基于MMC的全功率可变速抽水蓄能系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108539779A(43)申请公布日2018.09.14(21)申请号201810136171.5H02J3/18(2006.01)(22)申请日2018.02.09(71)申请人南瑞集团有限公司地址211106江苏省南京市江宁区诚信大道19号申请人华北电力大学(72)发明人孟昭军韩民晓宋晓芳周光阳薛峰王欣竹许剑冰李碧君方勇杰谢云云李虹仪(74)专利代理机构北京众合诚成知识产权代理有限公司11246代理人黄家俊(51)Int.Cl.H02J3/38(2006.01)H02J3/24(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图1页(54)发明名称基于MMC的全功率可变速抽水蓄能系统(57)摘要本发明公开了属于配电技术领域的一种基于MMC的全功率可变速抽水蓄能系统，包括通过交流电缆顺序串联的发电机定子、全功率换流器、变压器和电网；全功率换流器为使用交流电容串联的网侧换流器和机侧换流器两部分，网侧换流器和机侧换流器都采用MMC的拓扑结构；全功率可变速抽水蓄能电站通过机侧换流器改变转速来提高水泵水轮机的运行效率和调节范围，通过网侧换流器实现有功、无功功率快速控制，使抽水蓄能电站在面临负荷波动及各种电源变化时，能起到维持电网电压、频率稳定的作用。采用MMC的拓扑结构实现全功率可变速抽水蓄能机组并网，在提高电网电能质量的同时有效减少电力电子器件引起的谐波含量，且单个器件的触发频率低，有效延长器件寿命。CN108539779ACN108539779A权利要求书1/1页1.一种基于MMC的全功率可变速抽水蓄能系统，其特征在于，该系统包括发电机定子、全功率换流器、变压器和电网，通过交流电缆顺序串联在一起；其中全功率换流器又分为使用电容串联的网侧换流器和机侧换流器两部分，网侧换流器依据功率指令平衡有功功率和无功功率，基于d-q解耦的控制算法实现有功与无功的解耦控制；机侧换流器在直流母线电压变化时调节输出频率，从而调节电机的转速，以此改变转子动能实现功率调控；网侧换流器和机侧换流器都采用MMC的拓扑结构。2.根据权利要求1所述的一种基于MMC的全功率可变速抽水蓄能系统，其特征在于，所述MMC的拓扑结构为桥型拓扑结构，所述桥型拓扑结构的上下桥臂各串联有N个子模块，上下桥臂分别通过各自的电抗器与电源相连。3.根据权利要求2所述的一种基于MMC的全功率可变速抽水蓄能系统，其特征在于，所述子模块个数N由直流电压Udc和所述单个子模块电压Uc共同确定，且N＝Udc/Uc。4.根据权利要求2所述的一种基于MMC的全功率可变速抽水蓄能系统，其特征在于，所述子模块是由两个串联的电力电子器件和一个直流储能电容器组成的并联结构；每个子模块都是一个两端元件，在两种方向电流的情况下通过开关实现在全模块电压和0电压之间转换；并根据电流的方向不同，实现电容的充电或放电。5.根据权利要求4所述的一种基于MMC的全功率可变速抽水蓄能系统，其特征在于，所述两个串联的电力电子器件的两端各自两个反并联有一个二极管。2CN108539779A说明书1/5页基于MMC的全功率可变速抽水蓄能系统[0001]专利领域[0002]本发明涉及配电技术领域，具体是指一种基于MMC(ModularMulti-levelConverter,MMC)的全功率可变速抽水蓄能系统。背景技术[0003]随着电网中核电、超临界大容量电厂等稳定供电电源日益增加，风电、光伏发电等间歇性可再生能源大规模利用，在电网中所占比例日渐增大，使电网的稳定运行变得更为困难。电力系统稳定运行是指，在一定范围内维持系统的频率和电压稳定，通过储能系统吞吐功率，是维持系统稳定运行的重要途径。[0004]目前，我国应用于电力系统的储能技术只有抽水蓄能和化学储能。抽水蓄能电站运行灵活可靠、工况转换迅速、环境压力小，是到现在为止公认的最成熟、最经济、容量最大的储能方式。可用于削峰填谷、平滑规模化可再生能源输出功率。[0005]然而在实际中，定速抽水蓄能机组在扬水工况下，只能通过导叶开度调节输入功率，调节范围小，响应速度慢，无法满足电网快速准确频率调节的要求；另一方面，机组在发电工况下，由于上下水坝水位同时变化，水头变化较大，而对于不同水头，发电最佳效率对应的转速不同，因此需要抽水蓄能机组的变速发电，以达到最佳发电效率。另外，与定速抽水蓄能机组相比，可变速机组还能够提供系统自动控制容量，适应更宽水头范围提高运行效率，实现有功功率的快速调节，提高机组运行的稳定性，可以使用变频装置进行水泵工况启动，优化土建工程的设计。这些对于保持电网安全稳定运行具有重大意义。[0006]本发明目的在于，通过将MMC应用于全功率抽水蓄能机组的功率变换，实现有功功率与无功功率的快速调节，