一种新能源直流汇集与外送系统协调控制方法及系统

技术领域

本发明涉及一种电力电子技术领域，特别是关于一种新能源直流汇集与外送系统协调控制方法及系统。

背景技术

随着沙戈荒地区大规模新能源开发需求的日益增长，传统的中压交流汇集电力系统在大规模新能源互联等场景中逐渐表现出汇集效率偏低、交流系统弱支撑导致失稳风险高等劣势。中压直流电网有望实现沙戈荒大规模新能源发电的高效接入，同时避免了锁相环等交流控制带来的稳定性问题。但直流汇集系统接入外送变换器、光伏、风机、储能等设备，汇集系统电压受多设备影响，各设备协调控制设计复杂，因而亟需新能源直流汇集与外送系统的协调控制方法。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种新能源直流汇集与外送系统协调控制方法及系统，其能够兼容光伏、风电和储能等设备，保证系统在新能源充足、不足、以及启动等工况下实现直流汇集与外送系统的稳定控制。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种新能源直流汇集与外送系统协调控制方法，中压直流汇集线路中光伏变换器、储能变换器和风机变换器均与外送变换器进行通讯连接，与外送变换器进行信息交互，由外送变换器协调控制各变换器工作；该控制方法包括：判定中压直流汇集线路电压

进一步，所述光伏变换器、储能变换器和风机变换器均与外送变换器通讯断开，储能变换器、光伏变换器和风机变换器仍按已有的下垂曲线分配功率偏差。

进一步，所述第一阈值范围为：

，

其中，

第一等级电压阈值

进一步，所述根据中压直流汇集线路电压

中压直流汇集线路电压

中压直流汇集线路电压

进一步，所述第二阈值范围为：

，

所述第三阈值范围为：

，

其中，

第三等级电压阈值

进一步，储能变换器基于中压直流汇集线路电压反馈控制的荷电状态能量管理，储能变换器接收外送变换器传输至的指令，并向外送变换器传输SOC信息，包括：

以中压直流汇集线路电压

检测储能的

当储能

进一步，光伏变换器采用自适应下垂控制，接收外送变换器传输至的指令，并向外送变换器传输工作点信息，包括：

正常工况下，光伏变换器运行于MPPT模式，光伏电源输出功率流入中压直流汇集线路；

故障工况下，光伏变换器由MPPT控制切换到下垂控制，稳定中压直流汇集线路侧的直流母线电压，输出恒定功率，包括：

新能源直流汇集与外送系统在中压直流汇集线路电压低于目标值时，在下垂控制的作用下，光伏电源功率增加，输入电压降低，趋近于MPPT点电压直至光伏变换器的输入输出功率达到稳定值；

在中压直流汇集线路电压高于目标值时，在下垂控制的作用下，光伏电源输入电压远离MPPT点电压，并最终达到稳定点。

进一步，风机变换器接收外送变换器传输至的指令，并向外送变换器传输工作点信息，风机变换器通过减载控制使风机变换器输出的有功功率，包括：

当中压直流汇集线路电压高于目标值时，风机变换器需参与控制中压直流汇集线路的电压恒定，同时需限制风机发电机转速小于最大转速，退出MPPT工作点，风机变换器根据外送变换器的指令确定减载曲线，保证中压直流汇集线路安全稳定运行。

一种新能源直流汇集与外送系统协调控制系统，中压直流汇集线路中光伏变换器、储能变换器和风机变换器均与外送变换器进行通讯连接，与外送变换器进行信息交互，由外送变换器协调控制各变换器工作；还包括：第一处理模块，判定中压直流汇集线路电压

一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行上述方法中的任一方法。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

本发明考虑了在新能源充足、不足以及启动工况下直流汇集的稳定控制，能够兼容光伏、风电和储能等设备，保证系统在新能源充足、不足、以及启动等工况下实现直流汇集与外送系统的稳定控制，适用于大规模新能源的直流中压汇集高压输送场合。

附图说明

图1为本发明一实施例中新能源直流汇集与外送系统协调控制方法流程图；

图2为本发明一实施例中新能源直流汇集与外送系统结构示意图；

图3为本发明一实施例中外送变换器下垂控制曲线；

图4为本发明一实施例中外送变换器控制结构示意图；

图5为本发明一实施例中储能变换器控制结构示意图；

图6为本发明一实施例中光伏变换器控制结构示意图；

图7为本发明一实施例中风机变换器减载曲线；

图8为本发明一实施例中的风机变换器控制结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明属于电力电子技术领域，涉及一种新能源直流汇集与外送系统协调控制方法，具体涉及外送变换器、储能变换器、光伏变换器和风机变换器的控制方法，具体考虑了在新能源充足、不足以及启动工况下直流汇集的稳定控制，适用于大规模新能源的直流中压汇集高压输送场合。

在本发明的一个实施例中，提供一种新能源直流汇集与外送系统协调控制方法。本实施例中，中压直流汇集线路中光伏变换器、储能变换器和风机变换器均与外送变换器进行通讯连接，与外送变换器进行信息交互，由外送变换器协调控制各变换器工作；协调控制主要包括采样、核心控制和通讯三部分功能。采样环节负责采集控制所需的反馈量，包括中压直流汇集线路电压、储能变流器荷电状态、新能源工作点等信号；核心控制环节负责中压直流汇集线路电压控制方法的执行和下垂曲线的选择；通讯环节负责外送变换器与各变流器之间信号的传输。

协调控制方法根据检测到的中压汇集线路电压所在的电压范围，可将汇集外送系统分为正常工况和故障工况，具体的，如图1所示，该方法包括以下步骤：

1）判定中压直流汇集线路电压

2）中压直流汇集线路电压

在本实施例中，如图2所示，新能源直流汇集与外送系统由中压直流汇集系统和高压直流输电线路系统构成；中压直流汇集系统一台外送变换器和若干光伏变换器、风机变换器、储能变换器和中压直流汇集线路构成；外送变换器与其他变换器进行通信连接；外送变换器一端与若干中压直流汇集线路连接，另一端与高压直流输电线路连接；高压直流输电系统由一台受端变换器、若干外送变换器和高压直流输电线路构成。

上述各步骤中，由于协调控制算法仅根据采集所得反馈量进行下垂曲线的修正和参数通讯，当光伏变换器、储能变换器和风机变换器均与外送变换器通讯断开，储能变换器、光伏变换器和风机变换器仍按已有的下垂曲线分配功率偏差，具有断线时也可正常运行的特点。

本实施例中，阈值设定在外送变换器中，阈值设定考虑了储能SOC、新能源光伏和风机工作状态。本实施例的协调控制方法设定

上述步骤1）中，第一阈值范围为：

，

其中，

第一等级电压阈值

本实施例中，具体的实现方式可以采用以下方法：

（11）当储能

（12）当储能

（13）当储能

上述步骤2）中，根据中压直流汇集线路电压

2.1）中压直流汇集线路电压

其中，第二阈值范围为：

2.2）中压直流汇集线路电压

其中，第三阈值范围为：

，

其中，

上述步骤中，第三等级电压阈值

本实施例中，具体的实现方式可以采用以下方法：

（211）当

（212）当

（213）当

在一个可行的实施方式中，设置电池荷电状态（State of Charge,

具体的，储能变换器采用双向DC/DC变换器，如图5所示，控制方法包括以下步骤：

101）以中压直流汇集线路电压

102）检测储能的

其中，虚拟电流扰动变量

其中，

103）当储能

在一个可行的实施方式中，光伏变换器为光伏DC/DC变换器，采用自适应下垂控制，接收外送变换器传输至的指令，并向外送变换器传输工作点信息，如图6所示，包括以下步骤：

201）正常工况下，光伏变换器运行于MPPT（最大功率点跟踪）模式，光伏电源输出功率流入中压直流汇集线路；

202）故障工况下，光伏变换器由MPPT控制切换到下垂控制，稳定中压直流汇集线路侧的直流母线电压，输出恒定功率，包括：

2021）新能源直流汇集与外送系统在中压直流汇集线路电压

2022）在中压直流汇集线路电压

在本实施例中，考虑中压直流汇集线路电压变化的影响下，考虑光伏输入功率裕度，并根据外送变换器指令，对下垂控制参数进行修正，计算基于光伏变换器输入端电压的下垂参数修正值。记修正后的下垂参数

式中，

下垂系数具体修正方法如下：

采样获得光伏DC/DC变换器输入端电压

下垂参数修正情况一：

下垂参数修正情况二：

下垂系数修正情况三：

下垂系数修正情况四：

下垂系数修正情况五：

基于

步骤一：根据所述得到的下垂修正系数

步骤二：电流内环的参考

步骤三：光伏变换器输出电流

步骤四：光伏变换器输出电压

在一个可行的实施方式中，风机变换器采用单向DC/DC变换器，接收外送变换器传输至的指令，并向外送变换器传输工作点信息，风机变换器通过减载控制使风机变换器输出的有功功率，具体为：

正常工作时，风机变换器根据永磁同步发电机的转速

当中压直流汇集线路电压高于目标值时，风机变换器需参与控制中压直流汇集线路的电压恒定，同时需限制风机发电机转速小于最大转速，退出MPPT工作点，风机变换器根据外送变换器的指令确定减载曲线，保证中压直流汇集线路安全稳定运行。

本实施例中，减载控制下，风机需根据外送变换器指令，确定合适的减载曲线（如图7所示），当中压直流汇集线路电压高于目标值时，在所设定的减载曲线的作用下，风机变换器输出功率减少，风机转速工作点高于MPPT点直至中压直流汇集线路电压达到稳定值。由于风机变换器输出到直流汇集线路的功率降低，故风机侧直流电压会上升，故需调整风机侧整流器的控制策略，降低风机的输出功率，实现稳定中压直流汇集线路电压的控制目标。

如图8所示，风机变换器输出电流

在一个可行的实施方式中，外送变换器采用

外送变换器可采用单向DC/DC变换器；外送变换器控制反馈量由外送变换器高压侧测量获取，外送变换器高压侧输出电流

在本发明的一个实施例中，提供一种新能源直流汇集与外送系统协调控制系统，中压直流汇集线路中光伏变换器、储能变换器和风机变换器均与外送变换器进行通讯连接，与外送变换器进行信息交互，由外送变换器协调控制各变换器工作；还包括：

第一处理模块，判定中压直流汇集线路电压

修正模块，中压直流汇集线路电压

光伏变换器、储能变换器和风机变换器均与外送变换器通讯断开，储能变换器、光伏变换器和风机变换器仍按已有的下垂曲线分配功率偏差。

上述实施例中，当光伏变换器、储能变换器和风机变换器均与外送变换器通讯断开，储能变换器、光伏变换器和风机变换器仍按已有的下垂曲线分配功率偏差。

上述实施例中，第一阈值范围为：

，

其中，

第一等级电压阈值

上述实施例中，根据中压直流汇集线路电压

中压直流汇集线路电压

中压直流汇集线路电压

上述实施例中，第二阈值范围为：

，

第三阈值范围为：

，

其中，

第三等级电压阈值

上述实施例中，储能变换器基于中压直流汇集线路电压反馈控制的荷电状态能量管理，储能变换器接收外送变换器传输至的指令，并向外送变换器传输SOC信息，包括：

以中压直流汇集线路电压

检测储能的

当储能

上述实施例中，光伏变换器采用自适应下垂控制，接收外送变换器传输至的指令，并向外送变换器传输工作点信息，包括：

正常工况下，光伏变换器运行于MPPT模式，光伏电源输出功率流入中压直流汇集线路；

故障工况下，光伏变换器由MPPT控制切换到下垂控制，稳定中压直流汇集线路侧的直流母线电压，输出恒定功率，包括：

新能源直流汇集与外送系统在中压直流汇集线路电压低于目标值时，在下垂控制的作用下，光伏电源功率增加，输入电压降低，趋近于MPPT点电压直至光伏变换器的输入输出功率达到稳定值；

在中压直流汇集线路电压高于目标值时，在下垂控制的作用下，光伏电源输入电压远离MPPT点电压，并最终达到稳定点。

上述实施例中，风机变换器接收外送变换器传输至的指令，并向外送变换器传输工作点信息，风机变换器通过减载控制使风机变换器输出的有功功率，包括：

当中压直流汇集线路电压高于目标值时，风机变换器需参与控制中压直流汇集线路的电压恒定，同时需限制风机发电机转速小于最大转速，退出MPPT工作点，风机变换器根据外送变换器的指令确定减载曲线，保证中压直流汇集线路安全稳定运行。

本实施例提供的系统是用于执行上述各方法实施例的，具体流程和详细内容请参照上述实施例，此处不再赘述。

在本发明一实施例中提供的计算设备，该计算设备可以是终端，其可以包括：处理器(processor)、通信接口(Communications Interface)、存储器(memory)、显示屏和输入装置。其中，处理器、通信接口、存储器通过通信总线完成相互间的通信。该处理器用于提供计算和控制能力。该存储器包括非易失性存储介质、内存储器，该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序，该计算机程序被处理器执行时以实现一种新能源直流汇集与外送系统协调控制方法；该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、管理商网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。处理器可以调用存储器中的逻辑指令。

此外，上述的存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的一个实施例中，提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法。

在本发明的一个实施例中，提供一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储服务器指令，该计算机指令使计算机执行上述各实施例提供的方法。

上述实施例提供的一种计算机可读存储介质，其实现原理和技术效果与上述方法实施例类似，在此不再赘述。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。