一种新能源汇集站及其控制方法、系统、设备及介质与流程

本发明涉及新能源汇集，尤其涉及一种新能源汇集站及其控制方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、新能源汇集站的输出功率具有间歇性、随机性和波动性的特点，大规模新能源的接入使得电网调频、调峰难度加大，新能源汇集站的常规控制采用锁相环与电网同步、定向，并以电流注入的形式实现功率调节，这需要依附强电网运行，使新能源汇集站缺乏参与电网调压、调频以及惯量支撑的能力，加剧了交流电力系统频率出现大幅波动甚至发生失稳的风险。

2、新能源发电输出功率的波动性和间歇性加大了电网的调频调峰难度，同时，交流电力系统的惯量持续下降，新能源汇集的控制与交流电网的多时间尺度相互作用也带来了更为复杂的机网交互特性，电力系统安全稳定运行问题凸显。

技术实现思路

1、本发明提供了一种新能源汇集站及其控制方法、系统、设备及介质，以解决新能源汇集并网时因不具备调压、调频及惯量支撑能力而导致的供电不稳定的技术问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种新能源汇集站控制方法，所述新能源汇集站包括全能型静止同步机，所述全能型静止同步机通过柔性直流输电或交流输电连接有新能源发电机组，所述全能型静止同步机包括储能装置和储能变换器；所述方法包括：

3、确定所述全能型静止同步机中储能装置的储能额定容量和储能额定功率；

4、依据所述储能额定容量和所述储能额定功率确定所述储能装置中功率型储能装置和能量型储能装置的容量配比；

5、根据所述容量配比搭建所述新能源汇集站的控制架构；其中，所述全能型静止同步机的控制单元包括直流电压控制单元、频率控制单元和无功-电压外环控制单元；

6、在所述控制架构下，通过所述直流电压控制单元、所述频率控制单元和所述无功-电压外环控制单元中的至少一个对所述新能源汇集站出现的扰动情况进行扰动控制。

7、这样，本发明中的新能源汇集站即为交直流新能源汇集站，在新能源汇集站接入一定比例的全能型静止同步机，通过柔性直流输电、全能型静止同步机以及新能源发电机组的协同控制，使得新能源汇集站在外特性上具备类似同步发电机的惯量支撑功能与一次调频功能。具体地，在全能型静止同步机的储能装置的容量配比选择上，采用功率型储能装置实现惯量支撑功能，采用能量型储能装置实现一次调频功能。

8、通过设置功率型储能装置与能量型储能装置的能量配比，抑制新能源汇集站输出功率的波动性，通过切换全能型静止同步单元不同的控制单元，实现对大受端电网的电压支撑。

9、通过在全能型静止同步机中结合储能装置的方式，使全能型静止同步机拥有了有功功率支撑能力，加上储能变换器本身具备的无功吞吐的能力，再加上柔性直流输电方式赋予的快速响应速度，使得全能型静止同步机不仅具备了在四象限运行的能力，而且能够表现出接近甚至超过传统同步发电机的优越性能，进而使得新能源汇集站具备类似同步机的构网主动支撑功能。克服了现有技术中新能源并网时因不具备惯量支撑能力而导致的供电不稳定的技术问题，塑造了类似同步机特性的构网主动支撑能力，提升了电压、频率稳定水平，实现了惯量支撑的功能，提升了新能源汇集站的供电稳定性。

10、作为优选方案，所述确定所述全能型静止同步机中储能装置的储能额定容量和储能额定功率，包括：

11、根据所述全能型静止同步机的储能荷电约束确定所述储能额定容量；

12、根据所述全能型静止同步机的储能充放电功率和储能充放电量确定所述储能额定功率。

13、功率型储能装置用于自主惯量支撑，能量型储能装置用于一次调频，将新能源汇集站与相同容量的同步发电机进行对比，使新能源汇集站与典型同步发电机具有相同的响应量、延迟时间以及恢复时间，以此为依据设计功率型储能、能量型储能的配比。将新能源汇集站与电力系统中同步发电机进行对比，优化整定惯量响应、频率调节以及电压支撑控制参数，从而使新能源汇集站呈现出类似同步发电机的外特性。

14、作为优选方案，所述根据所述全能型静止同步机的储能充放电功率和储能充放电量确定所述储能额定功率，具体为：

15、依据下式确定全能型静止同步机的储能充放电功率：

16、

17、式中，表示t时刻的所述储能充放电功率，表示t时刻的新能源发电机组并网功率，表示t时刻的新能源发电机组功率。

18、作为优选方案，所述通过所述直流电压控制单元、所述频率控制单元和所述无功-电压外环控制单元中的至少一个对所述新能源汇集站出现的扰动情况进行扰动控制，具体为：

19、所述全能型静止同步机控制所述新能源发电机组以低于预设功率的状态运行，通过所述直流电压控制单元、所述频率控制单元和所述无功-电压外环控制单元中的至少一个对所述新能源汇集站出现的扰动情况进行频率扰动控制和电压扰动控制。

20、这样，控制新能源发电机组实现惯量支撑和一次调频需要让机组运行在非最大功率点，留有一定出力裕度，通过直流电压控制单元和频率控制单元的协同控制实现交流输电连接或柔性直流输电连接下的频率稳定状态。

21、作为优选方案，所述通过所述直流电压控制单元、所述频率控制单元和所述无功-电压外环控制单元中的至少一个对所述新能源汇集站出现的扰动情况进行频率扰动控制和电压扰动控制，其中进行频率扰动控制，具体为：

22、在所述全能型静止同步机通过交流输电连接有新能源发电机组的情况下，通过所述全能型静止同步机的频率控制单元对新能源汇集站出现的扰动情况进行频率扰动控制；

23、在所述全能型静止同步机通过柔性直流输电连接有新能源发电机组的情况下，在所述全能型静止同步机的频率控制单元的基础上，附加全能型静止同步机的直流电压控制单元对新能源汇集站出现的扰动情况进行频率扰动控制。

24、在交流电路中，有功功率与无功功率一个负责对外做功，一个负责维持内部电磁场建立，它们的平衡稳定输出是保障电力系统正常运行的关键。

25、作为优选方案，所述通过所述全能型静止同步机的频率控制单元对新能源汇集站出现的扰动情况进行频率扰动控制，具体为：

26、

27、式中，为新能源发电机组的附加功率变化，为虚拟惯量系数，为一次调频系数，为交流电网频率变化量。

28、作为优选方案，所述在所述全能型静止同步机的频率控制单元的基础上，附加全能型静止同步机的直流电压控制单元对新能源汇集站出现的扰动情况进行频率扰动控制，具体为：

29、

30、

31、式中，和分别为全能型静止同步机直流电容的稳态值和指定值；为直流一次调频系数，为新能源发电机组参考功率，为新能源发电机组初始运行功率，为下垂系数。

32、作为优选方案，所述通过所述全能型静止同步机的频率控制单元对新能源汇集站出现的扰动情况进行频率扰动控制后，还包括：

33、根据频率扰动控制评估指标优化新能源汇集站的频率扰动控制参数，并基于优化后的频率扰动控制参数进行频率扰动控制迭代，所述频率扰动控制评估指标包括频率最大偏移量指标、频率变化率指标以及准稳态频率偏差指标。

34、作为优选方案，所述通过所述直流电压控制单元、所述频率控制单元和所述无功-电压外环控制单元中的至少一个对所述新能源汇集站出现的扰动情况进行频率扰动控制和电压扰动控制，其中进行电压扰动控制，具体为：

35、根据下式确定新能源发电机组和全能型静止同步机的电压阈值范围：

36、

37、

38、

39、式中，为新能源发电机组和全能型静止同步机的最大可用容量，为可用无功功率，为可用有功功率，为额定有功功率，为pcc点电压，为pcc点电压的预设最大值，为pcc点电压的预设最小值。

40、作为优选方案，所述通过所述直流电压控制单元、所述频率控制单元和所述无功-电压外环控制单元中的至少一个对所述新能源汇集站出现的扰动情况进行扰动控制，还包括：

41、通过所述无功-电压外环控制单元控制全能型静止同步机的输出电流不超过预设输出电流，计算得到全能型静止同步机的输出功率，对所述新能源汇集站出现的扰动情况进行暂态扰动控制。

42、作为优选方案，所述计算得到全能型静止同步机的输出功率，具体为：

43、在电流未饱和情况下，计算得到全能型静止同步机的第一输出功率；

44、在电流饱和情况下，计算得到全能型静止同步机的第二输出功率；

45、所述电流未饱和为输出电流未达到预设输出电流，所述电流饱和为输出电流达到预设输出电流。

46、作为优选方案，所述通过所述无功-电压外环控制单元控制全能型静止同步机的输出电流不超过预设输出电流，具体为：根据下式计算全能型静止同步机的输出电流：

47、

48、式中，为全能型静止同步机的输出电流，为全能型静止同步机的预设输出电流的限幅值，为d轴电压，为q轴电压。

49、作为优选方案，所述计算得到全能型静止同步机的第一输出功率，计算式为：

50、

51、

52、式中，为全能型静止同步机的有功功率，为全能型静止同步机的无功功率，为并网等值阻抗的电抗分量，为储能变换器的功角，为交流电网电压，为全能型静止同步机的输出电压。

53、作为优选方案，所述计算得到全能型静止同步机的第二输出功率，计算式为：

54、

55、式中，为全能型静止同步机电流饱和时的有功功率，为全能型静止同步机电流饱和时的无功功率，为全能型静止同步机电流饱和时的输出电流，为其幅值，为交流电网电压，为储能变换器的功角，为交流电网侧功率因数角，即与之间的夹角，为电流与储能变换器d轴间的夹角，满足。

56、作为优选方案，所述通过所述直流电压控制单元、所述频率控制单元和所述无功-电压外环控制单元中的至少一个对所述新能源汇集站出现的扰动情况进行扰动控制后，所述方法还包括：

57、构建新能源汇集站控制架构的s域等效电路，所述s域等效电路包括全能型静止同步机和新能源发电机组，所述新能源发电机组包括光伏机组、双馈风电机组和直驱风电机组；

58、基于所述s域等效电路应用s域节点导纳矩阵法进行分析，根据分析结果进行谐振稳定控制,以使所述新能源汇集站处于谐振稳定状态。

59、作为优选方案，所述s域等效电路中附加谐振频率点处设有正电阻元件，具体为：

60、s域等效电路中的新能源发电机组处设有正电阻元件；

61、s域等效电路中的新能源汇集站与交流电网的并网点处设有正电阻元件。

62、这样，基于集中型和分散型策略，设置正电阻元件在s域等效电路中的新能源发电机组处和新能源汇集站与交流电网的并网点处，克服了宽频振荡问题，增大了电力系统的等效阻抗电阻部分从而避免谐振失稳风险，达到谐振稳定状态。

63、作为优选方案，所述正电阻元件为全控型换流阀；

64、所述根据分析结果进行谐振稳定控制,具体为：根据分析结果调节全控型换流阀的输出电压幅值和相角，进行谐振稳定控制，所述全控型换流阀包括级联多电平变流器、冷却件和变压器。

65、本发明实施例还提供了一种新能源汇集站控制系统，所述新能源汇集站包括全能型静止同步机，所述全能型静止同步机通过柔性直流输电或交流输电连接有新能源发电机组，所述全能型静止同步机包括储能装置和储能变换器；所述系统包括储能模块、容量配比模块、搭建模块和扰动控制模块；

66、所述储能模块，用于确定所述全能型静止同步机中储能装置的储能额定容量和储能额定功率；

67、所述容量配比模块，用于依据所述储能额定容量和所述储能额定功率确定所述储能装置中功率型储能装置和能量型储能装置的容量配比；

68、所述搭建模块，用于根据所述容量配比搭建所述新能源汇集站的控制架构；其中，所述全能型静止同步机的控制单元包括直流电压控制单元、频率控制单元和无功-电压外环控制单元；

69、所述扰动控制模块，用于在所述控制架构下，通过所述直流电压控制单元、所述频率控制单元和所述无功-电压外环控制单元中的至少一个对所述新能源汇集站出现的扰动情况进行扰动控制。

70、本发明实施例还提供了一种新能源汇集站，基于上述一种新能源汇集站控制方法对新能源汇集进行控制。

71、本发明实施例还提供了一种终端设备，包括存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行如上述一种新能源汇集站控制方法。

72、本发明实施例还提供了一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被计算机调用并执行，实现如上述一种新能源汇集站控制方法。

73、相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：

74、1.提供了一种新能源汇集站控制方法，在新能源汇集站接入一定比例的全能型静止同步机，通过柔性直流输电、全能型静止同步机以及新能源发电机组的协同控制，使得新能源汇集站在外特性上具备类似同步发电机的惯量支撑功能与一次调频功能，增强电网对新能源的消纳能力，减少弃风、弃光现象，提高经济效益。

75、2.通过设置功率型储能装置与能量型储能装置的能量配比，抑制新能源汇集站输出功率的波动性，通过切换全能型静止同步单元不同的控制单元，实现对大受端电网的电压支撑。具体地，在全能型静止同步机的储能装置的容量配比选择上，采用功率型储能装置实现惯量支撑功能，采用能量型储能装置实现一次调频功能。

76、3.通过在全能型静止同步机中结合储能装置的方式，使全能型静止同步机拥有了有功功率支撑能力，加上储能变换器本身具备的无功吞吐的能力，再加上柔性直流输电方式赋予的快速响应速度，使得全能型静止同步机不仅具备了在四象限运行的能力，而且能够表现出接近甚至超过传统同步发电机的优越性能，进而使得新能源汇集站具备类似同步机的构网主动支撑功能。克服了现有技术中新能源并网时因不具备惯量支撑能力而导致的供电不稳定的技术问题，塑造了类似同步机特性的构网主动支撑能力，提升了电压、频率稳定水平，实现了惯量支撑的功能，提升了新能源汇集站的供电稳定性。

77、4．遭受暂态扰动时，通过分别确定在电流饱和与电流未饱和情况下，全能型静止同步机的输出功率，提供了稳定暂态扰动的不同策略，降低新能源脱网的概率，提高关键设备的使用寿命，使新能源汇集站达到暂态同步稳定状态。

78、5.通过在s域等效电路中附加谐振频率点处设置正电阻元件的方式，基于集中型和分散型策略，设置正电阻元件在s域等效电路中的新能源发电机组处和新能源汇集站与交流电网的并网点处，克服了宽频振荡问题，增大了电力系统的等效阻抗电阻部分从而避免谐振失稳风险，达到谐振稳定状态。

79、6.进一步地，通过设置多元扰动治理装备，调节多元扰动治理装备中全控型换流阀的输出电压幅值和相角，向交流电网注入与原有谐波幅值相等、相位相反的电流，改变接入系统的阻抗特性，从而抵消谐波电流，达到补偿谐波治理的目的，实现了对多元扰动的集中治理和抑制。

80、7.促进能源清洁低碳转型，构建新型电力系统，改善生态环境。