CN110165684B - 一种新能源电网稳定性提高方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及配电网系统技术领域，且公开了一种新能源电网稳定性提高方法，包括新能源机组、同步电动机、同步发电机，所述新能源机组与同步电动机、同步发电机串联并网于配电网系统，所述同步发电机的输出端串联一组整流器，所述整流器的输出端串联有超导储能器，所述整流器用于将同步发电机发出的交流电转换成直流电存储与超导储能器内，所述超导储能器的输出端串接于所述同步电动机的两端。本发明通过在同步发电机输出端增设并联的超导储能器，在新能源机组电压跌落时，及时由超导储能器补偿同步电动机输出电压，以保障同步发电机的正常运转，向配电网提供无功功率，保持新能源机组不脱网连续运行。

Description

一种新能源电网稳定性提高方法

技术领域

本发明涉及配电网系统技术领域，具体为一种新能源电网稳定性提高方法。

背景技术

随着可持续发展观念的深入推进，全球都在寻找新能源代替传统的石化能源，目前，风能与太阳能发展最快，风电机组与分布式光伏发电的总装机容量不断增加。随着风电机组与光伏发电站并入电网系统的渗透率不断提高，其给电网系统的稳定性影响越来越大。

风电机组、光伏电站的出力主要由风速、光照强度的大小决定，由于风速、光照是随时变化的，因此，风电机组和光伏电站的出力也是随之波动的，在其并网运行时，其不稳定性也将会导致电网电压、电流和频率的波动，影响电能质量，对该区域电网的暂态稳定性产生潜在的威胁。

这里对于电网波动影响，需要说明无功功率，所谓无功功率即为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率，所谓的无功并不是无用的电功率，而是它的功率并不用于转化为机械能、热能。相对的，有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率。在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率，如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。

因此，合理调整电网中的有功功率和无功功率配比供给，可很好的保证电网稳定性运行，中国专利号CN105958543B提出一种提升新能源并网稳定性的控制、实验和仿真方法，其中，对于新能源并网稳定性的控制，该申请指出，通过将新能源-电动机-同步发电机-电网组成电机串联系统，由电动机和同步发电机的两台电机转子轴同轴刚性连接，使得两个电机功角同步变化，通过采集装置测得三相电压电流，计算电机功率，进而计算两台电机的功角，通过相位控制算法来调节调制波幅值和相位，最终通过空间矢量调制控制电动机电机传输的有功，有效提升高渗透新能源电网的旋转惯性，增强电网稳定性。

但是，该法未充分考虑风电或光伏的不稳定因素的影响，新能源产生的不稳定电压或因电网发生三相短路故障、两相短路故障、单相接地短路故障而引起并网点电压跌落，可能使得电动机带动同步发电机脱网运行，即降低了风电机组的低电压穿越能力，风电机组脱网事故给电网安全稳定运行和可靠供电带来很大风险，同样也使风电场业主遭受电量损失。

发明内容

针对背景技术中提出的现有新能源电网配电稳定性存在的不足，本发明提供了一种新能源电网稳定性提高方法，具备新能源机组接入配电网的稳定性高的优点，解决了上述背景技术中提出的问题。

本发明提供如下技术方案：一种新能源电网稳定性提高方法，包括新能源机组、同步电动机、同步发电机，所述新能源机组与同步电动机、同步发电机串联并网于配电网系统，所述同步发电机的输出端串联一组整流器，所述整流器的输出端串联有超导储能器，所述整流器用于将同步发电机发出的交流电转换成直流电存储与超导储能器内，所述超导储能器的输出端串接于所述同步电动机的两端。

优选的，所述超导储能器与同步电动机之间串接一组阈值检测控制开关，所述阈值检测控制开关用于控制新能源机组端电压在阈值范围外导通超导储能器输电，否则关闭超导储能器输电。

进一步的，所述阈值检测控制开关包括逻辑判断模块和一组导线并联单向二极管，所述导线与单向二极管并联后串接于超导储能器与同步电动机之间。

更进一步的，所述逻辑判断模块的阈值参数为电压段值。

优选的，所述同步电动机和同步发电机的转子轴分别与电动机转子轴端和发电机转子轴端的端部固定连接，所述电动机转子轴端位于发电机转子轴端的内部且同轴布置，所述电动机转子轴端的外部通过钢索与发电机转子轴端的内环壁柔性连接，所述电动机转子轴端顺时针转动张紧钢索，否则松弛钢索。

本发明具备以下有益效果：

1、本发明通过在同步发电机输出端增设并联的超导储能器，在新能源机组电压跌落时，及时由超导储能器补偿同步电动机输出电压，以保障同步发电机的正常运转，向配电网提供无功功率，保持新能源机组不脱网连续运行。

2、本发明通过将同步电动机与同步发电机的转子主轴通过钢索柔性连接，使得电动机转子轴端通过钢索带动发电机转子轴端转动，当同步电动机因失压降速时，发电机转子轴端因惯性，转速相对电动机转子轴端转动，在新能源机组失速再连上的间隔期内，发电机转子轴端仍处于怠速转动而提供无功功率，从而能够很好的保障新能源机组并网连续运行。

附图说明

图1为本发明电机电网串接系统图；

图2为本发明稳定性控制系统框图；

图3为两电机转子轴柔性连接结构示意图。

图中：1、电动机转子轴端；2、发电机转子轴端；3、钢索。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

请参阅图1-3，一种新能源电网稳定性提高方法，包括新能源机组、同步电动机、同步发电机，新能源机组与同步电动机、同步发电机串联并网于配电网系统，同步发电机的输出端串联一组整流器，整流器的输出端串联有超导储能器，整流器用于将同步发电机发出的交流电转换成直流电存储与超导储能器内，超导储能器的输出端串接于同步电动机的两端，其中超导储能器为电压超导储能器。

本方法通过将新能源机组正常供给能源时，同步发电机正常运转时，将部分电能优先存储于超导储能器中，以便于在新能源机组在失压时，由超导储能器及时补充同步电动机的稳压态，使得同步发电机能够在新能源机组失压时仅向电网提供无功功率，保障机组低电压穿越能力，以保持新能源机组持续性并网运行，有效防止脱网。

在此说明，所谓低电压穿越，就是当电网故障或扰动引起机组并网点的电压跌落时，在电压跌落的范围内，风电机组能够不间断并网运行。目前，对于新能源发电机组的低电压穿越能力，要求机组必须具有在电网电压跌落至额定电压15％能够维持并网运行625ms，并网点电压在发生跌落故障后3s内能够恢复到额定电压的90％时，机组保持并网运行。

其中，超导储能器与同步电动机之间串接一组阈值检测控制开关，阈值检测控制开关用于控制新能源机组端电压在阈值范围外导通超导储能器输电，否则关闭超导储能器输电。因新能源机组自身存在的不稳定性因素，在超导储能器向同步电动机输电之间增设阈值检测控制开关，可使得不稳定因素带来的电压调动允许在幅值范围内达到动态平衡。

其中，阈值检测控制开关包括逻辑判断模块和一组导线并联单向二极管，逻辑判断模块的阈值参数为电压段值，导线与单向二极管并联后串接于超导储能器与同步电动机之间。逻辑判断模块用于对实时获取的同步发电机两端的电压参数与预设的范围型阈值作比较，在范围外，则导通导线，将单向二极管短接；在范围内，则断开导线，接通单向二极管，使得超导储能器以高阻状态并接入同步电动机，防止同步电动机在短路故障时，电路瞬间仍有高阻保障安全性。

其中，同步电动机和同步发电机的转子轴分别与电动机转子轴端1和发电机转子轴端2的端部固定连接，电动机转子轴端1位于发电机转子轴端2的内部且同轴布置，电动机转子轴端1的外部通过钢索3与发电机转子轴端2的内环壁柔性连接，电动机转子轴端1顺时针转动张紧钢索3，否则松弛钢索3。将电动机转子轴端1通过缠绕钢索3的松紧状态来保障发电机转子轴端2是否随电动机转子轴端1转动，即以柔性连接取代转子轴的刚性连接，是考虑到，在新能源机组侧电压骤降时，电动机转速会瞬时下降，此时，同步发电机因滞后性，转速不会瞬时降低，此降速过程中，使用柔性连接，即可使得同步发电机端在故障瞬间仍可以向配电网提供无功功率，在新能源机组满足低电压穿越能力的条件下，电动机转子轴端1可短时恢复转动，即发电机转子轴端2还未降速转动时，电动机转子轴端1的转速提升及时恢复，从而，使得设备平稳快速过渡了低电压恢复阶段，该平稳过渡可理解为，发电机转子轴端2连接的同步发电机侧在不间断的向配电网输送无功功率。

结合前述的“低电压并网运行625ms”，由于同步电动机正常转动时转速为1500r/min，即100ms内，同步电动机的输出轴转速为2.5r，并网运行625ms的时间段内，可最大允许电动机转子轴端1转动10r左右，结合转动惯性阻力，可假定发电机转子轴端2在该低电压并网运行时间段内转动8r，电动机转子轴端1因低电压降速，相对发电机转子轴端2的转动可控制在100ms内，即要求钢索3绕接电动机转子轴端1的长度为3r周长，同时将电动机转子轴端1与发电机转子轴端2之间设封板，以封板防止钢索3松脱电动机转子轴端1的周向。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种新能源电网稳定性提高方法，包括新能源机组、同步电动机、同步发电机，所述新能源机组与同步电动机、同步发电机串联并网于配电网系统，其特征在于：所述同步发电机的输出端串联一组整流器，所述整流器的输出端串联有超导储能器，所述整流器用于将同步发电机发出的交流电转换成直流电存储于超导储能器内，所述超导储能器的输出端串接于所述同步电动机的两端。

2.根据权利要求1所述的一种新能源电网稳定性提高方法，其特征在于：所述超导储能器与同步电动机之间串接一组阈值检测控制开关，所述阈值检测控制开关用于控制新能源机组端电压在阈值范围外导通超导储能器输电，否则关闭超导储能器输电。

3.根据权利要求2所述的一种新能源电网稳定性提高方法，其特征在于：所述阈值检测控制开关包括逻辑判断模块和一组导线并联单向二极管，所述导线与单向二极管并联后串接于超导储能器与同步电动机之间；逻辑判断模块用于对实时获取的同步发电机两端的电压参数与预设的范围型阈值作比较，在范围外，则导通导线，将单向二极管短接；在范围内，则断开导线，接通单向二极管，使得超导储能器以高阻状态并接入同步电动机，防止同步电动机在短路故障时，电路瞬间仍有高阻保障安全性。

4.根据权利要求3所述的一种新能源电网稳定性提高方法，其特征在于：所述逻辑判断模块的阈值参数为电压段值。

5.根据权利要求1所述的一种新能源电网稳定性提高方法，其特征在于：所述同步电动机和同步发电机的转子轴分别与电动机转子轴端(1)和发电机转子轴端(2)的端部固定连接，所述电动机转子轴端(1)位于发电机转子轴端(2)的内部且同轴布置，所述电动机转子轴端(1)的外部通过钢索(3)与发电机转子轴端(2)的内环壁柔性连接，所述电动机转子轴端(1)顺时针转动张紧钢索(3)，否则松弛钢索(3)。