本實(shí)用新型屬于電氣工程領(lǐng)域，特別涉及一種帶光伏電池陣列大容量集中式虛擬同步機(jī)。

背景技術(shù)：

目前我國(guó)風(fēng)電、光伏裝機(jī)規(guī)模已位居世界第一，并保持高速發(fā)展。與火電等同步發(fā)電機(jī)相比，風(fēng)電、光伏發(fā)電不具備阻尼功率振蕩、慣性調(diào)頻、自主調(diào)壓的能力，大規(guī)模接入電網(wǎng)后，將影響電網(wǎng)的電壓/頻率穩(wěn)定性，但是通過(guò)虛擬發(fā)電機(jī)技術(shù)可以解決這一問(wèn)題，虛擬同步機(jī)是通過(guò)實(shí)時(shí)跟蹤系統(tǒng)頻率、電壓變化，模擬同步發(fā)電機(jī)一次調(diào)頻和勵(lì)磁控制機(jī)制，自動(dòng)調(diào)節(jié)有功和無(wú)功輸出，自適應(yīng)參與系統(tǒng)頻率、電壓調(diào)節(jié)，提升區(qū)域電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。

通過(guò)虛擬同步機(jī)接入電網(wǎng)，一是能夠主動(dòng)參與一次調(diào)頻、調(diào)壓，提供一定的有功和無(wú)功支撐；二是能夠提供慣性阻尼，有效抑制頻率振蕩。因此，采用虛擬同步機(jī)技術(shù)，可使間歇式新能源發(fā)電具備與常規(guī)火電接近的外特性。

大容量集中式虛擬同步機(jī)一般要求在MW級(jí)以上，現(xiàn)有的新能源和微電網(wǎng)電網(wǎng)調(diào)頻，一是靠光伏和風(fēng)電等變流器具備一定的調(diào)頻功能；二是靠幾十千瓦小容量的虛擬同步機(jī)，這主要是因?yàn)閮?chǔ)能電池并聯(lián)一致性要求容量不能太大，需要大容量集中式虛擬同步機(jī)時(shí)，靠多機(jī)并聯(lián)，但由于并聯(lián)控制的為分散控制，其輸出一致性和響應(yīng)時(shí)間等達(dá)不到系統(tǒng)要求。

虛擬同步機(jī)在電站并網(wǎng)點(diǎn)接入，使電站整體具備常規(guī)火電廠特性。研究者提出了多種虛擬同步機(jī)方案，常采用多路DC/DC和DC/AC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并配置多種光伏電池陣列，將DC/AC交流側(cè)并聯(lián)通過(guò)變壓器接入電網(wǎng)，但是這種方案一旦DC/AC發(fā)生故障，容易造成儲(chǔ)能電池?zé)o法充電和無(wú)法放電的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種帶光伏電池陣列大容量集中式虛擬同步機(jī)，用于解決集中式DC/AC電路控制故障時(shí)儲(chǔ)能電池?zé)o法充放電的問(wèn)題。

為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：

一種帶光伏電池陣列大容量集中式虛擬同步機(jī)，包括n組光伏電池陣列，n組儲(chǔ)能電池組，每組光伏電池陣列通過(guò)對(duì)應(yīng)的一級(jí)DC/DC電路連接各儲(chǔ)能電池組，各儲(chǔ)能電池組通過(guò)對(duì)應(yīng)的二級(jí)DC/DC電路連接直流母線，直流母線連接至少兩個(gè)DC/AC電路的直流側(cè)，DC/AC電路的交流側(cè)用于連接變壓器。

所述DC/AC電路的交流側(cè)分別連接一個(gè)變壓器的兩個(gè)副邊繞組，原邊繞組用于連接電網(wǎng)。

每組儲(chǔ)能電池組與對(duì)應(yīng)二級(jí)DC/DC電路之間為直流線路，相鄰的直流線路之間設(shè)有聯(lián)接開關(guān)。

所述儲(chǔ)能電池組包括不同種類的電池。

所述DC/AC電路的直流側(cè)之間通過(guò)一個(gè)互聯(lián)開關(guān)連接。

所述DC/AC電路的交流側(cè)還分別設(shè)有交流濾波器。

每組儲(chǔ)能電池組還連接有直流濾波器。

所述交流濾波器與對(duì)應(yīng)變壓器之間設(shè)有并網(wǎng)開關(guān)。

所述DC/AC電路的直流側(cè)與直流母線之間還設(shè)有直流接觸器。

本實(shí)用新型的有益效果是：

通過(guò)將DC/AC電路的輸出端分別接入變壓器，并且在DC/AC電路的直流側(cè)與直流母線之間還設(shè)有直流接觸器，使DC/AC電路可以相互備用，當(dāng)DC/AC電路都正常時(shí)，可以以集中控制或分別控制的方式保證儲(chǔ)能電池的正常充放電，當(dāng)一路故障時(shí)，其他的支路也可以保證繼續(xù)完成為儲(chǔ)能電池充電，儲(chǔ)能電池也可以通過(guò)其他的支路向變壓器提供合適的交流電壓，完成放電的過(guò)程。

利用光伏電池陣列對(duì)儲(chǔ)能電池進(jìn)行充電，降低了電網(wǎng)對(duì)儲(chǔ)能電池供電的壓力，多路電池板對(duì)儲(chǔ)能電池充電，有利于對(duì)光伏電池陣列的維護(hù)，并可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏儲(chǔ)能電池集中控制或分散控制充電。

每組儲(chǔ)能電池組與對(duì)應(yīng)二級(jí)DC/DC電路之間為直流線路，相鄰的直流線路之間設(shè)有聯(lián)接開關(guān)，使二級(jí)DC/DC電路可以相互備用，完成對(duì)儲(chǔ)能電池的充放電。

由于對(duì)儲(chǔ)能電池的一致性要求比較低，可以采用多種儲(chǔ)能電池，而且采用可以根據(jù)儲(chǔ)能電池容量靈活配置DC/DC的數(shù)量，多路DC/DC的設(shè)置方式，有利于后期儲(chǔ)能電池組的維護(hù)或更換。

附圖說(shuō)明

圖1為帶光伏電池陣列的虛擬同步機(jī)示意圖；

圖2為單極雙向DC/AC拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)并網(wǎng)變流器圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的說(shuō)明：

本實(shí)用新型的一種帶光伏電池陣列的虛擬同步機(jī)，n組光伏電池陣列、n組一級(jí)DC/DC雙向變換器、n組電池，n組直流濾波回路、n-1只直流互聯(lián)開關(guān)、n組二級(jí)DC/DC雙向變換器、2路DC/AC變流器、2路交流濾波回路、2個(gè)接觸器、2個(gè)并網(wǎng)斷路器、1個(gè)副邊雙繞組變壓器、2組防雷器組成，其中DC/AC的每路分別接相同容量的儲(chǔ)能電池，且每路結(jié)構(gòu)一致，都包括直流母線電容、逆變器、濾波回路、接觸器、斷路器，其中，每路濾波回路輸出連接至網(wǎng)側(cè)接觸器，接觸器輸出連接至并網(wǎng)斷路器，并網(wǎng)斷路器輸出連接至并網(wǎng)變壓器的副邊繞組，在并網(wǎng)斷路器和并網(wǎng)變壓器之間安裝防雷器。

電路結(jié)構(gòu)的具體連接方式，如圖1所示，光伏電池陣列通過(guò)串并聯(lián)共一個(gè)直流母線，直流母線的“+“極連接至一級(jí)DC/DC的“+”，直流母線的“-“極連接至一級(jí)DC/DC的“-”，一級(jí)DC/DC的“+”連接電池的“+”，一級(jí)DC/DC的“-”連接電池的“+”，電池的“+”連接二級(jí)DC/DC的“+”，電池的“-”連接二級(jí)DC/DC的“-”，二級(jí)DC/DC的“+”至DC/AC的“+”，DC/DC的“-”連接至DC/AC的“-”，DC/AC的交流輸出通過(guò)變壓器并到電網(wǎng)上。

一種帶光伏電池陣列大容量集中式虛擬同步機(jī)具體工作過(guò)程為：首先通過(guò)一級(jí)DC/DC電路從光伏電池陣列向其充電，當(dāng)一路光伏電池陣列故障時(shí)，可以通過(guò)其他支路進(jìn)行充電，光伏電池陣列對(duì)儲(chǔ)能電池充電采用DC/DC變換器，使光伏電池陣列電壓配置更加靈活。然后儲(chǔ)能電池放電，多路DC/DC變換器升壓匯集為1100V，之后向DC/AC變流器提供直流測(cè)1100V的輸入電壓，再通過(guò)DC/AC變流器進(jìn)行逆變，變流器輸出接入變壓器的副邊繞組，變壓器的原邊繞組與35KV母線相連，最后電網(wǎng)輸出合適的交流電壓；變壓器也可以向儲(chǔ)能電池充電，此時(shí)DC/AC變流器工作在整流狀態(tài)，將電網(wǎng)側(cè)交流電壓整流為直流電壓，該電壓經(jīng)DC/DC變換器降壓得到儲(chǔ)能電池的充電電壓。當(dāng)DC/AC電路都正常時(shí)，可以以集中控制或分別控制的方式保證儲(chǔ)能電池的正常充放電，當(dāng)一路故障時(shí)，其他的支路也可以保證繼續(xù)完成為儲(chǔ)能電池充電，儲(chǔ)能電池也可以通過(guò)其他的支路向變壓器提供合適的交流電壓，完成放電的過(guò)程，DC/AC電路的直流側(cè)與直流母線之間還設(shè)有直流接觸器KDC，使DC/AC電路可以相互備用，避免一路故障時(shí)導(dǎo)致儲(chǔ)能電池?zé)o法充放電，互聯(lián)開關(guān)QS1在直流接觸器KDC和母線電路共同故障時(shí)，起到通路的作用。在這種虛擬同步發(fā)電機(jī)既可以吸收有功，也可以發(fā)出有功。

現(xiàn)市面儲(chǔ)能電池電壓一般都在1000V及以下，本專利選擇電壓范圍在500V-800V之間的電池，根據(jù)電池特性確定每組電池容量，每組電池的容量也可以根據(jù)集中式虛擬同步機(jī)總?cè)萘坑?jì)算，例如5MW集中式虛擬同步機(jī)，可以分為10組儲(chǔ)能電池和10路DC/DC雙向變換器，每組電池500kW；根據(jù)目前電池技術(shù)特點(diǎn)，每組電池容量不超過(guò)500kW。

DC/DC的數(shù)量可以根據(jù)儲(chǔ)能電池容量靈活配置，對(duì)儲(chǔ)能電池的要求比較低，其中每種儲(chǔ)能電池采用一路DC/DC，多路DC/DC的設(shè)置方式有利于后期儲(chǔ)能電池組的維護(hù)或更換，多路DC/DC變換器有利于后期儲(chǔ)能電池組的維護(hù)或更換，多路DC/DC的方式有利于電池組和光伏電池陣列的維護(hù)或更換，而不需要考慮是否與原配置是否兼容。多路DC/DC配置可以更方便光伏電池陣列的容量和運(yùn)行電壓配置，可以通過(guò)DC/DC電路，對(duì)電壓進(jìn)行變換。

每組儲(chǔ)能電池連接方式，如圖1所示，每路直流母線通過(guò)直流接觸器KDC連接至DC/AC的母線電容，母線電容與DC/AC的逆變橋IGBT通過(guò)疊形母排，構(gòu)成功率模塊，功率模塊可以采用單管IGBT搭建，也可以采用半橋IGBT搭建，只要滿足電壓和電流范圍要求。

每路DC/AC逆變橋輸出連接至交流濾波回路，濾波回路可以采用LCL型式，也可以采用LC型式，主要根據(jù)網(wǎng)側(cè)THD要求進(jìn)行確定。濾波回路里面的熔斷器可以在電抗器和電容之間，也可以在電抗器與逆變橋之間。

本實(shí)施例中，兩個(gè)DC/AC電路分別連接一個(gè)變壓器的副邊，作為其他實(shí)施方式，兩個(gè)DC/AC電路也可以分別連接兩個(gè)變壓器的副邊。

本實(shí)施例中，DC/AC變流器可以采用單極雙向DC/AC拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)，作為其他實(shí)施方式，也可以采用三電平的變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，根據(jù)本實(shí)用新型的啟示，設(shè)計(jì)出各種方案的虛擬同步機(jī)，在不脫離本實(shí)用新型的原理下對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行的變化、修改、替換和變型仍落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。