一种基于同步电机动态响应采样的光伏并网系统及方法与流程

1.本发明涉及节能蓄能点电网技术领域，尤其是涉及一种基于同步电机动态响应采样的光伏并网系统及方法。


背景技术：

2.在能源转型和科技进步的推动下，高渗透率可再生能源和高比例电力电子设备，正成为电力系统发展的重要趋势和关键特征，电力系统的动态特性将发生深刻变化，随之产生的一系列系统稳定性问题亟需解决。光伏作为主要的新能源发电形式之一，随着光伏制造与并网发电技术革新的不断涌现，光伏产品成本的持续降低，未来光伏发电的并网比例将持续提升，光伏并网对电力系统的影响效应也将逐渐显现，产生不利的效应的原因如下：1）对于光伏电站，通过电力电子设备并网的形式导致光伏自身抗扰性弱、过载能力低，对频率和电压偏差的耐受能力相比同步机组严重不足，在系统频率或电压大幅波动情况下容易脱网，给系统稳定带来不利影响2）对于电力系统，电力电子设备属于“零惯量”或“低惯量”设备，大规模光伏通过电力电子设备并网将造成系统惯性、阻尼特性大幅降低，由此导致的系统稳定问题将更加突出。以虚拟同步机为代表的组网型换流器控制技术，虽在一定程度上能模拟同步机的频率和电压调节外特性，但其因附加控制延时和采样环节等原因，很难模拟同步机ms级时间尺度的电磁暂态特性；3）在光伏并网环节增加同步电机对将显著增加系统稳定裕度，但难点在于同步电机对与光伏电站之间的协调控制，如何控制该系统的功角实现稳定并网运行是首要解决的问题。此外，实现考虑光伏出力特性和同步电机对系统运行特点的多时间尺度控制策略也是该技术应用的难点。光伏作为主要的新能源形式之一，随着光伏入网比例的进一步提升，其对系统的电压、频率等稳定的影响将进一步显现，亟需研制光伏集群的友好并网系统，配套相应控制方法，为系统稳定运行提供正面积极效用。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于同步电机动态响应采样的光伏并网系统及方法，以在不增加控制延时的前提下，显著提升光伏并网友好属性，为电网提供真实的惯量与无功支撑，从而提升系统运行稳定性。
4.一方面，本发明提供了一种基于同步电机动态响应采样的光伏并网系统，包括：光伏电池、储能单元、功率分配器、第一直流/直流转换器、第二直流/直流转换器、第三直流/直流转换器、直流/交流变换器、直流电动机以及交流发电机；所述光伏电池与所述功率分配器相连，所述功率分配器通过所述第一直流/直流转换器与所述功率分配器相连；所述功率分配器通过所述第二直流/直流转换器相连并向所述直流电动机供电；
所述直流电动机的输出轴驱动所述交流发电机发电，所述交流发电机的电能并入电网；所述功率分配器通过所述第三直流/直流转换器与所述直流/交流变换器相连，所述直流/交流变换器的输出侧与外部电网相连。
5.优选的，所述第一直流/直流转换器电压变比为37v/48v，所述第二直流/直流转换器电压变比为37v/380v，所述第三直流/直流转换器电压变比：37v/380v，所述直流/交流转化器变比：380v/10000v。
6.另一方面，本发明提供了一种依据第一方面所述的基于同步电机动态响应采样的光伏并网系统的基于同步电机动态响应采样的光伏并网控制方法，应用上位机，获取所述储能单元的荷电状态、交流发电机端口三相电压、光照强度、交流发电机端口三相电流以及所述光伏电池出力极限功率p0；基于所述储能单元的荷电状态、所述交流发电机端口三相电压、所述光照强度、所述交流发电机端口三相电流以及所述光伏电池出力极限功率p0获取交流发电机的输出功率p1，比较所述光伏电池出力极限功率p0与所述交流发电机的输出功率p1的大小；若所述光伏电池出力极限功率p0大于或等于所述交流发电机的输出功率p1；获取所述储能单元的荷电状态，基于所述储能单元的荷电状态判定所述储能单元的剩余电量是否大于允许剩余电量的最小值。
7.优选的，所述获取所述储能单元的荷电状态，基于所述储能单元的荷电状态判定所述储能单元的剩余电量是否大于允许剩余电量的最小值的步骤包括：若所述储能单元的剩余电量大于允许剩余电量，则判定所述光伏电池出力极限功率p0与所述交流发电机的输出功率p1之差是否大于 p
s
，所述p
s
表示储能单元的最大充放电功率；若是，则所述功率分配器按照如下比例系数进行功率分配：k1=p1∕p0； k2=（p0‑
p1‑ꢀ
p
s
）∕p0； k
3 =p
s
∕p0；若否，则所述功率分配器按照如下比例系数进行功率分配：k1=p1∕p0；k2=0；k
3 =（p0‑
p1）∕p0。
8.优选的，所述获取所述储能单元的荷电状态，基于所述储能单元的荷电状态判定所述储能单元的剩余电量是否大于允许剩余电量的最小值的步骤包括：若所述储能单元的剩余电量小于或等于允许剩余电量，则所述功率分配器按照如下比例系数进行功率分配：k1=p1∕p0；k
2 =（p0‑
p1）∕p0； k3=0；k
1——
所述交流发电机并入电网的功率的比例系数；k2—所述直流/交流变换器并入电网的功率的比例系数；k3—功率分配器分配至所述储能单元的比例系数。
9.优选的，所述基于所述储能单元的荷电状态、所述交流发电机端口三相电压、所述光照强度、所述交流发电机端口三相电流以及所述光伏电池出力极限功率p0获取交流发电机的输出功率p1，比较所述光伏电池出力极限功率p0与所述交流发电机的输出功率p1的大小的步骤还包括;若所述光伏电池出力极限功率p0小于所述交流发电机的输出功率p1，获取所述储
能单元的荷电状态，基于所述储能单元的荷电状态判定所述储能单元的剩余电量是否大于允许剩余电量的最小值。
10.优选的，所述获取所述储能单元的荷电状态，基于所述储能单元的荷电状态判定所述储能单元的剩余电量是否大于允许剩余电量的最小值的步骤包括：若大于，则所述功率分配器按照如下比例系数进行功率分配：k
3 =p0∕p1；k2=0；k
3 =（p1‑
p0）∕p1；若否，则所述功率分配器按照如下比例系数进行功率分配：k1=0；k2=0；k
3 = 1；k1—所述交流发电机并入电网的功率的比例系数；k2—所述直流/交流变换器并入电网的功率的比例系数；k3—所述功率分配器分配至所述储能单元的比例系数。
11.优选的，还包括所述直流/交流变换器的输出电流值、输出电压值的设置如下：i
՚
abc
= i
abc k2∕k1;i
՚
abc
—直流/交流变换器输出的三相电流；i
abc
—交流发电机端口三相电流；u
՚
abc
= u
abc
;u
՚
abc——
直流/交流变换器输出的三相电压；u
abc
—交流发电机端口三相电压；k2—所述交流发电机并入电网的功率的比例系数；k1—所述直流/交流变换器并入电网的功率的比例系数。
12.本发明实施例带来了以下有益效果：本发明提供了一种基于同步电机动态响应采样的光伏并网系统及方法，系统包括光伏电池、储能单元、功率分配器、第一直流/直流转换器、第二直流/直流转换器、第三直流/直流转换器、直流/交流变换器、直流电动机以及交流发电机；光伏电池与功率分配器相连，功率分配器通过第一直流/直流转换器与功率分配器相连；功率分配器通过第二直流/直流转换器相连并向直流电动机供电；直流电动机的输出轴驱动交流电机发电，交流发电机的电能并入电网；功率分配器通过第三直流/直流转换器与直流/交流变换器相连，直流/交流变换器的输出侧与外部电网相连。通过本发明提供的系统及方法可以在不增加控制延时的前提下，显著提升光伏并网友好属性，为电网提供真实的惯量与无功支撑，从而提升系统运行稳定性。
13.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
14.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前
提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本发明实施例提供的一种基于同步电机动态响应采样的光伏并网系统结构图；图2为本发明实施例提供的第一种基于同步电机动态响应采样的光伏并网系方法流程图；图3为本发明实施例提供的第二种基于同步电机动态响应采样的光伏并网系方法流程图；图4为本发明实施例提供的第三种基于同步电机动态响应采样的光伏并网系方法流程图。
具体实施方式
17.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.目前，光伏作为主要的新能源发电形式之一，随着光伏制造与并网发电技术革新的不断涌现，光伏产品成本的持续降低，未来光伏发电的并网比例将持续提升，光伏并网对电力系统的影响效应也将逐渐显现，基于此，本发明实施例提供的一种基于同步电机动态响应采样的光伏并网系统及方法，可以在不增加控制延时的前提下，显著提升光伏并网友好属性，为电网提供真实的惯量与无功支撑，从而提升系统运行稳定性。
19.为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种基于同步电机动态响应采样的光伏并网系统及方法进行详细介绍。
20.实施例一：本发明实施例一提供了一种基于同步电机动态响应采样的光伏并网系统，包括：光伏电池、储能单元、功率分配器、第一直流/直流转换器、第二直流/直流转换器、第三直流/直流转换器、直流/交流变换器、直流电动机以及交流发电机；所述光伏电池与所述功率分配器相连，所述功率分配器通过所述第一直流/直流转换器与所述功率分配器相连；所述功率分配器通过所述第二直流/直流转换器相连并向所述直流电动机供电；所述直流电动机的输出轴驱动所述交流电机发电，所述交流发电机的电能并入电网；所述功率分配器通过所述第三直流/直流转换器与所述直流/交流变换器相连，所述直流/交流变换器的输出侧与外部电网相连。
21.进一步的，所述光伏电池是能量输出模块，光伏电池板接收阳光照射，产生低压电流电，向外形成能量输出；所述储能单元是能源吸收/释放模块，根据控制策略和命令，吸收或释放低压直流电所产生的能量；所述第一直流/直流转换器、第二直流/直流转换器、第三直流/直流转换器：根据控制策略和命令，负责将光伏电池或储能单元输出的低压直流电变为高压直流电，或将高
压直流电变为低压直流电储存在储能单元中。
22.所述直流/交流变换器用于高压直流电逆变为高压交流电，输入电力系统；直流电动机：用于接收高压直流电能，并转换为电机旋转的动能；交流发电机：接收电机旋转的动能，转化为高压交流电能，输入电力系统；功率分配器：负责分配光伏电池所输出的能量的方向。
23.优选的，所述第一直流/直流转换器电压变比为37v/48v，所述第二直流/直流转换器电压变比为37v/380v，所述第三直流/直流转换器电压变比：37v/380v，所述直流/交流转化器变比：380v/10000v。
24.实施例二：本发明实施例二提供了一种依据实施例一所述的基于同步电机动态响应采样的光伏并网系统的基于同步电机动态响应采样的光伏并网控制方法，应用上位机，获取所述储能单元的荷电状态、交流发电机端口三相电压、光照强度、交流发电机端口三相电流以及所述光伏电池出力极限功率p0；基于所述储能单元的荷电状态、所述交流发电机端口三相电压、所述光照强度、所述交流发电机端口三相电流以及所述光伏电池出力极限功率p0获取交流发电机的输出功率p1，比较所述光伏电池出力极限功率p0与所述交流发电机的输出功率p1的大小；若所述光伏电池出力极限功率p0大于或等于所述交流发电机的输出功率p1；获取所述储能单元的荷电状态，基于所述储能单元的荷电状态判定所述储能单元的剩余电量是否大于允许剩余电量的最小值。
25.优选的，所述获取所述储能单元的荷电状态，基于所述储能单元的荷电状态判定所述储能单元的剩余电量是否大于允许剩余电量的最小值的步骤包括：若所述储能单元的剩余电量大于允许剩余电量，则判定所述光伏电池出力极限功率p0与所述交流发电机的输出功率p1之差是否大于 p
s
，所述p
s
表示储能单元的最大充放电功率；若是，则所述功率分配器按照如下比例系数进行功率分配：k1=p1∕p0； k2=（p0‑
p1‑ꢀ
p
s
）∕p0； k
3 =p
s
∕p0；若否，则所述功率分配器按照如下比例系数进行功率分配：k1=p1∕p0；k2=0；k
3 =（p0‑
p1）∕p0。
26.优选的，所述获取所述储能单元的荷电状态，基于所述储能单元的荷电状态判定所述储能单元的剩余电量是否大于允许剩余电量的最小值的步骤包括：若所述储能单元的剩余电量小于或等于允许剩余电量，则所述功率分配器按照如下比例系数进行功率分配：k1=p1∕p0；k
2 =（p0‑
p1）∕p0； k3=0；k
1——
所述交流发电机并入电网的功率的比例系数；k2—所述直流/交流变换器并入电网的功率的比例系数；k3—功率分配器分配至所述储能单元的比例系数。
27.优选的，所述基于所述储能单元的荷电状态、所述交流发电机端口三相电压、所述光照强度、所述交流发电机端口三相电流以及所述光伏电池出力极限功率p0获取交流发电机的输出功率p1，比较所述光伏电池出力极限功率p0与所述交流发电机的输出功率p1的大
小的步骤还包括;若所述光伏电池出力极限功率p0小于所述交流发电机的输出功率p1，获取所述储能单元的荷电状态，基于所述储能单元的荷电状态判定所述储能单元的剩余电量是否大于允许剩余电量的最小值。
28.优选的，所述获取所述储能单元的荷电状态，基于所述储能单元的荷电状态判定所述储能单元的剩余电量是否大于允许剩余电量的最小值的步骤包括：若大于，则所述功率分配器按照如下比例系数进行功率分配：k1=p0∕p1； k2=0；k
3 =（p1‑
p0）∕ p1；若否，则所述功率分配器按照如下比例系数进行功率分配：k1=0；k2=0；k
3 = 1；k1—所述交流发电机并入电网的功率的比例系数；k2—所述直流/交流变换器并入电网的功率的比例系数；k3—所述功率分配器分配至所述储能单元的比例系数。
29.优选的，还包括所述直流/交流变换器的输出电流值、输出电压值的设置如下：i
՚
abc
= i
abc k2∕k1;i
՚
abc
—直流/交流变换器输出的三相电流；i
abc
—交流发电机端口三相电流；u
՚
abc
= u
abc
;u
՚
abc——
直流/交流变换器输出的三相电压；u
abc
—交流发电机端口三相电压；k2—所述交流发电机并入电网的功率的比例系数；k1—所述直流/交流变换器并入电网的功率的比例系数。
30.进一步的，包括如下几个通道：信号1：交流发电机端的电流、电压瞬时值。
31.信号2：功率分配器为功率通道1计算的功率比例设定值。
32.信号3：功率分配器为功率通道2计算的功率比例设定值。
33.信号4：直流/交流变换器向电力系统输入的电流、电压瞬时设定值。
34.信号5：功率分配器为功率通道3，即储能功率设定值。
35.信号6：储能的剩余电量信息。
36.信号7：光照强度信号。
37.本发明具有如下优势：传统的光伏逆变器并网形式无法为系统提供的惯量支撑和无功动态支撑，导致系统稳定性变差。本专利所提出的基于同步电机动态响应采样的光伏并网系统及控制方法，在光伏与并网点之间增加小型同步电机环节，在同步机出口并网处实时采样，形成同步电机动态响应行为参考集，反馈至光伏并网逆变器控制模块，实现光伏并网动态行为与同步电机保持一致，在不增加控制延时的前提下，显著提升光伏并网友好属性，为电网提供真实的惯量与无功支撑，从而提升系统运行稳定性。
38.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。
39.附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
40.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
41.另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
42.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
43.最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。