[发明专利]发电单元和能量输出设备

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统，尤其涉及一种发电单元和能量输出设备。

背景技术

目前，微网可指由分布式发电单元、能量转换装置、监控装置、保护装置和相关负荷等一个或多个部分组成的小型发、配、用电系统。所谓小型是与主干电网的规模相比较小。微网既可以与外部电网（比如主干电网等）并列/并联/并网运行，也可以独立运行。一般而言，微网是一个能够实现自我控制、自我保护和自我管理的自治系统。

微网中的发电单元一般有第一能源发电单元和第二能源发电单元等多种类型。第一能源发电单元采用诸如可再生能源驱动，该第一能源发电单元可以具体实现为间歇式可再生能源发电单元，采用比如光伏（photovoltaic，PV）、风力、潮汐等间歇式可再生能源驱动；第二能源发电单元采用传统能源，比如煤、燃气、柴油、小型水电等驱动。具体地，间歇式可再生能源发电单元由能源捕获设备和电力电子能源转换设备组成，并作为并网单元接入微网。电力电子能源转换设备可以是诸如变换器（converter）或逆变器（inverter）等，变换器用于执行一般的功率变换，比如交流（Alternating Current，AC）输入直流（Direct Current，DC）输出（即AC/DC）、DC/AC、DC/DC、AC/AC等，逆变器主要用于实现DC/AC变换。由于间歇式可再生能源具有能量密度低、受天气和环境条件影响大、输出功率波动性强、难以准确预测等特点，微网中的间歇式可再生能源发电单元的总安装容量通常受到较大限制。如果超过这个限制，则无法保证微网的安全稳定运行，也可能给与其相连的外部电网的稳定带来不利因素。

间歇式可再生能源发电单元接入微网的常规方法如图1所示，使用传统能源的发电机组（如小型水电、柴油发电等）建立并稳定微网的电压和频率，而间歇式可再生能源作为并网单元采用电流源控制方式接入微网。具体地，图1包括以下部分：外部电网11、微网12。外部电网11可以是主干电网或者不同于微网12的另一个微网。微网12包括：一个或多个光伏支路PV1……PVn、一个或多个风力支路、柴油或水力发电机106、负荷107、开关108。光伏支路、风力支路、柴油或水力发电机106、负荷107都连接到公共联接点（point of common coupling，PCC）。具体地，PCC可以是交流母线。每个光伏支路包括：PV阵列101、DC/AC逆变器102；每个风力支路包括：风力发电机103、AC/DC变换器104、DC/AC逆变器105。该模式下，为保证微网的可靠、稳定运行，需要配置大容量的传统电源以维持微网的电压和频率稳定。此时，间歇式可再生能源发电单元不参与微网的电压和频率的调节，其在微网中的总发电容量比例受到较大限制。

中国专利申请CN102244498A（公开日未2011年11月16日）提出一种电网中的发电单元，在利用间歇式能源时能够对电网供电的稳定起作用。该专利申请由本申请的申请人西门子公司拥有。如图2所示，在该专利申请中，发电单元200包括能量输入模块210、能量储存模块220和能量输出模块230。能量输入模块210可以利用光伏、风力、潮汐等间歇式可再生能源形式，通过相应的电力电子控制器输出相对稳定的直流电压。具体地，能量输入模块210包括用于捕获一种或多种间歇式能源的能源捕获设备212以及充电控制器214。能量输出模块230包括发电单元驱动器（SPU driver）232、电动机（motor）234、同步发电机（synchronous generator，SG）236。电动机234用于将电能转换成机械能，同步发电机236用于将机械能转换成电能，其转子转速与定子旋转磁场保持同步。工作时，发电单元驱动器可以驱动交流电动机或直流电动机，电动机再拖动同步发电机运行，输出工频电能（输出频率为50Hz或60Hz）。发电单元200的功率调节分为有功功率调节和无功功率调节。有功功率调节通过发电单元驱动器232实现，以保证电网频率的稳定；无功功率调节通过同步发电机236自身的励磁控制系统实现。对于无功功率调节，同步发电机236通过对电网电压幅值变化情况的判断，调节自身励磁电压，以控制同步发电机236的输出电压，保证电网电压幅值的稳定，达到调节发电单元输出无功功率的目的。因此，发电单元200虽然是由间歇式可再生能源供能，但是其具有与常规能源发电单元类似的输出外特性。因此在微网中，可以将发电单元200看作常规发电单元来布置微网，提高间歇式可再生能源在微网中的接入比例。

发明内容