CN203706541U - 新能源发电模拟试验系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新能源发电模拟试验系统，所述新能源发电模拟试验系统包括外部电网、风力发电系统、电能存储系统、变流站、模拟负载、光伏发电系统和电网检测系统七个部分。所述外部电网为该试验系统提供主电能，所述风力发电系统模拟风力发电，产生的电能由电能存储系统储存，存储的电能经过变流站进行质量优化，再供给模拟负载和光伏发电系统使用。所述光伏发电系统模拟光伏发电，产生的电能由电能存储系统储存，实现能源的循环利用。所述电网检测系统对整个系统参数实时监测，以保证该试验系统安全稳定地运行。该试验系统具有：试验综合性强、节约能源、组建成本低的特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种模拟实验系统，特别是用于高校教学演示及科研试验的新能源发电模拟试验系统。
背景技术
对于现有的新能源发电教学试验系统，一方面，大多采用结构、功能单一的试验系统，例如单独的风力发电系统、单独的光伏发电系统、单一的电力电子变流站系统和独自的电机测量平台；这会导致单一的风力发电系统和光伏发电系统受风量和光照强度的影响，不能保证随时教学任务的需求。另一方面，采用以上单独系统造成材料和能源大量浪费，试验内容和项目与教学层次和目标不符，不利于普通高校的试验室建设。
发明内容
本实用新型目的在于提供一种新能源发电模拟试验系统，在总结现有的试验系统的基础上，解决新能源发电试验系统和科研平台存在项目单一或成本过高的技术问题。
为了解决上述问题，本实用新型是这样实现的：一种新能源发电模拟系统主要由风力发电系统、电能存储系统、变流站、模拟负载、光伏发电系统和电网检测系统组成，外部电网主要为该系统提供外部电能，电网检测系统和电能存储系统是新能源发电模拟系统的枢纽控制部分。
所述外部电网包括三相工频电源和无功补偿器；所述外部电网向所述风力发电系统提供初始能量，外部电网输出端直接与变频器输入端相连。
所述风力发电系统由变频器、电动机、转矩转速测量仪及大功率发电机组成，所述电动机、所述转矩转速测量仪和所述发电机同轴相连，中间使用法兰机械耦合；所述电动机和所述发电机的额定转速相同且都属于同步电机范畴。通过所述变频器改变输出频率直接改变电动机和发电机的转速，间接控制风力发电系统的发电量，从而模拟实际的风电运行工况。
所述电能存储系统由人机交互界面、整流器、电池管理系统、电池组和输入输出接口组成，所述电能存储系统带有可视化操作界面。其中，人机交互界面和电池管理系统实现同时与所述电网检测系统通讯。所述电池管理系统的核心部分由DSP系统构成。
所述变流站由逆变器、升压变压器、线路、降压变压器和无功补偿装置组成。其中，逆变器与电能存储系统直接连接，逆变器把直流电逆变成50Hz交流电，经过升压变压器升压，经一段线路后再经降压变压器降压至380v工频三相交流电。为保障安全，升压变压器的变比为1：2，降压变压器的变比为2：1。逆变器和无功补偿装置能够与电网检测系统进行通讯。
所述模拟负载为LED灯和小型三相异步电动机。
所述光伏发电系统由变频器、电动机、转矩转速测量仪和小功率发电机组成，主要仪器设备量程均小于风力发电系统，连接情况与风力发电系统相似。
所述电网检测系统由上位机、功率分析仪、扩展IO口以及通信接口组成，对整个新能源发电系统和子系统重要参数实时监测。
所述变流站在新能源节能应用模拟循环系统中起到电压、电流变换作用，所述新能源发电系统包括风力发电系统和太阳能发电系统，所述功率分析仪用于分析新能源节能应用模拟循环系统所输出的电能质量状况。
所述光伏发电系统、所述电能存储系统和所述变流站三者形成循环回路，光伏发电系统的初始电能由变流站直接提供，光伏发电系统发出的电能直接存储在电能存储系统。实现能量的再生利用。
所述新能源发电模拟试验系统用于展示新能源发电过程中的风力发电和光伏发电的试验教学，两者同时具备发出电能频率不稳定的特性，使用电能存储系统进行中转存储解决了这一问题，符合实际的发电情况。模拟风力发电，光伏发电，能源储备，变流站，配电，用电全过程，利用一个试验系统模拟多个新能源发电过程。
附图说明
图1是本实用新型的新能源发电系统的结构示意图。
图2是风力发电系统中的重要组成部分。
图3是光伏发电系统的重要组成部分。
图4是变流站的内部结构示意图。
图中标记说明：1-外部电网，2-风力发电系统，3-电能存储系统，4-变流站，5-模拟负载，6-光伏发电系统，7-电网检测系统，201-变频器，202-电动机，203-转矩转速测量仪，204-大功率发电机，601-变频器，602-电动机，603-转矩转速测量仪，604-小功率发电机，401-逆变器，402-升压变压器，403-降压变压器，404-无功补偿装置。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。
如图1所示，新能源发电模拟试验系统中主要由外部电网（1）、风力发电系统（2）、电能存储系统（3）、变流站（4）、模拟负载（5）、光伏发电系统（6）和电网检测系统（7）组成，其中，风力发电系统（2）、变流站（4）、模拟负载（5）和光伏发电系统（6）属于主干路；电网检测系统（7）带有监测、显示、控制支路功能；电能存储系统（3）属于干路枢纽，同时具有协调输入输出电能功能。电网检测系统（7）的电能由外部电网（1）直接提供。
风力发电系统（2）由变频器（201）、电动机（202）、转矩转速测量仪（203）以及大功率发电机（204）组成，其中，电动机（202）、转矩转速测量仪（203）和大功率发电机（204）采用法兰进行机械连接。电动机（202）和大功率发电机（204）优先采用永磁同步电动机和永磁同步发电机，两者额定转速相同；转矩转速测量仪（203）的扭矩量程不应低于电动机（202）满载运行时输出扭矩的2倍以上。
所述光伏发电系统（6）内部的变频器容量、电动机功率、转矩转速测量仪量程以及发电机的功率均小于所述风力发电系统（2）。
所述电能存储系统（3）由整流器、电池管理系统、电池组、输入输出接口和人机交互界面组成，可同时接收风力发电系统（2）和光伏发电系统（6）发出的不规则的电能并进行存储，稳定的输送给变流站（4），能够完成三者的动态调节。所述电能存储系统（3）为主干路的枢纽部分，同时具备与风力发电系统（2）、光伏发电系统（6）、变流站（4）和电网检测系统（7）之间的通讯。
所述变流站（4）包括逆变器（401）、升压变压器（402）、降压变压器（403）以及无功补偿装置（404）四个部分。逆变器（401）吸收电能存储系统（3）的能量，通过升压变压器（402）和输电线路传递到降压变压器（403），模拟高压输电过程；降压变压器输出的电能直接供给负载和光伏发电系统使用，系统同时具备配电功能。
所述电网检测系统（7）具备谐波分析功能，可以显示转矩、转速、电压、电流、频率、功率因数和发电量等参数。具有对风力发电系统发电量的控制、对电池剩余电量控制、对储能站接受和输送电能控制、负载容量的控制、变流站两侧电压控制以及输送电能质量和功率因数调节控制的功能。捕捉后的参数在上位机上显示，直观可视化界面利于自动化控制。
所述风力发电系统（2）单独运行时，发出的电能经过整流器后存储在电能存储系统（3）中；所述光伏发电系统（6）与电能存储系统（3）、变流站（4）构成循环发电系统，单独进行光伏发电系统试验时，系统节能效果明显，其能量可由风力发电系统（2）进行补给。两者同时试验时，所述电网检测系统（7）对电能存储系统（3）进行检测，可调整子系统间电能收支平衡。
以上所述实例表达了本实用新型的优选实施例，描述内容较为详细和具体，但并不仅仅局限于本实用新型；特别指出的是，对于本领域的研究人员或技术人员来讲，在不脱离本实用新型的结构之内，系统内部的局部改进和子系统之间的改动、变换等，均属于本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种新能源发电模拟试验系统，包括外部电网（1）、风力发电系统（2）、电能存储系统（3）、变流站（4）、模拟负载（5）、光伏发电系统（6）和电网检测系统（7），其特征在于，新能源发电模拟试验系统包括模拟实际工况运行的风力发电系统、以现代电力电子为核心的变流站系统、模拟输配电的变流站系统和光伏发电系统，其中，光伏发电系统发出的电能存储在电能存储系统，实现能源的循环利用。
2.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，所述风力发电系统（2）由变频器（201）、大功率电动机（202）、转矩转速测量仪（203）和大功率发电机（204）组成，其中，大功率电动机（202）、转矩转速测量仪（203）和大功率发电机（204）同轴相连；所述光伏发电系统（6）与所述风力发电系统（2）结构相似；所述风力发电系统（2）发出的电能经所述电能存储系统（3）存储起来。
3.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，所述变流站（4）由逆变器（401）、升压变压器（402）、降压变压器（403）和无功补偿装置（404）组成，无功补偿装置（404）由电网检测系统（7）控制并实时监测。
4.根据权利要求1或3所述的试验系统，其特征在于，所述电网检测系统（7）由上位机、上位机软件、功率分析仪和通讯模块接口组成，可进行所述风力发电系统（2）、电能存储系统（3）、变流站（4）、模拟负载（5）和光伏发电系统（6）之间的电网参数实时监测。
5.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，所述电能存储系统（3）、所述变流站（4）和所述光伏发电系统（6）三者相互连接，构成能源循环系统；所述电能存储系统（3）可根据所述风力发电系统（2）和所述光伏发电系统（6）的发电和模拟负载（5）灵活调整电能的收支平衡。
6.根据权利要求1或3所述试验系统，其特征在于，所述无功补偿装置（404）与所述电网检测系统（7）进行通讯连接，实现变流站功率因数的自动补偿。
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|---|---|---|---|---|
| CN105825737A (zh) * | 2016-05-31 | 2016-08-03 | 国网山东省电力公司龙口市供电公司 | 一种电力系统自动化模拟装置 |
| CN108631359A (zh) * | 2018-03-30 | 2018-10-09 | 新疆金风科技股份有限公司 | 风电场实时仿真建模系统和方法 |
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