抽水蓄能与可再生能源发电协同运行系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种抽水蓄能与可再生能源发电协同运行系统及方法，利用交流电网、海上风电场、光伏发电站和抽水蓄能电站形成的四端环网结构，所述交流电网、海上风电场和抽水蓄能电站各通过一基于电压源型换流器的换流站彼此连接，光伏发电站通过DC‑DC变换器连入环网结构，使得海上风电场和光伏电站所发出的电能汇集并传输到交流电网中，实现大规模可再生能源的汇集、输送和消纳，在大规模可再生能源发电系统利用直流输电系统并网之前，起到减少其实际出力与预测出力偏差，抑制出力波动的目的，从而降低可再生能源出力波动对系统稳定性带来的影响。

【技术实现步骤摘要】
抽水蓄能与可再生能源发电协同运行系统及方法
本专利技术属于柔性直流输电控制运行领域，具体涉及一种基于柔性直流输电的抽水蓄能与可再生能源发电协同运行系统及方法。
技术介绍
随着对环境保护及温室气体排放的日益重视，全球能源消耗正在从化石能源转移到可再生清洁能源。近年来，以风电、光伏为代表的可再生能源装机呈现稳步增长。相比于传统的发电方式，以风电、光伏为代表可再生能源具有间歇性和波动性等特点。大规模的可再生能源并网，容易给系统带来电压波动、电压闪变以及谐波等问题，降低电能质量以及系统安全稳定性。为了提高可再生能源的电网接入，减少“弃风、弃光”现象的发生，急需提高可再生能源发电出力的精确性和可控性。提高可再生能源出力预测的精度是最直接的措施。以风电为例，目前已经有众多风电功率预测技术获得广泛的应用，预测精度不断提高，国际上短期功率预测误差可低至2.5％。然而，从预测技术的发展趋势来看，以数据积累为基础带来的精度提升效果日渐式微，预测精度短期内再出现较大提高较为困难。鉴于短期内提高预测精度的局限性，储能作为一种可调度的资源，在解决可再生能源出力波动性和不确定性方面得到广泛关注。相比于其它的储能技术，抽水蓄能具有容量大，单位容量价格低等特点。在目前已经建设的大规模储能工程中，抽水储能占绝对的主导地位。并且，随着电力电子技术的发展，具有变频调速功能的抽水储能机组逐渐普及，抽水蓄能电站逐步具备了短时间快速变化运行状态的能力，令抽水储能电站参与到快速功率调节成为可能。直流输电(HVDC)尤其是柔性直流输电(VSC-HVDC)发展迅速。柔性直流技术在接入和控制大规模可再生能源方面具有独特的优势，适用于解决我国可再生能源大规模、远距离消纳问题，水蓄能电站的规划运行调控提供了新的思路，对未来抽水蓄能的运行模式与控制方法的研究具有十分重要的指导意义。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种抽水蓄能与可再生能源发电协同运行系统及方法，本专利技术能够满足大规模可再生能源发电系统利用直流输电系统并网之前，减少出力误差，有效的抑制出力波动的需求.为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种抽水蓄能与可再生能源发电协同运行系统，至少包括交流电网、海上风电场、光伏发电站和抽水蓄能电站形成的四端环网结构，所述交流电网、海上风电场和抽水蓄能电站各通过一基于电压源型换流器的换流站彼此连接，所述光伏发电站通过DC-DC变换器连入环网结构，使得海上风电场和光伏电站所发出的电能汇集并传输到交流电网中，实现大规模可再生能源的汇集、输送和消纳。进一步的，所述海上风电场连接的换流站VSC1运行在定交流电压模式，以控制风电场交流电压；进一步的，所述抽水蓄能电站连接的换流站VSC2运行在定交流电压模式，为抽水蓄能电站的运行提供交流电压参考。进一步的，所述交流电网连接的换流站VSC3运行在裕度下垂模式；当换流站运行功率在裕度范围内，换流站VSC3运行在直流电压模式，为多端柔性直流输电系统提供直流电压参考；当换流站功率超过裕度范围，换流站VSC3将运行于下垂控制模式，通过预先设定的直流电压-功率特性曲线调节直流电压和功率。进一步的，所述DC-DC变换器为基于模块化多电平换流器的两端口DC-DC变换器，包括依次连接的DC-AC变换器、交流变压器和AC-DC变换器，所述DC-AC变换器运行在定交流电压模式，以控制DC-DC变换器内部的交流电压稳定，所述AC-DC变换器运行在定直流电压模式，以控制光伏电站内部直流电压稳定。一种抽水蓄能与可再生能源发电协同运行方法，出现不平衡功率时，判断是否超过设定的功率裕度，如果不是，则保持交流电网连接的换流站处于直流电压模式；如果是，则使交流电网连接的换流站处于功率-电压下垂模式，判断此时抽水蓄能电站的直流电压是否有变化；如果有变化，则判断此时的直流电压波动值是否超过设定值，如果不是，则抽水蓄能电站调整抽水蓄能机组的运行速率，并且改变该时间段计划的发电总量，以抑制可再生能源并网波动；如果是，根据抽水蓄能电站的运行状态与抑制并网波动的状态，调整抽水蓄能机组的运行速率与模式；如果没有变化，抽水蓄能机组按照设定计划继续运行。进一步的，当直流电压出现波动但波动率小于δ％时，抽水蓄能电站将运行在控制模式I：如果此时抽水蓄能电站运行在抽水状态或者发电状态，则抽水蓄能电站将调整抽水蓄能机组的运行速率，并且改变该时间段计划的发电总量，以抑制可再生能源并网波动。进一步的，当直流电压出现波动且大于δ％时，抽水蓄能电站将运行在控制模式II：如果此时抽水蓄能电站的运行状态与抑制并网波动的状态相同，则抽水蓄能电站将调整抽水蓄能机组的运行速率到最大运行速率，并且调整该时间段计划的发电总量；如果此时抽水蓄能电站的运行状态与抑制并网波动的状态相反，则抽水蓄能电站将首先紧急翻转当前运行模式，调整为负荷抑制并网波动的运行模式，调整抽水蓄能机组的运行速率到最大运行速率，并且改变该时间段计划的发电总量，实现抑制可再生能源并网波动的目的。进一步的，对于交流电网换流站的控制与对于抽水蓄能电站控制需要相配合，当功率波动出现时，不平衡功率能按照控制目标的比例分配到抽水蓄能电站和交流电网。更进一步的，当可再生能源出力与预测出力不同时，若出力波动小于连接交流电网的换流站的功率裕度，则该换流站仍然运行在定直流电压模式，不平衡功率输出到交流电网；若出力波动大于连接交流电网的换流站的功率裕度，不平衡功率将根据抽水蓄能电站的调速系数和连接交流电网换流站的下垂系数的比例进行分配，以实现抑制输出到电网的可再生能源波动的目的。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1.本专利技术提出的基于柔性直流输电的抽水蓄能与可再生能源发电协同运行方法，在大规模可再生能源发电系统利用直流输电系统并网之前，起到减少其实际出力与预测出力偏差，抑制出力波动的目的，从而降低可再生能源出力波动对系统稳定性带来的影响，顺应未来大规模可再生能源采用直流发展趋势，具有技术前瞻性。2.本专利技术提出的基于直流电压控制的抽水蓄能电站控制策略，能够满足快速响应短时可再生能源的并网波动的需求。3.本专利技术提出的基于多端柔性直流输电系统的抽水蓄能电站和大规模可再生能源发电系统的协同运行策略，控制结构简单，控制目标全面，能够在可再生能源并网前抑制其波动，降低了系统的调频需求，提高系统经济性和稳定性。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为包含抽水蓄能和可再生能源发电的典型四端柔性直流输电系统示意图；图2为抽水蓄能电站典型运行状态及运行模式；图3为基于直流电压控制的抽水蓄能电站控制策略的功率-直流电压特性曲线与控制框图；图4为基于直流电压控制的抽水蓄能电站控制策略示意图；图5为基于直流电压控制的抽水蓄能电站控制框图；图6为直抽水蓄能电站和大规模可再生能源发电系统的协同运行流程示意图。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本实施例使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抽水蓄能与可再生能源发电协同运行系统，其特征是：至少包括交流电网、海上风电场、光伏发电站和抽水蓄能电站形成的四端环网结构，所述交流电网、海上风电场和抽水蓄能电站各通过一基于电压源型换流器的换流站彼此连接，所述光伏发电站通过DC‑DC变换器连入环网结构，使得海上风电场和光伏电站所发出的电能汇集并传输到交流电网中，实现大规模可再生能源的汇集、输送和消纳。

【技术特征摘要】
1.一种抽水蓄能与可再生能源发电协同运行系统，其特征是：至少包括交流电网、海上风电场、光伏发电站和抽水蓄能电站形成的四端环网结构，所述交流电网、海上风电场和抽水蓄能电站各通过一基于电压源型换流器的换流站彼此连接，所述光伏发电站通过DC-DC变换器连入环网结构，使得海上风电场和光伏电站所发出的电能汇集并传输到交流电网中，实现大规模可再生能源的汇集、输送和消纳。2.如权利要求1所述的一种抽水蓄能与可再生能源发电协同运行系统，其特征是：所述海上风电场连接的换流站VSC1运行在定交流电压模式，以控制风电场交流电压。3.如权利要求1所述的一种抽水蓄能与可再生能源发电协同运行系统，其特征是：所述抽水蓄能电站连接的换流站VSC2运行在定交流电压模式，为抽水蓄能电站的运行提供交流电压参考。4.如权利要求1所述的一种抽水蓄能与可再生能源发电协同运行系统，其特征是：所述交流电网连接的换流站VSC3运行在裕度下垂模式；当换流站运行功率在裕度范围内，换流站VSC3运行在直流电压模式，为多端柔性直流输电系统提供直流电压参考；当换流站功率超过裕度范围，换流站VSC3将运行于下垂控制模式，通过预先设定的直流电压-功率特性曲线调节直流电压和功率。5.如权利要求1所述的一种抽水蓄能与可再生能源发电协同运行系统，其特征是：所述DC-DC变换器为基于模块化多电平换流器的两端口DC-DC变换器，包括依次连接的DC-AC变换器、交流变压器和AC-DC变换器，所述DC-AC变换器运行在定交流电压模式，以控制DC-DC变换器内部的交流电压稳定，所述AC-DC变换器运行在定直流电压模式，以控制光伏电站内部直流电压稳定。6.一种抽水蓄能与可再生能源发电协同运行方法，其特征是：出现不平衡功率时，判断是否超过设定的功率裕度，如果不是，则保持交流电网连接的换流站处于直流电压模式；如果是，则使交流电网连接的换流站处于功率-电压下垂模式，判断此时抽水蓄能电站的直流电压是否有变化；如果有变化，则判断此时的直流电压波动值...

【专利技术属性】
技术研发人员：李可军，孙凯祺，刘智杰，王美岩，王卓迪，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37