一種兆瓦級(jí)水力發(fā)電模擬系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種兆瓦級(jí)水力發(fā)電模擬系統(tǒng)，包括：10kV母線I、輸入開(kāi)關(guān)柜、高壓變頻器、輸出開(kāi)關(guān)柜、變頻調(diào)速異步電機(jī)、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器TN、同步電機(jī)、勵(lì)磁柜、勵(lì)磁變壓器柜、并網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜和操作臺(tái)；所述10kV母線I與所述輸入開(kāi)關(guān)柜、所述高壓變頻器、所述輸出開(kāi)關(guān)柜、所述變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)、所述轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器TN、所述同步電機(jī)、所述并網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜依次相連；所述高壓變頻器還與所述并網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜、所述勵(lì)磁變壓器柜、所述勵(lì)磁柜、所述轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器TN、所述操作臺(tái)相連；所述操作臺(tái)還與所述并網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜相連。本發(fā)明自動(dòng)化程度高，可擴(kuò)展性強(qiáng)。通過(guò)軟件控制模擬水電機(jī)組的運(yùn)行特性，亦可經(jīng)軟件擴(kuò)展，用于模擬燃汽輪機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)等其它發(fā)電形式的運(yùn)行特性。
【專利說(shuō)明】
一種兆瓦級(jí)水力發(fā)電模擬系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及可再生能源發(fā)電研究領(lǐng)域，具體涉及一種兆瓦級(jí)水力發(fā)電模擬系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]進(jìn)入21世紀(jì)，全球能源生產(chǎn)消費(fèi)持續(xù)增長(zhǎng)，能源短缺和環(huán)境惡化已經(jīng)成為威脅人類生存的全球化問(wèn)題，世界各國(guó)都在積極探索未來(lái)能源轉(zhuǎn)型發(fā)展路線，并將發(fā)展新能源和可再生能源作為推動(dòng)未來(lái)能源轉(zhuǎn)型的重點(diǎn)，美歐日等發(fā)達(dá)國(guó)家陸續(xù)出臺(tái)了以支撐新能源發(fā)展為重點(diǎn)的能源發(fā)展戰(zhàn)略。
[0003]在國(guó)家的大力支持下，近年來(lái)新能源發(fā)電發(fā)展取得了令人矚目的成就:截至2015年底，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模全球第一，風(fēng)電并網(wǎng)裝機(jī)容量達(dá)到1.29億千瓦;光伏裝機(jī)容量超越德國(guó)，成為全球光伏裝機(jī)累積最高的國(guó)家，總裝機(jī)容量43GW左右。
[0004]風(fēng)電本身具有不穩(wěn)定性，不易準(zhǔn)確預(yù)計(jì)，風(fēng)況不穩(wěn)定，產(chǎn)生的電能就不穩(wěn)定，風(fēng)電的電能質(zhì)量也較差，其功率因數(shù)和諧波往往得不到有效控制。光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。主要由太陽(yáng)電池板(組件)、控制器和逆變器三大部分組成，主要部件由電子元器件構(gòu)成。太陽(yáng)能電池經(jīng)過(guò)串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽(yáng)電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。
[0005]由于風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的間歇性和隨機(jī)性特點(diǎn)，大規(guī)模風(fēng)電、光伏并網(wǎng)消納及輸送對(duì)電網(wǎng)建設(shè)、電源結(jié)構(gòu)配置以及電站運(yùn)行方式、管理體制等方面提出了新的要求。水力發(fā)電具有運(yùn)行靈活、啟動(dòng)迅速、較快適應(yīng)負(fù)荷變動(dòng)等特點(diǎn)，利用水力發(fā)電的調(diào)節(jié)能力，對(duì)不穩(wěn)定的風(fēng)電、光電發(fā)電出力進(jìn)行補(bǔ)償，可促進(jìn)穩(wěn)定性較差的風(fēng)電、光伏被電網(wǎng)消納。
[0006]目前的水力發(fā)電模擬系統(tǒng)無(wú)法快速控制發(fā)電機(jī)對(duì)水電機(jī)組外特性的精確模擬，并且成本較高、建設(shè)慢、精度不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種兆瓦級(jí)水力發(fā)電模擬系統(tǒng)，提出了大容量水力發(fā)電模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，模擬運(yùn)行靈活、啟動(dòng)迅速、較快適應(yīng)負(fù)荷變動(dòng)等特點(diǎn)的水力發(fā)電機(jī)組，用于風(fēng)水、光水等可再生能源聯(lián)合運(yùn)行技術(shù)研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。利用模擬水電承擔(dān)電力系統(tǒng)的調(diào)峰、調(diào)頻、負(fù)荷備用和事故備用等任務(wù)，提高整個(gè)風(fēng)水、光水等可再生能源聯(lián)合運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益，從而促進(jìn)破解大規(guī)?？稍偕茉床⒕W(wǎng)運(yùn)行的技術(shù)瓶頸，提高電網(wǎng)對(duì)大規(guī)模間歇性能源的接納能力，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)對(duì)間歇性可再生能源集約化發(fā)展的有力支撐。
[0008]實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的解決方案為:
[0009]—種兆瓦級(jí)水力發(fā)電模擬系統(tǒng)，所述模擬系統(tǒng)包括:1OkV母線1、輸入開(kāi)關(guān)柜、高壓變頻器、輸出開(kāi)關(guān)柜、變頻調(diào)速異步電機(jī)、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器TN、同步電機(jī)、勵(lì)磁柜、勵(lì)磁變壓器柜、并網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜和操作臺(tái)；所述1kV母線I與所述輸入開(kāi)關(guān)柜、所述高壓變頻器、所述輸出開(kāi)關(guān)柜、所述變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)、所述轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器TN、所述同步電機(jī)、所述并網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜依次相連;所述高壓變頻器還與所述并網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜、所述勵(lì)磁變壓器柜、所述勵(lì)磁柜、所述轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器TN、所述操作臺(tái)相連;所述操作臺(tái)還與所述并網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜相連。
[0010]優(yōu)選的，所述1kV母線I用于提供一次輸入電源，容量不小于1400KVA。
[0011]優(yōu)選的，所述輸入開(kāi)關(guān)柜配置有1kV真空斷路器，用于電源與供電電路的切斷及連接。
[0012]優(yōu)選的，所述高壓變頻器將電網(wǎng)電源通過(guò)AC-DC-AC轉(zhuǎn)換成電壓、頻率可調(diào)的三相交流電壓；
[0013]所述高壓變頻器采用6個(gè)獨(dú)立的低壓串聯(lián)實(shí)現(xiàn)高壓輸出，輸出采用13電平移相正弦PffM控制，包括移相變壓器和功率單元；
[0014]所述移相變壓器二次側(cè)繞組在繞制時(shí)采用延邊三角形接法，相互之間形成10°固定相位差，將網(wǎng)側(cè)的I OkV高壓變換成二次側(cè)的18組580V低電壓。
[0015]優(yōu)選的，所述輸出開(kāi)關(guān)柜配置1kV真空斷路器，對(duì)高壓變頻器輸出到電機(jī)的電源進(jìn)行分/合閘控制。
[0016]優(yōu)選的，所述變頻調(diào)速異步電機(jī)選用鼠籠式變頻調(diào)速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，作為變頻電源的負(fù)載和同步發(fā)電機(jī)的動(dòng)力源，與同步發(fā)電機(jī)同軸聯(lián)結(jié)。
[0017]優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器TN用于測(cè)量電機(jī)同軸的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速信號(hào)，并將信號(hào)送入所述高壓變頻器。
[0018]優(yōu)選的，所述勵(lì)磁柜采用可控硅自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，通過(guò)晶閘管整流方式為所述同步電機(jī)提供勵(lì)磁電流。
[0019]優(yōu)選的，所述并網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜配置1kV真空斷路器，分別采集母線II電壓和本系統(tǒng)輸出電壓及電流，采集信號(hào)經(jīng)過(guò)光纖通訊送入所述高壓變頻器，由高壓變頻器控制并網(wǎng)開(kāi)關(guān)同期合閘。
[0020]優(yōu)選的，所述操作臺(tái)包括監(jiān)控工控機(jī)和PLC控制器，用于對(duì)本系統(tǒng)所有電氣設(shè)備的監(jiān)視、控制和通信；
[0021 ]所述PLC控制器用于模擬水力發(fā)電的邏輯控制與連鎖保護(hù)。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0023]1、本系統(tǒng)通過(guò)高壓變頻器靈活快速控制發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水電機(jī)組外特性的精確模擬，具有成本低、建設(shè)快、精度高的特點(diǎn)。
[0024]2、本系統(tǒng)采用大功率變頻電源，模擬水力發(fā)電容量可達(dá)1MW，系統(tǒng)具有高過(guò)載能力，最高可達(dá)1.5倍運(yùn)行。
[0025]3、本系統(tǒng)調(diào)節(jié)范圍很寬，頻率在OHz?60Hz連續(xù)可調(diào)，電壓在O?6kV連續(xù)可調(diào)，調(diào)速范圍為0-100%連續(xù)可調(diào)，在20%?100%的調(diào)速范圍內(nèi)，變頻系統(tǒng)的不加任何功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)那闆r下輸入端功率因數(shù)必須達(dá)到或超過(guò)0.95。
[0026]4、本系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，在-10%?10%電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)必須滿載輸出；瞬時(shí)失電可滿載運(yùn)行5個(gè)周期不跳閘，輕載時(shí)間更長(zhǎng)。
[0027]5、本系統(tǒng)模擬能力強(qiáng)，可接受上級(jí)調(diào)度指令，控制發(fā)電機(jī)組的電壓輸出、有功和無(wú)功出力，模擬不同容量水電機(jī)組發(fā)電的典型特性。
[0028]6、本系統(tǒng)具有完善的保護(hù)功能，變頻裝置、同步電機(jī)、異步電機(jī)、勵(lì)磁裝置、開(kāi)關(guān)柜、變壓器等均具有安全可靠的保護(hù)功能。
[0029]7、本系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，可擴(kuò)展性強(qiáng)。系統(tǒng)通過(guò)軟件控制模擬水電機(jī)組的運(yùn)行特性，亦可經(jīng)軟件擴(kuò)展，用于模擬燃汽輪機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)、直驅(qū)式風(fēng)機(jī)等其它發(fā)電形式的運(yùn)行特性。
【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1是本發(fā)明提供的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D。
[0031]圖2是本發(fā)明提供的100kW水電發(fā)電模擬系統(tǒng)通信拓?fù)鋱D。
[0032]圖3是本發(fā)明提供的功率調(diào)節(jié)控制圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0034]1、總體方案:本系統(tǒng)原理拓?fù)淙鐖D1所示，1kV電網(wǎng)經(jīng)輸入開(kāi)關(guān)柜連接至高壓變頻器，再經(jīng)過(guò)輸出開(kāi)關(guān)柜連接至6kV變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)。高壓變頻器起動(dòng)變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)，拖動(dòng)同軸連接的同步發(fā)電機(jī)至同步轉(zhuǎn)速，經(jīng)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜和升壓變壓器后與1kV電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電。在同步發(fā)電機(jī)未并網(wǎng)時(shí)，由外部提供380V電源至勵(lì)磁柜進(jìn)行勵(lì)磁，并由高壓變頻器控制并網(wǎng)開(kāi)關(guān)同期合閘并網(wǎng);并網(wǎng)后由并網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜經(jīng)勵(lì)磁變壓器柜為勵(lì)磁柜提供電源對(duì)同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行勵(lì)磁;這兩路勵(lì)磁電源供電由勵(lì)磁變壓器柜中的KMl和KM2進(jìn)行切換，KMl和KM2具有電氣互鎖功能。
[0035]操作臺(tái)包括監(jiān)控工控機(jī)和PLC控制器，對(duì)本系統(tǒng)所有電氣設(shè)備的監(jiān)視和控制，監(jiān)控系統(tǒng)接收上級(jí)調(diào)度指令，根據(jù)調(diào)度指令自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)容量的水電機(jī)組典型運(yùn)行特性模型，通過(guò)PLC控制器下發(fā)給高壓變頻器，高壓變頻器調(diào)節(jié)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，從而調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)的輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)水電機(jī)組運(yùn)行特性的模擬。系統(tǒng)拓?fù)淙绺綀D1所示。
[0036]2、系統(tǒng)組成及技術(shù)參數(shù):
[0037]I)母線I 1kV電源
[0038]本系統(tǒng)由母線I提供一次輸入電源，容量不小于1400KVA。
[0039]2)輸入開(kāi)關(guān)柜
[0040]輸入開(kāi)關(guān)柜配置1kV真空斷路器，通過(guò)其為變頻電源裝置供電，負(fù)責(zé)電源與供電電路的切斷及連接，在系統(tǒng)故障、緊急情況下可跳閘。
[0041]3)高壓變頻器
[0042]為本系統(tǒng)核心部件，將電網(wǎng)電源通過(guò)AC-DC-AC轉(zhuǎn)換成電壓、頻率可調(diào)的三相交流電壓。
[0043]變頻器輸出側(cè)采用13電平移相正弦PWM控制，輸入降壓變壓器采用移相方式，可有效消除裝置對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。串聯(lián)型13電平高壓變頻器采用6個(gè)獨(dú)立的低壓串聯(lián)實(shí)現(xiàn)高壓輸出，包含移相變壓器和功率單元兩大部分。
[0044]移相變壓器采用多重化設(shè)計(jì)，將網(wǎng)側(cè)的1kV高壓變換成二次側(cè)的18組580V低電壓。二次側(cè)繞組在繞制時(shí)采用延邊三角形接法，相互之間形成10°固定相位差，產(chǎn)生多脈沖整流方式，使得變壓器二次側(cè)各繞組(功率單元的輸入)的諧波電流相互抵消，不反映到高壓側(cè)，從而有效改善電網(wǎng)的電流波形，基本上消除了變頻器對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。變壓器各二次繞組相互獨(dú)立，并單獨(dú)為一個(gè)功率單元供電，所以每個(gè)功率單元的主回路相對(duì)對(duì)立，并且工作在低電壓狀態(tài)。各功率單元之間的相對(duì)電壓，由變壓器二次繞組的絕緣承擔(dān)，功率單元之間不存在串聯(lián)均壓?jiǎn)栴}。
[0045]4)輸出開(kāi)關(guān)柜
[0046]輸出開(kāi)關(guān)柜配置1kV真空斷路器，對(duì)高壓變頻器輸出到電機(jī)的電源進(jìn)行分/合閘控制。
[0047]5)變頻調(diào)速異步電機(jī)
[0048]異步電動(dòng)機(jī)既作為變頻電源的負(fù)載，又作為同步發(fā)電機(jī)的動(dòng)力源，與同步發(fā)電機(jī)同軸聯(lián)結(jié)，適合于變頻器軟啟動(dòng)和力矩控制要求，電動(dòng)機(jī)選用鼠籠式變頻調(diào)速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的額定功率為1120kW，額定電壓為6kV，額定轉(zhuǎn)速為750r/min，定子電流為135A，起動(dòng)方式為變頻起動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)O?50Hz時(shí)的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率調(diào)速。
[0049]6)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器TN
[0050]轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器TN測(cè)量電機(jī)同軸的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速信號(hào)，并將信號(hào)送入高壓變頻器，以便進(jìn)行速度閉環(huán)控制。
[0051 ] 7)同步電機(jī)
[0052]同步電機(jī)在本系統(tǒng)中作為發(fā)電設(shè)備使用，與異步電機(jī)同軸聯(lián)結(jié)，配備有勵(lì)磁設(shè)備、同期設(shè)備和測(cè)量保護(hù)設(shè)備，電機(jī)為三相交流凸極式同步發(fā)電機(jī)，額定功率為lOOOkW，定子電流為107A，且能承受1.2倍過(guò)載，額定機(jī)端電壓為6kV，額定轉(zhuǎn)速為750r/min，勵(lì)磁方式為它勵(lì)。發(fā)電機(jī)具有定子繞組相間短路保護(hù)、定子繞組接地保護(hù)、定子繞組過(guò)流保護(hù)、定子繞組過(guò)負(fù)荷保護(hù)、定子繞組過(guò)電壓保護(hù)等保護(hù)功能。
[0053]8)勵(lì)磁系統(tǒng)
[0054]勵(lì)磁設(shè)備包括勵(lì)磁柜和勵(lì)磁變壓器。勵(lì)磁變壓器采用干式變壓器，Υ/Λ組別，一次額定電壓為6kV，二次額定電壓為380V，為勵(lì)磁柜提供AC380V電源。當(dāng)同步電機(jī)發(fā)電低于6KV時(shí)，使用配電箱的AC380V電源通過(guò)KM2給勵(lì)磁柜供電，當(dāng)同步電機(jī)發(fā)出6KV電壓時(shí)，6KV變換至380V電壓，經(jīng)過(guò)KMl給勵(lì)磁柜供電，KMl與KM2具有互鎖功能。
[0055]勵(lì)磁柜采用可控硅自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，通過(guò)晶閘管整流方式為同步電機(jī)提供勵(lì)磁電流，具有阻容吸收、滅磁電阻、滅磁開(kāi)關(guān)、電壓電流互感器等基本元件，調(diào)節(jié)方式具有恒功率、恒功率因數(shù)、恒勵(lì)磁電流、調(diào)差率等多種，保護(hù)功能具有過(guò)流、低勵(lì)、強(qiáng)勵(lì)、空載過(guò)電壓、PT熔絲熔斷等，并具有軟件自檢和容錯(cuò)處理功能。
[0056]9)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜
[0057]并網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜配置1kV真空斷路器，采集6路電壓和3路電流，分別采集II母線電壓和本系統(tǒng)輸出電壓及電流，采集信號(hào)經(jīng)過(guò)光纖通訊送入高壓變頻器，由高壓變頻器控制并網(wǎng)開(kāi)關(guān)同期合閘，實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的同期并網(wǎng)功能。開(kāi)關(guān)柜具有電流速斷、過(guò)流、過(guò)/欠電壓、高/低頻率等保護(hù)功能。
[0058]10)操作臺(tái)
[0059]操作臺(tái)包括監(jiān)控工控機(jī)和PLC控制器，對(duì)本系統(tǒng)所有電氣設(shè)備的監(jiān)視和控制等各種功能，與本地變頻電器、勵(lì)磁設(shè)備、試驗(yàn)發(fā)電機(jī)、開(kāi)關(guān)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，亦可與上級(jí)調(diào)度系統(tǒng)實(shí)時(shí)通訊。監(jiān)控功能包括數(shù)據(jù)采集與處理、人機(jī)接口、監(jiān)視、控制、故障報(bào)警、統(tǒng)計(jì)計(jì)算、制表打印、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)等。
[0060]PLC控制器完成模擬水力發(fā)電的邏輯控制與連鎖保護(hù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水電機(jī)組運(yùn)行特性的模擬。PLC控制器和監(jiān)控系統(tǒng)采用串口通訊方式通信，監(jiān)控系統(tǒng)與上級(jí)調(diào)度系統(tǒng)采用以太網(wǎng)通訊方式通信。
[0061 ]通信結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D如附圖2所示。
[0062]3、功率調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)
[0063]I)有功功率調(diào)節(jié)
[0064]并網(wǎng)有功功率的調(diào)節(jié)是通過(guò)對(duì)6kV異步電機(jī)調(diào)速實(shí)現(xiàn)的。電網(wǎng)可視為固定頻率50Hz，當(dāng)同步電機(jī)并網(wǎng)后，可視為同步電機(jī)轉(zhuǎn)速一定;此時(shí)通過(guò)變頻器對(duì)異步電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制，調(diào)節(jié)異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩電流，就可以調(diào)節(jié)異步電機(jī)的輸出有功功率，對(duì)應(yīng)的就是同步電機(jī)的負(fù)載有功功率(不考慮空載損耗)。當(dāng)同步電機(jī)的負(fù)載功率為負(fù)時(shí)，系統(tǒng)狀態(tài)為異步電機(jī)拖動(dòng)同步電機(jī)運(yùn)行，異步電機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)，同步電機(jī)處于發(fā)電態(tài)，異步電機(jī)提供的有功功率通過(guò)同步電機(jī)又回饋到電網(wǎng)，在不考慮相關(guān)損耗的情況下，異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制提供的有功功率的大小就是同步電機(jī)的負(fù)載有功功率大小，也就是同步電機(jī)并網(wǎng)有功功率的大小，功率調(diào)節(jié)控制原理如附圖3所示。
[0065]圖中Iq—re3f為異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩電流給定分量，用于調(diào)節(jié)異步電機(jī)有功功率(也就是并網(wǎng)有功功率)；Ir—re3f為同步電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流給定，用于調(diào)節(jié)同步電機(jī)功率因數(shù)(也就是同步電機(jī)無(wú)功功率);Qrrf為同步電機(jī)無(wú)功功率給定值;Prrf為同步電機(jī)有功功率給定值。
[0066]同步電機(jī)功率調(diào)節(jié)過(guò)程中，異步電機(jī)采用轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制，只需要給定同步電機(jī)有功功率Pre3f與無(wú)功功率Qre3f,控制系統(tǒng)會(huì)自行調(diào)節(jié)同步電機(jī)并網(wǎng)功率到達(dá)所給定的功率值。
[0067]2)無(wú)功功率調(diào)節(jié)
[0068]與電網(wǎng)并聯(lián)的同步發(fā)電機(jī)，不僅要向電網(wǎng)輸出有功功率，還要輸出無(wú)功功率。并網(wǎng)無(wú)功功率的調(diào)節(jié)是通過(guò)對(duì)同步電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的控制實(shí)現(xiàn)的。
[0069]同步電機(jī)并網(wǎng)后，由于電網(wǎng)電壓、頻率一定，所以此時(shí)同步電機(jī)的無(wú)功功率的調(diào)節(jié)是通過(guò)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的大小來(lái)調(diào)節(jié)的，無(wú)功的調(diào)節(jié)也可認(rèn)為是功率因數(shù)的調(diào)節(jié)。
[0070]同步電機(jī)三種勵(lì)磁狀態(tài)如下:
[0071 ]正常勵(lì)磁狀態(tài):I與U同相，吸收有功P，無(wú)功Q = O;
[0072]過(guò)勵(lì)磁狀態(tài):1超前U，吸收有功P，吸收容性無(wú)功Q(發(fā)感性無(wú)功Q);
[0073]欠勵(lì)磁狀態(tài):1滯后U，吸收有功P，吸收感性無(wú)功Q(發(fā)容性無(wú)功Q);
[0074]通過(guò)控制轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流處于三種不同的狀態(tài)，即可以實(shí)現(xiàn)同步電機(jī)無(wú)功功率的調(diào)節(jié)。
[0075]最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是:以上實(shí)施例僅用于說(shuō)明本申請(qǐng)的技術(shù)方案而非對(duì)其保護(hù)范圍的限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本申請(qǐng)進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀本申請(qǐng)后依然可對(duì)申請(qǐng)的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行種種變更、修改或者等同替換，但這些變更、修改或者等同替換，均在申請(qǐng)待批的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種兆瓦級(jí)水力發(fā)電模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述模擬系統(tǒng)包括:1kV母線1、輸入開(kāi)關(guān)柜、高壓變頻器、輸出開(kāi)關(guān)柜、變頻調(diào)速異步電機(jī)、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器TN、同步電機(jī)、勵(lì)磁柜、勵(lì)磁變壓器柜、并網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜和操作臺(tái);所述1kV母線I與所述輸入開(kāi)關(guān)柜、所述高壓變頻器、所述輸出開(kāi)關(guān)柜、所述變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)、所述轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器TN、所述同步電機(jī)、所述并網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜依次相連;所述高壓變頻器還與所述并網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜、所述勵(lì)磁變壓器柜、所述勵(lì)磁柜、所述轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器TN、所述操作臺(tái)相連;所述操作臺(tái)還與所述并網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜相連。2.如權(quán)利要求1所述的模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述1kV母線I用于提供一次輸入電源，容量不小于1400KVA。3.如權(quán)利要求1所述的模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入開(kāi)關(guān)柜配置有1kV真空斷路器，用于電源與供電電路的切斷及連接。4.如權(quán)利要求1所述的模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述高壓變頻器將電網(wǎng)電源通過(guò)AC-DC-AC轉(zhuǎn)換成電壓、頻率可調(diào)的三相交流電壓； 所述高壓變頻器采用6個(gè)獨(dú)立的低壓串聯(lián)實(shí)現(xiàn)高壓輸出，輸出采用13電平移相正弦PWM控制，包括移相變壓器和功率單元； 所述移相變壓器二次側(cè)繞組在繞制時(shí)采用延邊三角形接法，相互之間形成10°固定相位差，將網(wǎng)側(cè)的1kV高壓變換成二次側(cè)的18組580V低電壓。5.如權(quán)利要求1所述的模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述輸出開(kāi)關(guān)柜配置1kV真空斷路器，對(duì)高壓變頻器輸出到電機(jī)的電源進(jìn)行分/合閘控制。6.如權(quán)利要求1所述的模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述變頻調(diào)速異步電機(jī)選用鼠籠式變頻調(diào)速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，作為變頻電源的負(fù)載和同步發(fā)電機(jī)的動(dòng)力源，與同步發(fā)電機(jī)同軸聯(lián)結(jié)。7.如權(quán)利要求1所述的模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器TN用于測(cè)量電機(jī)同軸的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速信號(hào)，并將信號(hào)送入所述高壓變頻器。8.如權(quán)利要求1所述的模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述勵(lì)磁柜采用可控硅自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，通過(guò)晶閘管整流方式為所述同步電機(jī)提供勵(lì)磁電流。9.如權(quán)利要求1所述的模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述并網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜配置1kV真空斷路器，分別采集母線II電壓和本系統(tǒng)輸出電壓及電流，采集信號(hào)經(jīng)過(guò)光纖通訊送入所述高壓變頻器，由高壓變頻器控制并網(wǎng)開(kāi)關(guān)同期合閘。10.如權(quán)利要求1所述的模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述操作臺(tái)包括監(jiān)控工控機(jī)和PLC控制器，用于對(duì)本系統(tǒng)所有電氣設(shè)備的監(jiān)視、控制和通信； 所述PLC控制器用于模擬水力發(fā)電的邏輯控制與連鎖保護(hù)。
【文檔編號(hào)】G09B25/02GK105869507SQ201610369475
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年5月30日
【發(fā)明人】孔愛(ài)良, 華光輝, 汪春, 姬聯(lián)濤, 梁碩, 夏俊榮, 葉榮波, 許曉慧, 赫衛(wèi)國(guó), 李春來(lái), 丁杰, 吳福保, 楊波, 周鄴飛, 朱凌志, 李正曦
【申請(qǐng)人】中國(guó)電力科學(xué)研究院, 國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)青海省電力公司電力科學(xué)研究院