CN102751744A - 一种新能源出力模拟应用系统及其模拟方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新能源出力模拟应用系统及其模拟方法，该系统包括：用于模拟直流电压源的AC/DC整流模块和直流稳压模块；用于模拟新能源出力或独立电源出力的DC/AC逆变模块；隔离变压器；上层中心控制器以及底层单元控制器。该方法为利用上层中心控制器接收新能源的功率曲线值，或者接收新能源能量表征指标后通过计算得出相应的功率曲线值，并发出调度管理信号；底层单元控制器实时接收调度管理信号，实现定功率控制、恒压恒频控制或下垂控制。本发明通过上层中心控制器协调管理底层单元控制器，实现其按照指定功率曲线出力，投资成本低，建设周期短，运行简单灵活，可以广泛应用于模拟风电、光伏、储能等分布式电源出力的实验系统。

Description

一种新能源出力模拟应用系统及其模拟方法
技术领域
本发明涉及新能源发电应用技术领域，特别是涉及一种新能源出力模拟应用系统及其模拟方法。
背景技术
随着常规能源的逐渐衰竭和环境污染的日益加重，世界各国都在大力倡导发展新能源发电技术。近年来，我国也高度重视新能源的开发利用，并把加快发展风能、太阳能、生物质等可再生能源作为“十一五”时期能源发展的一项重要战略。但随着新能源分布式发电渗透率的增加，其本身存在的问题也逐步显现出来，如风电功率波动频率高，可控性差；光伏并网困难，电能质量低等。针对以上问题，一方面需要加强新能源发电技术的理论研究以及建模仿真分析，另一方面也需要加紧建设实际的新能源实验系统，逐步完善其控制和保护策略以及通信协议等，尤其是进一步验证其控制策略的实际运行效果。
风电、光伏等发电系统是众多分布式发电与微网控制技术物理实验平台的重要组成部分，但由于受地理环境、气候条件及建设成本等多方面的影响，在实验室建造实际的风电或光伏等新能源系统，不仅建设周期长，经济成本高，而且很难达到随时应用的要求。
由此可见，如何能创设一种新能源出力模拟应用系统及其模拟方法,实属当前本领域的重要研发课题之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种新能源出力模拟应用系统及其模拟方法，以方便将其应用于新能源发电技术的实验研究，并且操作方便，建设成本低，不受自然环境的限制。
为实现上述目的，本发明提供一种新能源出力模拟应用系统，包括：与外部电源连接，用于模拟直流电压源的AC/DC整流模块和直流稳压模块；用于模拟新能源出力或独立电源出力的DC/AC逆变模块；用于滤波抗干扰的隔离变压器；用于实验系统调度管理的上层中心控制器；以及用于控制、监测和保护AC/DC整流模块和DC/AC逆变模块的底层单元控制器。
作为本发明的进一步改进，所述新能源出力模拟应用系统的AC/DC整流模块、直流稳压模块、DC/AC逆变模块和隔离变压器依次串接。
上层中心控制器通过专用的通讯网络对底层单元控制器进行协调管理。
此外，本发明还提供了一种应用上述系统的新能源出力模拟方法，利用所述的上层中心控制器接收新能源的功率曲线值，或者接收新能源能量表征指标后通过计算得出相应的功率曲线值，并由上层中心控制器发出调度管理信号；利用所述的底层单元控制器实时接收上层中心控制器的调度管理信号，分别实现定功率控制、恒压恒频控制或下垂控制，当需要按照预设功率曲线出力时，底层单元控制器对DC/AC逆变器实施定功率控制，当需要模拟独立供电电源出力时，底层单元控制器对DC/AC逆变器实施恒压恒频控制，提供稳定的电压和频率参考，当需要实现多个供电电源之间的出力均衡时，底层单元控制器对DC/AC逆变器实施下垂控制。
采用这样的设计后，本发明相对于建造实际的风电、光伏、储能等分布式电源系统具有以下有益效果：
1、本发明可以在成熟的光伏变流器上经过细小的二次设计开发而成，无需风电机组、光伏电池板等“原动机部分”，相比实际新能源发电系统大大降低了建设周期和经济成本；
2、上层中心控制器既可以接收任意可再生能源的功率曲线值(如现场记录的风场出力、光伏电站出力等)，也可以接受可再生能源能量表征指标(如测风数据、光照强度等)，经过对应函数关系计算出其功率曲线值，从而可用于创建模拟新能源出力的通用实验平台；
3、本发明通过接受上层功率曲线指令，可以输出模拟任意间歇性能源系统的现场出力曲线，控制简单可靠，不受自然环境的限制，可以随时投入运行，具备实验通用性要求；
4、本发明还可模拟电池储能、柴发等分布式电源出力，此时前级AC/DC整流模块作为恒定直流电压源，后级DC/AC逆变模块采取恒压恒频控制，为母线提供指定大小的电压和频率参考，从而模拟独立主供电电源系统；
5、本发明具备基本的光伏变流器功能，能为其它微网实验系统重用，实现了装置复用，进一步提升了系统研究使用价值。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明一种新能源出力模拟应用系统的组成示意图。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明的新能源出力模拟应用系统，主要包括AC/DC整流模块1、直流稳压模块2、DC/AC逆变模块3、隔离变压器4、底层单元控制器9以及上层中心控制器10。
其中，AC/DC整流模块1和直流稳压模块2通过输入线5与外部电源（例如厂用电源8）连接，用于模拟直流电压源。AC/DC整流模块1可采用IGBT全控管或不控整流管中的一种。
DC/AC逆变模块3采用IGBＴ全控开关管，用于模拟新能源出力或独立电源出力。
隔离变压器4用于滤波抗干扰。
较佳的，AC/DC整流模块1、直流稳压模块2、DC/AC逆变模块3和隔离变压器4依次串接，最终经输出线7与开关6输出到另一交流母线11上。
本发明的新能源出力模拟应用系统采用分层控制模式，上层中心控制器10通过专用的通讯网络对底层单元控制9器进行协调管理。
本发明应用上述系统的新能源出力模拟方法，其上层中心控制器10既可以接收风电、光伏等任意新能源的功率曲线值(如现场记录的风场出力、光伏电站出力等)，也可以接收新能源能量表征指标(如测风数据、光照强度等)， 通过对应函数关系计算出其功率曲线值。
底层单元控制器9通过专用的通讯网络实时接收上层中心控制器10的调度管理信号，可分别实现定功率控制、恒压恒频控制或下垂控制：当底层单元控制器9对DC/AC逆变器3实施定功率控制时，可实现新能源出力模拟系统按照预设功率曲线出力；当底层单元控制器9对DC/AC逆变器3实施恒压恒频控制时，可提供稳定的电压和频率参考，模拟独立供电电源出力；当底层单元控制器9对DC/AC逆变器3实施下垂控制时，可实现多个供电电源之间的出力均衡。
运行时，本发明的AC/DC整流模块1从厂用电源8吸收能量，将交流电转换为直流电，然后由DC/AC逆变模块3将直流电转换为指定大小的交流电，通过隔离变压器4回馈至交流母线11，整个系统的能量平衡通过控制直流稳压模块2的电压稳定来实现。本发明系统投资成本低，建设周期短，运行简单灵活，可以广泛应用于模拟风电、光伏、储能等分布式电源出力实验系统中。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种新能源出力模拟应用系统，其特征在于包括：
与外部电源连接，用于模拟直流电压源的AC/DC整流模块和直流稳压模块；
用于模拟新能源出力或独立电源出力的DC/AC逆变模块；
用于滤波抗干扰的隔离变压器；
用于实验系统调度管理的上层中心控制器；以及
用于控制、监测和保护AC/DC整流模块和DC/AC逆变模块的底层单元控制器。
2.根据权利要求1所述的新能源出力模拟应用系统，其特征在于：
所述的AC/DC整流模块、直流稳压模块、DC/AC逆变模块和隔离变压器依次串接。
3.根据权利要求1或2所述的新能源出力模拟应用系统，其特征在于所述上层中心控制器通过专用的通讯网络对底层单元控制器进行协调管理。
4.一种应用权利要求3所述系统的新能源出力模拟方法，其特征在于：
利用所述的上层中心控制器接收新能源的功率曲线值，或者接收新能源能量表征指标后通过计算得出相应的功率曲线值，并由上层中心控制器发出调度管理信号；
利用所述的底层单元控制器实时接收上层中心控制器的调度管理信号，分别实现定功率控制、恒压恒频控制或下垂控制，
当需要按照预设功率曲线出力时，底层单元控制器对DC/AC逆变器实施定功率控制，
当需要模拟独立供电电源出力时，底层单元控制器对DC/AC逆变器实施恒压恒频控制，提供稳定的电压和频率参考，
当需要实现多个供电电源之间的出力均衡时，底层单元控制器对DC/AC逆变器实施下垂控制。
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