[发明专利]一种大容量新能源发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种含光伏电站、风力电站、储能电站的新能源电站经过直流输电线路接入以中高压变频器、中高压电动机、联轴器和同步发电机为核心装置的能量转换系统的发电系统，具体而言，特别是一种大容量光伏电站、风力电站、储能电站采用同步发电机并网发电、并网调频和孤网供电的发电系统。

背景技术

煤、石油、天然气等化石能源具有不可持续性，大量利用产生的全球变暖、环境恶化等问题危及人类社会可持续发展；另一方面，随着技术进步和发电成本下降，太阳能、风力发电等可再生清洁能源发电规模持续扩大，占发电量的比例越来越大，但是太阳能、风力发电具有随机性、间歇性，单个光伏并网逆变器、风能变流器受电力电子器件的限制额定功率较小，100MW以上大容量光伏电站、风力发站需要使用几十台甚至上千台的光伏逆变器、风能变流器，并且光伏逆变器、风能变流器在一个区域内集中并网容易产生电网电压、频率波动和谐波等电能质量问题，严重时发生电网谐振，危及电网安全运行；随着新能源大规模并网，增加了电力系统调峰难度，迫切需要支持大容量光伏、风力电站友好并网的发电技术。

常规调频电源响应速度慢、爬坡速度低，已不能适应电力系统快速发展及新能源大规模接入的需求；而储能调频具有快速精确的功率跟踪能力，比常规调频电源更加高效；但目前在储能和电网之间起着能量转换作用的关键设备储能逆变器也受到电力电子元器件的限制，主流的单台最大功率为500KW，限制了储能调频的应用。

在很多海岛和边远地区，没有大电网，依靠柴油发电的供电成本高且污染环境，或者有光伏、风力发电和蓄电池储能，并使用逆变器供电的发电设施，但单台逆变器的额定功率有限及对负载尤其是大功率电机适应性较差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种光伏电站、风力电站、储能电站经过直流输电线接入以中高压变频器、中高压电动机、联轴器和同步发电机为核心装置的能量转换系统的方案和实施实例，所述发电系统用于并网发电时，提高大容量光伏电站、风力电站并网发电的电能质量；所述发电系统用于并网调频时，能快速响应调度，相对储能逆变器具有额定功率大的优势，扩大了储能调频的应用范围；所述发电系统用于孤网供电时，相对逆变器具有额定功率大及对负载的普遍适应能力。

中高压变频器为额定电压大于1000V的中压变频器和高压变频器，中高压电动机为额定电压大于1000V的中压电动机和高压电动机。

不同于传统的光伏并网发电、风力并网发电，本发电系统先把光伏电站、风力电站输出的直流电能经过直流输电线路输送到能量转换系统，在能量转换系统进行集中电能转换和输出，隔离了数量众多的电力电子装置对电网的影响，提高电网电能质量并保障电网安全运行。

储能电站经过直流输电线路接入能量转换系统。

直流输电线路的正极与负极之间的额定电压大于1500V。

能量转换系统的运行原理为直流输电线路把新能源电站的直流电能输入中高压变频器，其正极接中高压变频器正极，其负极接中高压变频器负极，中高压变频器驱动中高压电动机变频调速运行，把直流电能转换为机械能，中高压电动机通过联轴器与同步发电机联接带动同步发电机发电，把机械能转化为交流电能，从而实现直流电能到交流电能的转换。

本发电系统具有3种运行模式。

第1种是并网发电，光伏电站、风力电站向直流输电线路输入不稳定的功率；为保证直流输电线路稳定运行，即首先保证直流输电线路的输入、输出功率平衡，通过实时控制中高压变频器的输入功率稳定直流输电线路的电压，其过程为中高压变频器驱动中高压电动机，实时调节中高压电动机的转矩从而实时控制中高压变频器的输入功率，通过联轴器把能量由中高压电动机传输到同步发电机，同步发电机再把电能输送到电网；储能电站通过充电从直流输电线路吸收功率，通过放电向直流输电线路输入功率，因此，通过实时控制储能电站的充电和放电功率能够平滑光伏电站、风力电站输出功率波动，更进一步地，通过实时控制储能电站的充电和放电功率能够实现光伏电站、风力电站可调度地输送电能到大电网。

第2种是并网调频，原理为根据电网频率变化同步发电机向电网输送有功功率调节电网频率，通过中高压变频器实时控制中高压电动机的转矩使同步发电机向电网输入有功功率，为保证直流输电线路稳定运行，即首先保证直流输电线路的输入、输出功率平衡，通过实时控制储能电站的充电和放电功率稳定直流输电线路的电压。