本技术介绍了一种集成超级电容器的港口岸电直流系统拓扑结构,该系统涵盖港口电网、风力发电、太阳能发电、直流母线、超级电容组、船舶动力储能单元以及岸桥回馈负荷。系统旨在通过优化调度方法提高能源效率和系统稳定性,同时降低运营成本。
背景技术
随着全球气候变化问题的日益严重,港口作为运输船舶的集散地,其环保问题引起了广泛关注。目前,船舶在靠泊期间通常使用自身的燃油发电机提供电力,导致大量废气排放,对环境造成严重污染。为了解决这一问题,船舶岸电技术应运而生,通过由岸上电源为停泊船舶供电,从而减少污染物排放。然而,现有的岸电系统大多为交流配电系统,存在功率变换级数多、能量损耗大等问题。因此,研发岸电直流配用电系统拓扑结构以减少新能源变换级数、提高新能源就地消纳率很有必要。
超级电容能够实现能量的存储与释放,在新能源富足时存储剩余电能,在新能源匮乏时向直流母线输送能量,减少船舶负荷对电网的冲击,从而平抑新能源出力波动,提高岸电系统供电稳定性。此外,该系统中超级电容储能以及各新能源接口至船舶动力储能只需经过两级变换器,相比传统交流配电系统,减少了功率变换级数,大幅提升了供电效率和新能源消纳率。基于这些优势,含超容的港口岸电直流系统能够更好地适应新能源的波动性,提高系统的稳定性和可靠性,减少能源浪费,提高能源利用效率,符合节能减排和可持续发展的要求。
与此同时,优化调度方面面临诸多挑战。首先,光伏、风电等新能源出力受天气、季节等因素影响,具有显著不确定性,这对新能源出力的准确预测提出了高要求,以便合理安排超级电容储能与船舶负荷的供电。其次,船舶负荷需求因船舶到港时间、作业情况等而呈现较大波动性,优化调度需具备快速响应负荷需求变化的能力,以确保系统稳定运行。而且,岸电直流配用电系统包含多个端口,如新能源接口、超级电容储能接口、船舶动力储能接口等,实现这些端口的协调控制是优化功率流路径、降低功率损耗、提高新能源就地消纳率的关键。同时,超级电容储能的管理至关重要,需合理控制其充放电,避免过充过放,且要考虑充放电次数对超级电容寿命的影响。再者,峰谷分时电价场景下,根据实时电价和新能源接口功率制定电网购售电及超级电容储能充放计划,以实现系统最优经济运行,同时满足船舶充电和负荷需求,减小整体负荷峰谷差,这对优化调度策略提出了更高挑战。最后,端口失电时,保证直流母线电压在短时间内稳定是系统可靠性的重要保障,优化调度策略需能快速切换工作状态以应对此类情况。因此,需要针对海港中靠港船舶用电情况差异带来的长时间尺度下峰谷差加剧以及龙门吊、起重机等冲击性负荷带来的短时间尺度下功率波动等问题,提出系统优化调度方法。
实现思路