突破大力发展风电瓶颈的供电系统技术方案

本实用新型专利技术的突破大力发展风电瓶颈的供电系统，包括市电网、高耗能负载、风电场及其场内的风力发电机，还包括独立的风电网和两组模式切换开关。主要是将风电场内的各台风力发电机的输出电压经ＤＣ／ＤＣ变换成电压相同的直流电压，再相互并联成该风电场的独立的风电网，由该风电网直接为高耗能负载供电；或由该风电网为主、市电网为辅共同为高耗能负载供电；或将风电网经ＤＣ／ＡＣ逆变器与市电网并网后为高耗能负载供电。因为风电技术已是成熟技术，只需克服现有观念，将风电独立建成风电网，即可不再受并网比例的限制而能大力发展，是一种既能大力发展风电，又能将对电网的不利影响降到最低的切实可行的突破风电瓶颈的最佳途径。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种有利于迅速减少温室气体排放，大力发展风电的方法，特别 是能突破大力发展风电瓶颈的方法，属于供电或配电领域。
技术介绍
当今，全球气候变化受到了世界各国的普遍关注。从最新的温室气体排放增加速 度来看，到本世纪末地球气候将有6 7°C的严酷升温，远超出2°C的地球生态警戒线。经济 高速增长的中国，2008年二氧化碳排放量为71. 2亿吨，约占世界排放总量316亿吨的1/4， 超过美国是世界上最大的温室气体排放国。在哥本哈根气候会议召开前夕，中国政府承诺 2020年单位OTP碳排放将比2005年减少40% -45%,未来将面临巨大的二氧化碳减排压 力。风能作为一种最廉价、最方便、最清洁的绿色环保的可再生能源，提供了一种重要 的可替代煤炭来发电的能源，在二氧化碳减排方面有很大潜力。中国拥有丰富的风能资源， 据测算中国陆上每年可开发风能资源在24. 7Pffh左右，约为目前全国用电量的7倍。中国 也把发展风能作为二氧化碳减排的一个重要途径。根据中国的风能分布特点，中国已经规 划了内蒙古、甘肃和江苏等七个千万千瓦级风电建设基地，构建以七大超千万千瓦级的风 电基地为核心的“人”字型风电产业空间布局。根据中国电力联合会披露的数据，我国的风电总装机容量在2008年就已达1221 万千瓦，成为世界上第4个超过1000万千瓦的风电大国，目前又有5个千万千瓦级的风电 基地正在积极筹建或开工建设，如果建成将会使我国的风电装机容量远超6000万千瓦，随 着风电场的新建扩建，我国的风电设备的生产能力迅速提高，整机制造厂已经超过70家， 年产量超过100台单机容量为1. 5兆瓦大型风机的企业已经超过4家，由上可见，风电事业 正以其节能减排的可再生的绿色能源为特征而迅猛发展，这原本是一个天赐良机，但由于 现有的对风电的使用方式都是将国家电网(简称电网或市电网)作负载，即将风电与市电 并网是目前世界上大规模风电场的唯一应用方式。风能的利用主要按照“风轮-发电机-电 网-用户(负载)”这个路线来进行，使电网成为风电的负载，而风电就只能通过与电网并 网后才能向用户供电。为了能将风电与市电并网，各风电场对符合国家电网于2009年7月 30日发布的《风电场接入电网技术规定》要求的风电才有可能与电网并网，同时，由于风电 的输出功率受制于风速的变化，具有与风速同步的间歇性和波动性，与电网并网运行时会 对电网运行和电网质量带来诸多不利影响，所以还要求并网风电总量在没有水电、燃气发 电等调峰时不能超过电网总量的8%，低于8%的比例就是严重限制风电大规模发展的最 主要的瓶颈。所以在2009年下半年国家发改委根据风电并网的现实，作出了不得已而为之 的风电产能过剩和限制风电设备生产的决定，使风能资源不能发挥应有的作用。另外，风电上网对风力机提出了满足电网稳频、稳压和稳相位的要求，为了使风电 满足并网要求，需要风力机输出的风电进行稳频、稳压和稳相位处理，由此大幅度增加了风 力机制造成本和风电价格，使风电大规模应用受到限制。此外，风电场位置一般远离负荷中心，也远离常规电厂，这是目前国内风电场建设中的一个普遍现象。风能资源丰富的地区往 往远离主要的电力需求区域，这就给传输风电带来了困难，意味着需要对现有电网结构或 框架进行改造和变动，如扩建电网等，而这不仅仅是替换一些设备就可以实现的，这又将使 风电成本进一步提高。也是使电网公司根本不愿意购买风电的一个重要原因，在2006年施 行的《可再生能源法》中，虽然规定了电网企业必须全额收购可再生能源电量，但也只有在 政府强制性制定购买政策时，电网才被动的、而非按市场经济规则购买风电并网。综上所述，目前各国普遍使用的将风电与市电并网后再向用户供电的方法，使电 网成为风电负载，已成为限制风电大力发展的最主要的瓶颈，该瓶颈如不能突破，将会使通 过发展风电而达到节能减排的目标难以实现。
技术实现思路
本技术的主要目的是为了冲破限制风电发展的瓶颈，提供一种既能大力发展 风电，又能将对电网的不利影响降到最低，还能明显降低风电成本，产生巨大的经济效益和 社会效益的切实可行的突破大力发展风电瓶颈的供电系统。本技术的突破大力发展风电瓶颈的供电系统，包括市电网、高耗能负载、风电 场及其场内的风力发电机，其特征在于还包括独立的风电网和两组模式切换开关，所述独 立的风电网是由风电场内的各台风力发电机的输出电压经DC/DC直流变换器变换成电压 相同的直流电压后再相互并联而成，风电网的输出电压与第一组模式切换开关的动触点连 接，第一组模式切换开关的第一定触点与第二组模式切换开关的动触点和高耗能负载连 接，第一组模式切换开关的第三定触点经DC/AC逆变器与市电网连接，市电网经AC/DC整流 器和DC/DC直流变换器与第二组模式切换开关的第二定触点连接。所述高耗能负载为氯碱工业、电解铝工业、规模化制氢、风/煤多能源系统、海水 淡化、风沼电一体化、抽水蓄能以及高扬程大流量输水工程。本技术涉及的风力发电系统为直流发电系统，风电并联成直流风电网。它与 网电、高耗能负载和模式切换开关构成了本技术方法的四个组成部分。模式切换开关 由两组大功率直流继电器S1和S2构成，它们配合使用来实现下列三种措施1)将第一组模式切换开关S1与风电网闭合，第二组模式切换开关S2开路，风电网 直接与高耗能负载连接；2)将第一组模式切换开关S1与风电网闭合，第二组模式切换开关S2与市电网相 连，风电网和市电网共同与高耗能负载连接；这两种措施，直流风电网并不并入现有的国家电网即市面上电网，而是直接或与 市电网共同为高耗能负载供电。其特征在于与每一台风力发电机和网电都相连有DC/DC直 流转换电路，通过它们调节各支路电流，实现风机的最大风能捕捉和恒功率输出以及网电 功率调节。3)将S1、S2与网电相连，风电并网，高耗能负载为电网调峰。这种措施，风电网经过逆变后并入公共电网。由于风的波动性和间歇性特点，风电 功率的波动性和间歇性会对局部电网电压的稳定性和电能质量产生影响。高载能产业对并 网风电的调峰是指为风电场就近配置相应规模的高耗能产业，通过调节高耗能负载功率， 使其与风电功率波动一致，减少风电在电网中的比例，从而减少风电对电网的冲击，平滑风4电输出功率，保证下游电网供电稳定性和电能质量。本技术风电网直接为高耗能负载供电，就地消化，减小或完全消除对电网的 影响，突破风电并网瓶颈。既能大力发展风电，又能将对电网的不利影响降到最低，能产生 巨大的经济效益和社会效益，是一种切实可行的能突破大力发展风电瓶颈的好方法。同时由于风电组成直流风电网直接与高耗能负载相连，能有效降低风电成本。以 1.5MW风力发电机组为例，为了满足并网的稳频、稳压和稳相位的要求，采用复杂的双馈变 速恒频发电机组并采用变速箱等，而本专利技术采用直流风力发电系统，对频率和相位没有要 求，可以简化异步发电机结构，并可以省去变速箱，可以降低总成本约20% ；同时变桨距控 制装置可以取消，采用定桨距控制，通过控制来流角的方式达到控制叶尖速比的目的，可降 低成本约6% ；并网控制器改为DC/DC直流变换器可降低成本约8%，从而总成本可降低约 30-35 %，且故障概率由于风力发电系统的简化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种突破大力发展风电瓶颈的供电系统，包括市电网、高耗能负载、风电场及其场内的风力发电机，其特征在于还包括独立的风电网和两组模式切换开关，所述独立的风电网是由风电场内的各台风力发电机的输出电压经ＤＣ／ＤＣ直流变换器变换成电压相同的直流电压后再相互并联而成，风电网的输出电压与第一组模式切换开关的动触点连接，第一组模式切换开关的第一定触点与第二组模式切换开关的动触点和高耗能负载连接，第一组切换开关的第三定触点经ＤＣ／ＡＣ逆变器与市电网连接，市电网经ＡＣ／ＤＣ整流器和ＤＣ／ＤＣ直流变换器与第二组模式切换开关的第二定触点连接。

【技术特征摘要】
一种突破大力发展风电瓶颈的供电系统，包括市电网、高耗能负载、风电场及其场内的风力发电机，其特征在于还包括独立的风电网和两组模式切换开关，所述独立的风电网是由风电场内的各台风力发电机的输出电压经DC/DC直流变换器变换成电压相同的直流电压后再相互并联而成，风电网的输出电压与第一组模式切换开关的动触点连接，第一组模式切换开关的第一定触点与第二组模式切换开关的动触...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾为东，何小斌，
申请(专利权)人：江苏省信息化研究中心，
类型：实用新型
国别省市：84[中国|南京]