一种新能源发电控制系统的制作方法

本发明涉及新能源发电领域，尤其涉及一种新能源发电控制系统。

背景技术：

基于能源资源和负荷需求逆向分布的国情，国家电网公司提出了建设“发展特高压交流输电，建设坚强国家电网”的战略目标，特高压电网具有远距离、大规模、高效率等特点，促进大煤电、大水电、大核电、大可再生能源基地的开发，对实现全国范围内的资源优化配置具有重要意义。特高压交流输电线路电压等级高，单位长度的线路电容产生的容性充电功率显著增加，当线路末端空载或者轻再时，线路末端会产生电压升高现象。当线路故障后将产生过电压，同样会对设备或者系统的安全稳定带来危害。随着特高压输电工程建设不断增加，电网传输的电能将大大提高，同时电网传输的电量有可能随时会发生变化，对线路的无功功率平衡和电压的有效控制提出了更高的要求。

一般来讲，电压稳定问题普遍在负荷比较大的地区电网存在，但随着送端电网中光伏、风电等新能源大规模并网，从而挤压替代了大量的常规电源，导致电网动态无功支撑能力大大下降，如我国西北地区海西电网，存在百万千瓦级光伏基地，而网内仅有少量的同步机电源，使得本地区的电压稳定问题比较突出，在发生特高压直流连续换相失败等大扰动冲击下暂态过程中负荷节点电压难以恢复，给系统安全稳定运行带来不利影响。

调相机作为一种大容量、快速动态无功补偿设备，已在我国多馈入特高压直流受端电网得到应用，为抑制直流换相失败、提高受端电网电压稳定水平起到了良好的效果。目前，关于提高暂态电压稳定水平的动态无功优化配置研究大多集中在基于故障后极限切除时间、暂态电压跌落及可接受性指标、轨迹灵敏度的安装地点优化，而调相机与发电机组之间的机体本身数值的差距会导致进行故障发电机调相时与原本电机组之间产生一定的相位差，从而导致补偿发电机发电功率时，整体电机组发电产生功率上的波动。

技术实现要素：

发明目的：

针对关于提高暂态电压稳定水平的动态无功优化配置研究大多集中在基于故障后极限切除时间、暂态电压跌落及可接受性指标、轨迹灵敏度的安装地点优化，而调相机与发电机组之间的机体本身数值的差距会导致进行故障发电机调相时与原本电机组之间产生一定的相位差，从而导致补偿发电机发电功率时，整体电机组发电产生功率上的波动的问题，本发明提供一种新能源发电控制系统。

技术方案：

一种新能源发电控制系统，用于在故障时控制新能源电网稳定发电以及回稳，包括：

限幅模块，用于对发电机组中的发电机进行功率限制以及释放功率限制；

增幅模块，用于在所述限幅模块解除发电机的功率限制后进行功率增加；

功率观察模块，用于对发电机组中的发电机的输出功率进行观察以及上传故障电机；

分压模块，用于在所述增幅模块对未故障发电机增幅后对增幅部分的功率对应的电压进行分压；

电压调相模块，根据故障发电机与非故障发电机之间的电压相位差进行增幅电压的调相；

第一电流调相模块，对增幅后的非故障电机的电流进行调相；

第二电流调相模块，对经过分压模块分压后的非故障电机的电流进行调相；

发电机调相模块，将经由所述电压调相模块调整的增幅电压配置于故障发电机的整流器；

母线调节模块，用于配合所述发电机调相模块将故障电机的整流器输出的调整后的电压输至电机组的直流汇总器。

作为本发明的一种优选方式，所述限幅模块以及所述增幅模块对应于各发电机的永磁极，所述限幅模块限制所述永磁极的磁场大小，所述增幅模块对所述限幅模块解除磁场限幅的非故障发电机磁极进行磁场的增大，非故障发电机磁场增大，非故障发电机发电功率增大；

当所述增幅模块增大磁场后，所述限幅模块对增幅后的非故障发电机进行磁场锁定；

当故障电机回稳后，所述限幅模块对非故障发电机的磁场进行限幅，将增幅后的磁场减小至初始磁场大小。

作为本发明的一种优选方式，所述增幅模块对永磁极额外附加电磁极，所述增幅模块设置为电磁感应回路，当非故障电机需要进行增幅时，所述增幅模块增加电磁感应回路中的电流。

作为本发明的一种优选方式，当所述增幅模块对非故障发电机进行增幅时，所述电流调相模块将经过所述增幅模块增幅后的发电机的电流的相位角调整与电压的相位角呈一定相位差的程度，记为电流相位角调相；

当所述分压模块对增幅后的非故障发电机进行分压后，所述电流调相模块将经过所述分压模块分压后的非故障电机的电流的相位角调整为初始状态，记为电流相位角补偿，所述初始状态为本次增幅前电流的初始相位角的状态。

作为本发明的一种优选方式，在所述电流调相模块进行调相时，根据所述增幅模块对非故障发电机功率增幅后获得的电压增幅，将电流的相位角调整至符合非故障发电机的既定功率的位置。

作为本发明的一种优选方式，所述增幅模块对非故障发电机的增幅为持续的过程，所述电流调相模块对增幅后的非故障电机的电流进行调相为与所述增幅模块的增幅过程相对应的调相过程。

作为本发明的一种优选方式，所述发电机调相模块在获取电机组的非故障电机经过分压模块分压的电压后，对各个来自各个发电机的增幅电压进行调相，将各个增幅电压的相位角调整至相应的发电机发电电压的初始相位角的一个周期后的角度。

作为本发明的一种优选方式，所述发电机调相模块在对增幅电压进行调相时，对增幅电压生成的电流做出相应的调相；

在各个非故障发电机的增幅电压以及增幅电压生成的电流调相完成后，所述发电机调相模块将增幅电压配置于故障发电机的整流器中。

作为本发明的一种优选方式，所述母线调节模块针对所述增幅模块对故障电机增幅的功率进行功率输出，当所述发电机调相模块将增幅电压配置与故障发电机后，所述母线调节模块启用直流母线。

作为本发明的一种优选方式，对于所述功率观察模块，当判断故障发电机的输出功率逐渐超出未发生故障时的功率值时，判定此时电机组故障排除，所述限幅模块限制发电机功率输出。

本发明实现以下有益效果：

1.本发明直接利用电机组中的非故障发电机进行功率增幅，通过增幅功率带来的增幅电压对故障发电机进行电压以及功率的补偿，使得故障发电机在发生故障时能够进行自我调整，且在自我调整的过程中能够根据故障发电机的功率损失值将该功率损失值平均分配至该电机组中的非故障发电机中，从而调整非故障发电机的增幅状态。

2.本发明通过电网系统中电机组内部调整，即通过在故障电机上接入非故障发电机的增幅功率，使得故障发电机上获得的补偿功率、补偿电压的频率是与故障前是一致的，从而使得补偿结果稳定。

3.在非故障发电机进行增幅的时候，通过改变电流的相位使得非故障发电机增幅过后在导线中传输的功率与未增幅之前的功率一致，从而保证非故障电机在增幅后导致发电系统中传输的功率不会突破额定的功率，避免电网出现故障，同时保证了增幅后的电压大于增幅前的电压，从而可以继续进行对于故障发电机的电压补偿。

4.通过对进入故障发电机的电压以及电流进行相位的调整，使得故障发电机中的补偿电压与电流之间的相位保持绝对的一致，从而保证了故障发电机能够以与非故障电机相同的相位的电压与电流进行发电，保证了进行补偿时发电系统的稳定。

5.通过发电系统的内部补偿以及在电机组中设置空转的发电机，即在正常状态下不参与发电工作的发电机，当发电机组中的一个发电机发生故障时，其余的非故障发电机可以将增幅电压传输至空转的发电机中，使得空转的发电机代替故障发电机进行发电，从而可以将故障发电机从发电系统中退出，便于进行故障发电机的维修，且不需要停止发电；当需要进行发电机检修时，也可以通过上述方法进行检修从而避免需要暂停发电才能进行发电机检修的情况。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并于说明书一起用于解释本公开的原理。

图1为本发明提供的一种新能源发电控制系统的工作步骤图；

图2为本发明提供的一种新能源发电控制系统的系统框架图；

图3为本发明提供的一种新能源发电控制系统的非故障电机在进过电流调相模块对电流进行调相后电压波形图与电流波形图的相位差示意图；

图4为本发明提供的一种新能源发电控制系统的发电机调相模块调相前后的电流波形图示意图；

图5为本发明提供的一种新能源发电控制系统的发电机调相模块调相前后的电压波形图示意图。

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。

实施例一

参考图1-5。本实施例提供一种新能源发电控制系统，用于在故障时控制新能源电网稳定发电以及回稳，包括：

限幅模块1，用于对发电机组中的发电机进行功率限制以及释放功率限制；

增幅模块2，用于在所述限幅模块1解除发电机的功率限制后进行功率增加；

功率观察模块3，用于对发电机组中的发电机的输出功率进行观察以及上传故障电机；

分压模块4，用于在所述增幅模块2对未故障发电机增幅后对增幅部分的功率对应的电压进行分压；

电压调相模块5，根据故障发电机与非故障发电机之间的电压相位差进行增幅电压的调相；

第一电流调相模块61，对增幅后的非故障电机的电流进行调相；

第二电流调相模块62，对经过分压模块4分压后的非故障电机的电流进行调相；

发电机调相模块7，将经由所述电压调相模块5调整的增幅电压配置于故障发电机的整流器；

母线调节模块8，用于配合所述发电机调相模块7将故障电机的整流器输出的调整后的电压输至电机组的直流汇总器。

作为本发明的一种优选方式，所述限幅模块1以及所述增幅模块2对应于各发电机的永磁极，所述限幅模块1限制所述永磁极的磁场大小，所述增幅模块2对所述限幅模块1解除磁场限幅的非故障发电机磁极进行磁场的增大，非故障发电机磁场增大，非故障发电机发电功率增大；

当所述增幅模块2增大磁场后，所述限幅模块1对增幅后的非故障发电机进行磁场锁定；

当故障电机回稳后，所述限幅模块1对非故障发电机的磁场进行限幅，将增幅后的磁场减小至初始磁场大小。

作为本发明的一种优选方式，所述增幅模块2对永磁极额外附加电磁极，所述增幅模块2设置为电磁感应回路，当非故障电机需要进行增幅时，所述增幅模块2增加电磁感应回路中的电流。

作为本发明的一种优选方式，当所述增幅模块2对非故障发电机进行增幅时，所述电流调相模块6将经过所述增幅模块2增幅后的发电机的电流的相位角调整与电压的相位角呈一定相位差的程度，记为电流相位角调相。

当所述分压模块4对增幅后的非故障发电机进行分压后，所述电流调相模块6将经过所述分压模块4分压后的非故障电机的电流的相位角调整为初始状态，记为电流相位角补偿，所述初始状态为本次增幅前电流的初始相位角的状态。

作为本发明的一种优选方式，在所述电流调相模块6进行调相时，根据所述增幅模块2对非故障发电机功率增幅后获得的电压增幅，将电流的相位角调整至符合非故障发电机的既定功率的位置。

作为本发明的一种优选方式，所述增幅模块2对非故障发电机的增幅为持续的过程，所述电流调相模块6对增幅后的非故障电机的电流进行调相为与所述增幅模块2的增幅过程相对应的调相过程。

作为本发明的一种优选方式，所述发电机调相模块7在获取电机组的非故障电机经过分压模块4分压的电压后，对各个来自各个发电机的增幅电压进行调相，将各个增幅电压的相位角调整至相应的发电机发电电压的初始相位角的一个周期后的角度。

作为本发明的一种优选方式，所述发电机调相模块7在对增幅电压进行调相时，对增幅电压生成的电流做出相应的调相。

在各个非故障发电机的增幅电压以及增幅电压生成的电流调相完成后，所述发电机调相模块7将增幅电压配置于故障发电机的整流器中。

作为本发明的一种优选方式，所述母线调节模块8针对所述增幅模块2对故障电机增幅的功率进行功率输出，当所述发电机调相模块7将增幅电压配置与故障发电机后，所述母线调节模块8启用直流母线。

作为本发明的一种优选方式，对于所述功率观察模块3，当判断故障发电机的输出功率逐渐超出未发生故障时的功率值时，判定此时电机组故障排除，所述限幅模块1限制发电机功率输出。

具体实施过程中，在进行发电时，电网系统通过发电机组进行发电，当发电机组产生一定的振荡时，发电机组中对应的一个或多个发电机会产生一定的振荡，产生振荡的发电机会产生发电功率的衰退，从而造成发电损失。在发电机组中的发电机出现问题时，例如，发电机组中共有发电机a、发电机b、发电机c，当假设发电机a产生振荡，从而使得发电机a的发电电压产生衰退；此时，功率观察模块3会观察到发电机a的发电功率减少，发电功率减少的情况下，功率观察模块3会将发电机a作为故障电机并将发电机a的信息传输至控制系统中，对于功率观察模块3而言，在确认发电机a是故障电机后，会将发电机a对应的发电电压的波形图以及电流的波形图发送至控制系统。

控制系统获得发电机a的信息后，根据功率观察模块3观察到的发电机a的功率以及对应的发电电压的波形图以及电流的波形图，控制系统根据发电机a的实际发电功率计算出发电机a实际发电功率与额定发电功率的差值，该功率差值就是发电机b与发电机c需要补偿给发电机a的功率的数值，因此，将该功率差值的量均分至发电机b与发电机c上。

对于发电机b以及发电机c，在不做线圈以及转速的改变的情况下，周期以及频率是不会改变的，而只会改变振幅，即发电的最大值，在发电的最大值改变的时候，发电机对应的发电功率同时发生改变，因此，发电机b对应的限幅模块1b以及发电机c对应的限幅模块1c会接解除电机b以及发电机c的功率限制，进而，发电机b对应的增幅模块2b以及发电机c对应的增幅模块2c会进行发电机b以及发电机c的功率增加。

以发电机b为例，发电机b对应的线圈与转子不会发生任何改变，因此发电机b对应的发电波形图的频率不会发生改变，进而发电机b对应的增幅模块2b将发电机b中的电磁感应回路中的励磁电流增加，励磁电流增加的情况下，电磁感应回路产生的电磁场增大，电磁感应回路生成的电磁场的方向与永磁极的方向一致，因此，电磁场增大配合发电机b中的永磁极使得发电机b中的有效总磁场增大，根据公式e＝nbsωsinωt，在总磁场b增大的情况下，电动势e的最大值会增加，从而使得发电机b的发电电压值增大。

当发电机b的发电电压增大时，会导致发电电压带来的电流增大，从而使得发电机b对应的功率增大，从而使得发电机b对应的导线上的功率变大，超过导线的最大负载，因此，需要将导线上的功率降低。

因此，在发电机b发电电压增大的同时，第一电流调相模块61将发电机b的发电电压所产生的电流向后调整一定的相位角，使得电压与电流之间产生相应的相位差的关系，记作φ，因此，发电机b的功率为po＝uicosφ，u为增幅模块2增幅后的发电机b的发电电压、i为对应的电流、φ为电压与电流之间的相位角。

在经过相位角φ的调整后，发电机b的功率po与发电机a未产生故障时所有的发电机各自的发电功率一致，从而使得发电机b的功率传输至分压模块4时能确保线路的安全。而对于φ，控制系统计算在未提供相位差时，原始功率p与ui之间的比值，该比值即相位差的余弦值，即cosφ的值，通过cosφ的值进而计算出φ，即此时电压u和电流i之间应当存在的相位角。

在功率传输至分压模块4时，分压模块4对此时的电压产生反应，分压模块4限制原始电压向后传输，而此时的发电机b产生的电压明显高于原始的电压值，因此分压模块4将发电机b产生的当前的电压值进行分配，将当前电压中数值与原始电压的部分继续向后传输，而过剩的部分，即增幅模块2b为发电机b增幅的那部分增幅电压会作为补偿电压进行故障发电机a的电压补偿。

此时，电压调相模块5对增幅电压进行一次调相，将增幅电压向后调整至与初始相位角周期的整数倍的相位处，即若初始相位为α，则向后调整2nπ-α的位置处，一般调整至2π-α的位置处，从而使得增幅电压的相位与发电机b在正常状况下的初始相位角一致，相位差为0。

当分压模块4将发电机b当前发电电压分压后，与原始电压值对应的电压会继续向后传输，此时，由于分压的作用，导致分出的两股电压会对应有各自的电流，而电流在分压模块4对当前电压进行分压时会自然而然的将电流也分流了，因此，两股电压对应的电流与电压之间依旧是处于存在一个相位差的状态下。此时，第二电流调相模块62根据上述调整的φ再次对电流进行调整，为发电机b向后传输的电流提供2π-φ的相位差，将相位差补齐至2π，从而使得相位差能够忽略不计，从而达成电流相位角补偿的过程。在补偿完成后，此时的真正传输至变频器的功率与初始功率p一致。

上述举例为发电机b的过程，发电机c的过程与发电机b的过程一致。

而对于被分压模块4分压的电压以及对应的电流，发电机调相模块7会进行调整，发电机调相模块7获取发电机b以及发电机c在分压模块4处分压的电压以及对应的电流，对于电压而言，由于已经经过电压调相模块5调相，此时电压应当与初始电压的相位是一致的，但是为了避免在配置电压时出现误差，发电机调相模块7再次对该部分增幅电压进行调相，继续向后调整一个周期的相位；相应的，对于对应的电流，可以简单的将增幅电压对应的电流的相位直接调整至与增幅电压此时的相位一致的状况下，也可以根据上述调整的φ再次对电流进行调整，增幅电压对应的电流提供2π-φ的相位差，将相位差补齐至2π，从而使得电流电压同相位。

进而，发电机调相模块7将发电机b以及发电机c提供的增幅电压配置于故障的发电机a上，进而，不论发电机a是否有任何相位问题，发电机a的电压调相模块5将发电机a的电压的相位向后调整至相应的一个周期的位置，从而使得发电机a的电压与发电机调相模块7提供的补偿电压的相位一致，从而使得发电机调相模块7提供的补偿电压与发电机a的电压能够完美适配。

在完美适配后，持续进行发电，而工作人员进行检修，在检修过程中，发电机a会出现功率波动，根据功率波动，控制系统按照上述的方法进行相应的调整，检修的过程使得发电机a逐渐恢复，由于瞬时值的因素，在修复的过程中，当出现功率波动时，整体的功率值会有瞬时的超出原本未故障时的功率值的情况，此时控制系统会进项调整，在逐渐的多次发生瞬时值超出，且不存在瞬时值低于原本的功率后，判定此时发电机a逐渐回稳，发电系统逐渐回稳。

在系统逐渐回稳时，限幅模块1逐渐对发电机b以及发电机c进行限制，从而使得发电机b以及发电机c的功率降低，相应的，对应的导线上的功率降低，由于被电压调相模块5以及电流调相模块6调整至符合额定的功率，因此，此时降低发电机b以及发电机c的功率会导致导线处功率降低，因此，对于此时的电流，第一电流调相模块61会将电流的相位向前调整，使得此时通过电压以及电流计算得到的功率与初始的功率p一致的状态下。

特别的，可以在电机组中设置空转的发电机，即在正常状态下不参与发电工作的发电机，当发电机组中的一个发电机发生故障时，其余的非故障发电机可以将增幅电压传输至空转的发电机中，使得空转的发电机代替故障发电机进行发电，从而可以将故障发电机从发电系统中退出，便于进行故障发电机的维修，且不需要停止发电；当需要进行发电机检修时，也可以通过上述方法进行检修从而避免需要暂停发电才能进行发电机检修的情况。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的是让熟悉该技术领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此来限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作出的等同变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。