弱送端新能源柔直外送系统的协同惯量控制方法及系统

本发明涉及智能电网控制，具体为弱送端新能源柔直外送系统的协同惯量控制方法及系统。

背景技术：

1、随着全球对可再生能源的需求不断增加，新能源发电技术的发展日益迅猛。然而，新能源的接入对电力系统的稳定性和安全性提出了新的挑战。传统的交流输电方式存在一些问题，例如电容和电感充电功率过大、传输容量受限、无功补偿等。此外，传统直流输电需要交流系统的支持，难以适应新能源的随机性和波动性特点。相比之下，柔性直流输电系统可实现新能源发电在无交流同步电源支撑下的并网，具有良好的适应性。针对中国的新能源资源主要分布在东部沿海和西部内陆等偏远地区的情况，柔性直流输电技术成为了适合新能源接入电网的电力传输方式。

2、随着偏远地区新能源的快速发展，新能源场站与电网同步并提供惯量支撑的需求也逐渐增大。然而，新能源场站具有低惯量的特点，对电力系统的频率稳定性构成了严重威胁。传统控制下网侧变流器通过锁相环实现电网同步，但是在电网强度低时，锁相环表现性能差，无法保证电力系统安全稳定运行。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明解决的技术问题是：现有的电网同步和惯量支撑的控制方法存在延时较长，锁相环表现性能差，无法保证电力系统安全稳定运行等问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：弱送端新能源柔直外送系统的协同惯量控制方法，包括：

4、采集弱送端新能源柔直外送系统中，电网侧变流器和新能源场站侧变流器两侧连接的直流电容的电压值；

5、将逆变器交流侧并网点电流和电压，以及所述直流电容的电压值输入到电网侧变流器和新能源场站侧变流器的控制策略中，得到参考相位，从而进行脉冲宽度调制，产生脉冲调制信号，控制逆变器的开关器件的开通和关断；

6、将新能源场站侧变流器侧得到的参考相位输入到新能源场站侧的风机控制策略中，得到风电场需要提供的频率支撑的功率值；根据功率值的需求调整风电场发出的功率，实现风电场对电网的频率支撑功能。

7、作为本发明所述的弱送端新能源柔直外送系统的协同惯量控制方法的一种优选方案，其中：所述弱送端新能源柔直外送系统包括，新能源发电机组，新能源场站变流器装置、新能源场站交流母线、柔直外送系统中新能源场站侧变压器、柔直外送系统中新能源场站侧滤波电抗、柔直外送系统中新能源场站侧变流器、柔直外送系统中新能源场站侧直流电容、柔直外送系统中电网侧电容、柔直外送系统中电网侧变流器、柔直外送系统中电网侧滤波电抗、柔直外送系统中电网侧变压器、电网和惯量控制单元；

8、所述新能源发电机组包括多个新能源发电机，每个新能源发电机通过一个对应的所述新能源场站变流器装置与所述新能源场站交流母线连接；所述柔直外送系统中新能源场站侧变压器的一侧与新能源场站交流母线连接，所述柔直外送系统中新能源场站侧变压器的另一侧分别依次连接到柔直外送系统中新能源场站侧滤波电抗、柔直外送系统中新能源场站侧变流器、柔直外送系统中新能源场站侧直流电容、柔直外送系统中电网侧电容、柔直外送系统中电网侧变流器、柔直外送系统中电网侧滤波电抗、柔直外送系统中电网侧变压器，最终与电网连接；

9、所述惯量控制单元分别在所述新能源发电机组、新能源场站变流器装置、新能源场站交流母线、柔直外送系统中新能源场站侧变压器与新能源场站交流母线连接点、柔直外送系统中新能源场站侧变流器、柔直外送系统中新能源场站侧直流电容、柔直外送系统中电网侧电容、柔直外送系统中电网侧变流器、柔直外送系统中电网侧变压器与电网连接点连接，用于监测新能源发电机组的运行状态、检测柔直外送系统中新能源场站侧变压器与新能源场站交流母线连接点的电气参数、检测柔直外送系统中电网侧变压器与电网连接点电气参数、检测柔直外送系统中新能源场站侧直流电容的电气参数、检测柔直外送系统中电网侧电容的电气参数、调整新能源场站变流器装置的电气参数、调整柔直外送系统中新能源场站侧变流器的输出电气参数、调整柔直外送系统中电网侧变流器输出电气参数。

10、作为本发明所述的弱送端新能源柔直外送系统的协同惯量控制方法的一种优选方案，其中：所述惯量控制单元包括，控制层和决策层；

11、所述控制层，用于监控新能源发电机组的运行状态、柔直外送系统中新能源场站侧变压器与新能源场站交流母线连接点的电气参数、柔直外送系统中电网侧变压器与电网连接点电气参数、柔直外送系统中新能源场站侧直流电容的电气参数、柔直外送系统中电网侧电容的电气参数，并上传至所述决策层；

12、所述决策层，用于根据所述控制层的参数信息，进行惯量控制和同步并网，向所述控制层发出调控指令；所述控制层，还用于根据所述调控指令，调整每个新能源场站变流器装置的电气参数、调整柔直外送系统中新能源场站侧变流器的输出电气参数、调整柔直外送系统中电网侧变流器输出电气参数；

13、所述电网侧变流器和新能源场站侧变流器的控制策略，通过所述惯量控制单元完成，具体步骤为：

14、将逆变器交流侧并网点电流和电压，以及所述直流电容的电压值输入到帕克变换中，生成相位，得到电压电流在两相旋转坐标系下的分量；采用电压外环控制和电流内环控制，输出并网逆变器在两相旋转坐标系下的参考幅值；根据所述帕克变换生成的相位和所述并网逆变器在两相旋转坐标系下的参考幅值，进行脉冲宽度调制，产生脉冲调制信号，控制逆变器的开关器件的开通和关断。

15、作为本发明所述的弱送端新能源柔直外送系统的协同惯量控制方法的一种优选方案，其中：所述控制层还包括，获取每台新能源发电机正常运行在最大功率跟踪模式下的功率pni；

16、检测柔直外送系统中新能源场站侧变压器与新能源场站交流母线连接点pcc1的电气参数，获取柔直外送系统中新能源场站侧变压器与新能源场站交流母线连接点的三相电流iabcp1与三相电压值vabcp1；

17、检测柔直外送系统中电网侧变压器与电网连接点pcc2的电气参数，获取检测柔直外送系统中电网侧变压器与电网连接点的三相电流iabcp2与三相电压值vabcp2；

18、检测柔直外送系统中新能源场站侧直流电容的电气参数，获取柔直外送系统中新能源场站侧直流电容的电压值vdc1；检测柔直外送系统中电网侧电容的电气参数，获取柔直外送系统中电网侧电容的电压值vdc2。

19、作为本发明所述的弱送端新能源柔直外送系统的协同惯量控制方法的一种优选方案，其中：所述决策层根据来自控制层的数据，分别对每个新能源场站变流器装置、柔直外送系统中新能源场站侧变流器、柔直外送系统中电网侧变流器的控制参考值进行惯量控制调节；

20、所述柔直外送系统中电网侧变流器的控制器采用电压外环控制；利用柔直外送系统中电网侧直流电容的电压动态特性的修正方程得到帕克变化的参考相位θgv，通过电网侧直流电容的电压值vdc2，进行同步并网，实现惯量控制；

21、所述柔直外送系统中能源场站侧变流器的控制器采用电压外环控制和电流内环控制；利用柔直外送系统中新能源场站侧直流电容的电压动态特性的修正方程得到帕克变化的参考相位θnv，通过新能源场站侧直流电容的电压值vdc1，进行同步并网，实现惯量控制；

22、根据控制层给出的控制指令，通过空间矢量调制信号控制变流器的开关管s11-s61，控制柔直外送系统中新能源场站侧变流器的输出电流和电压控制；通过空间矢量调制信号控制变流器的开关管s12-s62，控制柔直外送系统中电网侧变流器的输出电流和电压控制；通过空间矢量调制信号控制变流器的开关管控制参与惯量控制的新能源发电机组的台数p与新能源场站变流器装置的输出电压。

23、作为本发明所述的弱送端新能源柔直外送系统的协同惯量控制方法的一种优选方案，其中：所述电网侧直流电容的电压动态特性的修正方程表示为：

24、

25、θgv＝∫ωb(ωgv-ω*)dt

26、所述新能源场站侧直流电容的电压动态特性的修正方程表示为：

27、

28、θnv＝∫ωb(ωnv-ω*)dt

29、其中，s表示拉普拉斯算子，ωgv表示柔直外送系统中电网侧变流器输出的角频率，ωnv表示柔直外送系统中新能源场站侧变流器输出的角频率，ω*表示电网角频率的设定值，ωb是基本角频，dv表示控制器的频率阻尼常数，kc是电容电压系数，kv表示电压修正系数，hv表示惯性常数，vdc1表示新能源场站侧直流电容电压，v*dc1表示新能源场站侧直流电容电压的设定参考值，vdc2表示电网侧直流电容电压，v*dc2表示电网侧直流电容电压的设定参考值。

30、作为本发明所述的弱送端新能源柔直外送系统的协同惯量控制方法的一种优选方案，其中：所述新能源发电机组中，设单个新能源发电机具有相同的等效惯量howf；

31、惯量控制单元的决策层根据通过所述新能源场站侧直流电容的电压值及其参考相位θnv，匹配所述新能源场站变流器装置中参与惯量支撑的新能源发电机组的台数p。

32、作为本发明所述的弱送端新能源柔直外送系统的协同惯量控制方法的一种优选方案，其中：所述新能源发电机组的控制策略还包括，当不参与惯量支撑的新能源发电机组的参考功率不变化，运作在最大功率跟踪pmi时，参与惯量支撑的新能源发电机组的参考功率p*mi，设置为最大功率跟踪pmi与新能源发电机等效惯量所需功率值δpi之和；

33、其中，i取值为1到p。

34、另一方面，弱送端新能源柔直外送系统的协同惯量控制系统，其中：采集模块，采集弱送端新能源柔直外送系统中，电网侧变流器和新能源场站侧变流器两侧连接的直流电容的电压值；

35、控制模块，将逆变器交流侧并网点电流和电压，以及所述直流电容的电压值输入到电网侧变流器和新能源场站侧变流器的控制策略中，得到参考相位，从而进行脉冲宽度调制，产生脉冲调制信号，控制逆变器的开关器件的开通和关断；将新能源场站侧变流器侧得到的参考相位输入到新能源场站侧的风机控制策略中，得到风电场需要提供的频率支撑的功率值；根据功率值的需求调整风电场发出的功率，实现风电场对电网的频率支撑功能。

36、一种计算机设备，包括：存储器和处理器；所述存储器存储有计算机程序，其中：所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明中任一项所述的方法的步骤。

37、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现本发明中任一项所述的方法的步骤。

38、本发明的有益效果：本发明提供的弱送端新能源柔直外送系统的协同惯量控制方法利用直流电容电压与变流器交流侧输出的角频率的动态耦合，实现同步并网能力，无需利用锁相环实现并网同步；可以适应不同类型的新能源发电站，包括风能、太阳能等。通过对每个新能源场站变流器装置、柔直外送系统中新能源场站侧变流器、柔直外送系统中电网侧变流器进行惯量协同调节，确保了电网频率的稳定，减少了电网故障的风险。利用直流外送系统直流母电容的快速动态特性以及避免了锁相环的延时等，实现了快速调频；解决了新能源场站进行频率支撑响应存在延时的问题，实现了风资源消纳和辅助调频之间的平衡。新能源场站进行频率支撑响应时，采用对应新能源发电机进行频率支撑，剩余新能源发电机仍运行在最大功率跟踪模式，保证了新能源发电机组的最少动作。