[发明专利]利用风光互补特性的新能源柔性直流外送系统及验证方法

说明书

技术领域

本发明涉及新能源电力传输技术领域，特别涉及利用风光互补特性的新能源柔性直流外送系统及验证方法。

背景技术

近年来，环境污染和能源枯竭问题日趋严重，以太阳能、风能等为代表的清洁可再生能源，正在逐步替代化石能源。风能和太阳能在时间和地域上天然具有很强的互补性，大型风光互补发电系统是可再生能源极有前途的一种高效利用形式。与单独大规模风力发电及光伏发电相比，风光互补发电系统能使功率输出较平稳，增加电网对间歇性可再生能源的吸收接纳程度。

柔性直流技术已较日趋成熟，其中模块化多电平拓扑结构的柔性直流近年来已在新能源输电、直流电网等领域得到大量的应用。模块化多电平换流器因其自身有功无功独立控制等特性尤其适合于新能源领域，已成为能源互联网的关键技术，并将逐渐成为今后发展的趋势。光伏电站与模块化多电平换流器在结构上有相似性，将光伏通过模块化多电平换流器收集外送，其相关成果一定程度已获得国内外专家的认可。

但是,当光伏电站处于阴影区域或者夜间时，光伏电池无法收集到太阳能，但换流器不能停用而将持续的产生较大的损耗，整体而言换流器的利用率处于较低水平。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供利用风光互补特性的新能源柔性直流外送系统及验证方法，能够较充分的利用光伏、风能及柔性直流各自的优势，具有互补性高，对系统谐波影响小等特点。

为实现上述目的，本发明提供了利用风光互补特性的新能源柔性直流外送系统，包括若干风力发电机组、若干太阳能电池组。

其中，若干所述风力发电机组升压后接入模块化多电平换流器光伏并网系统的换流器的交流侧，所述交流侧运行于整流状态。

若干所述风力发电机组接入的交流电能整流为直流电能接入直流系统；若干所述太阳能电池组经过DC/DC变换后并接于所述模块化多电平换流器光伏并网系统的电容器，所述电容器通过子模块将若干所述太阳能电池组接入的直流电能汇入直流母线，送至直流系统。

优选的，所述太阳能电池组包括PSM子模块，所述PSM子模块包括光伏阵列(PV)、DC-DC变换电路、MMC的子模块SM，所述MMC的子模块SM由两个IGBT(T1、T2)、两个反向二极管(D1、D2)和一个电容构成。

利用风光互补特性的新能源柔性直流外送系统的验证方法，步骤如下：

步骤A、计算所述模块化多电平换流器光伏并网系统的所述上、下桥臂的瞬时功率，计算公可以分别表示为：

其中，U和α分别为对应相内电势e的电压幅值及初始相角；I和γ分别为对应相的电流幅值及初始相角；k和m分别为电压及电流的调制系数，定义为：

步骤B、对所述直流外送系统进行简化，所述模块化多电平换流器光伏并网系统的电容器电压可以表示为：

其中，Ppv为太阳能电池的功率；C为子模块的电容值；△T、t分别为步长和起始时间，Sc为子模块导通状态。所述模块化多电平换流器光伏并网系统的桥臂电容器组的输出电压U_RM可以表示为：

其中，U_cj表示桥臂内第j个子模块的电容电压，S_cj表示其子模块接入状态；

步骤C、根据步骤B和C的结论建立光伏MMC桥臂的数值计算详细模型，对所述直流外送系统进行验证。

优选的，在步骤A中，当所述上桥臂的瞬时功率、下桥臂的瞬时功率均含有相同的直流，以及2倍频分量，且所述上桥臂的瞬时功率、下桥臂的瞬时功率的基频分量大小相同、方向相反，则式(1)和式(2)简化为：

其中，p_dc、p_ωj和p_2ωj分别表示桥臂瞬时功率的直流、基频及2倍频分量，式(4)改写为：

其中，P_ωj和P_2ωj是瞬时功率基频及2倍频分量的幅值；φ_1j和φ_2j分别为他们对应的初始相角。

优选的，在步骤A中，所述直流外送系统工作在纯光伏模式，所述纯光伏模式是指所述风力发电机组在无风的状态下处于停机状态，该种模式下所述换流器的交流侧流入交流电流为0；此时换流器外环功率控制切换至定交流电压的控制方式，在该种模式下，m＝0，则式(1)及式(2)可以改写为：