研究高渗透率新能源电力系统的实验装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了属于新能源电力系统技术领域的一种研究高渗透率新能源电力系统的实验装置和方法。所述实验装置由驱动电源和MGP系统组成，驱动电源分别与MGP系统和本地负荷相连，MGP系统连接电网和负载；其中MGP系统的同步电动机通过机械连接与同步发电机相连，组成同步电机对通过并网端并入电网，MGP系统还包括测量装置，联接到同步电机对测量点；所述方法包括：研究高渗透率新能源电力系统中多换流器的并联运行；研究系统的惯性和频率稳定性、电压稳定性、小干扰稳定和阻尼、暂态功角稳定、MGP系统并网和离网特性、新能源的谐波。本发明专利技术为研究高渗透率新能源电力系统提供了一种有效的实验装置及方法，也可用于研究高度电力电子化的电力系统的一系列特性。

Experimental device and method for studying high permeability new energy power system

The invention discloses an experimental device and method for studying high permeability new energy power system, belonging to the technical field of new energy power system. The experimental device consists of a driving power supply and a MGP system. The driving power supply is connected with the MGP system and the local load respectively, and the MGP system is connected with the grid and the load. The synchronous motor of the MGP system is connected with the synchronous generator through mechanical connection, and the synchronous motor pair is merged into the grid through the grid-connected end. The MGP system also includes a measuring device. The method includes: researching the parallel operation of multi-converters in high permeability new energy power system; researching the inertia and frequency stability, voltage stability, small interference stability and damping, transient power angle stability, MGP system interconnection and off-grid characteristics, new energy harmonics. The invention provides an effective experimental device and method for studying a high permeability new energy power system, and can also be used for studying a series of characteristics of a high power electronic power system.

【技术实现步骤摘要】
研究高渗透率新能源电力系统的实验装置和方法
本专利技术属于新能源电力系统
，尤其涉及一种研究高渗透率新能源电力系统的实验装置和方法。
技术介绍
面对化石能源减少和环境污染的双重压力，开发利用可再生能源优化调整能源结构，已经成为推动全球能源-经济-环境可持续发展的方向。人们普遍把新能源电力在电网系统所占比例称为新能源电力的渗透率，在本专利技术中，高渗透率电网是指有高比例新能源电力接入的电网系统，低渗透率电网是指仅有低比例新能源电力接入的电网系统。人们已经通过实践认识到，低渗透率的电网系统和零渗透率的电网系统的表现比较接近，而高渗透率的电网系统和零渗透率的电网系统有非常大的区别，需要认真加以研究。与传统的以同步发电机为主的电力系统不同，高渗透率新能源电力系统使用了大量的电力电子逆变器、变频器、换流器等电力电子装置，保持系统的稳定运行变得困难或者非常困难，由此也导致了严重的弃风、弃光问题，也不利于新能源的消纳和传输，主要体现在以下几个方面：一、电力电子装置的惯性很低，不足以维持系统的频率稳定性，不足以支撑电网强度；二、电力电子装置的频率耐受能力差，如果故障导致的频率异常过大，会导致新能源大规模脱网；三、电力电子装置的电压耐受能力差，新能源容易由于暂态过电压而大规模脱网；四、电力电子装置引发中频带(5～300Hz)新稳定问题，引发次同步和超同步振荡；五、大量电力电子装置并联运行时会产生环流，以及并联运行的控制参数协调整定等问题会导致高渗透率新能源电网稳定性降低，增加新能源发电场脱网概率。因此对高渗透率新能源电力系统进行实验研究是十分必要的。目前国内外对新能源电力系统的研究几乎都是仿真研究，而仿真中的新能源渗透率都不高，尤其在高渗透率电力系统的实验系统研究方面的渗透率几乎为零，当前的高渗透率电网仿真模型也几乎没有超过50％的渗透率，距离100％渗透率还相差甚远。特别是，高渗透率电力系统的实验方面的研究几乎为零，上述的仿真研究由于无法进行实验验证而显得说服力有限。因此，目前需要构建一个有效的研究高渗透率电力系统的实验装置。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种研究高渗透率新能源电力系统的实验装置和方法，其特征在于，一种研究高渗透率新能源电力系统的实验装置，包括：驱动电源1和MGP系统2；所述驱动电源1与MGP系统2和本地负荷5相连接，所述MGP系统2与电网3和负载4相连接；所述驱动电源1为模拟真实光伏发电和风力发电特性的模拟系统，或光伏、风电新能源的真实系统；当驱动电源1为模拟系统时，由若干个电力电子装置以并联的方式与MGP系统2相连，共同驱动MGP系统2，其中，每个电力电子装置由电源和换流器组成；所述电源为直流电源或交流电源，换流器为逆变器或变频器；当驱动电源1为真实系统时，该驱动电源1为风机和换流器构成的风力发电系统，或光伏发电板和换流器构成的光伏发电系统，或电池和换流器构成的储能发电系统，或上述发电系统的不同组合。所述MGP系统2由源端201、同步电动机202、机械连接203、同步发电机204、并网端205和测量装置206组成，其中，同步电动机202的一端与源端201相连，另一端通过机械连接203与同步发电机204相连，同步电动机202和同步发电机204组成同步电机对，通过并网端205并入电网3，所述机械连接203用于将源端201和并网端205电气隔离；所述测量装置206与同步电机对的测量点a和测量点b联接，用于测量电压、电流、功率、频率、转速、转矩、功角和谐波系统特性参数。一种研究高渗透率新能源电力系统的实验方法，所述实验方法为：(1)研究高渗透率新能源电力系统的稳定性，包括研究高渗透率新能源电力系统中多换流器的并联运行、系统的惯性支撑和频率稳定、电压稳定、小干扰稳定和阻尼、暂态功角稳定、以及MGP系统并网和离网运行特性；(2)研究高渗透率新能源电力系统的谐波，具体步骤如下所述：1)将驱动电源直接并入电网，利用测量装置测量a点的谐波电压或谐波电流，得到驱动电源在不经任何滤波处理时输出谐波含量；2)将驱动电源输出的电能经过滤波器滤波后并入电网，利用测量装置测量a点的谐波电压或谐波电流，得到驱动电源经过滤波器滤波后的谐波含量；3)将驱动电源输出的电能通过MGP系统并入电网，利用测量装置测量b点的谐波电压或谐波电流，得到驱动电源经MGP系统滤波后的谐波含量；4)基于上述测量数据，研究驱动电源产生的次同步和超同步谐波，通过对比步骤2)和步骤3)对谐波的过滤效果，研究提升MGP系统抑制次同步和超同步谐波的方法。所述研究高渗透率新能源电力系统中多换流器的并联运行还包括：多台换流器并联后共同汇入源端的汇聚方法，多台换流器并联驱动同步电动机时的功率协调分配控制，多台换流器之间的环流控制和并联参数协调整定。所述研究高渗透率新能源电力系统的惯性支撑和频率稳定还包括：系统带负载实验以及系统并网实验，所述系统带负载实验用于研究负载突变时，同步发电机的输出频率的变化特性，以及MGP系统提供的惯性对频率动态变化的影响；所述系统并网实验，用于研究驱动电源突变时，同步发电机的输出频率的变化特性。所述研究高渗透率新能源电力系统的电压稳定还包括：系统并网实验，通过在电网中设置低电压、高电压和故障的工况，研究同步发电机对并网端电压的支撑作用。所述研究高渗透率新能源电力系统的小干扰稳定和阻尼还包括：系统并网实验和带负载实验，通过设置负载变化、短路不同类型的故障，设置和同步电动机和同步发电机的励磁控制模式，研究小干扰稳定性。所述研究高渗透率新能源电力系统的暂态功角稳定还包括：电网中发生故障后，同步电动机和同步发电机在不同故障切除时间下的暂态功角响应和保持同步运行的能力。所述研究高渗透率新能源通过MGP系统的并网和离网运行特性还包括：驱动电源和MGP系统并网运行时，驱动电源和负载功率波动时的稳定性，以及驱动电源带本地负荷运行时，本地负荷功率波动时的稳定性。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提出的一种研究高渗透率新能源电力系统的实验装置和方法，可以通过同步电机对系统(Motor-GeneratorPair，MGP)并网，以提供新能源电力系统所需要的惯性。当并网系统接上驱动电源后，构成一种实验研究装置，该装置不仅可以研究多换流器的并联运行，高渗透率新能源电力系统的惯性和频率稳定性、电压稳定性、小干扰稳定和阻尼、暂态功角稳定、MGP系统并网和离网特性和新能源的谐波等问题，还可以研究高度电力电子化的电力系统的一系列特性，为研究高渗透率电力系统提供一种有效的实验装置及方法。附图说明附图1为研究高渗透率新能源电力系统实验装置结构示意图；附图2为实施例1中研究高渗透率新能源电力系统稳定性的实验装置；附图3为实施例2中研究高渗透率新能源电力系统谐波的实验装置；附图4为实施例3中研究高渗透率新能源电力系统的真实新能源发电装置；附图5为实施例4中不带本地负载的并网仿真模型；附图6为实施例4中不带本地负载的并网仿真结果图；附图标记：1-驱动电源，2-MGP系统，3-电网，4-负载，5-本地负荷，6-开关1，7-开关2，8-开关3，9-滤波器，10-开关4,11-开关5,12-开关6，13-电感，14-无穷大仿真电网；101-电源，102-换流器,103-风机，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种研究高渗透率新能源电力系统的实验装置，其特征在于，包括：驱动电源(1)和MGP系统(2)；所述驱动电源(1)与MGP系统(2)和本地负荷(5)相连接，所述MGP系统(2)与电网(3)和负载(4)相连接；所述驱动电源(1)为模拟真实光伏发电和风力发电特性的模拟系统，或光伏、风电新能源的真实系统；当驱动电源(1)为模拟系统时，由若干个电力电子装置以并联的方式与MGP系统(2)相连，共同驱动MGP系统(2)，其中，每个电力电子装置由电源和换流器组成；所述电源为直流电源或交流电源，换流器为逆变器或变频器；当驱动电源(1)为真实系统时，该驱动电源(1)为风机和换流器构成的风力发电系统，或光伏发电板和换流器构成的光伏发电系统，或电池和换流器构成的储能发电系统，或上述发电系统的不同组合。

【技术特征摘要】
1.一种研究高渗透率新能源电力系统的实验装置，其特征在于，包括：驱动电源(1)和MGP系统(2)；所述驱动电源(1)与MGP系统(2)和本地负荷(5)相连接，所述MGP系统(2)与电网(3)和负载(4)相连接；所述驱动电源(1)为模拟真实光伏发电和风力发电特性的模拟系统，或光伏、风电新能源的真实系统；当驱动电源(1)为模拟系统时，由若干个电力电子装置以并联的方式与MGP系统(2)相连，共同驱动MGP系统(2)，其中，每个电力电子装置由电源和换流器组成；所述电源为直流电源或交流电源，换流器为逆变器或变频器；当驱动电源(1)为真实系统时，该驱动电源(1)为风机和换流器构成的风力发电系统，或光伏发电板和换流器构成的光伏发电系统，或电池和换流器构成的储能发电系统，或上述发电系统的不同组合。2.根据权利要求1所述的一种研究高渗透率新能源电力系统的装置，其特征在于，所述MGP系统(2)由源端(201)、同步电动机(202)、机械连接(203)、同步发电机(204)、并网端(205)和测量装置(206)组成，其中，同步电动机(202)的一端与源端(201)相连，另一端通过机械连接(203)与同步发电机(204)相连，同步电动机(202)和同步发电机(204)组成同步电机对，通过并网端(205)并入电网(3)，所述机械连接(203)用于将源端(201)和并网端(205)电气隔离；所述测量装置(206)与同步电机对的测量点a和测量点b联接，用于测量电压、电流、功率、频率、转速、转矩、功角和谐波系统特性参数。3.一种研究高渗透率新能源电力系统的实验方法，其特征在于，所述实验方法为：(1)研究高渗透率新能源电力系统的稳定性，包括研究高渗透率新能源电力系统中多换流器的并联运行、系统的惯性支撑和频率稳定、电压稳定、小干扰稳定和阻尼、暂态功角稳定、以及MGP系统并网和离网运行特性；(2)研究高渗透率新能源电力系统的谐波，具体步骤如下所述：1)将驱动电源直接并入电网，利用测量装置测量a点的谐波电压或谐波电流，得到驱动电源在不经任何滤波处理时输出谐波含量；2)将驱动电源输出的电能经过滤波器滤波后并入电网，利用测量装置测量a点的谐波电压或谐波电流，得到驱动电源经过滤波器滤波后的谐波含量；...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄永章，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11