一种基于光伏阵列MGP并网的有功功率调节系统的制作方法

一种基于光伏阵列mgp并网的有功功率调节系统
技术领域
1.本发明涉及新能源电网技术领域，尤其涉及一种基于光伏阵列mgp(同步电机对(motor
‑
generator pair)，下同)并网的有功功率调节系统。


背景技术：

2.为了保护全球环境，减少化石能源的使用，将新能源发电方式代替传统的火力发电是未来电力系统发展的必然趋势。但是高比例新能源的并网将会带来一系列的新问题和新挑战，比如新能源机组缺乏可靠的惯性响应和换流器暂态过电压支撑能力不足等问题，导致系统的频率稳定性和电压稳定性都会受到影响，新型的mgp并网方式能有效的解决高比例新能源并网带来的问题，但是也存在新能源的利用率不高和电能浪费的问题。
3.有功功率是指单位时间内实际发出或消耗的交流电能量，是周期内的平均功率。单相电路中等于电压有效值、电流有效值和功率因数的乘积。多相电路中等于相数乘以每相的有功功率。有功功率设置有调节系统，可以对功率进行调节。但是目前有的调节系统有功功率占比过低，即无功功率占比过大，会导致线损增加、容量下降、设备使用率下降，从而导致电能浪费加大。


技术实现要素：

4.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
5.鉴于上述现有光伏阵列mgp并网调节系统存在的问题，提出了本发明。
6.因此，本发明要解决的技术问题是提供一种基于光伏阵列mgp并网的有功功率调节系统，其目的在于解决并网系统中有功功率占比过低，导致线损增加、容量下降、设备使用率下降，进而导致电能浪费加大等问题。
7.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于光伏阵列mgp并网的有功功率调节系统，此并网调节系统包括光伏阵列、转换单元、电网、检测调节单元和监控中心，其中，光伏阵列，接收太阳辐射，并转化为电能；转换单元，与所述光伏阵列的输出端相连，并将转换的电能接入电网；以及，检测调节单元，分别与所述转换单元及监控中心相连，用于检测并调节并网系统的有功功率。
8.作为本发明所述基于光伏阵列并网的有功功率调节系统的一种优选方案，其中：所述转换单元包括双向变换器、变频器、同步电动机和同步发电机，且各器件依次相连，所述双向变换器的输入端与所述光伏阵列的输出端相连，所述同步发电机的输出端接入所述电网。
9.作为本发明所述基于光伏阵列并网的有功功率调节系统的一种优选方案，其中：所述变频器与同步电动机之间设置有信号采样。
10.作为本发明所述基于光伏阵列并网的有功功率调节系统的一种优选方案，其中：
所述同步发电机与电网之间设置有隔离变压器。
11.作为本发明所述基于光伏阵列并网的有功功率调节系统的一种优选方案，其中：所述检测调节单元包括超级电容和有功功率检测，所述有功功率检测的输入端与所述监控中心相连，其输出端与所述超级电容相连；而所述超级电容与双向变换器双向连接。
12.作为本发明所述基于光伏阵列并网的有功功率调节系统的一种优选方案，其中：所述电网的输出端与所述有功功率检测的输入端相连。
13.作为本发明所述基于光伏阵列并网的有功功率调节系统的一种优选方案，其中：所述光伏阵列还与所述监控中心相连。
14.作为本发明所述基于光伏阵列并网的有功功率调节系统的一种优选方案，其中：所述监控中心还与所述信号采样相连。
15.作为本发明所述基于光伏阵列并网的有功功率调节系统的一种优选方案，其中：所述光伏阵列的倾斜角度可调，以获得最大的太阳辐射量。
16.本发明的有益效果：
17.本发明中通过光伏阵列获取光照辐射产生电能，由转换单元转换将电能输出给电网，而转换过程由检测调节单元和监控中心来监测调控，具体通过超级电容的充电和放电来实现有功功率调节的目的，有效提高了光伏阵列并网系统的稳定性。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
19.图1为本发明基于光伏阵列mgp并网的有功功率调节系统的整体结构示意图。
20.图2为本发明基于光伏阵列mgp并网的有功功率调节系统的信号采样及隔离变压器位置示意图。
21.图3为本发明基于光伏阵列mgp并网的有功功率调节系统的充电及放电模式示意图。
22.图4为本发明基于光伏阵列mgp并网的有功功率调节系统的充电及放电模式示意图。
23.表1为实验中电机的部分参数。
24.表2为pv(光伏系统)和mgp(mgp并网系统)的实验参数。
25.图5为本发明基于光伏阵列mgp并网的有功功率调节系统的验证实验的并网实验母线电压频率分布图。
具体实施方式
26.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
27.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的
情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
28.其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
29.再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
30.实施例1
31.参照图1～3，为本发明第一个实施例，提供了一种基于光伏阵列mgp并网的有功功率调节系统，此并网调节系统包括光伏阵列100、转换单元200、电网300、检测调节单元400和监控中心500，其中，光伏阵列100，接收太阳辐射，并转化为电能；转换单元200，与光伏阵列100的输出端相连，并将转换的电能接入电网300；以及，检测调节单元400，分别与转换单元200及监控中心500相连，用于检测并调节并网系统的有功功率。
32.转换单元200包括双向变换器201、变频器202、同步电动机203和同步发电机204，且各器件依次相连，双向变换器201的输入端与光伏阵列100的输出端相连，同步发电机204的输出端接入电网300。
33.变频器202与同步电动机203之间设置有信号采样p。
34.同步发电机204与电网300之间设置有隔离变压器g。
35.检测调节单元400包括超级电容401和有功功率检测402，有功功率检测402的输入端与监控中心500相连，其输出端与超级电容401相连；而超级电容401与双向变换器201双向连接。
36.电网300的输出端与有功功率检测402的输入端相连。
37.光伏阵列100还与监控中心500相连。
38.监控中心500还与信号采样p相连。
39.光伏阵列100的倾斜角度可调，以获得最大的太阳辐射量。
40.其中，光伏阵列100为安装于地面上的太阳能光伏电池板，接收太阳光的照射，并转化为电能，需要说明的是，此光伏阵列100的倾斜角度可调，用于获得最大的太阳辐射，转换更多的电能，而倾斜角则是太阳能光伏电池板平面与水平地面之间所呈的倾斜角。光伏阵列100转化的电能通过转换单元200输出给电网300，检测调节单元400检测转换单元200及电网300的数据，并通过检测的数据进行有功功率的调节，检测及调节也都由监控中心500控制。
41.进一步的，光伏阵列100的输出端将电能输出给转换单元200中的双向变换器201，此双向变换器201为双向dc/dc变换器，其同时连接于检测调节单元400中的超级电容401以及变频器202，变频器202与同步电动机203之间设置连接有信号采样p，而同步电动机203又连接于同步发电机204，同步发电机204与电网300相连，而二者之间设置连接有隔离变压器g。电网300与有功功率检测402相连，可以对光伏阵列100输出进行检测，确保光伏阵列100工作稳定。
42.有功功率检测402与超级电容401相连，超级电容401与双向变换器201双向连接，用于调节并网系统的有功功率，具体的，超级电容401具有有极性，容量大，能耐受大脉动电
流的特点，与双向变换器201为双向连接的状态，即双向变换器201输出至超级电容401为充电模式，而超级电容401输出至双向变换器201为放电模式，通过充电和放电的模式转换，从而达到调节有功功率的目的。通过实时检测并网点的有功功率并与期望光伏阵列100输出的有功功率作差，将差值的正负作为反馈信号给超级电容401的储能模块，当差值为正时，超级电容401充电储能；当差值为负时，超级电容401放电释放电能，从而达到有功功率调节的目的，保证了光伏阵列并网系统的稳定性。
43.光伏阵列100、有功功率检测402及信号采样p均与监控中心500相连，进而监控中心500可以对并网系统的各处进行监控，确保并网线路传输的稳定，防止出现事故，以及可以进行及时的检测和控制措施。
44.为验证本系统中采用mgp并网对系统有功功率的调节效果，本实施例通过与传统的电网系统有功功率变化比较，以科学论证的手段对比试验结果，以验证本系统所具有的效果。
45.传统的pv(光伏发电系统)：光伏发电在发电后一般通过电力电子变换器接入电网，由于在系统中存在着非线性、惯性不足及换流器暂态过电压支撑能力不足的的缺陷，随着电网的运行时，会导致系统的频率稳定性和电压稳定性都下降，调节系统有功功率的占比会逐渐降低。
46.而对于mgp(mgp并网系统)：在变频器202的输出端，增加一组由同步电动机喝同步发电机组成的电机对，再并入电网中。两台同步机同轴连接，可以假定两台电机的转速和转速变化均相同，而且两台电机转子的稳态机械转矩也相同。为验证实验效果，在设定源端功率波动时，分析光伏系统带有/不带有mgp系统时，电网输出端口电压的频率响应情况。
47.建立如图4的并网试验模型，两台2kw的同步电机分别作为同步电动机203和同步发电机204。使用调压器加整流器作为同步电机的励磁系统，30kw的变频器用来驱动电动机。使用录波仪(横河dl850)用来测量发电机传送到电网的功率以及并网点电压频率，plc用于计算和通信。pv系统由一个直流电源(it6726v)和一台逆变器模拟。详细实验参数见表1和表2。具体并网实验通过如下实验步骤：
48.1)打开k3，通过变频器202启动同步电动机203直到mgp达到同步速。启动本调节控制系统控制功率传输，利用暗灯法(现有接线电路)，闭合k2，k4将同步发电机204并网。
49.2)设置同步发电机204的功率参考值为1200w，调节比例系数直到系统稳定。
50.3)将有功参考值从1200w降低到0w，观察mgp并网系统向电网传输功率和母线电压频率的变化。
51.4)将mgp并网系统变为pv并网，重复上述实验。其中输出功率可以通过直流电源输出电压控制。
52.实验结果如图5所示。由于lg(电阻)的存在，可以看出，有功功率降低的同时，母线电压频率也随之降低。从比较结果来看，mgp系统可以将pv的输出电压的频率波动最大值减少接近一倍，可见mgp并网系统的频率波动明显小于光伏系统，mgp并网系统的动态恢复过程也更快。结果表明mgp并网系统能为光伏阵列发电提供惯性支持，增强光伏发电并网的频率稳定性。
53.应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术
方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。