一种电源同步电网友好型光伏发电并网系统技术方案

本发明专利技术提供了一种电源同步电网友好型光伏发电并网系统，包括光伏电池板发出直流电DC，经过升压型DC/DC转换器升压稳压后输入到拖动机驱动变流器中输出交流电，驱动电动机M，电动机M通过同轴连接同步发电机G发电后依次经过并网AC接触器K5、并网AC断路器K6，进行并网，储能系统通过双向DC/DC转换器连接至拖动机驱动变流器直流侧，第一厂用电整流连接至拖动机驱动变流器直流侧，第二厂用电整流后通过励磁变流器，连接励磁绕组，同步发电机G由拖动机驱动变流器控制，拖动机驱动变流器和励磁变流器由总控制器控制。本发明专利技术可以使光伏发电具备火电、水电同步并网特性，提高特高压交直流电网安全稳定运行水平。电网安全稳定运行水平。电网安全稳定运行水平。

【技术实现步骤摘要】
一种电源同步电网友好型光伏发电并网系统


[0001]本专利技术涉及能效管理控制方法领域，具体涉及一种电源同步电网友好型光伏发电并网系统。

技术介绍

[0002]新能源规模稳步扩大的同时，高比例新能源发电接入下电力系统的安全稳定运行、新能源消纳、送出面临巨大挑战。光伏、风电出力随光照、风力短期波动和周期性变化打破了系统原有的功率和能量平衡，易引起系统电压、频率的波动，破坏系统的稳定性，成为高比例新能源消纳的主要障碍。同时，以低惯量、弱支撑为特征的新能源在电网中的比例不断增加，也给电网的稳定运行带来了安全隐患。一方面交直流混联受端电网电压失稳风险增大，大型电源基地外送、区域间交直流联络电网以及局部弱联网地区仍然存在突出的暂态稳定或动态稳定问题，另一方面新能源和直流使得一次、二次调频能力下降，频率控制的难度增大。电网发生故障或扰动时，易引发大规模脱网，进一步恶化系统的稳定性，主要体现在调频、稳态电压支撑、暂态过电压、短路故障等问题。

技术实现思路

[0003]本申请提供一种电源同步电网友好型光伏发电并网系统，可以使光伏发电具备火电、水电同步并网特性，大幅度改善光伏发电“低惯量、弱支撑”特性，大幅度提高特高压交直流电网安全稳定运行水平。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种电源同步电网友好型光伏发电并网系统，包括：光伏电池板发出直流电DC，经过升压型DC/DC转换器升压稳压后输入到拖动机驱动变流器中输出交流电，输出的交流电用来驱动电动机M，电动机M通过同轴连接同步发电机G发电，发出的交流电依次经过并网AC接触器K5、并网AC断路器K6，进行并网，储能系统通过双向DC/DC转换器连接至拖动机驱动变流器直流侧，作为光伏能量不足的应急电源；第一厂用电整流连接至拖动机驱动变流器直流侧，作为光伏能量不足且需要一次调频或发生短路故障的备用电源；第二厂用电整流后通过励磁变流器，连接励磁绕组作为同步发电机G的励磁电源，同步发电机G由拖动机驱动变流器控制，拖动机驱动变流器和励磁变流器由总控制器控制。
[0005]进一步的，总控制器控制方法包括如下步骤：步骤1：总控制器接收启动指令，启动白天工作模式或夜间工作模式，当启动白天工作模式时，运行步骤2，当启动夜间工作模式时，运行步骤3；步骤2：通过拖动机驱动变流器调整同步发电机G的转速或励磁电源的电压，实现同期并网，当电网运行工况正常时，启动步骤2.1白天正常工作模式运行，进行一次调频和稳态电压支撑，否则，启动步骤2.2白天异常运行工作模式运行，提供暂态过电压故障支撑
或电压短路故障支撑；步骤3：通过拖动机驱动变流器调整同步发电机G的转速或励磁电源的电压，实现同期并网，当电网运行工况正常时，启动步骤3.1夜间正常工作模式运行，进行一次调频和稳态电压支撑，否则，启动步骤3.2夜间异常运行工作模式运行，提供暂态过电压故障支撑或电压短路故障支撑。
[0006]优选的，步骤1根据光伏强度启动白天工作模式或夜间工作模式，当光伏强度足够时，启动白天工作模式，当光伏强度不足时，启动夜间工作模式。
[0007]进一步的，通过检测升压型DC/DC转换器的输出电压和最大功率点跟踪，确定当前光伏发电即时功率，当当前光伏发电即时功率大于阈值时，启动白天工作模式，否则，启动夜间工作模式。
[0008]进一步的，步骤2.1白天正常工作模式包括如下步骤：步骤2.1.1：当并网点电压未超过预设死区电压，且并网点频率未超过预设死区频率时，控制拖动机驱动变流器转矩，将光伏发电输送至电网；步骤2.1.2：当并网点电压超过预设死区电压时，进行稳态电压支撑，当并网点稳态电压上升至高于预设死区电压上限值时，调节同步发电机G的励磁电流，增加容性无功输出，当并网点稳态电压下降至低于预设死区电压下限值时，增加感性无功输；步骤2.1.3：当并网点频率超过预设死区频率时，进行一次调频，当并网点频率上升至高于预设死区频率上限值时，通过降低光伏电池板的有功出力来降低系统有功功率输出，当并网点频率下降到低于预设死区频率下限值时，通过储能系统增加有功功率输出，同时，并网点频率上升或下降，同步发电机G在维持原有运行模式的惯性作用下，对并网点频率上升或下降产生一定的阻力，进而对并网点频率进行反向微调。
[0009]优选的，步骤2.2白天异常运行工作模式中，当并网点电压高于正常电压上限时，进行暂态过电压故障支撑，当并网点电压低于正常电压下限时，进行电压短路故障支撑。
[0010]进一步的，步骤2.2白天异常运行工作模式中的暂态过电压故障支撑包括如下步骤：
①
计算限幅容量与当前的系统输出容量差值，以容量差值作为励磁电压降幅量，输出给励磁电源，增加容性无功输出；
②
当容量差值＜限幅容量时，总控制器计算容量差值和限幅容量的差值容量，通过差值容量计算同步发电机G的转矩值，将转矩值作为转矩指令输出给拖动机驱动变流器，减少有功输出，同时差值容量可再作为励磁电压降幅量，输出给励磁电源，增加容性无功输出；
③
监测同步发电机G的温度指标，当温度大于设定温度阈值时，计算励磁电压的降幅，输出给励磁电源降低励磁电压，减少容性无功输出；
④
计算并网开关关断时间，当过电压时间＞关断时间，系统脱网；当过电压时间≤关断时间，按步骤2.1白天正常工作模式运行。
[0011]进一步的，步骤2.2白天异常运行工作模式中的电压短路故障支撑包括如下步骤：当并网点电压三相或任意两相为零，停止运行拖动机驱动变流器，同步发电机G按电动机方式运行，即时监测最大的相电流，综合发电机组最大电流支撑能力，以最大的相电流与最大电流支撑能力的差值，计算并网断路器的关断时间，短路时间＞关断时间，系统脱网；短路
时间≤关断时间，运行拖动机驱动变流器，按步骤2.1白天正常工作模式运行。
[0012]进一步的，步骤3.1夜间正常工作模式包括如下步骤：步骤3.1.1：当并网点电压未超过预设死区电压，且并网点频率未超过预设死区频率时，系统处于空载状态；步骤3.1.2：当并网点电压超过预设死区电压时，进行稳态电压支撑，当并网点稳态电压上升至高于预设死区电压上限值时，调节同步发电机G的励磁电流，增加容性无功输出，当并网点稳态电压下降至低于预设死区电压下限值时，增加感性无功输；步骤3.1.3：当并网点频率超过预设死区频率时，进行一次调频，当并网点频率上升至高于预设死区频率上限值时，通过降低光伏电池板的有功出力来降低系统有功功率输出，当并网点频率下降到低于预设死区频率下限值时，通过储能系统增加有功功率输出，同时，并网点频率上升或下降，同步发电机G在维持原有运行模式的惯性作用下，对并网点频率上升或下降产生一定的阻力，进而对并网点频率进行反向微调。
[0013]进一步的，步骤3.2夜间异常运行工作模式包括如下步骤：若电网发生暂态过电压故障，系统按步骤3.2.1运行；若电网发生短路故障，系统按步骤3.2.2运行；步骤3.2.1：若电网发生暂态过电压故障时，首先处于空载状态的同步发电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电源同步电网友好型光伏发电并网系统，其特征在于，包括：光伏电池板发出直流电DC，经过升压型DC/DC转换器升压稳压后输入到拖动机驱动变流器中输出交流电，输出的交流电用来驱动电动机M，电动机M通过同轴连接同步发电机G发电，发出的交流电依次经过并网AC接触器K5、并网AC断路器K6，进行并网，储能系统通过双向DC/DC转换器连接至拖动机驱动变流器直流侧，作为光伏能量不足的应急电源；第一厂用电整流连接至拖动机驱动变流器直流侧，作为光伏能量不足且需要一次调频或发生短路故障的备用电源；第二厂用电整流后通过励磁变流器，连接励磁绕组作为同步发电机G的励磁电源，同步发电机G由拖动机驱动变流器控制，拖动机驱动变流器和励磁变流器由总控制器控制。2.根据权利要求1所述的一种电源同步电网友好型光伏发电并网系统，其特征在于：总控制器控制方法包括如下步骤：步骤1：总控制器接收启动指令，启动白天工作模式或夜间工作模式，当启动白天工作模式时，运行步骤2，当启动夜间工作模式时，运行步骤3；步骤2：通过拖动机驱动变流器调整同步发电机G的转速或励磁电源的电压，实现同期并网，当电网运行工况正常时，启动步骤2.1白天正常工作模式运行，进行一次调频和稳态电压支撑，否则，启动步骤2.2白天异常运行工作模式运行，提供暂态过电压故障支撑或电压短路故障支撑；步骤3：通过拖动机驱动变流器调整同步发电机G的转速或励磁电源的电压，实现同期并网，当电网运行工况正常时，启动步骤3.1夜间正常工作模式运行，进行一次调频和稳态电压支撑，否则，启动步骤3.2夜间异常运行工作模式运行，提供暂态过电压故障支撑或电压短路故障支撑。3.根据权利要求2所述的一种电源同步电网友好型光伏发电并网系统，其特征在于：步骤1根据光伏强度启动白天工作模式或夜间工作模式，当光伏强度足够时，启动白天工作模式，当光伏强度不足时，启动夜间工作模式。4.根据权利要求3所述的一种电源同步电网友好型光伏发电并网系统，其特征在于，通过检测升压型DC/DC转换器的输出电压和最大功率点跟踪，确定当前光伏发电即时功率，当当前光伏发电即时功率大于阈值时，启动白天工作模式，否则，启动夜间工作模式。5.根据权利要求2所述的一种电源同步电网友好型光伏发电并网系统，其特征在于，步骤2.1白天正常工作模式包括如下步骤：步骤2.1.1：当并网点电压未超过预设死区电压，且并网点频率未超过预设死区频率时，控制拖动机驱动变流器转矩，将光伏发电输送至电网；步骤2.1.2：当并网点电压超过预设死区电压时，进行稳态电压支撑，当并网点稳态电压上升至高于预设死区电压上限值时，调节同步发电机G的励磁电流，增加容性无功输出，当并网点稳态电压下降至低于预设死区电压下限值时，增加感性无功输；步骤2.1.3：当并网点频率超过预设死区频率时，进行一次调频，当并网点频率上升至高于预设死区频率上限值时，通过降低光伏电池板的有功出力来降低系统有功功率输出，当并网点频率下降到低于预设死区频率下限值时，通过储能系统增加有功功率输出，同时，并网点频率上升或下降，同步发电机G在维持原有运行模式的惯性作用下，对并网点频率上
升或下降产生一定的阻力，进而对并网点频率进行反向微调。6.根据权利要求2所述的一种电源同步电网友好型光伏发电并网系统，其特征在于，步骤2.2白天异常运行工作模式中，当并网点电压高于正常电压上限时，进行暂态过电压故障支撑，当并网点电压低于正常电压下限时，进行电压短路故障支撑。7.根据权利要求5所述的一种电源同步电网友好型光伏...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐昊，黄合欢，潘凤成，
申请(专利权)人：世拓能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：