CN220585994U - 并网发电*** - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种并网发电***，其中，所述电机控制器用于与发电单元连接并从所述发电单元处取电，所述电机控制器与所述同步电动机连接，且能够驱动所述同步电动机转动；所述同步电动机与所述联轴器的一端连接，所述联轴器的另一端与所述同步调相机连接，在所述联轴器的两端处于连接状态时，所述同步电动机能够带动所述同步调相机同步转动发电；所述同步调相机与所述并网开关连接并能够经所述并网开关与交流电网连接；所述***控制器与所述电机控制器、所述联轴器、所述同步调相机及所述并网开关连接。从而隔绝新能源场站内电力电子装置的谐波对交流电网的影响，为交流电网提供了足够的机械惯量支撑能力。

Description

并网发电***

技术领域

本申请涉及电网调节技术领域，尤其涉及一种并网发电***。

背景技术

传统的发电模式主要是火电厂燃烧化石燃料驱动燃气轮机组进行发电。

随着新能源发电的装机量不断增加，传统化石燃料发电的装机量减少。现有的新能源并网中会使用大量电力电子装置，从而产生危害电网的谐波，特别是高比例新能源并网后谐波含量会越来越大，严重时会使电网崩溃；新能源并网的惯量主要来自逆变装置和虚拟惯量控制算法生成的虚拟惯量，由于虚拟惯量无法做到与交流电网自然耦合运行，导致无法响应交流电网的扰动。

实用新型内容

有鉴于此，本申请提供了一种并网发电***，用于解决现有技术的新能源并网中，产生危害电网的谐波，虚拟惯量无法做到与交流电网自然耦合运行，导致无法响应交流电网的扰动的技术问题。

本申请提出一种并网发电***，所述并网发电***包括：***控制器、电机控制器、同步电动机、联轴器、同步调相机和并网开关；

所述电机控制器用于与发电单元连接并从所述发电单元处取电，所述电机控制器与所述同步电动机连接，且能够驱动所述同步电动机转动；

所述同步电动机与所述联轴器的一端连接，所述联轴器的另一端与所述同步调相机连接，在所述联轴器的两端处于连接状态时，所述同步电动机能够带动所述同步调相机同步转动发电；

所述同步调相机与所述并网开关连接并能够经所述并网开关与交流电网连接；

所述***控制器与所述电机控制器、所述联轴器、所述同步调相机及所述并网开关连接。

进一步地，所述并网发电***还包括：频率检测传感器，所述频率检测传感器用于检测所述交流电网的电网瞬时频率。

进一步地，所述并网发电***还包括：齿轮组和飞轮转子，所述齿轮组连接在所述同步电动机的输出轴与所述飞轮转子之间。

进一步地，所述飞轮转子的数量为多个，各个所述飞轮转子并联设置。

进一步地，所述齿轮组包括：主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合，所述主动齿轮连接在所述同步电动机与所述联轴器的一端之间，所述飞轮转子的轴与所述从动齿轮连接。

进一步地，所述联轴器为可分离式联轴器。

进一步地，所述并网发电***还包括：第一转速检测传感器和第二转速检测传感器，所述第一转速检测传感器用于检测的所述同步电动机的转子转速，所述第二转速检测传感器用于检测所述同步调相机的转子转速。

进一步地，所述并网发电***包括：取电开关，所述取电开关连接在所述发电单元与所述电机控制器之间。

进一步地，所述并网发电***还包括并网变压器，所述并网变压器的输入端与所述同步调相机连接，所述并网变压器的输出端与所述并网开关连接并能够经所述并网开关与所述交流电网连接，所述并网变压器用于将所述同步调相机输出的电能进行升压。

进一步地，所述发电单元为新能源发电的单元。

实施本申请实施例，将具有如下有益效果：

(1)传统的新能源并网过程中会使用大量电力电子装置，从而产生危害电网的谐波，特别是高比例新能源并网后谐波含量会越来越大，严重时会使电网崩溃；同时，电网故障会直接损坏并网***中的电力电子装置，会毁坏***和造成经济损失。本申请通过提供同步电动机带动同步调相机同步转动发电以实现二次发电并网，既能隔绝新能源场站内电力电子装置的谐波对交流电网的影响，也能隔绝交流电网故障对新能源场站的内部电网的影响，不仅提高了电网的稳定性，而且保护了新能源场站的内部电网的安全。

(2)通过同步电动机和同步调相机实现了对所述交流电网的惯量响应，为交流电网提供了足够的机械惯量支撑能力，从而能够做到与交流电网的自然耦合运行，以及能够响应交流电网的扰动，避免受到电网侧的负载瞬间变化的冲击，提高了电网的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中：

图1为一个实施例中并网发电***的示意图；

图2为一个实施例中并网发电***的另一种示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的并网发电***是一个发电***，可设置在光伏、风电等新能源场站内。该并网发电***可以与传统的火力发电站一起作为发电侧，或者单独作为发电侧以仿造传统的火力发电，为后端负载供电。本申请的并网发电***与此同时是一个交流电网12的调节器，比如，如发电功率与交流电网12网的用电功率不匹配，交流电网12的频率会发生上升或下降，此时可以控制本申请的并网发电***少输出机械功率少发电或者多输出机械功率多发电，以实现调节交流电网12的频率；当然，本申请的并网发电***的同步调相机5也可以作为无功功率的调节器。

图1和图2只是并网发电***的示意性展示，具体的结构/尺寸/形状/所在的位置/所安装的方式等可根据实际需求进行适应性调整，本申请在此不做限定。

参照图1和图2，本申请提出了一种并网发电***，所述并网发电***包括：***控制器9、电机控制器1、同步电动机2、联轴器4、同步调相机5和并网开关S2；

所述电机控制器1用于与发电单元11连接并从所述发电单元11处取电，所述电机控制器1与所述同步电动机2连接，且能够驱动所述同步电动机2转动；

所述同步电动机2与所述联轴器4的一端连接，所述联轴器4的另一端与所述同步调相机5连接，在所述联轴器4的两端处于连接状态时，所述同步电动机2能够带动所述同步调相机5同步转动发电；

所述同步调相机5与所述并网开关S2连接并能够经所述并网开关S2与交流电网12连接；

所述***控制器9与所述电机控制器1、所述联轴器4、所述同步调相机5及所述并网开关S2连接。

传统的新能源并网过程中会使用大量电力电子装置，从而产生危害电网的谐波，特别是高比例新能源并网后谐波含量会越来越大，严重时会使电网崩溃；同时，电网故障会直接损坏并网***中的电力电子装置，会毁坏***和造成经济损失。本实施例通过提供同步电动机2带动同步调相机5同步转动发电以实现二次发电并网，既能隔绝新能源场站内电力电子装置的谐波对交流电网12的影响，也能隔绝交流电网12故障对新能源场站的内部电网的影响，不仅提高了电网的稳定性，而且保护了新能源场站的内部电网的安全。本实施例通过同步电动机2和同步调相机5实现了对所述交流电网12的惯量响应，为交流电网12提供了足够的机械惯量支撑能力，从而能够做到与交流电网12的自然耦合运行，以及能够响应交流电网12的扰动，避免受到电网侧的负载瞬间变化的冲击，提高了电网的稳定性。

可以理解的是，电机控制器1从发电单元11的直流母线的取电，电机控制器1对取的电进行直流到交流的逆变，将逆变得到的交流电输入至所述同步电动机2；所述同步电动机2的转速由电机控制器1控制，为了符合并网要求，所述同步电动机2保持50HZ运行；所述同步电动机2通过联轴器4向同步调相机5传递动力，所述同步电动机2和同步调相机5保持同步运动，同步电动机2能够带动同步调相机5同步转动发电；同步调相机5发的电通过并网开关S2并网，其中，并网是指并入交流电网12。

发电单元11是发电的电站。可选的，发电单元11为新能源发电的单元。比如，发电单元11是采用光伏、风电和潮汐等新能源发电的新能源场站。发电单元11发的电需要并网到交流电网12。并网发电***用于将发电单元11发的电并网到交流电网12。

所述同步电动机2的转子和所述同步调相机5的转子组成转子***，通过该转子***的转动惯量提供惯量支撑，以实现对所述交流电网12的惯量响应。惯量支撑是一个短时的冲击型的功率支撑。

转动惯量为机械惯量，对于所述同步电动机2和所述同步调相机5组成的发电***来说，转动惯量是恒定不变的。

***控制器9，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器适于执行所述计算机程序时，控制所述电机控制器1、所述联轴器4、所述同步调相机5及所述并网开关S2的工作。

并网开关S2是一个双向的电控开关，并网开关S2的一端与所述同步调相机5连接，并网开关S2的另一端与交流电网12连接。

同步电动机2(synchronous motor)，是由直流供电的励磁磁场与电枢的旋转磁场相互作用而产生转矩，以同步转速旋转的交流电动机。

同步调相机5，是一种特殊运行状态下的同步电机，当应用于电力***时，能根据***的需要，自动地在电网电压下降时增加无功输出。在电网电压上升时吸收无功功率，以维持电压，提高电力***的稳定性，改善***供电质量。同步电机运行于电动机状态，不带机械负载也不带原动机，只向电力***提供或吸收无功功率的同步电机。又称同步补偿机。用于改善电网功率因数，维持电网电压水平。

所述并网发电***还包括：检测装置8。检测装置8用于对所述并网发电***进行检测。比如，检测装置8包括：频率检测传感器81、第一电压检测传感器、第二电压检测传感器、第三电压检测传感器。第一电压检测传感器用于检测所述交流电网的电网瞬时电压，电网瞬时电压用于进行交流电网是否需要进行无功功率调节的判断。第二电压检测传感器用于检测所述并网开关S2的一端的电压，第三电压检测传感器用于检测所述并网开关S2的另一端的电压，当这两个电压的偏差值满足预设的并网规则时，控制所述并网开关S2闭合，以实现将同步调相机5发的电并入交流电网12。

在一个实施例中，所述并网发电***还包括：频率检测传感器81，所述频率检测传感器81用于检测所述交流电网12的电网瞬时频率。

频率检测传感器81用于实时检测所述交流电网12的电网瞬时频率，比如，实时检测所述并网开关S2的与所述交流电网12连接的一端，以用于检测所述交流电网12的瞬时频率，将该瞬时频率作为电网瞬时频率。频率检测传感器81，是用于检测电网的频率的传感器。可以理解的是，电网瞬时频率用于判断交流电网12是否需要进行一次调频。

在一个实施例中，所述并网发电***还包括：齿轮组3和飞轮转子7，所述齿轮组3连接在所述同步电动机2的输出轴与所述飞轮转子7之间。

当频率偏差值不等于0时，所述联轴器4的两端处于连接状态，飞轮转子7、所述同步电动机2和所述同步调相机5实现对所述交流电网12的惯量响应，其中，所述电网瞬时频率与预设的电网额定频率之间的偏差值作为频率偏差值。

飞轮转子7是飞轮提供转动惯量的部件，常和电机转子一起进行一体化设计。所述飞轮转子7的数量为至少一个。

因转子***的转动惯量为机械惯量，一个发电***(比如，所述同步电动机2和所述同步调相机5组成的***)来说，转动惯量是恒定不变的，能够提供的惯量支撑有限，为了解决该问题，本实施例不仅通过所述同步电动机2的转子和所述同步调相机5的转子代替了传统化石燃料发电时发电机转子和汽轮机转子提供的惯量支撑，而且通过所述飞轮转子7增大惯量，通过增大惯量以延长了惯量时间常数，通过延长惯量时间常数，增加了惯量支撑功率；而且所述飞轮转子7还具有存储能力的作用，在必要时作为短时应急电源来进行一次调频。

在一个实施例中，所述飞轮转子7的数量为多个，各个所述飞轮转子7并联设置。

当所述飞轮转子7的数量为多个时，各个所述飞轮转子7并联，从而形成具有大质量的惯性飞轮。

在本实施例中，各个所述飞轮转子7、所述同步电动机2的转子和所述同步调相机5的转子共同提供惯量支撑。

可以理解的是，可以通过更换不同质量的所述飞轮转子7，使本申请适用于不同发电额度的发电单元11，具有较强的适用性。

本实施例通过各个所述飞轮转子7并联设置，进一步增大了惯量，进一步增加了惯量支撑功率。

在一个实施例中，所述齿轮组3包括：主动齿轮31和从动齿轮32，所述主动齿轮31与所述从动齿轮32啮合，所述主动齿轮31连接在所述同步电动机2与所述联轴器4的一端之间，所述飞轮转子7的轴与所述从动齿轮32连接。

所述同步电动机2带动主动齿轮31转动；主动齿轮31转动将带动从动齿轮32转动，并且，在所述联轴器4闭合时，主动齿轮31转动将带动与所述联轴器4的另一端连接的所述同步调相机5连接的转动，从而实现使所述同步电动机2和所述同步调相机5同轴运动；所述从动齿轮32的转动，将带动所述飞轮转子7转动。

本实施例通过所述齿轮组3和所述联轴器4实现所述同步电动机2和所述同步调相机5的同轴连接，并且通过所述齿轮组3将所述飞轮转子7连接到所述同步电动机2和所述同步调相机5组成的发电***，在通过所述同步电动机2的转子和所述同步调相机5的转子代替了传统化石燃料发电时发电机转子和汽轮机转子提供的惯量支撑的基础上，而且通过所述飞轮转子7增大惯量，通过增大惯量以延长了惯量时间常数，通过延长惯量时间常数，增加了惯量支撑功率；而且所述飞轮转子7还具有存储能量的作用，在必要时作为短时应急电源来进行一次调频。

在一个实施例中，所述联轴器4为可分离式联轴器4。

可以理解的是，在需要对交流电网12进行无功功率调节时，***控制器9控制可分离式联轴器4的两端断开，以使所述同步电动机2与所述同步调相机5断开连接，此时同步调相机5从发电机模式进入调相机模式，通过同步调相机5进行无功功率调节。

在一个实施例中，所述并网发电***还包括：第一转速检测传感器83和第二转速检测传感器82，所述第一转速检测传感器83用于检测的所述同步电动机2的转子转速，所述第二转速检测传感器82用于检测所述同步调相机5的转子转速。

因所述同步电动机2和所述同步调相机5需要同轴运动，因此在连接时需要确保所述同步电动机2的转子转速和所述同步调相机5的转子转速尽量保持一致，因此，通过第一转速检测传感器83检测的所述同步电动机2的转子转速和通过第二转速检测传感器82检测所述同步调相机5的转子转速，为基于在预设转速偏差范围内控制所述可分离式联轴器4的两端闭合，避免所述转速偏差值位于预设的第二偏差值范围外时将所述同步电动机2和所述同步调相机5实现同轴连接，保护了所述同步电动机2、所述同步调相机5，以及保护了所述同步电动机2和所述同步调相机5之间的器件。

比如，在同步调相机5完成无功功率调节时，控制所述同步调相机5从所述交流电网12取电以实现空转，并控制所述电机控制器1以控制所述同步电动机2升速，在所述同步电动机2的转子转速和所述同步调相机5的转子转速之间的转速偏差值位于预设转速偏差范围内时，控制所述可分离式联轴器4的两端闭合。

也就是说，所述并网发电***的检测装置8还包括：第一转速检测传感器83和第二转速检测传感器82，其中，所述第一转速检测传感器83用于检测的所述同步电动机2的转子的转速，将该转速作为所述同步电动机2的转子转速，所述第二转速检测传感器82用于检测所述同步调相机5的转子的转速，将该转速作为所述同步调相机5的转子转速。

可选的，预设转速偏差范围设为[-2rpm,2rpm]。

在一个实施例中，所述并网发电***包括：取电开关S1，所述取电开关S1连接在所述发电单元11与所述电机控制器1之间。

取电开关S1是一个双向的电控开关。

可选的，所述***控制器9还与所述取电开关S1连接，用于控制取电开关S1的工作。

在一个实施例中，所述并网发电***还包括并网变压器6，所述并网变压器6的输入端与所述同步调相机5连接，所述并网变压器6的输出端与所述并网开关S2连接并能够经所述并网开关S2与所述交流电网12连接，所述并网变压器6用于将所述同步调相机5输出的电能进行升压。

本实施例通过并网变压器6，从而通过将所述同步调相机5输出的电能的电压进行调整，从而提高了本申请的并网发电***并网的稳定性，而且提高了本申请的并网发电***的适应性。

并网变压器6用于将所述同步调相机5发的电能进行电压调整，然后输入所述交流电网12。

可以理解的是，在所述并网发电***包括并网变压器6时，同步调相机5通过并网变压器6、并网开关S2并网，也就是说，此时同步调相机5不直接与并网开关S2连接，同步调相机5通过并网变压器6实现间接与并网开关S2连接。

在一个实施例中，所述发电单元11为新能源发电的单元。

以上所揭露的仅为本申请较佳实施例而已，当然不能以此来限定本申请之权利范围，因此依本申请权利要求所作的等同变化，仍属本申请所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种并网发电***，其特征在于，所述并网发电***包括：***控制器、电机控制器、同步电动机、联轴器、同步调相机和并网开关；

所述电机控制器用于与发电单元连接并从所述发电单元处取电，所述电机控制器与所述同步电动机连接，且能够驱动所述同步电动机转动；

所述同步电动机与所述联轴器的一端连接，所述联轴器的另一端与所述同步调相机连接，在所述联轴器的两端处于连接状态时，所述同步电动机能够带动所述同步调相机同步转动发电；

所述同步调相机与所述并网开关连接并能够经所述并网开关与交流电网连接；

所述***控制器与所述电机控制器、所述联轴器、所述同步调相机及所述并网开关连接。

2.如权利要求1所述的并网发电***，其特征在于，所述并网发电***还包括：频率检测传感器，所述频率检测传感器用于检测所述交流电网的电网瞬时频率。

3.如权利要求1所述的并网发电***，其特征在于，所述并网发电***还包括：齿轮组和飞轮转子，所述齿轮组连接在所述同步电动机的输出轴与所述飞轮转子之间。

4.如权利要求3所述的并网发电***，其特征在于，所述飞轮转子的数量为多个，各个所述飞轮转子并联设置。

5.如权利要求3所述的并网发电***，其特征在于，所述齿轮组包括：主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合，所述主动齿轮连接在所述同步电动机与所述联轴器的一端之间，所述飞轮转子的轴与所述从动齿轮连接。

6.如权利要求1所述的并网发电***，其特征在于，所述联轴器为可分离式联轴器。

7.如权利要求6所述的并网发电***，其特征在于，所述并网发电***还包括：第一转速检测传感器和第二转速检测传感器，所述第一转速检测传感器用于检测的所述同步电动机的转子转速，所述第二转速检测传感器用于检测所述同步调相机的转子转速。

8.如权利要求1所述的并网发电***，其特征在于，所述并网发电***包括：取电开关，所述取电开关连接在所述发电单元与所述电机控制器之间。

9.如权利要求1所述的并网发电***，其特征在于，所述并网发电***还包括并网变压器，所述并网变压器的输入端与所述同步调相机连接，所述并网变压器的输出端与所述并网开关连接并能够经所述并网开关与所述交流电网连接，所述并网变压器用于将所述同步调相机输出的电能进行升压。

10.如权利要求1所述的并网发电***，其特征在于，所述发电单元为新能源发电的单元。