一种带光伏电池阵列大容量集中式虚拟同步机的制作方法

本实用新型属于电气工程领域，特别涉及一种带光伏电池阵列大容量集中式虚拟同步机。

背景技术：

目前我国风电、光伏装机规模已位居世界第一，并保持高速发展。与火电等同步发电机相比，风电、光伏发电不具备阻尼功率振荡、惯性调频、自主调压的能力，大规模接入电网后，将影响电网的电压/频率稳定性，但是通过虚拟发电机技术可以解决这一问题，虚拟同步机是通过实时跟踪系统频率、电压变化，模拟同步发电机一次调频和励磁控制机制，自动调节有功和无功输出，自适应参与系统频率、电压调节，提升区域电网的安全稳定运行水平。

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。

大容量集中式虚拟同步机一般要求在MW级以上，现有的新能源和微电网电网调频，一是靠光伏和风电等变流器具备一定的调频功能；二是靠几十千瓦小容量的虚拟同步机，这主要是因为储能电池并联一致性要求容量不能太大，需要大容量集中式虚拟同步机时，靠多机并联，但由于并联控制的为分散控制，其输出一致性和响应时间等达不到系统要求。

虚拟同步机在电站并网点接入，使电站整体具备常规火电厂特性。研究者提出了多种虚拟同步机方案，常采用多路DC/DC和DC/AC的拓扑结构，并配置多种光伏电池阵列，将DC/AC交流侧并联通过变压器接入电网，但是这种方案一旦DC/AC发生故障，容易造成储能电池无法充电和无法放电的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种带光伏电池阵列大容量集中式虚拟同步机，用于解决集中式DC/AC电路控制故障时储能电池无法充放电的问题。

为解决上述问题，本实用新型的技术方案是：

一种带光伏电池阵列大容量集中式虚拟同步机，包括n组光伏电池阵列，n组储能电池组，每组光伏电池阵列通过对应的一级DC/DC电路连接各储能电池组，各储能电池组通过对应的二级DC/DC电路连接直流母线，直流母线连接至少两个DC/AC电路的直流侧，DC/AC电路的交流侧用于连接变压器。

所述DC/AC电路的交流侧分别连接一个变压器的两个副边绕组，原边绕组用于连接电网。

每组储能电池组与对应二级DC/DC电路之间为直流线路，相邻的直流线路之间设有联接开关。

所述储能电池组包括不同种类的电池。

所述DC/AC电路的直流侧之间通过一个互联开关连接。

所述DC/AC电路的交流侧还分别设有交流滤波器。

每组储能电池组还连接有直流滤波器。

所述交流滤波器与对应变压器之间设有并网开关。

所述DC/AC电路的直流侧与直流母线之间还设有直流接触器。

本实用新型的有益效果是：

通过将DC/AC电路的输出端分别接入变压器，并且在DC/AC电路的直流侧与直流母线之间还设有直流接触器，使DC/AC电路可以相互备用，当DC/AC电路都正常时，可以以集中控制或分别控制的方式保证储能电池的正常充放电，当一路故障时，其他的支路也可以保证继续完成为储能电池充电，储能电池也可以通过其他的支路向变压器提供合适的交流电压，完成放电的过程。

利用光伏电池阵列对储能电池进行充电，降低了电网对储能电池供电的压力，多路电池板对储能电池充电，有利于对光伏电池阵列的维护，并可以实现对光伏储能电池集中控制或分散控制充电。

每组储能电池组与对应二级DC/DC电路之间为直流线路，相邻的直流线路之间设有联接开关，使二级DC/DC电路可以相互备用，完成对储能电池的充放电。

由于对储能电池的一致性要求比较低，可以采用多种储能电池，而且采用可以根据储能电池容量灵活配置DC/DC的数量，多路DC/DC的设置方式，有利于后期储能电池组的维护或更换。

附图说明

图1为带光伏电池阵列的虚拟同步机示意图；

图2为单极双向DC/AC拓扑电路结构并网变流器图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明：

本实用新型的一种带光伏电池阵列的虚拟同步机，n组光伏电池阵列、n组一级DC/DC双向变换器、n组电池，n组直流滤波回路、n-1只直流互联开关、n组二级DC/DC双向变换器、2路DC/AC变流器、2路交流滤波回路、2个接触器、2个并网断路器、1个副边双绕组变压器、2组防雷器组成，其中DC/AC的每路分别接相同容量的储能电池，且每路结构一致，都包括直流母线电容、逆变器、滤波回路、接触器、断路器，其中，每路滤波回路输出连接至网侧接触器，接触器输出连接至并网断路器，并网断路器输出连接至并网变压器的副边绕组，在并网断路器和并网变压器之间安装防雷器。

电路结构的具体连接方式，如图1所示，光伏电池阵列通过串并联共一个直流母线，直流母线的“+“极连接至一级DC/DC的“+”，直流母线的“-“极连接至一级DC/DC的“-”，一级DC/DC的“+”连接电池的“+”，一级DC/DC的“-”连接电池的“+”，电池的“+”连接二级DC/DC的“+”，电池的“-”连接二级DC/DC的“-”，二级DC/DC的“+”至DC/AC的“+”，DC/DC的“-”连接至DC/AC的“-”，DC/AC的交流输出通过变压器并到电网上。

一种带光伏电池阵列大容量集中式虚拟同步机具体工作过程为：首先通过一级DC/DC电路从光伏电池阵列向其充电，当一路光伏电池阵列故障时，可以通过其他支路进行充电，光伏电池阵列对储能电池充电采用DC/DC变换器，使光伏电池阵列电压配置更加灵活。然后储能电池放电，多路DC/DC变换器升压汇集为1100V，之后向DC/AC变流器提供直流测1100V的输入电压，再通过DC/AC变流器进行逆变，变流器输出接入变压器的副边绕组，变压器的原边绕组与35KV母线相连，最后电网输出合适的交流电压；变压器也可以向储能电池充电，此时DC/AC变流器工作在整流状态，将电网侧交流电压整流为直流电压，该电压经DC/DC变换器降压得到储能电池的充电电压。当DC/AC电路都正常时，可以以集中控制或分别控制的方式保证储能电池的正常充放电，当一路故障时，其他的支路也可以保证继续完成为储能电池充电，储能电池也可以通过其他的支路向变压器提供合适的交流电压，完成放电的过程，DC/AC电路的直流侧与直流母线之间还设有直流接触器KDC，使DC/AC电路可以相互备用，避免一路故障时导致储能电池无法充放电，互联开关QS1在直流接触器KDC和母线电路共同故障时，起到通路的作用。在这种虚拟同步发电机既可以吸收有功，也可以发出有功。

现市面储能电池电压一般都在1000V及以下，本专利选择电压范围在500V-800V之间的电池，根据电池特性确定每组电池容量，每组电池的容量也可以根据集中式虚拟同步机总容量计算，例如5MW集中式虚拟同步机，可以分为10组储能电池和10路DC/DC双向变换器，每组电池500kW；根据目前电池技术特点，每组电池容量不超过500kW。

DC/DC的数量可以根据储能电池容量灵活配置，对储能电池的要求比较低，其中每种储能电池采用一路DC/DC，多路DC/DC的设置方式有利于后期储能电池组的维护或更换，多路DC/DC变换器有利于后期储能电池组的维护或更换，多路DC/DC的方式有利于电池组和光伏电池阵列的维护或更换，而不需要考虑是否与原配置是否兼容。多路DC/DC配置可以更方便光伏电池阵列的容量和运行电压配置，可以通过DC/DC电路，对电压进行变换。

每组储能电池连接方式，如图1所示，每路直流母线通过直流接触器KDC连接至DC/AC的母线电容，母线电容与DC/AC的逆变桥IGBT通过叠形母排，构成功率模块，功率模块可以采用单管IGBT搭建，也可以采用半桥IGBT搭建，只要满足电压和电流范围要求。

每路DC/AC逆变桥输出连接至交流滤波回路，滤波回路可以采用LCL型式，也可以采用LC型式，主要根据网侧THD要求进行确定。滤波回路里面的熔断器可以在电抗器和电容之间，也可以在电抗器与逆变桥之间。

本实施例中，两个DC/AC电路分别连接一个变压器的副边，作为其他实施方式，两个DC/AC电路也可以分别连接两个变压器的副边。

本实施例中，DC/AC变流器可以采用单极双向DC/AC拓扑电路结构，作为其他实施方式，也可以采用三电平的变流器拓扑结构。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员而言，根据本实用新型的启示，设计出各种方案的虚拟同步机，在不脱离本实用新型的原理下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围内。