一種新能源機組出力特性的仿真驗證裝置及其方法
【專利摘要】本發明涉及一種新能源機組出力特性的仿真驗證裝置及其方法，其特征在于：仿真驗證裝置包括功率轉換模塊、配方管理模塊、功率控制模塊、負荷電阻模塊和輸出模塊；功率轉換模塊將輸入功率轉換成恒定功率后傳輸至功率控制模塊，功率控制模塊實時采集配方管理模塊輸出的新能源機組的參數配方，并將恒定功率與新能源機組的參數配方運算后得到負荷電阻需要消耗的功率，功率控制模塊控制負荷電阻模塊實際消耗的功率，使其與負荷電阻需要消耗的功率相等，功率控制模塊將恒定功率與負荷電阻模塊實際消耗的功率運算后得到新能源機組的出力特性并傳輸至輸出模塊進行顯示和輸出。本發明可以廣泛應用于對新能源機組出力特性進行驗證的過程中。
【專利說明】一種新能源機組出力特性的仿真驗證裝置及其方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種仿真驗證裝置及其方法，特別是關于一種新能源機組出力特性的仿真驗證裝置及其方法。
【背景技術】
[0002]新能源(自然可再生能源)發電技術正逐步被大規模應用，但是新能源往往受制于所在區域的自然條件。如風能會受風力、大氣溫度和濕度等影響，海洋能會受波浪不穩定性的影響；太陽能會受云層、大氣條件等影響。由于各種類型新能源機組受不同區域自然條件的限制及其能效方式的不同，新能源機組出力曲線為不規則曲線，其預測性和調節性差。
[0003]新能源機組出力特性對新能源應用中逆變器、能量存儲及轉換裝置的設計和新能源機組接入電網設計非常重要。目前，新能源機組出力特性僅僅局限于采用仿真軟件進行模擬。采用仿真軟件如Matlab仿真驗證新能源機組出力特性時存在如下問題:一方面，仿真驗證時所用數據均來源于理論數據，而未考慮新能源機組在實際應用中受自然條件限制的情況，因此仿真驗證結果存在較大誤差；另一方面，仿真軟件不能模擬輸出任意條件下新能源機組的出力特性，尤其是極端條件下的出力特性。
【發明內容】
[0004]針對上述問題，本發明的目的是提供一種新能源機組出力特性的仿真驗證裝置及其方法，其結合新能源機組實際應用情況、能夠仿真驗證新能源機組出力特性。
[0005]為實現上述目的，本發明采取以下方案:一種新能源機組出力特性的仿真驗證裝置，其特征在于:它包括功率轉換模塊、配方管理模塊、功率控制模塊、負荷電阻模塊和輸出模塊；所述功率轉換模塊將輸入功率轉換成恒定功率后傳輸至所述功率控制模塊，所述功率控制模塊實時采集所述配方管理模塊輸出的新能源機組的參數配方，并將接收到的恒定功率與采集到的新能源機組的參數配方運算后得到負荷電阻需要消耗的功率；所述功率控制模塊控制所述負荷電阻模塊實際消耗的功率，使其與負荷電阻需要消耗的功率相等，所述功率控制模塊將接收到的恒定功率與所述負荷電阻模塊實際消耗的功率運算后，得到新能源機組的出力特性曲線并傳輸至所述輸出模塊進行顯示和輸出。
[0006]所述功率轉換模塊采用獨立柴油發電機和具有功率控制模式的變頻器中的一種。
[0007]所述功率控制模塊包括數據采集模塊、數據運算模塊和控制輸出模塊；所述數據采集模塊接收恒定功率并實時采集新能源機組參數配方后傳輸至所述數據運算模塊，所述數據運算模塊對恒定功率和新能源機組的參數配方進行計算，并將計算得到的負荷電阻需要消耗的功率傳輸至所述控制輸出模塊，所述控制輸出模塊輸出控制所述負荷電阻模塊的信號。
[0008]所述新能源機組的參數配方包括功率、負荷、運行狀態和環境條件。
[0009]所述配方管理模塊包括人機界面和存儲模塊，用戶通過所述人機界面將需要驗證的新能源機組及其參數配方輸入至所述存儲模塊中存儲，所述存儲模塊將存儲的新能源機組參數配方實時傳輸至所述功率控制模塊。
[0010]所述負荷電阻模塊采用多檔位、離散型負荷電阻。
[0011]所述輸出模塊包括顯示器和數據通信模塊，新能源機組的出力特性曲線通過所述顯示器進行顯示、通過所述數據通信模塊傳輸至外部數據處理設備。
[0012]一種采用所述仿真驗證裝置的新能源機組出力特性的仿真驗證方法，其包括以下步驟:1)功率轉換模塊將輸入功率轉換成恒定功率并輸出至數據采集模塊；2)通過人機界面將新能源機組及其參數配方輸入至存儲模塊中存儲，存儲模塊將輸入的新能源機組及其參數配方傳輸至數據采集模塊；3)數據采集模塊實時采集恒定功率和新能源機組的參數配方并傳輸至數據運算模塊；4)數據運算模塊將恒定功率與新能源機組的系統參數進行相減運算，得到負荷電阻需要消耗的功率并傳輸至控制輸出模塊；5)控制輸出模塊根據負荷電阻需要消耗的功率輸出PWM控制信號，并將PWM控制信號傳輸至負荷電阻模塊；6)負荷電阻模塊根據PWM控制信號消耗相應功率；7)數據采集模塊實時采集負荷電阻模塊實際消耗的功率，并傳輸至數據運算模塊；8)數據運算模塊將恒定功率與負荷電阻模塊實際消耗的功率進行相減運算，得到新能源機組出力特性曲線并傳輸至控制輸出模塊；9)控制輸出模塊將新能源機組出力特性曲線傳輸至顯示器進行顯示、傳輸至數據通信模塊進行輸出。
[0013]本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點:1、本發明由于采用功率轉換模塊、配方管理模塊、功率控制模塊、負荷電阻模塊和輸出模塊構成；功率控制模塊根據接收到的恒定功率和實時采集的配方管理模塊輸出的新能源機組的參數配方計算得到負荷電阻需要消耗的功率，功率控制模塊根據負荷電阻需要消耗的功率控制負荷電阻模塊的消耗功率，并將恒定功率和負荷電阻模塊的消耗功率進行計算得到新能源機組的出力特性，因此本發明能夠結合新能源機組實際應用情況仿真驗證新能源機組的出力特性并能夠預見新能源機組在接入電網時對電網的影響，從而滿足電網調度需求。2、本發明由于通過配方管理模塊任意組合輸入新能源機組的參數配方，并通過新能源出力特性輸出模塊將新能源機組的處理特性進行顯示和輸出，因此本發明能夠更好地為設計出匹配的逆變器、儲能單元以及能量轉換方式提供便利。基于以上優點，本發明可以廣泛應用于對新能源機組出力特性進行仿真驗證的過程中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明仿真驗證裝置的整體結構示意圖；
[0015]圖2是本發明仿真驗證方法的原理示意圖；圖2 (a)中的陰影區域為新能源機組出力特性區，直角坐標系中的橫軸表示時間，縱軸表示功率；圖2 (b)中整個陰影區域為恒定功率輸出區間，直角坐標系中的橫軸表示時間，縱軸表示功率；顏色較淺的陰影區域為反向等量電阻功率消耗區，其表示負荷電阻模塊消耗的功率；顏色較深的陰影區域為剩余功率出力區，其表示新能源機組的出力特性，剩余功率出力區與圖2 (a)中的新能源機組出力特性區相吻合。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細描述。
[0017]如圖1所示，本發明的新能源機組出力特性的仿真驗證裝置包括功率轉換模塊1、功率控制模塊2、配方管理模塊3、負荷電阻模塊4和輸出模塊5。功率轉換模塊1將輸入功率轉換成恒定功率后傳輸至功率控制模塊2，功率控制模塊2實時采集配方管理模塊3輸出的新能源機組的功率、負荷、運行狀態和環境條件等相關參數配方。功率控制模塊2與負荷電阻模塊4進行信息交互，功率控制模塊2將接收到的恒定功率與采集到的新能源機組的參數配方進行運算后，得到負荷電阻需要消耗的功率，由功率控制模塊2控制負荷電阻模塊4，以使負荷電阻模塊4實際消耗的功率與功率控制模塊2計算得到的負荷電阻需要消耗的功率相等；負荷電阻模塊4實際消耗的功率傳輸至功率控制模塊2內，與功率控制模塊2內接收到的恒定功率運算后，得到新能源機組的出力特性曲線，并傳輸至輸出模塊5進行顯示和輸出。
[0018]上述實施例中，功率轉換模塊1用于輸出一恒定功率,可以采用獨立柴油發電機，也可以采用具有功率控制模式的變頻器。
[0019]上述實施例中，功率控制模塊2包括數據采集模塊21、數據運算模塊22和控制輸出模塊23。數據采集模塊21接收功率轉換模塊1輸出的恒定功率，并實時采集配方管理模塊3輸出的新能源機組的功率、負荷、運行狀態和環境條件等相關參數配方，數據采集模塊21將恒定功率和新能源機組的相關參數配方傳輸至數據運算模塊22，數據運算模塊22對輸入的恒定功率和新能源機組的相關參數配方進行計算，并將計算得到的負荷電阻需要消耗的功率傳輸至控制輸出模塊23，控制輸出模塊23采用PWM (脈沖寬度調制)方式輸出控制信號，用于控制負荷電阻模塊4。
[0020]上述實施例中，配方管理模塊3用于管理新能源機組的功率、負荷、運行狀態和環境條件等相關參數配方；配方管理模塊3包括人機界面31和存儲模塊32，用戶通過人機界面31對新能源機組的功率、負荷、運行狀態和環境條件等相關參數配方進行錄入、調出、歸檔、在線編輯和調試等。存儲模塊32用于存儲新能源機組的相關參數配方。用戶通過人機界面31將需要驗證的新能源機組及其相關參數配方輸入至存儲模塊32中進行存儲，存儲模塊32將存儲的相應新能源機組參數配方實時傳輸至功率控制模塊2。
[0021]上述實施例中，負荷電阻模塊4采用多檔位、離散型負荷電阻，以使功率控制模塊2能夠按0?100%完全連續量控制負荷電阻模塊4消耗的功率。
[0022]上述實施例中，輸出模塊5包括顯示器51和數據通信模塊52，新能源機組的出力特性曲線通過顯示器51進行顯示、通過數據通信模塊52傳輸至外部數據處理設備等(圖中未示出)用于后續數據處理。
[0023]如圖2 (a)所示，新能源機組出力特性曲線是不規則曲線，其趨勢難以預測；如圖2(b)所示，可以通過恒定功率輸出區間減去反向等量電阻功率消耗區的方式得到剩余功率出力區，由于圖2 (a)中的新能源機組出力特性區與圖2 (b)中的剩余功率出力區完全吻合，因此可以通過計算剩余功率出力區得到新能源機組出力特性曲線，從而通過本發明能夠仿真驗證新能源機組的出力特性。采用本發明的仿真驗證裝置對新能源機組的出力特性進行仿真驗證的方法包括以下步驟:
[0024]1)功率轉換模塊1將輸入功率轉換成恒定功率(如圖2 (b)所示)，并輸出至數據采集模塊21。
[0025]2)通過人機界面31將新能源機組及其功率、負荷、運行狀態和環境條件等相關參數配方輸入至存儲模塊32，存儲模塊32將輸入的新能源機組及其相關參數配方傳輸至數據采集模塊21。
[0026]3)數據采集模塊21實時采集恒定功率和新能源機組相關參數配方并傳輸至數據運算模塊22。
[0027]4)數據運算模塊22將恒定功率與新能源機組的系統參數進行相減運算，得到負荷電阻需要消耗的功率并傳輸至控制輸出模塊23 ;負荷電阻需要消耗的功率形成的曲線與橫軸、縱軸構成的區域為反向等量電阻功率消耗區(如圖2所示)。
[0028]5)控制輸出模塊23根據負荷電阻需要消耗的功率輸出PWM控制信號，并將PWM控制信號傳輸至負荷電阻模塊4。
[0029]6)負荷電阻模塊4根據PWM控制信號消耗相應功率。
[0030]7)數據采集模塊21實時采集負荷電阻模塊4實際消耗的功率，并傳輸至數據運算模塊22。
[0031]8)數據運算模塊22將恒定功率與負荷電阻模塊4實際消耗的功率進行相減運算，得到剩余功率出力區，即新能源機組出力特性區，并將新能源機組出力特性曲線傳輸至控制輸出模塊23 (如圖2所示)。
[0032]9)控制輸出模塊23將新能源機組出力特性曲線傳輸至顯示器51進行顯示、傳輸至數據通信模塊52進行輸出。
[0033]上述各實施例僅用于說明本發明，其中各部件的結構、連接方式等都是可以有所變化的，凡是在本發明技術方案的基礎上進行的等同變換和改進，均不應排除在本發明的保護范圍之外。
【權利要求】
1.一種新能源機組出力特性的仿真驗證裝置，其特征在于:它包括功率轉換模塊、配方管理模塊、功率控制模塊、負荷電阻模塊和輸出模塊；所述功率轉換模塊將輸入功率轉換成恒定功率后傳輸至所述功率控制模塊，所述功率控制模塊實時采集所述配方管理模塊輸出的新能源機組的參數配方，并將接收到的恒定功率與采集到的新能源機組的參數配方運算后得到負荷電阻需要消耗的功率；所述功率控制模塊控制所述負荷電阻模塊實際消耗的功率，使其與負荷電阻需要消耗的功率相等，所述功率控制模塊將接收到的恒定功率與所述負荷電阻模塊實際消耗的功率運算后，得到新能源機組的出力特性曲線并傳輸至所述輸出模塊進行顯示和輸出。
2.如權利要求1所述的一種新能源機組出力特性的仿真驗證裝置，其特征在于:所述功率轉換模塊采用獨立柴油發電機和具有功率控制模式的變頻器中的一種。
3.如權利要求1所述的一種新能源機組出力特性的仿真驗證裝置，其特征在于:所述功率控制模塊包括數據采集模塊、數據運算模塊和控制輸出模塊；所述數據采集模塊接收恒定功率并實時采集新能源機組參數配方后傳輸至所述數據運算模塊，所述數據運算模塊對恒定功率和新能源機組的參數配方進行計算，并將計算得到的負荷電阻需要消耗的功率傳輸至所述控制輸出模塊，所述控制輸出模塊輸出控制所述負荷電阻模塊的信號。
4.如權利要求3所述的一種新能源機組出力特性的仿真驗證裝置，其特征在于:所述新能源機組的參數配方包括功率、負荷、運行狀態和環境條件。
5.如權利要求1或2或3或4所述的一種新能源機組出力特性的仿真驗證裝置，其特征在于:所述配方管理模塊包括人機界面和存儲模塊，用戶通過所述人機界面將需要驗證的新能源機組及其參數配方輸入至所述存儲模塊中存儲，所述存儲模塊將存儲的新能源機組參數配方實時傳輸至所述功率控制模塊。
6.如權利要求1或2或3或4所述的一種新能源機組出力特性的仿真驗證裝置，其特征在于:所述負荷電阻模塊采用多檔位、離散型負荷電阻。
7.如權利要求5所述的一種新能源機組出力特性的仿真驗證裝置，其特征在于:所述負荷電阻模塊采用多檔位、離散型負荷電阻。
8.如權利要求1或2或3或4或7所述的一種新能源機組出力特性的仿真驗證裝置，其特征在于:所述輸出模塊包括顯示器和數據通信模塊，新能源機組的出力特性曲線通過所述顯示器進行顯示、通過所述數據通信模塊傳輸至外部數據處理設備。
9.如權利要求5所述的一種新能源機組出力特性的仿真驗證裝置，其特征在于:所述輸出模塊包括顯示器和數據通信模塊，新能源機組的出力特性曲線通過所述顯示器進行顯示、通過所述數據通信模塊傳輸至外部數據處理設備。
10.一種采用如權利要求1~9任一項所述仿真驗證裝置的新能源機組出力特性的仿真驗證方法，其包括以下步驟:1)功率轉換模塊將輸入功率轉換成恒定功率并輸出至數據采集模塊；2)通過人機界面將新能源機組及其參數配方輸入至存儲模塊中存儲，存儲模塊將輸入的新能源機組及其參數配方傳輸至數據采集模塊；3)數據采集模塊實時采集恒定功率和新能源機組的參數配方并傳輸至數據運算模塊；4)數據運算模塊將恒定功率與新能源機組的系統參數進行相減運算，得到負荷電阻需要消耗的功率并傳輸至控制輸出模塊；5)控制輸出模塊根據負荷電阻需要消耗的功率輸出PWM控制信號，并將PWM控制信號傳輸至負荷電阻模塊；6)負荷電阻模塊根據PWM控制信號消耗相應功率；7)數據采集模塊實時采集負荷電阻模塊實際消耗的功率，并傳輸至數據運算模塊；8)數據運算模塊將恒定功率與負荷電阻模塊實際消耗的功率進行相減運算，得到新能源機組出力特性曲線并傳輸至控制輸出模塊；9)控制輸出模塊將新能源機組出力特性曲線傳輸至顯示器進行顯示、傳輸至數據通信模塊進行輸出。
【文檔編號】G01R31/00GK103675516SQ201310447180
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月25日 優先權日:2013年9月25日
【發明者】平朝春, 郝富強, 肖鋼, 李凌云, 張理, 魏澈, 李強 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油研究總院, 深圳市行健自動化股份有限公司