述新能源电站包括有储能变流器、新能源发电设备、逆变器和升压变压器，且所述新能源发电设备经由逆变器和升压变压器连接到电网、所述储能变流器连接到所述升压变压器的输入端，所述系统包括电压采样单元、第一计算单元、第二计算单元、补偿控制单元以及第三计算单元，其中：所述电压采样单元，用于采样逆变器输出电压；所述第一计算单元，用于根据当前时刻的输出电压和当前时刻的补偿电压计算逆变器当前时刻的实际电压；所述第二计算单元，用于根据逆变器前一时刻的实际电压和当前时刻的实际电压计算逆变器输出电流变化量；所述补偿控制单元，用于在当前时刻的下一时刻使储能变流器向升压变压器的输入端输出一个与所述逆变器输出电流变化量幅值相同、方向相反的补偿电流；所述第三计算单元，用于根据所述补偿电流计算逆变器下一时刻的补偿电压。

在本发明所述的抑制新能源电站功率波动的系统中，当前时刻的实际电压为逆变器当前时刻的输出电压与当前时刻的补偿电压的矢量差。

在本发明所述的抑制新能源电站功率波动的系统中，所述电压采样单元采用储能变流器自带的电压采样装置，所述第一计算单元、第二计算单元、补偿控制单元以及第三计算单元集成到储能变流器。

在本发明所述的抑制新能源电站功率波动的系统中，所述新能源发电设备为光伏电池，所述逆变器为光伏逆变器；或者所述新能源发电设备为风力发电机，所述逆变器为风力发电逆变器。

本发明还提供一种抑制新能源电站功率波动的方法，所述新能源电站包括有储能变流器、新能源发电设备、逆变器和升压变压器，且所述新能源发电设备经由逆变器和升压变压器连接到电网、所述储能变流器连接到所述升压变压器的输入端，所述方法包括以下步骤：

(a)采样逆变器当前时刻的输出电压，并根据当前时刻的输出电压和当前时刻的补偿电压计算逆变器当前时刻的实际电压；

(b)根据逆变器前一时刻的实际电压和当前时刻的实际电压计算逆变器输出电流变化量；

(c)在当前时刻的下一时刻使储能变流器向升压变压器的输入端输出一个与所述逆变器输出电流变化量幅值相同、方向相反的补偿电流，并根据所述补偿电流计算逆变器下一时刻的补偿电压。

在本发明所述的抑制新能源电站功率波动的方法中，当前时刻的实际电压为逆变器当前时刻的输出电压与当前时刻的补偿电压的矢量差。

在本发明所述的抑制新能源电站功率波动的方法中，所述步骤(a)中，通过储能变流器自带的电压采样装置采样逆变器当前时刻的输出电压。

在本发明所述的抑制新能源电站功率波动的方法中，所述新能源发电设备为光伏电池，所述逆变器为光伏逆变器；或者所述新能源发电设备为风力发电机，所述逆变器为风力发电逆变器。

本发明的抑制新能源电站功率波动的系统及方法，根据逆变器输出电压变化来对逆变器输出进行补偿，在保证调节速度的同时，能够有效抑制新能源发电带来的功率波动。

附图说明

图1是本发明抑制新能源电站功率波动的系统实施例的示意图。

图2是本发明抑制新能源电站功率波动的系统中储能变流器实施例的示意图。

图3是逆变器输出的等效矢量图。

图4是本发明抑制新能源电站功率波动的方法实施例的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1、2所示，是本发明抑制新能源电站功率波动的系统实施例的示意图，本实施例的抑制新能源电站功率波动的系统主要解决秒级内功率变化带来的波动(分钟级的功率波动由上位机集中控制解决)。本实施例中的新能源电站包括有储能变流器20、新能源发电设备40、逆变器30和升压变压器10，且新能源发电设备40连接到逆变器30，逆变器30和储能变流器20并联，通过升压变压器10连接到大电网(即普通供电网络)。上述新能源发电设备40可以为光伏电池或风力风电机等，相应的逆变器30则可采用光伏逆变器或风力发电逆变器。新能源发电设备40所发电能经由逆变器30以及升压变压器10转换后送入电网，实现并网发电。

上述升压变压器10在电路中可以等效为电感，在该种拓扑下，大电网电压的相位、频率和幅值可以认为是不变的，当逆变器30的输出功率发生改变时，势必会带来电流的变化(由于本实施例主要针对逆变器30的不可控的功率突变，故仅考虑有功，而不去考虑可控的无功变化)。当电流发生变化时，电感(即升压变压器10)两端电压变化△V＝LS*I,相位角和电网电压相差90°，其中LS为升压变压器10的等效阻抗，I为逆变器30的输出电流。并且，由于大电网电压不会受到电站功率波动的影响，因此逆变器30的输出功率改变会带来逆变器30交流输出端的电压相位变化。如图3所示，大电网电压矢量U₀，现有逆变器30的交流输出引起电感电压矢量为U_L1，合成矢量为U₁；当电流发生突变时，逆变器30的交流输出引起的电感电压矢量变为U_L2，合成矢量为U₂，两者之间存在角度差为Δθ。因此可以通过采样逆变器30的输出端的电压(即升压变压器10的输入端的电压)，并检测电压相位和幅值的跳变判断出电流的变化量，从而折算出功率的变化量，再通过储能变流器补偿功率变化，使得并网点功率恒定。

本实施例中的抑制新能源电站功率波动的系统包括电压采样单元21、第一计算单元22、第二计算单元23、补偿控制单元24以及第三计算单元25，上述电压采样单元21可直接使用储能变流器20自带的电压检测装置，第一计算单元22、第二计算单元23、补偿控制单元24以及第三计算单元25则可集成到储能变流器20。当然，在实际应用中，电压采样单元21、第一计算单元22、第二计算单元23、补偿控制单元24以及第三计算单元25也可由独立的硬件设备和相应的软件构成，并通过控制储能变流器20输出补偿功率，使得并网点功率恒定。

电压采样单元21用于采样逆变器30的输出电压，即采样升压变压器10的输入端电压。上述采样获得的输出电压包含了逆变器30生成的电压以及由储能变流器20产生的补偿电压。上述电压采样单元21持续进行输出电压采样，即每一采样周期(采样周期可根据需要设置)都产生一个逆变器的输出电压。

第一计算单元22用于根据当前时刻的输出电压和当前时刻的补偿电压计算当前时刻的实际电压。上述当前时刻的实际电压为逆变器30的当前时刻的输出电压(采样获得)与当前时刻的补偿电压的矢量差。同样地，该第一计算单元22持续进行实际电压计算，计算获得的实际电压与采样周期对应。

第二计算单元23用于根据逆变器30前一时刻(即当前采样周期的前一采样周期)的实际电压V2和当前时刻(即当前采样周期)的实际电压V1计算逆变器输出电流变化量Δi＝i1-i2＝(V1-V2)/LS。同样地，第二计算单元23持续计算逆变器输出电流变化量，且该值与采样周期对应。在系统刚启动的第一采样周期和第二采样周期，其实际电压即为电压采样单元21采样获得的电压，第一采样周期的逆变器输出电流变化量采用零。

补偿控制单元24用于在下一时刻(即下一采样周期)使储能变流器20向升压变压器10的输入端输出一个与逆变器30输出当前时刻的电流变化量(由第二计算单元23计算获得)幅值相同、方向相反的补偿电流。

第三计算单元25用于根据补偿电流计算逆变器下一时刻的补偿电压。第三计算单元25同样在每一采样周期均计算下一时刻的补偿电压(在系统刚启动的第一采样周期和第二采样周期的补偿电压为零)。

上述抑制新能源电站功率波动的系统通过储能变流器20自带的电压检测装置采样逆变器30输出端的电压，通过检测电压相位和幅值的跳变，判断出逆变器30的输出电流的变化量，从而折算出功率的变化量，再通过储能变流器20补偿功率变化，使得并网点功率恒定。和现有方案相比，上述系统减少了外部并网点的电流采样装置，大大降低了安装难度，并保证了调节速率，能够有效抑制新能源发电带来的功率波动。

如图4所示，本发明还提供一种抑制新能源电站功率波动的方法，其中新能源电站包括有储能变流器、新能源发电设备、逆变器和升压变压器，且新能源发电设备经由逆变器和升压变压器连接到电网、储能变流器连接到升压变压器的输入端。当新能源发电设备为光伏电池，逆变器为光伏逆变器；当新能源发电设备为风力发电机，逆变器为风力发电逆变器。上述方法具体包括以下步骤：

步骤S41：采样逆变器当前时刻的输出电压。在该步骤中，通过储能变流器自带的电压采样装置采样逆变器当前时刻的输出电压。

步骤S42：根据当前时刻的输出电压和当前时刻的补偿电压计算当前时刻的实际电压。在该步骤中，当前时刻的实际电压为逆变器当前时刻的输出电压与当前时刻的补偿电压的矢量差。

步骤S43：根据逆变器前一时刻的实际电压和当前时刻的实际电压计算逆变器输出电流变化量。

步骤S44：在当前时刻的下一时刻使储能变流器向升压变压器的输入端输出一个与所述逆变器输出电流变化量幅值相同、方向相反的补偿电流，并根据补偿电流计算逆变器下一时刻的补偿电压。

上述步骤S41～S44均持续执行，从而按照电压采样周期(可设置)对逆变器的输出功率进行持续补偿。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。