一种惯量可调的构网型新能源场站及并网方法技术

本发明专利技术公开了一种惯量可调的构网型新能源场站及并网方法，本发明专利技术的新能源场站包括新能源发电站和惯量可调型并网装置，惯量可调型并网装置包括双馈电机和与双馈电机通过机械轴同轴连接的同步电动机，双馈电机为无刷双馈电机或有刷双馈电机，双馈电机的控制绕组通过

【技术实现步骤摘要】
一种惯量可调的构网型新能源场站及并网方法


[0001]本专利技术涉及新能源电站的电网并网
，具体涉及一种惯量可调的构网型新能源场站及并网方法
。

技术介绍

[0002]目前采用新能源发电的微电网接入电网主要依靠电力电子变换器，电力电子变换器用于将采用新能源发电的微电网所发出的电能通过逆变为交流电后并入电网中
。
但是，随着新能源渗透率的不断提高，导致电力系统的全网惯量相对不足
、
全网的频率与电压特性也随之恶化的问题
。
目前，虚拟同步发电机技术
(Virtual Synchronous Generator, VSG)
，飞轮储能系统
(Flywheel Energy Storage System)
，同步调相机
(Synchronous Compensator, SC)
，以及同步电机对
(Motor
‑
Generator Pair, MPG)
并网技术被提出去提高新能源高渗透率下的电网安全稳定
。VSG
技术本质上是通过对电力电子变流器的控制模拟出同步电机的构网特性，受电力电子过载能力和控制方法的限制，
VSG
控制技术无法达到真实同步电机的效果
。
飞轮储能通过变流器并网，可为电网提供有功和无功的快速调节，其本质上与
VSG
的构网特点相似，且大容量功率型飞轮储能转速和成本高
。
同步调相机作为旋转电机式并联无功补偿设备，实质上是空载运行的同步电机，其能够提升电网短路电流水平，提高电力系统电压支撑强度
。
但同步调相机主要提供对电网的无功支撑，只能提供短时的频率支撑能力，构网能力有限
。
同步电机对并网技术将新能源发电产生的电能驱动电动机带动同轴的同步发电机并网，该方案可以提供真实的构网能力，但由于同步电机并网后转速调节受到电网频率制约，对惯量的调整困难
。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种惯量可调的构网型新能源场站及并网方法，本专利技术旨在实现新能源场站的惯量调整，让新能源场站对外等效为成为“有惯量”能源，并且可实现惯量可调，提高系统稳定性
。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种惯量可调的构网型新能源场站，包括新能源发电站和惯量可调型并网装置，所述新能源发电站的输出的功率经整流后与储能输出功率在直流网中升压汇集并通过一个或多个惯量可调型并网装置连接到电网，所述惯量可调型并网装置包括双馈电机和与双馈电机通过机械轴同轴连接的同步电动机，所述双馈电机为无刷双馈电机或有刷双馈电机，所述双馈电机的控制绕组通过
DC/AC
变流器连接接入新能源发电站的直流网，所述双馈电机的功率绕组的输出端串联连接电网；所述同步电动机与双馈电机的转子同轴连接，且所述同步电动机的输入端串联连接有用于将新能源发电站的直流网输出的直流电转换为交流电的
DC/AC
变流器
。
[0005]可选地，所述新能源发电站包括基于二极管整流的双馈直流风机
、
永磁直流风机
、
光伏电站
、
水电站以及储能站中的部分或者全部
。
[0006]可选地，所述双馈电机的功率绕组的输出端串联布置有断路器
。
[0007]本专利技术还提供一种前述惯量可调的构网型新能源场站的并网方法，包括通过控制双馈电机的控制绕组的功率与机械轴的功率之间的配比实现被并网的新能源场站
、
电网之间的功率传递，其中双馈电机工作在亚同步发电状态，双馈电机的控制绕组的功率为通过双馈电机的控制绕组通过
DC/AC
变流器实现，机械轴的功率为通过同步电动机的
DC/AC
变流器实现
。
[0008]可选地，所述控制双馈电机的控制绕组的功率与机械轴的功率之间的配比为，其中
s
是双馈电机的转差率，且通过双馈电机的转差率实现系统惯量的调整
。
[0009]可选地，所述通过控制双馈电机的控制绕组的功率与机械轴的功率之间的配比实现被并网的新能源场站
、
电网之间的功率传递时，对双馈电机的控制绕组的
DC/AC
变流器的控制包括：
S101
，利用无差拍预测控制器预测
dq
轴参考电压指令，所述无差拍预测控制器预测
dq
轴参考电压指令的函数表达式为：，，上式中，和分别为
k
时刻的
d、q
轴参考电压指令，和分别为
k+1
时刻的
d、q
轴参考电流，且
q
轴参考电流为0，和分别为双馈电机的控制绕组的
d、q
轴电流，和分别为系统输入的
dq
轴系数，为控制周期，和分别为由扰动观测器获得的
d、q
轴扰动项；
S102
，将
dq
轴参考电压指令转换坐标后进行空间矢量脉宽调制生成控制信号以控制双馈电机的控制绕组的
DC/AC
变流器
。
[0010]可选地，步骤
S101
中
d
轴参考电流的计算包括：获取电网侧频率
f
g
，计算电网侧频率
f
g
和工频之间的频差并放大倍，再与转子电角速度参考值求和后减去转子电角速度得到转子电角速度误差，再将转子电角速度误差通过
PI
控制器得到
d
轴参考电流
。
[0011]可选地，所述扰动观测器获得
d、q
轴扰动项的函数表达式为：，上式中，和分别为和时刻滑模观测器观测的控制绕组
dq
轴电流，为控制周期，和分别为和时刻的
dq
轴扰动项，为
k
时刻的
dq
轴电压，为
dq
轴滑模控制函数，
A
和
B
为系数矩阵，且有：
，，，上式中，和分别为系统输入的
dq
轴系数，和分别滑模观测器的
dq
轴系数，
、
以及为扰动观测器设计的正的常数，
sgn
为符号函数，为误差项，且有：，上式中，和分别为控制绕组
dq
轴电流，和分别为滑模观测器观测的控制绕组
dq
轴电流
。
[0012]可选地，所述通过控制双馈电机的控制绕组的功率与机械轴的功率之间的配比实现被并网的新能源场站
、
电网之间的功率传递时，对同步电动机的
DC/AC
变流器的控制包括：计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种惯量可调的构网型新能源场站，其特征在于，包括新能源发电站和惯量可调型并网装置，所述新能源发电站的输出的功率经整流后与储能输出功率在直流网中升压汇集并通过一个或多个惯量可调型并网装置连接到电网，所述惯量可调型并网装置包括双馈电机和与双馈电机通过机械轴同轴连接的同步电动机，所述双馈电机为无刷双馈电机或有刷双馈电机，所述双馈电机的控制绕组通过
DC/AC
变流器连接接入新能源发电站的直流网，所述双馈电机的功率绕组的输出端串联连接电网；所述同步电动机与双馈电机的转子同轴连接，且所述同步电动机的输入端串联连接有用于将新能源发电站的直流网输出的直流电转换为交流电的
DC/AC
变流器
。2.
根据权利要求1所述的惯量可调的构网型新能源场站，其特征在于，所述新能源发电站包括基于二极管整流的双馈直流风机
、
永磁直流风机
、
光伏电站
、
水电站以及储能站中的部分或者全部
。3.
根据权利要求2所述的惯量可调的构网型新能源场站，其特征在于，所述双馈电机的功率绕组的输出端串联布置有断路器
。4.
一种权利要求1～3中任意一项所述的惯量可调的构网型新能源场站的并网方法，其特征在于，包括通过控制双馈电机的控制绕组的功率与机械轴的功率之间的配比实现被并网的新能源场站
、
电网之间的功率传递，其中双馈电机工作在亚同步发电状态，双馈电机的控制绕组的功率为通过双馈电机的控制绕组通过
DC/AC
变流器实现，机械轴的功率为通过同步电动机的
DC/AC
变流器实现
。5.
根据权利要求4所述的惯量可调的构网型新能源场站的并网方法，其特征在于，所述控制双馈电机的控制绕组的功率与机械轴的功率之间的配比为，其中
s
是双馈电机的转差率，且通过双馈电机的转差率实现系统惯量的调整
。6.
根据权利要求4所述的惯量可调的构网型新能源场站的并网方法，其特征在于，所述通过控制双馈电机的控制绕组的功率与机械轴的功率之间的配比实现被并网的新能源场站
、
电网之间的功率传递时，对双馈电机的控制绕组的
DC/AC
变流器的控制包括：
S101
，利用无模型预测控制器预测
dq
轴参考电压指令，所述无模型预测控制器预测
dq
轴参考电压指令的函数表达式为：，，上式中，和分别为
k
时刻的
d、q
轴参考电压指令，和分别为
k+1
时刻的
d、q
轴参考电流，且
q
轴参考电流为0，和分别为双馈电机的控制绕组的
d、q
轴电流，和分别为系统输入的
dq
轴系数，为控制周期，和分别为由扰动观测器获得的
d、q
轴扰动项；
S102
，将
dq
轴参考电压指令转换坐标后进行空间矢量脉宽调制生成控制信号以控
制双馈电机的控制绕组的
DC/AC
变流器

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晟，杨美周，廖武，沈非凡，黄守道，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：