新能源场站分布式调相机联合储能协调控制系统及方法与流程

本发明涉及电力，尤其涉及一种新能源场站分布式调相机联合储能协调控制方法。

背景技术：

1、随着国家能源战略的推进，新能源场站是集中接入电力系统的风电场或太阳能电站并网点以下所有设备的集合，包括变压器、母线、线路、变流器、储能、风电机组、光伏发电设备、无功调节设备及辅助设备等，它应向系统提供一定的惯量支撑，但实际应用中常常存在惯量、有功及频率支撑能力的不足的问题。

2、中国专利cn114744689a公布含分布式调相机的新能源场站无功协调控制方法及系统，其包括：确定在分布式调相机升压变分接开关不同档位下，分布式调相机的稳态无功出力范围，以确定分布式调相机的进相/滞相能力；计及所述分布式调相机的进相/滞相能力以及稳态运行方式，选择所述分布式调相机升压变分接开关档位；判定新能源场站本地控制avc子站与系统avc主站通信是否畅通，根据判定结果对含有所述分布式调相机的无功调节设备的稳态无功输出进行协调控制。本发明能保证分布式调相机的无功输出能力，在满足新能源发电系统无功平衡需求的同时，实现了送端系统暂态过电压的有效抑制。但分布式调相机联合能协调控制系统的控制策略需进一步确定，现阶段对于调相机与储能联合系统的模拟场景还比较少，这都对协调控制技术研究以及性能试验检测验证带来阻碍。

3、随着国家光伏发电的发展，传统的单一储能模式已经不能满足分布式发电的需要，而混合储能因其独特的优势具有更广阔的应用前景，尤其是电池与飞轮储能相结合的混合储能，具有成本低、功率密度高、响应速度快、等突出优点。但是混合储能原理更为复杂，控制难度增加，动态特性较传统的单一储能更为复杂。

技术实现思路

1、为了实现了新能源场站并网运行稳定性和安全性的提升，保证了大电网的可靠性，本发明提供了一种新能源场站分布式调相机联合储能协调控制系统及方法，解决新能源场站惯量、有功及频率支撑能力的不足的问题。

2、本发明的技术方案：

3、一种新能源场站分布式调相机联合储能协调控制系统，包括钢制飞轮、双馈电机、双向变换器和储能装置，所述钢制飞轮通过联轴器与双馈电机的转子轴系相连接，双馈电机的定子直接与电网相连接，双馈电机的转子通过用于交流励磁的背靠背双向变换器与电网连接，背靠背的双向变换器直流输出端与直流母线相连接，储能装置通过dc/dc转换器与直流母线相连接；在双馈电机的定子侧、双馈电机的转子侧、电网侧以及直流母线侧分别装有电力计，用于监测电压与电流信号，由中央控制器统一接收于处理通讯总线传递各电信号；所述双向变换器包括转子侧变换器和电网侧变换器。

4、双馈电机与钢制飞轮联合构成分布式调相机；联合储能是钢制飞轮配合超级电容、锂电池等储能装置构成的，对网侧频率、有功功率进行支撑，其中飞轮储能、超级电容、锂电池可进行自由组合；

5、优选的，双馈电机的定子侧电力计，用于监测定子侧的电压与相位；

6、双馈电机的转子侧电力计，用于监测转子侧的电压与相位；

7、电网侧的电力计，用于监测电网侧的电信号；

8、直流母线侧的电力计，用于监测直流母线侧的电信号；

9、双馈电机定子侧经熔断器、接触器与电网相连，控制电源变压器用于将电网电压变为双馈电机的定子侧和双馈电机的转子侧电力计用电压。

10、优选的，所述储能装置为直流储能装置，直流储能装置通过dc/dc转换器控制其对直流母线充放电，双向变换器为双馈电机的控制器，电网侧变换器将交流整流为直流电，转子侧变换器将直流电逆变为交流电。

11、优选的，通过通讯总线进行连接上位机、协调控制器、电力计和变换器，上位机用于显示系统状态与人机交互，协调控制器用于自动识别系统状态与下发各个设备工作状态，电力计用于采集并上传各电力母线状态，变换器用于接收电力母线参数和系统状态并根据控制系统控制器指令控制设备；电力计通过通讯总线连接协调中央控制器。

12、优选的，双馈电机的转子存在五种工作状态，分别是超同步发电状态、超同步储能状态、次同步发电状态、次同步储能状态和调相状态。双馈电机的转子保持恒定转速，将从电网中吸收少量有功功率以补充装置运行中的各种损耗。理论上在任何转速情况下都可以进行无功功率的调节，但是考虑到实际运行时的能量最大程度利用率以及安全性，转子应运行于较为合适的转速范围内。通过控制转子励磁电流幅值的大小向系统输出或从系统吸收无功功率。

13、优选的，超同步发电状态双馈电机的转子加速度大于零，定子侧与转子侧均向电网发出有功功率，飞轮通过转轴传递的机械功率小量大于定子输出功率，功率差额将通过转子功率回馈给电网；

14、次同步发电状态，双馈电机的转子加速度小于零，定子侧发出有功功率，转子侧吸收有功功率，飞轮输出的机械功率小于定子输出功率，转子将通过变换器从电网侧或从直流端口吸收转差功率进行补偿。

15、优选的，超同步储能状态双馈电机的转子加速度大于零，定子侧和转子侧均从电网吸收有功功率，系统从定子侧吸收的有功功率不足以满足飞轮机械功率的增加值，因此双馈电机转子将通过变换器从电网或直流端口处吸收功率进行补偿；

16、次同步储能状态双馈电机的转子加速度小于零，定子侧吸收有功功率、转子侧发出有功功率，定子侧吸收的能量不能全部转变为飞轮机械功率增加量，因此差额部分将通过转子侧回馈给电网。

17、优选的，调相状态通过控制转子励磁电压或电流的大小使双馈电机系统进入过励或者欠励状态，从而向系统输出感性或者容性无功功率；双馈电机在调相运行状态下无功功率流向与转差率、励磁电流大小和方向有关，无功功率的流动共可以分为6种状态，分别对应定子或转子吸收和发出的感性/容性无功。

18、进一步的，一种新能源场站分布式调相机联合储能协调控制方法，建立多个储能模块的多变量优化算法，多个储能模块彼此关联组成储能装置；

19、背靠背的双向变换器实现储能装置直流到电网交流电的转换，以及储能装置和电网之间的能量的双向传输，使得整个储能系统也同样具备四象限运行能力；

20、通过控制转子励磁电压的大小使分布式调相机系统进入过励或者欠励状态，从而向系统输出感性或者容性无功功率。

21、优选的，所述多变量优化算法为改进的粒子群优化算法，改进的粒子群优化算法其步骤如下：

22、步骤一：设置算法参数，初始化种群粒子速度与位置；

23、步骤二：计算种群中各粒子的适应度；

24、步骤三：更新粒子速度与位置；

25、步骤四：判断是否满足条件或达到最大迭代次数，若是则输出最优解，否则返回步骤二。

26、本发明的有益效果：本发明构建了分布式调相机联合储能协调控制系统，对提升光伏场站的并网运行稳定性和安全性，保证大电网的可靠性，提高储能系统利用效率，具有重大意义。

27、本发明中的分布式调相机由钢制飞轮与双馈电机构成，钢制飞轮可以有效地提升系统的惯量，解决了新能源场站惯量不足的问题。

28、本发明可以在新能源场站电网频率发生扰动时，通过控制直流储能为系统提供功率支撑，可以提升新能源场站的频率支撑能力，且提高了有功调节的速率及容量。

29、本发明结合飞轮储能与直流储能，并不仅是简单地通过增加储能系统的容量来满足高功率和高能量需求，还可以利用不同储能系统的优势，提供一种更可行的选择。

30、本发明实现最优功率分配、电网波动最小等多目标优化的目的。