CN109888832A - 一种水风光互补发电及并网控制模拟实验*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水风光互补发电及并网控制模拟实验***，属于电气工程领域，包括电源模拟发电模块，电源并网控制模块，直流逆变模块、交流配电模块和交直流电气参数监测模块。本发明***可以实现水力模拟发电、风力模拟发电、光伏模拟发电操作，该操作安全、简便；本发明***可以灵活实现水风互补发电及并网、风光互补发电及并网、水光互补发电及并网、水风光互补发电及并网，一定程度上克服了分布式电源出力特性的随机性、波动性、间歇性等缺点；***负载具有可拓展性；***结构简单、成本低、控制效果好。
Description
技术领域
本发明涉及电气工程领域，具体是一种水风光互补发电及并网控制模拟实验***。
背景技术
随着传统化石能源的枯竭以及国民经济的高速发展，对我国而言，如何提高能源利用率，改变能源结构变得日益迫切。在此背景下，分布式发电及其相关技术引起了世人越来越多的关注。其中，风、光、水等分布式能源所具有的储量巨大、分布广泛、清洁安全，在我国应用较多。
但受分布式电源出力特性的随机性、波动性、间歇性等缺点限制，其并网控制仍处于探索阶段。基于水、风、光分布式电源互补型微电网组网技术和运行控制策略，实现水力发电并网操作、光伏发电并网操作、风力发电并网操作、蓄电池储能***并网操作及水风光互补并网操作等多源发电及并网装置亟待开发。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水风光互补发电及并网控制模拟实验***，克服分布式电源出力特性的随机性、波动性、间歇性等缺点限制，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种水风光互补发电及并网控制模拟实验***，包括电源模拟发电模块，电源并网控制模块，直流逆变模块、交流配电模块和交直流电气参数监测模块，
所述电源模拟发电模块包括水力发电模拟器、风力发电模拟器和光伏发电模拟器，所述水力发电模拟器、风力发电模拟器和光伏发电模拟器分别通过单相空气开关连接有直流接触器、功率调节器，进而连接±48V直流母线；
所述电源并网控制模块包括蓄电池组，所述蓄电池组通过单相空气开关连接直流接触器、充放电管理器，进而连接±48V直流母线；
所述直流逆变模块包括三相逆变器，三相逆变器上游连接±48V直流母线，下游通过三相空气开关和并联连接的水电交流接触器、和风电交流接触器、光伏交流接触器连接220V交流母线，通过单相空气开关并分别向第一负载、第二负载和第三负载供电；
所述交流配电模块包括电气控制***，电气控制***连接有触摸屏，电气控制***控制直流继电器、直流接触器、交流继电器和并联连接的水电交流接触器、和风电交流接触器、光伏交流接触器决定水电、风电和光电是否并网；所述电气控制***控制蓄电池组的直流继电器、直流接触器和充放电管理器来决定蓄电池组是否向±48V直流母线供电；
所述电气参数检测模块包括监控***，监控***连接有显示器，所述监控***分别监视直流接触器、第一负载、第二负载和第三负载的电压、电流以及交流母线的电压、频率。
作为本发明进一步的方案：采用水风互补时，以水电为基础，当微电网功率不够，交流母线电压下降到额定电压的95%时，通过电气控制***控制风电的直流继电器、风电的直流接触器闭合，向±48V直流母线侧供应风力发电，并通过三相逆变器转换为380/220V交流电，同时风电的交流继电器和风电交流接触器闭合，向交流母线供电；当微电网功率仍不够，交流母线电压下降到额定电压的95%时，通过电气控制***控制蓄电池组的直流继电器、直流接触器闭合，控制充放电管理器状态为放电状态，蓄电池组向±48V直流母线供电；当微网功率有冗余，交流母线电压上升到超过额定电压的105%时，可通过电气控制***控制功率调节器输出的功率，使交流母线电压降为额定电压，控制策略采用主从控制，控制算法采用SVPWM算法。
作为本发明进一步的方案：采用风光互补时，以风电为基础，当微电网功率不够，交流母线电压下降到额定电压的95%时，通过电气控制***控制风力发电的直流继电器、风力发电的直流接触器闭合，向±48V直流母线侧供应风力发电，并通过三相逆变器转换为380/220V交流电，同时光伏电的交流继电器和光伏交流接触器闭合，向交流母线供电；当微电网功率仍不够，交流母线电压下降到额定电压的95%时，通过电气控制***控制蓄电池组的直流继电器、直流接触器闭合，蓄电池组的充放电管理器状态为放电状态，蓄电池组向±48V直流母线供电；当微网功率有冗余，交流母线电压上升到超过额定电压的105%时，可通过电气控制***控制功率调节器输出的功率，使交流母线电压降为额定电压，控制策略采用主从控制，控制算法采用SVPWM算法。
作为本发明进一步的方案：采用水光互补时，以水电为基础，当微电网功率不够，交流母线电压下降到额定电压的95%时，通过电气控制***控制光伏发电的直流继电器、光伏发电的直流接触器闭合，向±48V直流母线侧供应光伏发电，并通过三相逆变器转换为220V直流电，同时光伏电的交流继电器和光伏交流接触器闭合，向交流母线供电；当微电网功率仍不够，交流母线电压下降到额定电压的95%时，通过电气控制***控制蓄电池组的直流继电器、直流接触器闭合，蓄电池组的充放电管理器状态为放电状态，蓄电池组向±48V直流母线供电，控制策略采用主从控制，控制算法采用SVPWM算法。
作为本发明进一步的方案：采用水风光互补时，以水电为基础，当微电网功率不够，交流母线电压下降到额定电压的95%时，通过电气控制***控制风电的直流继电器、风电的直流接触器闭合，向±48V直流母线侧供应风力发电，并通过三相逆变器转换为220V直流电，同时风电的交流继电器和风电交流接触器闭合，向交流母线供电；当微电网功率仍不够，交流母线电压下降到额定电压的95%时，通过电气控制***控制光伏发电的直流继电器、光伏发电的直流接触器闭合，向±48V直流母线侧供应风力发电，并通过三相逆变器转换为220V直流电，同时光伏电的交流继电器和光伏交流接触器闭合，向交流母线供电；当微电网功率仍不够，交流母线电压下降到额定电压的95%时，通过电气控制***控制蓄电池组的直流继电器、直流接触器闭合，蓄电池组向±48V直流母线供电；当微网功率有冗余，交流母线电压上升到超过额定电压的105%时，可通过电气控制***控制功率调节器输出的功率，使交流母线电压降为额定电压，控制策略采用主从控制，控制算法采用SVPWM算法。
作为本发明进一步的方案：当微网的功率有冗余，交流母线的电压超过额定值的105%时，可通过电气控制***控制蓄电池组的充放电管理器的状态为充电状态，蓄电池组进入充电状态；当监控***检测到蓄电池组的出口电压达到额定电压时，通过电气控制***控制蓄电池组的直流继电器、直流接触器断开，蓄电池组退出运行。
作为本发明进一步的方案：当微网功率有冗余，交流母线电压超过额定值的105%时，且蓄电池组已经退出运行，通过电气控制***控制功率调节器，适当的减小水力发电模拟器的出力，此控制采用PWM控制。
作为本发明进一步的方案：当微网功率有冗余，交流母线电压超过额定值的105%时，且蓄电池组已经退出运行，通过电气控制***控制功率调节器，适当的减小水力发电模拟器的出力，当交流母线电压仍超过105%时，可通过触摸屏人工键入，使得电气控制***切除风力发电模拟器的出力。
作为本发明再进一步的方案：当微网功率有冗余，交流母线电压超过额定值的105%时，且蓄电池组已经退出运行，通过电气控制***控制功率调节器，适当的减小水力发电模拟器的出力，当交流母线电压仍超过105%时，可通过触摸屏人工键入，使得电气控制***切除风力发电模拟器的出力，当交流母线电压仍超过额定电压的105%时，可通过触摸屏人工键入，使得电气控制***切除光伏发电模拟器的出力。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本***可以实现水力发电、风力发电、光伏发电操作，该操作安全、简便；
2.本***可以灵活实现水风互补发电及并网、风光互补发电及并网、水光互补发电及并网、水风光互补发电及并网，一定程度上克服了分布式电源出力特性的随机性、波动性、间歇性等缺点；
3.***负载具有可拓展性；
4.***结构简单、成本低、控制效果好。
附图说明
图1为一种水风光互补发电及并网控制模拟实验***的示意图。
图2为一种水风光互补发电及并网控制模拟实验***中电气控制***示意图。
图中：1-单相空气开关、2-水力发电模拟器、3-风力发电模拟器、4-水力发电模拟器、5-蓄电池组、6-直流接触器、7-功率调节器、8-充放电管理器、91-直流继电器、92-交流继电器、10-电气控制***、11-触摸屏、12-显示器、13-监控***、14-三相逆变器、15-三相空气开关、161-水电交流接触器、162-风电交流接触器、163-光伏交流接触器、17-第一负载、18-第二负载、19-第三负载。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例中，一种水风光互补发电及并网控制模拟实验***， 包括电源模拟发电模块，电源并网控制模块，直流逆变模块、交流配电模块和交直流电气参数监测模块：
所述电源模拟发电模块包括水力发电模拟器、风力发电模拟器和光伏发电模拟器，所述水力发电模拟器、风力发电模拟器和光伏发电模拟器分别通过单相空气开关连接有直流接触器、功率调节器，进而连接±48V直流母线；
所述电源并网控制模块包括蓄电池组，所述蓄电池组通过单相空气开关连接直流接触器、充放电管理器，进而连接±48V直流母线；
所述直流逆变模块包括三相逆变器，三相逆变器上游连接±48V直流母线，下游通过三相空气开关和并联连接的水电交流接触器、和风电交流接触器、光伏交流接触器连接220V交流母线，通过单相空气开关并分别向第一负载、第二负载和第三负载供电；
所述交流配电模块包括电气控制***，电气控制***连接有触摸屏，电气控制***控制直流继电器、直流接触器、交流继电器和并联连接的水电交流接触器、和风电交流接触器、光伏交流接触器决定水电、风电和光电是否并网；所述电气控制***控制蓄电池组的直流继电器、直流接触器和充放电管理器来决定蓄电池组是否向±48V直流母线供电；
所述电气参数检测模块包括监控***，监控***连接有显示器，所述监控***分别监视直流接触器、第一负载、第二负载和第三负载的电压、电流以及交流母线的电压、频率。
采用水风互补时，以水电为基础，当微电网功率不够，交流母线电压下降到额定电压的95%时，通过电气控制***控制风电的直流继电器、风电的直流接触器闭合，向±48V直流母线侧供应风力发电，并通过三相逆变器转换为380/220V交流电，同时风电的交流继电器和风电交流接触器闭合，向交流母线供电；当微电网功率仍不够，交流母线电压下降到额定电压的95%时，通过电气控制***控制蓄电池组的直流继电器、直流接触器闭合，控制充放电管理器状态为放电状态，蓄电池组向±48V直流母线供电；当微网功率有冗余，交流母线电压上升到超过额定电压的105%时，可通过电气控制***控制功率调节器输出的功率，使交流母线电压降为额定电压，控制策略采用主从控制，控制算法采用SVPWM算法。
采用风光互补时，以风电为基础，当微电网功率不够，交流母线电压下降到额定电压的95%时，通过电气控制***控制风力发电的直流继电器、风力发电的直流接触器闭合，向±48V直流母线侧供应风力发电，并通过三相逆变器转换为380/220V交流电，同时光伏电的交流继电器和光伏交流接触器闭合，向交流母线供电；当微电网功率仍不够，交流母线电压下降到额定电压的95%时，通过电气控制***控制蓄电池组的直流继电器、直流接触器闭合，蓄电池组的充放电管理器状态为放电状态，蓄电池组向±48V直流母线供电；当微网功率有冗余，交流母线电压上升到超过额定电压的105%时，可通过电气控制***控制功率调节器输出的功率，使交流母线电压降为额定电压，控制策略采用主从控制，控制算法采用SVPWM算法。
采用水光互补时，以水电为基础，当微电网功率不够，交流母线电压下降到额定电压的95%时，通过电气控制***控制光伏发电的直流继电器、光伏发电的直流接触器闭合，向±48V直流母线侧供应光伏发电，并通过三相逆变器转换为220V直流电，同时光伏电的交流继电器和光伏交流接触器闭合，向交流母线供电；当微电网功率仍不够，交流母线电压下降到额定电压的95%时，通过电气控制***控制蓄电池组的直流继电器、直流接触器闭合，蓄电池组的充放电管理器状态为放电状态，蓄电池组向±48V直流母线供电，控制策略采用主从控制，控制算法采用SVPWM算法。
用水风光互补时，以水电为基础，当微电网功率不够，交流母线电压下降到额定电压的95%时，通过电气控制***控制风电的直流继电器、风电的直流接触器闭合，向±48V直流母线侧供应风力发电，并通过三相逆变器转换为220V直流电，同时风电的交流继电器和风电交流接触器闭合，向交流母线供电；当微电网功率仍不够，交流母线电压下降到额定电压的95%时，通过电气控制***控制光伏发电的直流继电器、光伏发电的直流接触器闭合，向±48V直流母线侧供应风力发电，并通过三相逆变器转换为220V直流电，同时光伏电的交流继电器和光伏交流接触器闭合，向交流母线供电；当微电网功率仍不够，交流母线电压下降到额定电压的95%时，通过电气控制***控制蓄电池组的直流继电器、直流接触器闭合，蓄电池组向±48V直流母线供电；当微网功率有冗余，交流母线电压上升到超过额定电压的105%时，可通过电气控制***控制功率调节器输出的功率，使交流母线电压降为额定电压，控制策略采用主从控制，控制算法采用SVPWM算法。
当微网的功率有冗余，交流母线的电压超过额定值的105%时，可通过电气控制***控制蓄电池组的充放电管理器的状态为充电状态，蓄电池组进入充电状态；当监控***检测到蓄电池组的出口电压达到额定电压时，通过电气控制***控制蓄电池组的直流继电器、直流接触器断开，蓄电池组退出运行。
当微网功率有冗余，交流母线电压超过额定值的105%时，且蓄电池组已经退出运行，通过电气控制***控制功率调节器，适当的减小水力发电模拟器的出力，此控制采用PWM控制。
当微网功率有冗余，交流母线电压超过额定值的105%时，且蓄电池组已经退出运行，通过电气控制***控制功率调节器，适当的减小水力发电模拟器的出力，当交流母线电压仍超过105%时，可通过触摸屏人工键入，使得电气控制***切除风力发电模拟器的出力。
当微网功率有冗余，交流母线电压超过额定值的105%时，且蓄电池组已经退出运行，通过电气控制***控制功率调节器，适当的减小水力发电模拟器的出力，当交流母线电压仍超过105%时，可通过触摸屏人工键入，使得电气控制***切除风力发电模拟器的出力，当交流母线电压仍超过额定电压的105%时，可通过触摸屏人工键入，使得电气控制***切除光伏发电模拟器的出力。
在并网操作发生故障时，单向空气开关1和三相空气开关15将自动切断电流，保护***安全。
如图2所示，本发明实例提供的电气控制***原理如下：将测量获得的交流母线侧电压，输入单片机中，利用PQ控制算法和V/F控制算法，分别控制水电、风电、光伏发电和蓄电池是否投入运行。在并网完成以后，可利用功率调节器对水电、风电、光伏的出力进行微调，微调的方法使用PWM控制。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (9)
1.一种水风光互补发电及并网控制模拟实验***，包括电源模拟发电模块，电源并网控制模块，直流逆变模块、交流配电模块和交直流电气参数监测模块，其特征在于：
所述电源模拟发电模块包括水力发电模拟器（2）、风力发电模拟器（3）和光伏发电模拟器（4），所述水力发电模拟器（2）、风力发电模拟器（3）和光伏发电模拟器（4）分别通过单相空气开关（1）连接有直流接触器（6）、功率调节器（7），进而连接±48V直流母线；
所述电源并网控制模块包括蓄电池组（5），所述蓄电池组（5）通过单相空气开关（1）连接直流接触器（6）、充放电管理器（8），进而连接±48V直流母线；
所述直流逆变模块包括三相逆变器（14），三相逆变器（14）上游连接±48V直流母线，下游通过三相空气开关（15）和并联连接的水电交流接触器（161）、和风电交流接触器（162）、光伏交流接触器（163）连接220V交流母线，通过单相空气开关（1）并分别向第一负载（17）、第二负载（18）和第三负载（19）供电；
所述交流配电模块包括电气控制***（10），电气控制***（10）连接有触摸屏（11），电气控制***（10）控制直流继电器（91）、直流接触器（6）、交流继电器（92）和并联连接的水电交流接触器（161）、和风电交流接触器（162）、光伏交流接触器（163）决定水电、风电和光电是否并网；所述电气控制***（10）控制蓄电池组（5）的直流继电器（91）、直流接触器（6）和充放电管理器（8）来决定蓄电池组（5）是否向±48V直流母线供电；
所述电气参数检测模块包括监控***（13），监控***（13）连接有显示器（12），所述监控***（13）分别监视直流接触器（6）、第一负载（17）、第二负载（18）和第三负载（19）的电压、电流以及交流母线的电压、频率。
2.根据权利要求1所述的一种水风光互补发电及并网控制模拟实验***，其特征在于：
采用水风互补时，以水电为基础，当微电网功率不够，交流母线电压下降到额定电压的95%时，通过电气控制***（10）控制风电的直流继电器（91）、风电的直流接触器（6）闭合，向±48V直流母线侧供应风力发电，并通过三相逆变器（14）转换为380/220V交流电，同时风电的交流继电器（92）和风电交流接触器（162）闭合，向交流母线供电；当微电网功率仍不够，交流母线电压下降到额定电压的95%时，通过电气控制***（10）控制蓄电池组（5）的直流继电器（91）、直流接触器（6）闭合，控制充放电管理器（8）状态为放电状态，蓄电池组（5）向±48V直流母线供电；当微网功率有冗余，交流母线电压上升到超过额定电压的105%时，可通过电气控制***（10）控制功率调节器（7）输出的功率，使交流母线电压降为额定电压，控制策略采用主从控制，控制算法采用SVPWM算法。
3.根据权利要求1所述的一种水风光互补发电及并网控制模拟实验***，其特征在于，采用风光互补时，以风电为基础，当微电网功率不够，交流母线电压下降到额定电压的95%时，通过电气控制***（10）控制风力发电的直流继电器（91）、风力发电的直流接触器（6）闭合，向±48V直流母线侧供应风力发电，并通过三相逆变器（14）转换为380/220V交流电，同时光伏电的交流继电器（92）和光伏交流接触器（163）闭合，向交流母线供电；当微电网功率仍不够，交流母线电压下降到额定电压的95%时，通过电气控制***（10）控制蓄电池组（5）的直流继电器（91）、直流接触器（6）闭合，蓄电池组（6）的充放电管理器（8）状态为放电状态，蓄电池组（5）向±48V直流母线供电；当微网功率有冗余，交流母线电压上升到超过额定电压的105%时，可通过电气控制***（10）控制功率调节器（7）输出的功率，使交流母线电压降为额定电压，控制策略采用主从控制，控制算法采用SVPWM算法。
4.根据权利要求1所述的一种水风光互补发电及并网控制模拟实验***，其特征在于，采用水光互补时，以水电为基础，当微电网功率不够，交流母线电压下降到额定电压的95%时，通过电气控制***（10）控制光伏发电的直流继电器（91）、光伏发电的直流接触器（6）闭合，向±48V直流母线侧供应光伏发电，并通过三相逆变器（14）转换为220V直流电，同时光伏电的交流继电器（92）和光伏交流接触器（163）闭合，向交流母线供电；当微电网功率仍不够，交流母线电压下降到额定电压的95%时，通过电气控制***（10）控制蓄电池组（5）的直流继电器（91）、直流接触器（6）闭合，蓄电池组（6）的充放电管理器（8）状态为放电状态，蓄电池组（5）向±48V直流母线供电，控制策略采用主从控制，控制算法采用SVPWM算法。
5.根据权利要求1所述的一种水风光互补发电及并网控制模拟实验***，其特征在于，采用水风光互补时，以水电为基础，当微电网功率不够，交流母线电压下降到额定电压的95%时，通过电气控制***（10）控制风电的直流继电器（91）、风电的直流接触器（6）闭合，向±48V直流母线侧供应风力发电，并通过三相逆变器（14）转换为220V直流电，同时风电的交流继电器（92）和风电交流接触器（162）闭合，向交流母线供电；当微电网功率仍不够，交流母线电压下降到额定电压的95%时，通过电气控制***（10）控制光伏发电的直流继电器（91）、光伏发电的直流接触器（6）闭合，向±48V直流母线侧供应风力发电，并通过三相逆变器（14）转换为220V直流电，同时光伏电的交流继电器（92）和光伏交流接触器（163）闭合，向交流母线供电；当微电网功率仍不够，交流母线电压下降到额定电压的95%时，通过电气控制***（10）控制蓄电池组（5）的直流继电器（91）、直流接触器（6）闭合，蓄电池组（5）向±48V直流母线供电；当微网功率有冗余，交流母线电压上升到超过额定电压的105%时，可通过电气控制***（10）控制功率调节器（7）输出的功率，使交流母线电压降为额定电压，控制策略采用主从控制，控制算法采用SVPWM算法。
6.根据权利要求2-5任意一项所述的一种水风光互补发电及并网控制模拟实验***，其特征在于，当微网的功率有冗余，交流母线的电压超过额定值的105%时，可通过电气控制***（10）控制蓄电池组（5）的充放电管理器（8）的状态为充电状态，蓄电池组（5）进入充电状态；当监控***（13）检测到蓄电池组（5）的出口电压达到额定电压时，通过电气控制***（10）控制蓄电池组（5）的直流继电器（91）、直流接触器（6）断开，蓄电池组（5）退出运行。
7.根据权利要求2或4所述的一种水风光互补发电及并网控制模拟实验***，其特征在于，当微网功率有冗余，交流母线电压超过额定值的105%时，且蓄电池组（5）已经退出运行，通过电气控制***（10）控制功率调节器（8），适当的减小水力发电模拟器（2）的出力，此控制采用PWM控制。
8.根据权利要求2所述的一种水风光互补发电及并网控制模拟实验***，其特征在于，当微网功率有冗余，交流母线电压超过额定值的105%时，且蓄电池组（5）已经退出运行，通过电气控制***（10）控制功率调节器（8），适当的减小水力发电模拟器（2）的出力，当交流母线电压仍超过105%时，可通过触摸屏（11）人工键入，使得电气控制***（10）切除风力发电模拟器（3）的出力。
9.根据权利要求5所述的一种水风光互补发电及并网控制模拟实验***，其特征在于，当微网功率有冗余，交流母线电压超过额定值的105%时，且蓄电池组（5）已经退出运行，通过电气控制***（10）控制功率调节器（8），适当的减小水力发电模拟器（2）的出力，当交流母线电压仍超过105%时，可通过触摸屏（11）人工键入，使得电气控制***（10）切除风力发电模拟器（3）的出力，当交流母线电压仍超过额定电压的105%时，可通过触摸屏（11）人工键入，使得电气控制***（10）切除光伏发电模拟器（4）的出力。
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