一种虚拟同步机的制作方法

本发明涉及一种虚拟同步机。

背景技术：

目前我国风电、光伏等新能源发电产品的装机规模已位居世界第一，并保持高速发展。但是新能源为主的电力系统发电侧电力电子化给电力系统安全稳定运行带来新的挑战，与火电等同步发电机相比，主要表现在：1)电网等效惯性/阻尼降低，带来电网稳定性问题；2)新能源发电/输电抗扰能力弱，易引发自身稳定性问题；3)新能源静态出力的波动性和不确定性引起负荷供电充裕性问题。

虚拟同步发电机技术将是电力系统的一次历史性变革，通过从外特性上模拟出同步发电机的频率及电压控制特性，可提供惯性与阻尼，增强电网强度，提升电网稳定性、发电设备自身稳定性及负荷供电充裕性，是解决源-网-荷侧一系列问题的有效技术手段。大规模间歇式新能源通过虚拟同步机接入电网，一是能够主动参与一次调频、调压，提供一定的有功和无功支撑；二是能够提供惯性阻尼，有效抑制频率振荡。因此，采用虚拟同步机技术，可使间歇式新能源发电具备与常规火电接近的外特性，对于促进新能源大规模开发与利用，推动全球能源互联网构建具有重要意义。

但是常规的虚拟同步机仅由蓄电池和逆变器组成，如图1所示，其基本功能为通过吸收有功或输出无功对电网进行补偿。而由于蓄电池单元需要根据电网调节需求，随时进行有功或者无功的调节，所以蓄电池组中的电量只能保持在中间状态附近，即SOC为50％作用，才能保证即可以吸收有功又可以发出有功。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种虚拟同步机，用以解决传统的虚拟同步机在进行有功或者无功的调节时，蓄电池组中的电量只能保持在中间状态附近的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括一种虚拟同步机，包括逆变装置和储能装置，所述储能装置通过直流母线连接所述逆变装置的直流侧，所述直流母线上连接有CROWBAR装置，用于在储能装置充满电时启动，利用CROWBAR装置的泄放功能来吸收电网有功。

所述CROWBAR装置包括一条泄放电路或者至少两条并联设置的泄放电路，所述泄放电路上串设有泄放电阻和控制开关。

所述控制开关由串设在所述泄放电路上的断路器和全控型开关管构成。

所述虚拟同步机包括控制装置，所述直流母线上设置有用于检测直流电压的电压检测装置，所述控制装置采样连接所述电压检测装置，控制连接所述全控型开关管。

所述CROWBAR装置包括控制单元，所述直流母线上设置有用于检测直流电压的电压检测装置，所述控制单元采样连接所述电压检测装置，控制连接所述全控型开关管；所述虚拟同步机还包括控制装置，所述控制单元利用通讯接口与所述控制装置连接。

本发明的有益效果是，在逆变装置与储能装置之间的直流母线上增加有CROWBAR装置，在储能装置吸收有功到充满电时，虚拟同步机如果再吸收有功，那么，该CROWBAR装置就进行能量的泄放，保证电网有功的吸收。这种方式由于可以满足储能装置在充满电时仍旧能够吸收有功，所以，在进行有功或者无功的调节时，储能装置中的电量就可以不用限定于保持在中间状态附近，能够保证储能装置运行在最大储能状态，不但提高了虚拟同步机的单台容量和储能装置的工作效率，而且，提升了有功吸收的灵活性。

附图说明

图1是现有的虚拟同步机的整体结构示意图；

图2本发明提供的虚拟同步机的整体结构示意图；

图3是CROWBAR电路的结构图；

图4是本发明提供的虚拟同步机另一种实施方式的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

如图2所示，本发明提供的虚拟同步机(虚拟同步发电机)不但包括常规虚拟同步机中的逆变装置和储能装置，还包括有CROWBAR装置，其中，逆变装置(以下称为逆变器)为现有的逆变电路，储能装置为现有的能够存储和释放电能的设备，比如蓄电池或者超级电容等，本实施例以蓄电池为例。由于逆变装置和储能装置均属于现有技术，本实施例就不再对其具体结构进行说明。以下对CROWBAR装置进行具体描述。

该CROWBAR装置设置在逆变器和蓄电池之间的直流母线上，用于吸收电网有功，可以保障蓄电池的容量运行在最大储能状态，提高了虚拟同步机的单台容量和蓄电池单元的工作效率。

CROWBAR装置可以只包括一条CROWBAR电路，亦可以包括至少两条并联设置的CROWBAR电路，电路之间相互独立。本实施例中给出每条电路的功率，为1MVAR。CROWBAR电路的具体设置的个数由虚拟同步机的容量决定，所以，不同条数的CROWBAR电路能够适应不同容量的虚拟同步机。本实施例以一条CROWBAR电路为例进行说明。

如图3所示，CROWBAR电路包括依次串设的直流断路器、IGBT和泄放电阻。直流断路器是用于隔离CROWBAR电路与直流母线之间的连接，方便对CROWBAR电路进行检修，同时不影响虚拟同步机小容量运行。IGBT的作用为实现CROWBAR电路与直流母线之间的连接，当IGBT导通时，通过泄放电阻来吸收电网的有功。所以，泄放电阻是该CROWBAR电路的核心部分，用于吸收电网的有功，在本实施例中，该电阻的材质为高温合金，这样可以解决泄放电阻的体积问题，同时其耐高温的特性可以使阻值相对较小，泄放有功的时间相对较短。

而且，在对IGBT进行导通控制时，可以使用该虚拟同步机配套设置的控制装置来对IGBT进行控制，该控制装置控制连接该IGBT。并且，在直流母线上设置有电压检测装置，用于检测该直流母线的直流电压，控制装置采样连接该电压检测装置。该控制装置接收直流母线电压值，并根据蓄电池的容量设计触发上限值，这样可以根据直流母线上的电压值判断蓄电池是否充电完毕：当直流母线上的电压值大于或者等于触发上限值时，认定蓄电池充电完毕，否则，没有充满电。如果充电完毕则控制触发IGBT导通，实现CROWBAR电路对虚拟同步机吸收的有功进行泄放。

另一种情况，如果CROWBAR电路采用独立的控制单元控制，那么，利用该控制单元来控制IGBT；同样地，该控制单元也采样连接设置在直流母线上的电压检测装置。控制单元接收直流母线电压值，与上述控制方式相同，如果充电完毕则控制触发IGBT导通，实现CROWBAR电路对虚拟同步机吸收的有功进行泄放。另外，该控制单元上还可以设有通讯接口，比如RS485通讯接口，用于与上述控制装置进行通讯连接，用于接收由虚拟同步机下发的控制指令并执行吸收有功的操作。

因此，不管是采用什么样的控制设备来控制IGBT，该CROWBAR电路的工作原理均为：当直流母线上的电压高于设定的上限值时，即表示蓄电池被充满，IGBT被控制导通，以脉冲的形势将能量泄放至泄放电阻中，这样可以有效的控制直流母线电压，同时避免吸收有功的同时泄放蓄电池中的能量。

上述实施例中，CROWBAR电路中的全控型开关管选择IGBT，其开关速率较快，同时采用脉冲控制，可以根据直流母线的变化控制脉冲的宽度，维持直流母线在设定范围内进行波动，避免对蓄电池单元进行能量泄放，增加蓄电池单元充放电次数。作为其他的实施例，CROWBAR电路中的全控型开关管还可以是其他类型，比如：MOSFET。另外，本实施例中，CROWBAR电路中串设有断路器和全控型开关管，这是一种进一步优化的实施方式，作为其他的实施例，CROWBAR电路上只需设置控制开关和泄放电阻即可。

上述实施例中，直流母线上连接一条CROWBAR电路，作为其他的实施例，当直流母线上连接多条CROWBAR电路时，如图4所示，可以根据实际需要泄放的能量来对应导通其中部分或者全部CROWBAR电路，所以，这种实施方式不但可以有效缩短泄放有功的时间，而且能够提升最大可泄放的电量，因此使泄放控制更加灵活。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。