一种规模化储能参与新能源场站无功协调控制方法和系统技术方案

本发明专利技术公开一种规模化储能参与新能源场站无功协调控制方法和系统，本发明专利技术方法将储能变流器分成有功协调控制组和无功协调控制组，有功协调控制组全容量控制有功，平滑风光出力，跟踪全站有功目标值，无功协调控制组全容量控制无功，跟踪并网点无功电压需求，优化新能源场站内各种无功源的无功备用。本发明专利技术实现大规模储能在不同控制周期下的有功、无功解耦控制，可避免储能变流器有功无功同时控制对有功控制稳定性及其精度的影响，即实现了储能平滑风光出力波动，降低了有功波动对并网点电压的影响，又实现了储能参与跟踪并网点电压无功目标控制，预留充足的无功备用，提高了新能源发电并网运行稳定性。

A Reactive Power Coordination Control Method and System for Large-scale Energy Storage Participating in New Energy Station

The invention discloses a large-scale energy storage participating in reactive power coordinated control method and system of new energy field station. The method divides energy storage converter into active power coordinated control group and reactive power coordinated control group. The active power coordinated control group controls active power with full capacity, smoothes wind and light output, tracks active power target value of the whole station, reactive power coordinated control group controls reactive power with full capacity, and traces reactive voltage of the grid-connected point. Need to optimize the reactive power reserve of various reactive power sources in the new energy station. The invention realizes active and reactive power decoupling control of large-scale energy storage under different control periods, avoids the influence of active and reactive power control of energy storage converter on the stability and accuracy of active power control at the same time, namely realizes energy storage smoothing wind and light output fluctuation, reduces the influence of active power fluctuation on Grid-connected point voltage, and realizes energy storage participating in tracking grid-connected point voltage and reactive power target control. Sufficient reactive power reserve is reserved to improve the stability of grid-connected operation of new energy generation.

【技术实现步骤摘要】
一种规模化储能参与新能源场站无功协调控制方法和系统
本专利技术属于电力系统控制
，具体涉及一种规模化储能参与新能源场站无功协调控制方法和系统。
技术介绍
传统能源的日益匮乏和环境的日趋恶化，极大地促进了新能源的发展，其发电规模也快速攀升。以风能、太阳能为基础的新能源发电取决于自然资源条件，其出力具有波动性和间歇性，其调节控制困难，大规模并网运行会给电网的安全稳定运行带来显著影响。随着储能技术快速发展，储能装置种类越来越多，不仅容量变大了，生产成本也降低了，为大规模储能系统在电力系统中应用提供了条件。规模化储能系统的引入可以有效地改善新能源的运行性能和调控能力，充分利用储能元件快速响应的特点，可抑制新能源波动性对输出功率的影响，减小功率波动，消峰填谷及峰谷差价调节，调节电能质量，提高了新能源并网发电的灵活性以及稳定性。储能系统主要包括储能装置、变流器及设备监控系统等。储能系统通过储能变流器(PowerControlSystem--PCS)接收后台控制指令，根据功率指令的符号及大小控制变流器对电池进行充电或放电，实现对电网有功功率及无功功率的调节。PCS具有类似SVC(StaticVarCompensator，静止无功补偿装置)/SVG(StaticVarGenerator，静止无功发生器)的调节性能，可实现连续无功功率调节，提高功率因数，降低网损，维持电网电压。目前，储能设备监控系统通过控制每台PCS的有功功率和无功功率来跟踪新能源场站全站的有功目标值和无功调节需求。规模化储能系统在新能源场站中的主要作用是可抑制新能源波动性对输出功率的影响，减小功率波动，消峰填谷及峰谷差价调节，调节电能质量。在新能源场站有功和无功的控制周期不同且相互之间是独自计算控制的，单台PCS的视在功率是额定的，短时间尺度下(分钟级)同时调节每台PCS的有功功率和无功功率基本满足新能源场站全站的有功目标值和无功调节需求，但长时间尺度下(小时级)不断调节每台PCS调整无功功率势必会影响到有功功率的控制精度，降低储能系统平抑新能源功率波动的效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种规模化储能参与新能源场站无功协调控制方法和系统，充分发挥储能系统的快速响应特点，在满足有功功率控制精度，抑制新能源功率波动的同时，能够对新能源场站提供无功电压支撑，优化多种无功源的无功备用。为了更加方便理解本专利技术的技术方案，以下将本专利技术的技术方案中出现的参数定义列出：新能源场站全站有功目标值储能需要输出的能量P′bess；风功率预测有功最大出力P′WD；光功率预测有功最大出力P′PV；风光功率预测之和P′WD+P′PV；低通滤波器的时间常数T；微分量S；低通滤波器传递函数参与有功控制组台数的储能变流器数量Nbessw；参与无功控制组的储能变流器数量Nbessq；每台储能变流器的视在功率储能变流器个数Nbess；SBESSn为第n台储能变流器下储能元件的SOC值，Nbess为储能变流器的个数；SSOCmax为储能变流器单元下储能元件最大荷电容量，SL为新能源电站无功对新能源电站并网母线电压的灵敏度；新能源场站并网点母线电压目标值并网点电压控制死区ΔVd；当前并网点母线电压Vcur；SSOCmin为储能变流器单元下储能元件最小荷电容量；并网点电压运行上限和电压运行下限Vpcc；每台SVG的无功功率QSVG，每台风电机组的有功功率PWD；每台风电机组的无功功率QWD，每台光伏逆变器的有功功率PPV和每台光伏逆变器的无功功率QPV；每台储能变流器的有功功率PBESS和每台储能变流器的无功功率QBESS；每台储能变流器下的储能元件荷电状态SBESS；新能源场站总无功调整量ΔQpcc；每台风机一次分配调整量为ΔQWD1；每台光伏逆变器一次分配调整量为ΔQPV1；每台SVG一次分配调整量为ΔQSVG1；每台参与无功控制的储能变流器一次分配调整量为ΔQBESS1；ΔQ′pcc为无功调整量一次分配后待分配无功调整量；每台风电机组的QWD；Nwd,Npv,Nsvg分别为风机的数量、光伏逆变器的数量、SVG的台数；β为风电无功调整量分配因子，γ为SVG无功调整量分配因子，δ为储能无功调整量分配因子；和QWDi分别为第i台风机的无功上下限，和QPVj分别为第j台光伏逆变器的无功上下限，和QSVGm分别为第m台SVG的无功上下限，和QWDi分别为第n台储能变流器的无功上下限；第i台风机的无功调整量ΔQWDi；第j台光伏逆变器的无功调整量ΔQPVj；第m台SVG的无功调整量ΔQSVGm：第n台储能变流器的无功调整量ΔQBESSn；参与无功控制的储能逆变器的无功调整量ΔQBESSn。本专利技术采取的技术方案具体为：一种规模化储能参与新能源场站无功协调控制方法，新能源场站包含光伏、风机、SVG和储能；其特征在于，该方法包括以下步骤：根据储能需要输出的能量P′bess以及每台储能变流器的视在功率确定新能源场站参与有功控制的储能变流器分配台数Nbessw和参与无功控制的储能变流器分配台数Nbessq，并根据分配台数对储能变流器进行有功控制分组和无功控制分组；将有功控制组的储能变流器的无功出力置为0，并将无功控制组的储能变流器的有功出力置为0；确定新能源场站总无功调整量；根据总无功调整量计算每台风机、每台光伏逆变器、每台储能逆变器和每台SVG的无功调整量并下发无功控制命令。进一步地，所述储能需要输出的能量P′bess的计算方法如下：根据新能源场站全站有功目标值风功率预测有功最大出力P′WD和光功率预测有功最大出力P′PV，计算储能需要输出的能量P′bess，计算公式如下所示：式中：P′为中间变量，当新能源场站全站有功目标值小于风光功率预测之和即P′WD+P′PV时，当大于风光功率预测之和即P′WD+P′PV时，P′＝P′WD+P′PV，为低通滤波器传递函数；T为低通滤波器的时间常数；S为微分量。进一步地，新能源场站参与有功控制的储能变流器分配台数和参与无功控制的储能变流器分配台数的计算方法如下：计算储能变流器参与新能源场站有功控制的台数，剩余的储能变流器参与新能源场站无功控制，如式(2)，(3)所示：参与有功控制组台数Nbessw：参与无功控制组台数Nbessq；Nbessq＝Nbess-Nbessw(3)，其中，为每台储能变流器的视在功率，Nbess为储能变流器个数。进一步地，根据分配数量对储能变流器进行有功控制分组和无功控制分组的方法如下：将储能变流器按储能元件SOC从大到小排序，即：SBESS1≥SBESS2≥…≥SBESSn，n＝1,2,…,Nbess其中，SBESSn为第n台储能变流器下储能元件的SOC值，Nbess为储能变流器的个数；当新能源场站全站有功目标值小于风光功率预测之和即P′WD+P′PV时，从Nbess开始判断是否满足要求分到有功控制组，校验第n台储能变流器，预判其无功出力为0时对电压的影响，保证并网点目标电压与当前电压的差值在控制死区范围内，同时满足储能元件不能超出其最大荷电容量，如式(4)所示：SBESSn＜SSOCmax(4)如果满足要求，则将第n台储能变流器分到有功控制组，不满足要求则分到无功控制组，再校验第n-1台储能变流器，直到校验通过的台数等于计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种规模化储能参与新能源场站无功协调控制方法，新能源场站包含光伏、风机、静止型动态无功发生器SVG和储能；其特征在于，在一次数据采集周期内执行以下步骤：根据储能需要输出的能量P′bess以及每台储能变流器的视在功率

【技术特征摘要】
1.一种规模化储能参与新能源场站无功协调控制方法，新能源场站包含光伏、风机、静止型动态无功发生器SVG和储能；其特征在于，在一次数据采集周期内执行以下步骤：根据储能需要输出的能量P′bess以及每台储能变流器的视在功率确定新能源场站参与有功控制的储能变流器分配台数Nbessw和参与无功控制的储能变流器分配台数Nbessq，并根据分配台数对储能变流器进行有功控制分组和无功控制分组；将有功控制组的储能变流器的无功出力置为0，并将无功控制组的储能变流器的有功出力置为0；确定新能源场站总无功调整量；根据总无功调整量计算风机、光伏逆变器、储能逆变器和SVG的无功调整量并下发无功控制命令。2.根据权利要求1所述的无功协调控制方法，其特征是，所述储能需要输出的能量P′bess的计算方法如下：根据新能源场站全站有功目标值风功率预测有功最大出力P′WD和光功率预测有功最大出力P′PV，计算储能需要输出的能量P′bess，计算公式如下所示：式中：P′为中间变量，当新能源场站全站有功目标值小于风光功率预测之和时，当大于风光功率预测之和时，P′＝P′WD+P′PV，为低通滤波器传递函数；T为低通滤波器的时间常数；S为微分量。3.根据权利要求1所述的无功协调控制方法，其特征是，新能源场站参与有功控制的储能变流器分配台数和参与无功控制的储能变流器分配台数的计算方法如下：计算储能变流器参与新能源场站有功控制的台数，剩余的储能变流器参与新能源场站无功控制，如式(2)，(3)所示：参与有功控制组台数Nbessw：参与无功控制组台数Nbessq；Nbessq＝Nbess-Nbessw(3)，其中Nbess为储能变流器个数。4.根据权利要求1所述的无功协调控制方法，其特征是，根据分配数量对储能变流器进行有功控制分组和无功控制分组的方法如下：将储能变流器按储能元件SOC从大到小排序，即：SBESS1≥SBESS2≥…≥SBESSn，n＝1,2,…,Nbess其中，SBESSn为第n台储能变流器下储能元件的SOC值，Nbess为储能变流器个数；当新能源场站全站有功目标值小于风光功率预测之和时，从Nbess开始判断是否满足要求分到有功控制组，校验第n台储能变流器，预判其无功出力为0时对电压的影响，保证并网点目标电压与当前电压的差值在控制死区范围内，同时满足储能元件不能超出其最大荷电容量，如式(4)所示：其中Vcur为当前并网点母线电压，为新能源场站并网点母线电压目标值；ΔVd为并网点电压控制死区；如果满足要求，则将第n台储能变流器分到有功控制组，不满足要求则分到无功控制组，再校验第n-1台储能变流器，直到校验通过的台数等于计算出的参与有功控制组的分配台数Nbessw；其中SSOCmax为储能变流器单元下储能元件最大荷电容量，SL为新能源电站无功对新能源电站并网母线电压的灵敏度；当新能源场站全站有功目标值大于风光功率预测之和时，从1开始判断储能变流器是否满足要求分到有功控制组，校验第n台储能变流器，预判其无功出力为0时对电压的影响，保证并网点目标电压与当前电压的差值在控制死区范围内，同时满足储能元件要达到其最小荷电容量要求，如式(5)所示如果满足要求，则将第n台储能变流器分到有功控制组，不满足要求则分到无功控制组，再校验第n+1台储能变流器，直到校验通过的台数等于计算出的参与有功控制组的分配台数；其中SSOCmin为储能变流器单元下储能元件最小荷电容量。5.根据权利要求1所述的无功协调控制方法，其特征是，确定新能源场站总无功调整量的方法如下：以跟踪并网点母线电压目标值为目标，根据当前并网点母线电压Vcur，计算新能源场站总无功调整量ΔQpcc，如式(6)所示：其中SL为新能源电站无功对新能源电站并网母线电压的灵敏度。6.根据权利要求1所述的无功协调控制方...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐陆飞，陈天华，黄华，张雁忠，李明，任巍曦，岳巍澎，董文琦，陈建华，杜磊，杨洛，
申请(专利权)人：国电南瑞科技股份有限公司，国电南瑞南京控制系统有限公司，国网新源张家口风光储示范电站有限公司，国家电网有限公司，南瑞集团有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32