CN204667384U - 抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台及仿真系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台及仿真系统，为开展抽水蓄能机组的同期并网研究提供仿真功能。该平台包含抽水蓄能机组单元、无穷大电网单元、静止变频器、背靠背启动机组单元、主变压器单元、SFC输出变压器单元、降压变压器单元、同期调节单元、励磁控制单元、水轮机调速单元、背靠背启动调速单元、并网断路器单元、启动断路器单元、第一电压监测单元、第二电压监测单元、转速测量单元、监测系统单元。通过对功能单元进行组合和调整，可搭建抽水蓄能机组不同工况下的仿真模型，能实现包括发电工况、水泵工况背靠背启动、水泵工况SFC启动等多种运行工况、多种启动方式下的抽水蓄能机组并网仿真功能。

Description

抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台及仿真系统

技术领域

本实用新型涉及电力设备仿真领域，尤其涉及一种抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台及仿真系统。

背景技术

抽水蓄能电站兼具有发电、抽水等多种运行工况，通过工况间的转换，抽水蓄能电站能够实现调峰填谷、调频调相、电压调整等多项重要功能，抽水蓄能电站的各种运行工况都需要与电力系统并网运行，但是不同工况下抽水蓄能机组对同期并网的要求各不相同。

抽水蓄能机组并网是十分重要的操作，且操作比较频繁。并网过程会产生一定的冲击电流，如果冲击电流过大，不仅会使发变组保护装置误动作，导致并网失败，而且冲击电流所产生的电动力会给水轮机和发电机设备的安全运行带来不利影响，严重时会损坏发电设备，带来巨大的经济损失。因此开展抽水蓄能机组不同运行工况下的同期并网研究，对提高抽水蓄能机组和电站的安全稳定运行，具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提供一种抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台及仿真系统，该平台能够较好的仿真抽水蓄能机组、机组不同的运行工况、同期并网的各控制环节以及从机组启动到完成并网的完整动态过程。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台，包括：

无穷大电网单元，用来模拟无穷大电网；

抽水蓄能机组单元，实现对抽水蓄能机组仿真，能兼作电动机和水轮发电机，实现对多种运行工况的仿真；抽水蓄能机组的励磁电流和频率是能调节的，接受来自励磁控制单元和频率控制单元的调节信号，并对调节信号做出响应；

第一电压监测单元，用于采集或监视抽水蓄能机组机端电压信息，并将信息提供给励磁控制单元和同期调节单元；

第二电压监测单元，用于采集或监视无穷大电网的电压信息，并将信息提供给同期调节单元和静止变频器SFC单元；

监测系统单元，包括量测单元、记录单元及显示单元，根据仿真的需要，提供所需电气 量的测量结果，形成由有效值、标幺值或曲线图形式表示的仿真结果；

同期调节单元，仿真开始前，在该单元中能预先设定好并网参数，准同期过程中，该单元将依照预先设定的参数要求对并网过程相关的电气量进行调节，当各电气量满足预设并网条件时发出合闸信号；

并网断路器单元，用来连接抽水蓄能机组单元和无穷大电网单元，完成机组的并网操作；

水轮机调速单元，用于抽水蓄能机组发电运行工况并网仿真中抽水蓄能机组转速的调节；采集抽水蓄能机组的转速信息，通过改变抽水蓄能机组模型的输入转矩来调节转速，并能接受来自于外部的励磁调节信号，实现对抽水蓄能机组转速的调节；

励磁控制单元，对抽水蓄能机组的励磁电流大小进行控制；励磁控制单元采集抽水蓄能机组机端电压，根据采集抽水蓄能机组机端电压大小调节励磁电压进而改变励磁电流，并能接受来自于外部的励磁调节信号，达到调节机组的机端电压的目的；

转速测量单元，在抽水蓄能机组单元不能够直接提供实时转速时用于测量抽水蓄能机组转速；

主变压器单元，对发电机端口电压进行升压，实现发电机与无穷大电网的电气连接；

基于上述单元，能够根据仿真实验要求搭建出不同的仿真模型，模拟抽水蓄能机组的不同运行工况以及不同工况下的同期并网仿真模型。

所述第一电压监测单元和第二电压监测单元采集或监视的电压信息包括幅值、频率和相角信息。

所述水轮机调速单元能替换为背靠背启动电源单元组，用于抽水蓄能机组抽水运行工况下背靠背启动并网仿真；所述背靠背启动电源单元组包括：

启动断路器单元，连接抽水蓄能机组单元和启动电源，用于通断启动线路；

背靠背启动调速单元，完成背靠背启动机组的转速控制，采集抽水蓄能机组的转速信息，通过改变抽水蓄能机组模型的输入转矩来调节转速，实现对抽水蓄能机组频率的调节；

背靠背启动机组单元，用于实现抽水蓄能机组的背靠背启动，在背靠背启动过程中，作为启动电源向抽水蓄能机组提供电流，并接受背靠背启动调速单元的控制信号，在并网阶段接受同期调节单元的信号调节输出电流的频率。

所述背靠背启动机组单元采用同步发电机模型。

所述无穷大电网模块采用容量为抽水蓄能机组容量的10倍以上的同步发电机模型。

所述水轮机调速单元能替换为SFC启动电源单元组，用于抽水蓄能机组抽水运行工况下SFC启动并网仿真；所述SFC启动电源单元组包括：

静止变频器SFC单元，是完成抽水蓄能机组变频启动的核心设备，不仅能为机组启动提供频率变化的启动电流，还能够对抽水运行工况下的机组频率进行控制；

SFC输出变压器单元，将静止变频器SFC单元输出的变频电压进行升压，供抽水蓄能机组启动使用；

降压变压器单元，为静止变频器SFC单元提供工作电压，降压变压器单元的高压侧与无穷大电网连接，低压侧与静止变频器SFC单元连接；

所述静止变频器SFC单元，包括主电路和控制电路；主电路包括网侧整流器、直流电抗器和机侧逆变器；控制电路包括网侧整流器控制单元和机侧逆变器控制单元；网侧整流器控制单元接受第二电压监测单元采集到的网侧电压信息和电流监测单元采集到的直流电抗器输出的直流电流信息，静止变频器SFC单元基于该信息控制电机电磁转矩；网侧整流器控制单元向网侧整流器提供控制信号，控制整流器输出电流；机侧逆变器控制单元接受同期调节单元采集到的抽水蓄能机组的机端和无穷大电网侧的电压幅值、频率和相角信息，还接受转速测量单元采集到的当前转速，还有给定的转速信息，向机侧逆变器提供控制信号，主要作用为给定逆变器的触发器，控制输出频率；通过主电路和控制电路的配合，仿真出脉冲换相启动、负载换相启动和同期调节过程中静止变频器SFC单元的动态特性。

基于抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台的抽水蓄能机组发电运行工况并网仿真系统，包括，无穷大电网单元依次连接并网断路器单元、主变压器单元及抽水蓄能机组单元；第二电压监测单元连接无穷大电网单元；第一电压监测单元连接到主变压器单元和抽水蓄能机组单元的连线上；

第一电压监测单元和第二电压监测单元都连接同期调节单元，第一电压监测单元还与励磁控制单元连接，第二电压监测单元将采集到的无穷大电网的电压信息传送到同期调节单元，第一电压监测单元将采集到的抽水蓄能机组机端电压信息提供给励磁控制单元和同期调节单元；

励磁控制单元和并网断路器单元都与同期调节单元连接，同期调节单元还与水轮机调速单元连接，励磁控制单元和水轮机调速单元都与抽水蓄能机组单元连接，转速测量单元连接抽水蓄能机组单元和水轮机调速单元；转速测量单元将采集到的抽水蓄能机组转速信息送到水轮机调速单元；同期调节单元采集抽水蓄能机组的机端和无穷大电网侧的电压幅值、频率和相角信息，当机端电压达到额定电压，机组转速达到额定转速的97％时，同期调节单元开始借助励磁控制单元对抽水蓄能机组电压进行调节，借助水轮机调速单元对抽水蓄能机组频率进行调节。

基于抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台的抽水蓄能机组抽水运行工况下背靠背启动并网仿真系统，包括，

无穷大电网单元依次连接并网断路器单元、主变压器单元及抽水蓄能机组单元；第二电压监测单元连接无穷大电网单元；第一电压监测单元连接到主变压器单元和抽水蓄能机组单元的连线上，背靠背启动电源单元通过启动断路器单元连接抽水蓄能机组单元；

第一电压监测单元和第二电压监测单元都连接同期调节单元，第一电压监测单元还与励磁控制单元连接，第二电压监测单元将采集到的无穷大电网的电压信息传送到同期调节单元，第一电压监测单元将采集到的抽水蓄能机组机端电压信息提供给励磁控制单元和同期调节单元；

励磁控制单元和并网断路器单元都与同期调节单元连接，同期调节单元还与启动断路器单元连接，励磁控制单元与抽水蓄能机组单元连接，转速测量单元连接抽水蓄能机组单元和背靠背启动调速单元；转速测量单元将采集到的抽水蓄能机组转速信息送到背靠背启动调速单元；同期调节单元采集抽水蓄能机组的机端和无穷大电网侧的电压幅值、频率和相角信息，当机端电压达到额定电压，机组转速达到额定转速的97％时，同期调节单元开始利用励磁控制单元对抽水蓄能机组电压进行调节。

基于所述抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台的抽水蓄能机组抽水运行工况下SFC启动并网仿真系统，包括，

无穷大电网单元依次连接并网断路器单元、主变压器单元及抽水蓄能机组单元；第二电压监测单元连接无穷大电网单元；第一电压监测单元连接到主变压器单元和抽水蓄能机组单元的连线上；无穷大电网单元通过降压变压器单元依次连接静止变频器SFC单元、SFC输出变压器单元、启动断路器单元及抽水蓄能机组单元；

第一电压监测单元和第二电压监测单元都连接同期调节单元，第一电压监测单元还与励磁控制单元连接，第二电压监测单元将采集到的无穷大电网的电压信息传送到同期调节单元和静止变频器SFC单元，第一电压监测单元将采集到的抽水蓄能机组机端电压信息提供给励磁控制单元和同期调节单元；

励磁控制单元和并网断路器单元都与同期调节单元连接，同期调节单元还与启动断路器单元和静止变频器SFC单元连接，励磁控制单元与抽水蓄能机组单元连接，转速测量单元连接抽水蓄能机组单元和静止变频器SFC单元；转速测量单元将采集到的抽水蓄能机组转速信息送到静止变频器SFC单元；电流监测单元采集的电流幅值提供给静止变频器SFC单元的网侧整流器控制单元；同期调节单元采集抽水蓄能机组的机端和无穷大电网侧的电压幅值、频 率和相角信息，当机端电压达到额定电压，机组转速达到额定转速的97％时，同期调节单元开始借助励磁控制单元对抽水蓄能机组电压进行调节，借助SFC启动电源单元组对抽水蓄能机组频率进行调节。

本实用新型的有益效果：

(1)利用本仿真平台能够仿真抽水蓄能机组独立运行、并网发电或并网抽水不同运行工况，观察励磁控制单元和水轮机调速单元工作对抽水蓄能机组运行特征的影响，能够通过监测系统单元获得机组转速(频率)、机端电压、输出电流、输出有功和无功功率等数据，对抽水蓄能机组不同运行工况下的特征进行分析；

(2)可以仿真抽水蓄能机组抽水工况下的背靠背启动过程和并网过程，通过监测系统单元获得启动过程的机组转速、转矩曲线、机端电压、并网冲击电流等参数，便于考察背靠背启动和并网过程中抽水蓄能机组运行参数的变化规律；

(3)可以仿真抽水蓄能机组抽水工况下的静止变频器SFC启动过程和并网过程，通过监测系统单元获得启动过程的转速和转矩随时间变化曲线、机端电压、机组转速、并网冲击电流等参数，便于考察SFC启动和并网过程中抽水蓄能机组运行参数的变化规律；

(4)可以仿真抽水蓄能机组发电工况下的同期并网过程。通过监测系统单元获得机端电压、机组频率、并网冲击电流和冲击转矩等参数，对不同并网参数下的并网冲击进行分析，便于检验不同并网参数的并网效果，取得最优并网参数。

附图说明

图1为抽水蓄能机组发电运行工况下的并网仿真系统；

图2为抽水蓄能机组抽水运行工况下的背靠背启动并网仿真系统；

图3为抽水蓄能机组抽水运行工况下的SFC启动并网仿真；

图4为静止变频器SFC单元的模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1-3所示，抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台，包括：

抽水蓄能机组单元，该单元实现对抽水蓄能机组的仿真，采用可逆式的同步电机模型，可兼作电动机和水轮发电机，实现对多种运行工况的仿真。

此外，抽水蓄能机组的励磁电流和频率(即发电机转速)两个参数是可以调节的，能够接受来自励磁控制单元、频率控制单元的调节信号，并对调节信号做出响应。

无穷大电网单元，该单元用来模拟无穷大电网，采用容量足够大的同步发电机模型作为 无穷大电网模型，其容量为抽水蓄能机组容量的10倍以上。

静止变频器SFC单元，SFC是Static Frequency Converter的简称，是完成抽水蓄能机组变频启动的核心设备，静止变频器SFC单元不仅能够提供机组启动过程中频率逐步升高的交流电，还能够完成抽水运行工况并网时的机组频率调节。

静止变频器SFC单元，包括主电路和控制电路；主电路包括网侧整流器、直流电抗器和机侧逆变器；控制电路包括网侧整流器控制单元和机侧逆变器控制单元；网侧整流器控制单元接受第二电压监测单元采集到的网侧电压信息和电流监测单元采集到的直流电抗器输出的直流电流信息，静止变频器SFC单元基于该信息控制电机电磁转矩；网侧整流器控制单元向网侧整流器提供控制信号，控制整流器输出电流；机侧逆变器控制单元接受同期调节单元采集到的抽水蓄能机组的机端和无穷大电网侧的电压幅值、频率和相角信息，还接受转速测量单元采集到的当前转速，还有给定的转速信息，向机侧逆变器提供控制信号，主要作用为给定逆变器的触发器，控制输出频率；通过主电路和控制电路的配合，仿真出脉冲换相启动、负载换相启动和同期调节过程中静止变频器SFC单元的动态特性。

背靠背启动机组单元，该单元用来实现抽水蓄能机组的背靠背启动功能。在背靠背启动过程中，该单元作为启动电源向抽水蓄能机组提供电流，并能按照同期装置的信号调节输出电流的频率，该单元采用同步发电机模型代替。

主变压器单元，主变压器又称为并网变压器，其作用是对发电机端口电压进行升压，实现发电机与无穷大电网的电气连接。

SFC输出变压器单元，该单元的作用是将静止变频器SFC单元输出的变频电压进行升压，供抽水蓄能机组启动使用。

降压变压器单元，该单元为静止变频器SFC单元提供工作电压，降压变压器单元的高压侧与无穷大电网连接，低压侧与静止变频器SFC单元连接。

同期调节单元，该单元的作用是在准同期过程对并网参数进行调节，当各参数满足并网条件时发出合闸信号。

同期调节单元采集抽集水蓄能机组的机端和无穷大电网侧的电压幅值、频率和相角信息，当机端电压和机组转速到达一定的值(机端电压达到额定电压，机组转速达到额定转速的97％时)，同期调节单元开始对抽水蓄能机组电压和频率进行调节(采用PID调节方式，但也可以根据需要采取其它调节方式)，使机组满足并网条件，并当机组与电网间相角差满足预设并网要求时发出并网信号。上述并网参数能够根据需要进行修改，以便考察不同并网参数下的同期并网过程。

励磁控制单元，该单元的作用是对抽水蓄能机组的励磁电流大小进行控制。励磁控制单元采集机端电压，根据机端电压大小调节励磁电压进而改变励磁电流，并可接受外来控制信号如来自同期调节单元的励磁调节信号，达到调节机组的机端电压的目的。

水轮机调速单元，该单元主要完成机组频率的调节功能。水轮机调速单元采集抽水蓄能机组的转速信息，通过改变抽水蓄能机组模型的输入转矩来调节转速，并可接受其他频率调节模型的调频信号，实现对机组频率的调节功能。

背靠背启动调速单元，该单元的功能是完成背靠背启动机组的转速控制，其调节过程和方法与水轮机调速单元类似。

并网断路器单元，并网断路器单元连接抽水蓄能机组单元和无穷大电网单元，完成机组的并网操作。

启动断路器单元，该单元用来连接抽水蓄能机组单元和启动电源，用于通断启动线路。

第一电压监测单元，该单元用于采集、监视机端电压信息(包括幅值、频率和相角信息)，并将信息提供给励磁控制和同期调节等单元，该单元可并入下文所述的监测系统单元。

第二电压监测单元，该单元用于采集、监视无穷大电网的电压信息(包括幅值、频率和相角信息)，并将信息提供给同期调节单元和静止变频器SFC单元，该单元可并入监测系统单元。

转速测量单元，该单元用于测量抽水蓄能机组转速。如果抽水蓄能机组单元能够直接提供实时转速，可不设置该单元。

监测系统单元，该单元包含全部或部分仿真试验中的量测、记录和显示单元，根据仿真的需要，提供所需电气量的测量结果，可以由效值、标幺值或曲线图等形式表示，方便研究人员对仿真结果和数据进行分析。

如图1所示，基于抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台的抽水蓄能机组发电运行工况并网仿真系统：

并网前，并网断路器断开，抽水蓄能机组在励磁控制单元和水轮机调速单元的作用下启动，运行在空载发电机状态，使其电压和转速达到额定值，达到投入同期调节单元的要求，随后，同期调节单元将通过励磁控制单元调节机组电压，通过水轮机调速单元调节发电机同步频率，经过同期调节，抽水蓄能机组和电网间的电压差和频率差满足并网要求，并根据相角差条件发出并网信号，经过同期断路器出口回路动作时间和同期断路器合闸动作时间两个固定延时后，并网断路器合闸，完成并网过程，整个仿真过程中，利用监测系统单元记录机端电压、机组频率、并网冲击电流等电气量数据。

抽水蓄能机组发电运行工况并网仿真系统的电能传输关系如下：

无穷大电网单元依次连接并网断路器单元、主变压器单元及抽水蓄能机组单元；第二电压监测单元连接无穷大电网单元；第一电压监测单元连接到主变压器单元和抽水蓄能机组单元的连线上。

抽水蓄能机组发电运行工况并网仿真系统的信号流转关系如下：第一电压监测单元和第二电压监测单元都连接同期调节单元，第一电压监测单元还与励磁控制单元连接，第二电压监测单元将采集到的无穷大电网的电压信息传送到同期调节单元，第一电压监测单元将采集到的抽水蓄能机组机端电压信息提供给励磁控制单元和同期调节单元；

励磁控制单元和并网断路器单元都与同期调节单元连接，同期调节单元还与水轮机调速单元连接，励磁控制单元和水轮机调速单元都与抽水蓄能机组单元连接，转速测量单元连接抽水蓄能机组单元和水轮机调速单元；转速测量单元将采集到的抽水蓄能机组转速信息送到水轮机调速单元；同期调节单元采集抽水蓄能机组的机端和无穷大电网侧的电压幅值、频率和相角信息，当机端电压达到额定电压，机组转速达到额定转速的97％时，同期调节单元开始借助励磁控制单元对抽水蓄能机组电压进行调节，借助水轮机调速单元对抽水蓄能机组频率进行调节，使机组满足并网条件，并当机组与电网间相角差满足预设并网要求时向并网断路器单元发出并网信号；

如图2所示，基于抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台的抽水蓄能机组抽水运行工况下背靠背启动并网仿真系统：

抽水蓄能机组在抽水运行工况下启动，首先启动断路器闭合，并网断路器断开，由背靠背启动调速单元调节背靠背启动电源单元，使背靠背启动电源单元的输出电能频率逐步上升，抽水蓄能机组单元的同步转速随之逐步上升，使抽水蓄能机组转速逐步达到同步转速，同时励磁调节单元调节抽水蓄能机组的机端电压，使之达到额定值，投入同期调节单元；

同期调节单元进行电压和频率调节，通过背靠背启动调速单元进行频率调节，同时，同期调节单元发出的并网信号首先经过同期断路器出口动作时间和背靠背启动电源切除时间后，将启动断路器断开，抽水蓄能机组处在依靠惯性的空载电动机运行状态，再经过断路器合闸动作延时后，闭合并网断路器，完成并网过程，整个仿真过程中，利用监测系统单元记录机端电压、机组频率、并网冲击电流等电气量数据。

抽水蓄能机组抽水运行工况下背靠背启动并网仿真系统的电能传输关系如下：

无穷大电网单元依次连接并网断路器单元、主变压器单元及抽水蓄能机组单元；第二电压监测单元连接无穷大电网单元；第一电压监测单元连接到主变压器单元和抽水蓄能机组单 元的连线上，背靠背启动电源单元通过启动断路器单元连接抽水蓄能机组单元。

抽水蓄能机组抽水运行工况下背靠背启动并网仿真系统的信号流转关系如下：

第一电压监测单元和第二电压监测单元都连接同期调节单元，第一电压监测单元还与励磁控制单元连接，第二电压监测单元将采集到的无穷大电网的电压信息传送到同期调节单元，第一电压监测单元将采集到的抽水蓄能机组机端电压信息提供给励磁控制单元和同期调节单元；

励磁控制单元和并网断路器单元都与同期调节单元连接，同期调节单元还与启动断路器单元连接，励磁控制单元与抽水蓄能机组单元连接，转速测量单元连接抽水蓄能机组单元和背靠背启动调速单元；转速测量单元将采集到的抽水蓄能机组转速信息送到背靠背启动调速单元；同期调节单元采集抽水蓄能机组的机端和无穷大电网侧的电压幅值、频率和相角信息，当机端电压达到额定电压，机组转速达到额定转速的97％时，同期调节单元开始借助励磁控制单元对抽水蓄能机组电压进行调节，借助背靠背启动调速单元对抽水蓄能机组频率进行调节，使机组满足并网条件，并当机组与电网间相角差满足预设并网要求时向并网断路器单元发出并网信号。

如图3所示，基于抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台的抽水蓄能机组抽水运行工况下SFC启动并网仿真系统：

抽水蓄能机组在抽水运行工况下启动，首先启动断路器闭合，并网断路器断开，静止变频器SFC单元内的控制电路控制静止变频器SFC单元输出电能的频率逐步上升，使得抽水蓄能机组转速逐步达到同步转速，同时励磁调节单元调节抽水蓄能机组的机端电压，使之达到额定值，投入同期调节单元；

同期调节单元频率调节通过借助静止变频器SFC单元中的控制电路进行，此时，发出的并网信号首先经过同期断路器出口动作时间和SFC停止和切除延时后，将启动断路器断开，机组依靠惯性短时间空载运行，经过断路器合闸动作延时后，闭合并网断路器，完成并网过程，整个仿真过程中，利用监测系统单元记录机端电压、机组频率、并网冲击电流等电气量数据。

抽水蓄能机组抽水运行工况下SFC启动并网仿真系统的电能传输关系如下：

无穷大电网单元依次连接并网断路器单元、主变压器单元及抽水蓄能机组单元；第二电压监测单元连接无穷大电网单元；第一电压监测单元连接到主变压器单元和抽水蓄能机组单元的连线上；无穷大电网单元通过降压变压器单元依次连接静止变频器SFC单元、SFC输出变压器单元、启动断路器单元及抽水蓄能机组单元。

抽水蓄能机组抽水运行工况下SFC启动并网仿真系统的信号流转关系如下：

第一电压监测单元和第二电压监测单元都连接同期调节单元，第一电压监测单元还与励磁控制单元连接，第二电压监测单元将采集到的无穷大电网的电压信息传送到同期调节单元和静止变频器SFC单元，第一电压监测单元将采集到的抽水蓄能机组机端电压信息提供给励磁控制单元和同期调节单元；

励磁控制单元和并网断路器单元都与同期调节单元连接，同期调节单元还与启动断路器单元和静止变频器SFC单元连接，励磁控制单元与抽水蓄能机组单元连接，转速测量单元连接抽水蓄能机组单元和静止变频器SFC单元；转速测量单元将采集到的抽水蓄能机组转速信息送到静止变频器SFC单元；电流监测单元采集的电流幅值提供给静止变频器SFC单元的网侧整流器控制单元；同期调节单元采集抽水蓄能机组的机端和无穷大电网侧的电压幅值、频率和相角信息，当机端电压达到额定电压，机组转速达到额定转速的97％时，同期调节单元开始借助励磁控制单元对抽水蓄能机组电压进行调节，借助静止变频器SFC单元对抽水蓄能机组频率进行调节，使机组满足并网条件，并当机组与电网间相角差满足预设并网要求时向并网断路器单元发出并网信号。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (10)

1.抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台，其特征是，包括：

抽水蓄能机组单元，实现对抽水蓄能机组仿真，能兼作电动机和水轮发电机，实现对多种运行工况的仿真；抽水蓄能机组的励磁电流和频率是能调节的，接受来自励磁控制单元和频率控制单元的调节信号，并对调节信号做出响应；

第一电压监测单元，用于采集或监视抽水蓄能机组机端电压信息，并将信息提供给励磁控制单元和同期调节单元；

第二电压监测单元，用于采集或监视无穷大电网的电压信息，并将信息提供给同期调节单元和静止变频器SFC单元；

监测系统单元，包括量测单元、记录单元及显示单元，根据仿真的需要，提供所需电气量的测量结果，形成由有效值、标幺值或曲线图形式表示的仿真结果；

同期调节单元，仿真开始前，在该单元中能预先设定好并网参数，准同期过程中，该单元将依照预先设定的参数要求对并网过程相关的电气量进行调节，当各电气量满足预设并网条件时发出合闸信号；

并网断路器单元，用来连接抽水蓄能机组单元和无穷大电网单元，完成机组的并网操作；

水轮机调速单元，用于抽水蓄能机组发电运行工况并网仿真中抽水蓄能机组转速的调节；采集抽水蓄能机组的转速信息，通过改变抽水蓄能机组模型的输入转矩来调节转速，并能接受来自于外部的励磁调节信号，实现对抽水蓄能机组转速的调节；

励磁控制单元，对抽水蓄能机组的励磁电流大小进行控制；励磁控制单元采集抽水蓄能机组机端电压，根据采集抽水蓄能机组机端电压大小调节励磁电压进而改变励磁电流，并能接受来自于外部的励磁调节信号，达到调节机组的机端电压的目的；

转速测量单元，在抽水蓄能机组单元不能够直接提供实时转速时用于测量抽水蓄能机组转速；

主变压器单元，对发电机端口电压进行升压，实现发电机与无穷大电网的电气连接；

基于上述单元，能够根据仿真实验要求搭建出不同的仿真模型，模拟抽水蓄能机组的不同运行工况以及不同工况下的同期并网仿真模型。

2.如权利要求1所述抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台，其特征是，所述第一电压监测单元和第二电压监测单元采集或监视的电压信息包括幅值、频率和相角信息。

3.如权利要求1所述抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台，其特征是，所述水轮机调速单元能替换为背靠背启动电源单元组，用于抽水蓄能机组抽水运行工况下背靠背启动并网仿真；所述背靠背启动电源单元组包括：

启动断路器单元，连接抽水蓄能机组单元和启动电源，用于通断启动线路；

背靠背启动调速单元，完成背靠背启动机组的转速控制，采集抽水蓄能机组的转速信息，通过改变抽水蓄能机组模型的输入转矩来调节转速，实现对抽水蓄能机组频率的调节；

背靠背启动机组单元，用于实现抽水蓄能机组的背靠背启动，在背靠背启动过程中，作为启动电源向抽水蓄能机组提供电流，并接受背靠背启动调速单元的控制信号，在并网阶段接受同期调节单元的信号调节输出电流的频率。

4.如权利要求3所述抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台，其特征是，所述背靠背启动机组单元采用同步发电机模型。

5.如权利要求1所述抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台，其特征是，所述水轮机调速单元能替换为SFC启动电源单元组，用于抽水蓄能机组抽水运行工况下SFC启动并网仿真；所述SFC启动电源单元组包括：

静止变频器SFC单元，是完成抽水蓄能机组变频启动的核心设备，不仅能为机组启动提供频率变化的启动电流，还能够对抽水运行工况下的机组频率进行控制；

SFC输出变压器单元，将静止变频器SFC单元输出的变频电压进行升压，供抽水蓄能机组启动使用；

降压变压器单元，为静止变频器SFC单元提供工作电压，降压变压器单元的高压侧与无穷大电网连接，低压侧与静止变频器SFC单元连接。

6.如权利要求1所述抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台，其特征是，所述无穷大电网模块采用容量为抽水蓄能机组容量的10倍以上的同步发电机。

7.如权利要求5所述抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台，其特征是，所述静止变频器SFC单元，包括主电路和控制电路；主电路包括网侧整流器、直流电抗器和机侧逆变器；控制电路包括网侧整流器控制单元和机侧逆变器控制单元；网侧整流器控制单元接受第二电压监测单元采集到的网侧电压信息和电流监测单元采集到的直流电抗器输出的直流电流信息，静止变频器SFC单元基于该信息控制电机电磁转矩；网侧整流器控制单元向网侧整流器提供控制信号，控制整流器输出电流；机侧逆变器控制单元接受同期调节单元采集到的抽水蓄能机组的机端和无穷大电网侧的电压幅值、频率和相角信息，还接受转速测量单元采集到的当前转速，还有给定的转速信息，向机侧逆变器提供控制信号，主要作用为给定逆变器的触发器，控制输出频率；通过主电路和控制电路的配合，仿真出脉冲换相启动、负载换相启动和同期调节过程中静止变频器SFC单元的动态特性。

8.基于权利要求1所述抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台的抽水蓄能机组发电 运行工况并网仿真系统，其特征是，包括：

无穷大电网单元依次连接并网断路器单元、主变压器单元及抽水蓄能机组单元；第二电压监测单元连接无穷大电网单元；第一电压监测单元连接到主变压器单元和抽水蓄能机组单元的连线上；

第一电压监测单元和第二电压监测单元都连接同期调节单元，第一电压监测单元还与励磁控制单元连接，第二电压监测单元将采集到的无穷大电网的电压信息传送到同期调节单元，第一电压监测单元将采集到的抽水蓄能机组机端电压信息提供给励磁控制单元和同期调节单元；

励磁控制单元和并网断路器单元都与同期调节单元连接，同期调节单元还与水轮机调速单元连接，励磁控制单元和水轮机调速单元都与抽水蓄能机组单元连接，转速测量单元连接抽水蓄能机组单元和水轮机调速单元；转速测量单元将采集到的抽水蓄能机组转速信息送到水轮机调速单元；同期调节单元采集抽水蓄能机组的机端和无穷大电网侧的电压幅值、频率和相角信息，当机端电压达到额定电压，机组转速达到额定转速的97％时，同期调节单元开始借助励磁控制单元对抽水蓄能机组电压进行调节，借助水轮机调速单元对抽水蓄能机组频率进行调节。

9.基于权利要求3所述抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台的抽水蓄能机组抽水运行工况下背靠背启动并网仿真系统，其特征是，包括：

无穷大电网单元依次连接并网断路器单元、主变压器单元及抽水蓄能机组单元；第二电压监测单元连接无穷大电网单元；第一电压监测单元连接到主变压器单元和抽水蓄能机组单元的连线上，背靠背启动电源单元通过启动断路器单元连接抽水蓄能机组单元；

第一电压监测单元和第二电压监测单元都连接同期调节单元，第一电压监测单元还与励磁控制单元连接，第二电压监测单元将采集到的无穷大电网的电压信息传送到同期调节单元，第一电压监测单元将采集到的抽水蓄能机组机端电压信息提供给励磁控制单元和同期调节单元；

励磁控制单元和并网断路器单元都与同期调节单元连接，同期调节单元还与启动断路器单元连接，励磁控制单元与抽水蓄能机组单元连接，转速测量单元连接抽水蓄能机组单元和背靠背启动调速单元；转速测量单元将采集到的抽水蓄能机组转速信息送到背靠背启动调速单元；同期调节单元采集抽水蓄能机组的机端和无穷大电网侧的电压幅值、频率和相角信息，当机端电压达到额定电压，机组转速达到额定转速的97％时，同期调节单元开始利用励磁控制单元对抽水蓄能机组电压进行调节。

10.基于权利要求6所述抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台的抽水蓄能机组抽水运行工况下SFC启动并网仿真系统，其特征是，包括：

无穷大电网单元依次连接并网断路器单元、主变压器单元及抽水蓄能机组单元；第二电压监测单元连接无穷大电网单元；第一电压监测单元连接到主变压器单元和抽水蓄能机组单元的连线上；无穷大电网单元通过降压变压器单元依次连接静止变频器SFC单元、SFC输出变压器单元、启动断路器单元及抽水蓄能机组单元；

第一电压监测单元和第二电压监测单元都连接同期调节单元，第一电压监测单元还与励磁控制单元连接，第二电压监测单元将采集到的无穷大电网的电压信息传送到同期调节单元和静止变频器SFC单元，第一电压监测单元将采集到的抽水蓄能机组机端电压信息提供给励磁控制单元和同期调节单元；

励磁控制单元和并网断路器单元都与同期调节单元连接，同期调节单元还与启动断路器单元和静止变频器SFC单元连接，励磁控制单元与抽水蓄能机组单元连接，转速测量单元连接抽水蓄能机组单元和静止变频器SFC单元；转速测量单元将采集到的抽水蓄能机组转速信息送到静止变频器SFC单元；电流监测单元采集的电流幅值提供给静止变频器SFC单元的网侧整流器控制单元；同期调节单元采集抽水蓄能机组的机端和无穷大电网侧的电压幅值、频率和相角信息，当机端电压达到额定电压，机组转速达到额定转速的97％时，同期调节单元开始借助励磁控制单元对抽水蓄能机组电压进行调节，借助SFC启动电源单元组对抽水蓄能机组频率进行调节。