[发明专利]双向耦合新能源同步机系统及运行方法

说明书

本发明提出了一种双向耦合新能源同步机系统及运行方法，包括新能源发电单元、双向耦合新能源同步机装置、测控保护装置、场站级管理系统、负载和电网；双向耦合新能源同步机装置包括通过机械耦合装置同轴联接的新能源侧电机和电网侧电机，新能源发电单元驱动新能源侧电机，新能源侧电机通过机械耦合装置驱动电网侧电机；场站级管理系统实时监测新能源发电单元和电网的运行状态，以协调新能源发电单元的出力；测控保护装置接收场站级管理系统监测得到的信息，并对双向耦合新能源同步机装置的运行进行控制；双向耦合新能源同步机系统可运行于发电、调相和反向三种模式。本发明系统可广泛应用于各种新能源场站，在实现新能源机组灵活运行的同时也提高其对电网的支撑功能。

技术领域

本发明属于新能源电力系统与电机应用技术领域，尤其涉及一种双向耦合新能源同步机系统及其运行方法。

背景技术

建设以新能源为主体的新型电力系统是目前能源领域的重要研究方向，以风能、太阳能等为代表的新能源发电在电网中的比例也在进一步提升，同时新能源的接入也对电网运行稳定性产生了深刻影响^[1]。

传统的新能源机组需要以电网电压作为基准来进行功率的调节，因此一般不具备对电网的支撑能力。这种内部特性给新能源电网的频率、电压和功角等稳定性带来不利影响^[2]。尽管业界内有通过改进变流器控制以期望为电网提供一定的支撑，如虚拟惯量、下垂控制和虚拟同步机等技术，但受限于变流器的过载能力和源侧有限的能量输入，变流器始终表现出有限的暂态支撑性能^[3]。因此需要发展新型的并网技术以有效提升新能源机组的并网性能，提升电网中新能源的接入比例。

同步电动机-发电机对是针对未来超高占比新能源电网稳定性提出的一种新能源并网方式^[4]。同步电机对系统由两台同轴拖动的同步电机构成，新能源变流器驱动电动机，电动机再拖动发电机并网。且已有理论、仿真及实验证实了同步电机对技术对电网惯性、阻尼和电压稳定性的提升作用^[5]。

尽管同步电机对并网技术为电网稳定提供了诸多有益的效果，但目前所研究的同步电机对系统运行模式单一，也没有针对实际工程应用进行相应的优化配置，没有充分发挥其对于电网的支撑功能。因此亟需在面向工程应用的基础上，通过结构或功能的改进实现同步电机对系统的运行灵活性以提升其在大电网中应用的可行性。

参考文献：

[1]舒印彪，陈国平，贺静波，等.构建以新能源为主体的新型电力系统框架研究[J].中国工程科学，2021，23(6)：61-69.

[2]谢小荣，贺静波，毛航银，等.“双高”电力系统稳定性的新问题及分类探讨[J].中国电机工程学报，2021，41(02)：461-475.

[3]Pan D,Wang X,Liu F,et al.Transient stability of voltage-sourceconverters with grid-forming control:A design-oriented study[J].IEEE Journalof Emerging and Selected Topics in Power Electronics,2019,8(2):1019-1033.

[4]CN105244911A，高渗透率的新能源电力并网系统及稳定性控制方法

[5]Huang Y,Wang Y,Li C,et al.Physics insight of the inertia of powersystem and methods to provide inertial response[J].CSEE Journal of Power andEnergy Systems,2022,8(2):559-568.

发明内容