一种面向新型电力系统的新能源发电系统的制作方法

本技术属于大功率电力电子应用，具体涉及一种面向新型电力系统的新能源发电系统。

背景技术：

1、新型电力系统是“以新能源为主体”，发展新型电力系统的过程，就是适应新能源大规模接入的过程，核心是“双高”，即高比例可再生能源、高比例电力电子设备。

2、以目前具有工程实践经验的大规模远海风电并网方案为例，其采用两端模块化多电平换流器(modular multilevel converter，mmc)作为基本架构，利用岸上交流电网为海上换流器建立交流系统电压，满足风电场并网要求，同时配置了直流耗能支路，故障时，需要岸、海上换流站及直流耗能协调配合，实现柔直系统故障穿越。该方案中，岸上换流站采用恒直流电压控制，海上换流站采用定交流电压幅值、定频率控制，提供并网电压。这种常规的控制方式使得面向新型电力系统的新能源发电系统不具备向交流系统提供类似传统电机所具有的惯性和阻尼的能力。

3、未来随着新能源的比例逐渐增高，在建设新型电力系统的背景下，新能源采用这种方式并入电力系统，由于它们均为非同步机性质电源，不具备同步机固有的功角稳定能力，势必对电网构成挑战。另外由于新能源并网功率的波动性较大，在电力系统接纳有限的情况下，通过该方式会导致弃光弃风的情况时有发生，造成电力的浪费。另外在故障情况下，为防止直流母线电压升高，通过耗能装置将未完全传输的电能通过耗能支路上的电阻转换为热能形式释放掉，同样造成一定程度的能源的浪费。

4、为此，研究出一种可提供转动惯量的面向新型电力系统的新能源发电系统成为目前建设新型电力系统需要解决的重大课题之一。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本技术所要解决的技术问题是提供一种面向新型电力系统的新能源发电系统，可具备自主向交流电力系统输送功率能力，并可向电力系统提供转动惯量。

2、为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案为：

3、一种面向新型电力系统的新能源发电系统，包括低压新能源场站、送端电压变换系统和高压直流直挂储能；

4、所述低压新能源场站，通过变换器的并联控制实现稳定低压母线电压，母线电压可为交流或直流；

5、当母线电压为交流时，所述送端电压变换系统先通过升压变将所述新能源场站输出的交流母线电压升高为高压交流电，再通过可稳定直流母线电压功能的ac/dc换流器，将所述高压交流电转换至高压直流电，通过高压直流线路送出；

6、当母线电压为直流时，所述送端电压变换系统直接通过可稳定直流母线电压功能的dc/dc换流器将所述新能源场站输出的直流母线电压变换至高压直流电压，通过高压直流线路送出；

7、所述高压直流直挂储能配置在高压直流侧，通过基于全桥或半桥mmc模块的电池储能系统连接于高压直流母线上；其在稳态运行过程中平抑新能源波动性或通过调峰调频主动参与支撑电网，并在暂态过程中提高系统的故障穿越能力。

8、通过该面向新型电力系统的新能源发电系统接入dc/ac换流器可将上述新能源输送的功率，并入交流电力系统。该交流系电力统可为有源网络或无源网络。

9、在一些实施例中，面向新型电力系统的新能源发电系统应用于电力系统时，还包含多个采用该方案的新能源子系统的并联，其潮流和功率分配由上层调度系统或其他调控系统分配。

10、在一些实施例中，该系统可应用于高压大容量海上风电并网领域，也可用于陆上新能源电站向远距离电力系统供电领域，还可应用于大陆向海岛工业居民负荷或海上平台供电的直流输电领域，同样也适用于中压小容量的场合。

11、在一些实施例中，所述低压新能源场中，其低压母线电压为交流时，包括以下类型中的一种或者多种：光伏电板及与之连接的构网型低压dc/ac变换器、风机及与之连接的构网型低压ac-dc-ac变换器、其他新能源发电设备及相应的低压ac-dc-ac或低压dc-ac变换器，其他新能源发电包含燃料电池发电、沼气发电、潮汐发电、地热发电等。

12、在一些实施例中，所述低压新能源场中，其低压母线电压为直流时，包括以下类型中的一种或者多种：包括光伏电板及与之连接的低压dc/dc变换器、风机及与之连接的低压ac-dc变换器、其他新能源发电设备及相应的低压ac-dc或低压dc-dc变换器，其他新能源发电包含燃料电池发电、沼气发电、潮汐发电、地热发电等。

13、在一些实施例中，所述稳定直流母线电压功能的ac/dc换流器可采用二极管整流器。

14、在一些实施例中，所述稳定直流母线电压功能的ac/dc换流器采用模块化多电平换流器拓扑或采用两电平或三电平结构的器件直接串联拓扑。ac/dc换流器可采用对称单极连接方式或真双极连接方式。

15、在一些实施例中，所述稳定直流母线电压功能的ac/dc换流器在中压小容量应用场合下采用中性点钳位的三电平npc级联换流器拓扑。

16、在一些实施例中，所述稳定直流母线电压功能的dc/dc换流器可采用基于模块化输入串联输出并联拓扑，功率模块可为dab拓扑、cllc拓扑及其他隔离型或非隔离型拓扑。dc/dc换流器可采用对称单极连接方式或真双极连接方式。

17、在一些实施例中，所述稳定直流母线电压功能的ac/dc换流器或稳定直流母线电压功能的dc/dc换流器可采用多个换流器的并联方式。

18、在一些实施例中，所述构网型低压ac-dc-ac或低压dc-ac变换器采用交流电压下垂控制技术或电压源型虚拟同步机控制技术，建立并稳定低压交流电压和频率，实现多台变换器的并联控制。

19、在一些实施例中，所述高压直流直挂储能系统采用高压直挂式拓扑结构，其直接连接于高压直流母线上，采用基于全桥或半桥mmc模块的电池储能系统。

20、在一些实施例中，所述面向新型电力系统的新能源发电系统可通过连接提供转动惯量功能的dc/ac换流器并入交流电力系统，使得面向新型电力系统的新能源发电系统具备向交流电力系统提供类似传统电机所具有的惯性和阻尼的能力；所述交流电力系统包含有源网络及无源网络，有源网络指的是交流电力系统存在其他交流电源的接入，无源网络指的是交流电力系统不存在其他交流电源的接入，为纯的负荷用户。

21、在一些实施例中，所述面向新型电力系统的新能源发电系统连接提供转动惯量功能的dc/ac换流器与交流电力系统之间可配置准同期合闸装置。

22、在一些实施例中，所述提供转动惯量功能的dc/ac换流器，其模拟同步发电机调速器和励磁控制特性，将电网电压和频率的偏差反馈引入到有功功率和无功功率指令中，实现一次调频调压功能，频率的一次调节模拟同步发电机调速器的作用，电压的一次调节模拟同步发电机励磁机的作用，通过调节虚拟同步发电机模型的虚拟电势e来调节机端电压和无功。

23、在一些实施例中，所述提供转动惯量功能的dc/ac换流器，采用电压源型虚拟同步机控制技术，该控制下的系统具有自同步特性，无需额外的同步装置，省去了锁相环(pll)环节，通过内部自同步算法实现并网逆变器机端电压和频率的调节，从而与电网保持同步。

24、有益效果：与现有技术相比，本技术提出的一种面向新型电力系统的新能源发电系统，使得面向新型电力系统的新能源发电系统具备自主向电力系统输送功率能力，无需类似现有新能源发电系统，需要通过交流电力系统向新能源场站倒送电压，新能源发电机组再通过交流并网方式实现功率传输。