一种光伏与光热系统协调发电的黑启动系统及其恢复方法技术方案

本发明专利技术公开了一种光伏与光热系统协调发电的黑启动系统及其恢复方法，属于发电、变电或配电的技术领域。黑启动系统包括：并接在交流母线上的光热系统及光伏系统、向交流母线注入补偿电流的静止同步补偿器、协调控制器，以恢复远距离火电站火电厂辅机设备为目标，在功率协调的基础上确保实时电压频率稳定，通过对光伏列阵并联数目的选取、光热电站的输出功率控制及储热系统蓄放热状态的切换分别控制光伏电站以及光热电站，控制综合系统输出功率大小，满足实时的负荷需求。

【技术实现步骤摘要】
一种光伏与光热系统协调发电的黑启动系统及其恢复方法
本专利技术公开了一种光伏与光热系统协调发电的黑启动系统及其恢复方法，属于发电、变电或配电的

技术介绍
随着电网规模的不断增大，电网的恢复工作也变得越来越困难，因此对大停电后电力系统的恢复进行研究以将事故损失控制在最小范围显得尤为重要。黑启动初期作为电力系统恢复的关键时期，其关键技术在于黑启动电源的选型以及黑启动恢复策略的选定。光伏发电以及光热发电作为清洁能源，由于其并网迅速且具有良好的自启动能力，在电力系统黑启动中有着巨大的应用潜力，但光资源的间歇性特点导致光伏发电存在不确定性，光伏实际出力受环境影响较大，在导致弃光问题的同时也给黑启动过程造成功率供给不足的问题，从而导致黑启动失败。针对光伏发电的不确定性，传统的解决方法是为光伏电站配置电池组件，但电池材料存在容量小、成本高、发展空间不足等问题成为制约光伏电站作为黑启动电源的重要因素。目前，熔盐储热技术的发展相对于储电技术具有容量大、成本低的优势，具有更广的应用前景。而含有大容量储热系统的光热电站具有良好的功率调节性能，其调节性能可以媲美传统的发电机组，但是由于目前光热电站的建设费用以及度电成本相对较高，单独的光热电站作为黑启动电源效益不足，影响了光热电站项目建设的推进。综上，现有新能源黑启动技术主要集中在对储能型光伏电站的研究，光伏电站受光照资源影响较大，电池储能容量小、成本高、发展空间小，含储热系统的光热电站作为黑启动电源调节性能良好，储热系统容量大、成本低，含储热系统的光热电站在黑启动中具有较大的应用前景。研究两种太阳能发电技术的综合利用对于降低发电成本以及保证系统稳定具有重要的意义。光伏-光热联合发电基地既可以有效地结合光伏发电的经济性又可以具有含储热的光热电站的功率调节特性，为新能源电源作为黑启动电源提供了有利的条件。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是针对上述
技术介绍
的不足，提供了一种光伏与光热系统协调发电的黑启动系统及其恢复方法，通过协调控制光伏电站以及含有储热系统的光热电站实现了电网黑启动恢复过程中的功率平衡以及电压频率稳定，克服了单独以光伏为黑启动电源存在的功率不足缺陷以及单独以光热为黑启动电源存在的电源效益不足缺陷。本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案。一种光伏与光热系统协调发电的黑启动系统，包括：由多个串并联连接的光伏电源组成的光伏系统、集中式光热电站和储热系统组成的光热系统、无功补偿装置STATCOM、协调控制器，并且光伏、光热系统在并网点处汇集并通过输电线路与待启动机组相连，光伏电源主要包括光伏列阵、逆变器以及并网变压器，集中式光热电站采用塔式系统且主要包括集热塔、汽轮机、发电机以及并网变压器，储热系统为大容量的储热装置，大容量储热装置与集热塔并联且与汽轮机输入端口相连。太阳能光伏与光热联合发电系统参与电网黑启动恢复的策略主要包括以下四个步骤：(1)储热系统初始容量充足，协调控制器获取当前光伏电站以及光热电站的运行状态，主要包括当前允许的最大功率输出以及当前实际运行功率，根据设定的负荷恢复计划为光伏、光热系统分配给定功率；(2)根据协调控制器指令(光伏、光热系统给定功率)，光热系统通过调整储热系统的运行状态以稳定光热电站输出，通过改进的最大功率输出控制方法调整光伏系统出力直至达到给定值；(3)协调控制器预期光伏光热联合系统可供使用的功率值，若达到启动火电厂辅机设备的功率值，则获取火电厂辅机设备当前机端电压和频率，当并网交流侧电压不满足启动要求时，控制无功补偿装置STATCOM调节并网交流侧电压的幅值相角，闭环调节光热系统的励磁系统以稳定发电机输出电压，当并网交流侧频率不满足启动要求时，调整储热系统出力以对光伏光热联合系统的有功功率进行微调，从而控制并网交流侧频率稳定；(4)当并网交流侧电压和频率均满足启动需求时，光伏光热联合系统带动远距离的火电厂辅机设备启动，火电厂辅机设备在协调控制器的调度下启动火电厂火电机组，火电机组在协调控制器的调度下进行后续的常规机组黑启动恢复。步骤(1)中储热系统初始容量充足是指大容量储热装置的初始储热容量可以多小时连续输出有功功率，光伏、光热系统受光照条件制约，在夜晚等完全无光情况下的黑启动需要依靠储热系统提供初始的能量，储热系统需要提供持续的能量输出，根据经典系统恢复阶段的时间特点，需要储热系统提供至少5h的持续功率输出。步骤(1)中，首先，根据负荷需求、光伏光热运行状态以及储热系统蓄热状态确定光伏-光热联合发电系统有功功率P的参考值P*：当时，若储热系统储热不足，设置若储热装置储热充足，设置当时，若储热系统尚未充满，设置若储热装置已充满，设置为t时刻负荷的有功功率需求，为t时刻光伏电站输出有功功率，为t时刻光热电站输出有功功率，然后，按照光热系统功率优先输出、光伏系统弥补黑系统功率缺额的原则确定光伏系统、光热系统各自的给定功率，为t时刻光伏系统的给定功率，为t时刻光热系统的给定功率。步骤(2)中光热系统通过调整储热系统的运行状态以稳定光热电站输出是指t时刻光热电站的光场部分由光能转化为热能：其中，为t时刻光热电站转换光能得到的热能(即，光场输入的功率)，ηsf为光能转化为热能的效率，Ssf为光场定日镜总面积，ID为法向光照强度，为由光场输送到发电机组的热能，为储热系统蓄热功率，为储热系统放热功率，光热电站发电机组发出的功率为根据等式约束可知，发电机组输出功率等于储热系统放热功率与输送至发电机组的功率之和：光场输入的功率等于储热系统蓄热功率与输送至发电机组的功率之和：并且储热系统蓄热与放热状态不可同时进行，即，当光照充足，时，储热系统处于蓄热状态；当光照不充足，时，储热系统处于放热状态；当时，储热系统处于热稳定状态。储热系统能量函数为其中，分别为t时刻、t-1时刻储热系统的能量，ρ为耗散系数，Δt为采样时间间隔，Xt为0-1的变量。步骤(2)中改进最大功率输出控制是指：按照最大功率输出控制(MPPT，MaximumPowerPointTracking)光伏列阵时，光伏列阵可以输出的最大功率为当光伏列阵可以输出的最大功率大于光伏系统t时刻的给定功率时，光伏发电采取限功率输出模式，光伏电站t时刻的输出功率满足：当光伏列阵可以输出的最大功率小于光伏系统t时刻的给定功率时，光伏发电采取传统的MPPT输出模式，光伏电站t时刻的输出功率满足：该改进的最大功率输出控制将光伏电站有功功率的调节范围扩大至0至光伏电站最大有功输出，有利于光伏电站有功功率输出快速响应黑启动过程中光伏系统的给定功率，而仅采用MPPT则因将最大功率输出控制运行点限制在P-V曲线顶端存在调节范围较小的缺陷。步骤(3)中协调控制器预期光伏光热联合系统可供使用的功率值是指根据预测的辐照度曲线(包括法向辐射ID和全辐射Ib)、光热电站能量输出由法向辐射ID计算：光伏电站能量输出由：计算，其中，ηt为t时刻光能转化为电能的转化效率，Spv为光伏电池板的总面积，CT为功率温度系数，Tb为电池板温度，Tstc为标准测试环境下(800W/m2，20℃)电池板的温度，Te为环境温度，TNOCT为光伏电池额定状态温度。根据光照条件预测t时刻光伏光热联合系统可供功率为：本专利技术采用上述技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光伏与光热系统协调发电的黑启动系统，其特征在于，包括：并接在交流母线上的光热系统及光伏系统、向交流母线注入补偿电流的静止同步补偿器、协调控制器，所述光热系统为包含储热系统的光热电站，火电厂辅机设备及负荷经电厂输变线路连接至其供电交流母线，交流母线输出的电能经其出线上的变压器及输电线路传输至火电厂辅机设备及负荷的供电交流母线；在自启动阶段，协调控制器向光伏系统、光热系统、静止同步补偿器发送起动指令，光伏系统、光热系统向交流母线输出有功出力，静止同步补偿器对光伏系统进行无功补偿，黑启动系统达到电源自启动的功率平衡状态，在网架恢复阶段，协调控制器分别向光伏系统、光热系统发送给定功率输出指令，光伏系统、光热系统按照各自的给定功率输出指令向交流母线输出有功出力，黑启动电源空载充电交流母线出线上的变压器和系统输电线路，在负荷恢复阶段，协调控制器按照负荷恢复计划向负荷发送接入其供电交流母线的指令，在火电厂辅机设备以及火电机组设备启动阶段，协调控制器向静止同步补偿器发送指令以调节并网交流侧电压的幅值相角，协调控制器向光热系统的励磁系统发送指令以调节光热系统发电机的输出电压，协调控制器在并网交流侧的电压和频率满足火电厂辅机设备启动要求时向火电厂辅机设备发送启动指令，火电机组在火电厂辅机设备的带动下启动。...

【技术特征摘要】
1.一种光伏与光热系统协调发电的黑启动系统，其特征在于，包括：并接在交流母线上的光热系统及光伏系统、向交流母线注入补偿电流的静止同步补偿器、协调控制器，所述光热系统为包含储热系统的光热电站，火电厂辅机设备及负荷经电厂输变线路连接至其供电交流母线，交流母线输出的电能经其出线上的变压器及输电线路传输至火电厂辅机设备及负荷的供电交流母线；在自启动阶段，协调控制器向光伏系统、光热系统、静止同步补偿器发送起动指令，光伏系统、光热系统向交流母线输出有功出力，静止同步补偿器对光伏系统进行无功补偿，黑启动系统达到电源自启动的功率平衡状态，在网架恢复阶段，协调控制器分别向光伏系统、光热系统发送给定功率输出指令，光伏系统、光热系统按照各自的给定功率输出指令向交流母线输出有功出力，黑启动电源空载充电交流母线出线上的变压器和系统输电线路，在负荷恢复阶段，协调控制器按照负荷恢复计划向负荷发送接入其供电交流母线的指令，在火电厂辅机设备以及火电机组设备启动阶段，协调控制器向静止同步补偿器发送指令以调节并网交流侧电压的幅值相角，协调控制器向光热系统的励磁系统发送指令以调节光热系统发电机的输出电压，协调控制器在并网交流侧的电压和频率满足火电厂辅机设备启动要求时向火电厂辅机设备发送启动指令，火电机组在火电厂辅机设备的带动下启动。2.权利要求1所述光伏与光热系统协调发电的黑启动系统的恢复方法，其特征在于，根据当前光伏系统以及光热系统允许的最大功率输出以及当前实际运行功率确定光伏系统、光热系统的给定功率，调整储热系统的运行状态以稳定光热系统输出，调整光伏阵列有功出力以稳定光伏系统输出，调节并网交流侧电压的幅值相角以及光热系统中发电机的输出电压，在并网交流侧的电压和频率满足火电厂辅机设备启动要求时启动火电厂辅机设备，火电厂辅机设备带动火电机组启动。3.根据权利要求2所述光伏与光热系统协调发电的黑启动系统的恢复方法，其特征在于，根据当前光伏系统以及光热系统允许的最大功率输出以及当前实际运行功率确定光伏系统、光热系统的给定功率的方法为：根据负荷需求、光伏光热运行状态以及储热系统蓄热状态确定黑系统有功功率的参考值P*，且储热系统储热不足时，且储热系统储热充足时，且储热系统尚未充满时，且储热系统已充满时，为t时刻负荷的有功功率需求，为t时刻光伏系统实际有功出力，为t时刻光热系统实际...

【专利技术属性】
技术研发人员：高山，张一清，赵亮，李红霞，刘宇，王湘艳，李俊贤，张祥成，侯胜林，温生毅，郭树锋，
申请(专利权)人：东南大学，中国电力科学研究院有限公司，国家电网有限公司，国网青海省电力公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32