一种风光储功率协调控制系统和方法与流程

本发明属于电力系统控制技术领域，涉及一种风光储功率协调控制系统和方法。

背景技术

双碳目标提出后，以风电、光伏为代表的新能源发电迎来了高速发展期，新能源发电占比随之快速增长。但是受新能源电站出力波动特性影响，大规模新能源电站并网后将对电网调度和安全产生冲击，开发阶段难以通过并网审核、建成后产生弃风弃光等问题，迫切需要发展风光储一体化技术解决项目开发、并网安全、弃风弃光等问题。

针对该需求，需要一种自动控制装置，通过对风、光、储有功功率的协调控制，实现指令跟踪、功率平滑等友好并网功能，保障并网安全，并避免弃风弃光。

技术实现要素：

为解决现有技术中的不足，本申请提供一种风光储功率协调控制系统和方法。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：

一种风光储功率协调控制系统，包括信号采集单元、有功指令跟踪控制单元、有功功率平滑输出控制单元、电压无功自动控制单元、储能管理单元、录波单元和通信单元；

所述信号采集单元，用于采集风光储发电场站并网点电压、电流和频率数据以及风、光功率预测数据；

所述有功指令跟踪控制单元，用于根据调度下发场站的有功指令，控制储能充放电，使风光储输出的总有功功率与调度指令保持一致；

所述有功功率平滑输出控制单元，用于通过控制储能充放电，使风机、光伏和储能总有功功率变化率保持在稳定范围内；

所述电压无功自动控制单元，用于根据电压指令对场站无功输出进行协调控制，使并网点电压与电压指令保持一致；

所述储能管理单元，用于监测储能状态和电量并对储能进行充放电管理，使储能电量保持在安全范围之内；

所述录波单元，用于对一次调频和虚拟惯量功能启动时关键信号进行录波；

所述通信单元，用于场站设备信息的传输，以及调度下发的场站有功指令和调度电压指令的接收。

本发明进一步包括以下优选方案：

优选地，所述信号采集单元采集风光储发电场站并网点电压、电流和频率数据，得到风机、光伏逆变器、储能变流器实际输出的有功功率，进而得到场站实际输出的总有功功率。

优选地，所述有功指令跟踪控制单元通过通信单元与储能设备进行通信，接收处理储能设备的状态信息和电量信息，并通过通信单元发送储能充放电功率指令到储能设备，控制储能设备充放电；

所述有功指令跟踪控制单元根据调度下发场站的有功指令，控制储能在风光有功功率大于调度指令时充电，在风光有功功率小于调度指令时放电，使风光储输出的总有功功率与调度指令保持一致，具体方式如下：

根据光功率预测数据和风功率预测数据计算风光可发总有功功率；

当风光可发总有功功率大于场站有功指令时，通过控制储能充电使场站总有功功率等于场站有功指令；

当风光可发总有功功率小于场站有功指令时，通过控制储能放电使场站总有功功率等于场站有功指令。

优选地，所述有功功率平滑输出控制单元通过通信单元与储能设备进行通信，接收处理储能设备的状态信息和电量信息，并通过通信单元发送储能充放电功率指令到储能设备，控制储能设备充放电；

所述有功功率平滑输出控制单元根据风光当前一段时间内实际发出的有功功率数据以及风光超短期预测数据计算下一时刻风光预计发出的有功功率，根据当前时刻有功功率与预测的下一时刻有功功率计算总有功功率变化率，并通过储能有功功率弥补功率波动偏差，使总有功功率变化率保持在稳定范围内，保障场站总有功功率平滑输出。

优选地，所述无功输出包括风机、光伏逆变器、储能变流器和动态无功补偿设备。

优选地，所述储能管理单元实时监测储能状态和电量，当储能状态异常或电量超出正常范围时，闭锁对储能有功功率的控制。

优选地，所述录波单元采用事件触发机制，当一次调频或虚拟惯量功能动作时，触发录波单元启动录波，记录动作时段的并网点有功功率、调度有功指令、电网频率、风机有功功率、光伏逆变器有功功率和储能有功功率数据，用于对事件进行分析。

优选地，所述通信单元接入风机、光伏逆变器、储能变流器、动态无功补偿设备、测量设备、通信管理设备，并可以将所述设备的信息通过通信的方式发送到外部设备；

所述通信单元接入光功率预测系统和风功率预测系统数据，采集光功率预测系统和风功率预测系统的光功率预测数据和风功率预测数据。

本发明还提供一种风光储功率协调控制方法，包括有功控制过程和无功控制过程，所述有功控制过程包括以下步骤：

步骤1：通信单元接收调度有功指令；

步骤2：信号采集单元采集并网点频率，当检测到实际采集的频率超出设定的频率目标时，启动一次调频功能，进入步骤3，否则跳转到步骤5；

步骤3：根据实际采集的频率与设定的频率目标之差，计算风、光、储对应该频率差值应发的一次调频有功功率差值，同时判断频率变化率是否越限：

如果频率变化率越限则根据频率变化率计算虚拟惯量有功功率差值，并将该有功功率差值叠加到一次调频有功功率差值；

步骤4：将步骤3计算得到的有功功率差值与当前全站有功功率初值相加，得出总有功功率指令，并将其分配到风、光、储设备，启动录波单元，跳转到步骤8；

步骤5：根据步骤1获取的调度有功指令与当前场站并网点实际输出的有功功率进行比较，如果两者大小不一致，则进入步骤6，否则返回步骤1；

步骤6：判断装置是否启动指令跟踪功能，如果未启动指令跟踪功能，则跳转至步骤7，否则进入有功指令跟踪功能模块；

有功指令跟踪模块将当前风、光预测的可发有功功率与有功指令相比较：

当风、光可发有功功率大于有功指令，则将风、光最大可发有功功率与有功指令差值作为储能充电功率指令分配给储能进行充电，反之，则将差值作为储能放电功率指令分配给储能进行充电，风、光按照最大可发功率进行发电；

步骤7：判断装置是否启动功率平滑功能，如果未启动功率平滑功能，则跳转至步骤8，否则进入有功功率平滑功能模块；

有功功率平滑功能模块根据当前时刻至前一段时间保存的风、光实发有功功率历史数据，按照有功变化趋势推算下一时刻风、光可发有功功率数据，并根据风、光超短期预测数据修正该可发有功功率数据，根据该可发有功功率数据与当前时刻实发有功功率计算有功功率变化率；

当有功功率变化率大于变化率限值时，根据变化率限值计算下一时刻应发有功功率，并将应发有功功率与计算的可发有功功率进行比较：

当下一时刻预测为增有功时，如果应发有功功率小于计算的可发有功功率，则将两者差值作为储能充电指令发送到储能；

当下一时刻预测为降有功时，如果应发有功功率大于计算的可发有功功率，则将两者差值作为储能放电指令发送到储能；

步骤8：将风、光、储有功指令通过通信单元发送到风、光、储设备实现有功控制。

所述无功控制过程包括以下步骤：

步骤1：通过通信单元接收调度电压指令；

步骤2：电压无功自动控制单元将调度电压指令转换为全场无功总指令，并将场站内无功损耗叠加到全场无功总指令生成场站内无功设备应发总无功目标值，然后将该总无功目标值分配到站内各无功设备；

步骤3：将分配后的无功指令通过通信单元发送到各无功设备实现无功控制。

本申请所达到的有益效果：

本发明针对大规模新能源电站并网后，因为风光发电特性容易对电网调度和安全产生冲击的特点，通过协调控制风、光、储有功功率输出，实现有功指令跟踪、有功功率平滑等功能，使大规模新能源电站友好并网，保障并网安全，并避免弃风弃光,本发明适用于各种规模的风光储联合发电场站的并网有功控制应用场合，具体的：

本发明可以对风光储发电场站内风机、光伏逆变器、储能变流器(PCS)等设备有功功率输出统一协调管理，使风光储发电场总输出有功功率跟踪调度有功指令。

本发明可以通过接收风功率预测数据和光功率预测数据，并根据预测数据对储能进行充放电控制，平抑风机、光伏逆变器有功功率波动。

本发明可以检测电网频率，当频率变化出现异常时，所述装置通过快速调节储能充放电，以及对风机、光伏逆变器进行有功功率调节，实现一次调频功能和虚拟惯量功能，并可对一次调频和虚拟惯量功能启动时关键信号进行录波。

附图说明

图1是本发明一种风光储功率协调控制系统的结构示意图；

图2是本发明一种风光储功率协调控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

如图1所示，本发明的实施例1提供了一种风光储功率协调控制系统，在本发明优选但非限制性的实施方式中，所述装置包括信号采集单元、有功指令跟踪控制单元、有功功率平滑输出控制单元、电压无功自动控制单元、储能管理单元、录波单元、通信单元；

进一步优选地，所述信号采集单元，用于采集风光储发电场站并网点电压、电流和频率数据以及风、光功率预测数据；

所述信号采集单元采集风光储发电场站并网点电压、电流和频率数据，得到风机、光伏逆变器、储能变流器实际输出的有功功率，进而得到场站实际输出的总有功功率；

所述有功指令跟踪控制单元，用于根据调度下发场站的有功指令，控制储能充放电，使风光储输出的总有功功率与调度指令保持一致，具体的：

所述有功指令跟踪控制单元通过通信单元与储能设备进行通信，接收处理储能设备的状态信息和电量信息，并通过通信单元发送储能充放电功率指令到储能设备，控制储能设备充放电；

所述有功指令跟踪控制单元根据调度下发场站的有功指令，控制储能在风光有功功率大于调度指令时充电，在风光有功功率小于调度指令时放电，使风光储输出的总有功功率与调度指令保持一致，具体方式如下：

根据光功率预测数据和风功率预测数据计算风光可发总有功功率；

当风光可发总有功功率大于场站有功指令时，通过控制储能充电使场站总有功功率等于场站有功指令；

当风光可发总有功功率小于场站有功指令时，通过控制储能放电使场站总有功功率等于场站有功指令。

所述有功功率平滑输出控制单元，用于通过控制储能充放电，使风机、光伏和储能总有功功率变化率保持在稳定范围内，减少功率波动，具体的：

所述有功功率平滑输出控制单元通过通信单元与储能设备进行通信，接收处理储能设备的状态信息和电量信息，并通过通信单元发送储能充放电功率指令到储能设备，控制储能设备充放电；

所述有功功率平滑输出控制单元根据风光当前一段时间内实际发出的有功功率数据以及风光超短期预测数据计算下一时刻风光预计发出的有功功率，根据当前时刻有功功率与预测的下一时刻有功功率计算总有功功率变化率，并通过储能有功功率弥补功率波动偏差，使总有功功率变化率保持在稳定范围内，保障场站总有功功率平滑输出。

所述电压无功自动控制单元，用于根据电压指令对风机、光伏逆变器、储能变流器、动态无功补偿设备等无功输出进行协调控制，使并网点电压与电压指令保持一致；

所述储能管理单元，用于监测储能状态和电量。通过对储能进行充放电管理，使储能电量保持在安全范围之内；

具体的，所述储能管理单元实时监测储能状态和电量，当储能状态异常或电量超出正常范围时，闭锁对储能有功功率的控制。

所述录波单元采用事件触发机制，当一次调频或虚拟惯量功能动作时，触发所述录波单元启动录波，记录动作时段的并网点有功功率、调度有功指令、电网频率、风机有功功率、光伏逆变器有功功率和储能有功功率等数据，便于对事件进行分析；

所述通信单元是对外通信的接口，可以接入风机、光伏逆变器、储能变流器、动态无功补偿设备、测量装置、通信管理装置等设备信息，并可以将所述装置的信息通过通信的方式发送到外部设备。

所述通信单元通过通信方式接入光功率预测系统和风功率预测系统数据，采集光功率预测系统和风功率预测系统的光功率预测数据和风功率预测数据。

图2所示为本发明一种风光储功率协调控制方法流程示意图，包括有功控制过程和无功控制过程，所述有功控制过程包括以下步骤：

步骤1：通信单元接收调度有功指令；

步骤2：信号采集单元采集并网点频率，当检测到实际采集的频率超出设定的频率目标时，启动一次调频功能，进入步骤3，否则跳转到步骤5；

步骤3：根据实际采集的频率与设定的频率目标之差，计算风、光、储对应该频率差值应发的一次调频有功功率差值，同时判断频率变化率是否越限：

如果频率变化率越限则根据频率变化率计算虚拟惯量有功功率差值，并将该有功功率差值叠加到一次调频有功功率差值；

虚拟惯量有功功率差值计算如下所示：

其中：

TJ：虚拟惯量响应时间常数；

fn：设定的频率目标值；

频率变化率；

Pr：风光储场站额定功率。

步骤4：将步骤3计算得到的有功功率差值与当前全站有功功率初值相加，得出总有功功率指令，并将其分配到风、光、储设备，启动录波单元，跳转到步骤8；

步骤5：根据步骤1获取的调度有功指令与当前场站并网点实际输出的有功功率进行比较，如果两者大小不一致，则进入步骤6，否则返回步骤1；

步骤6：判断装置是否启动指令跟踪功能，如果未启动指令跟踪功能，则跳转至步骤7，否则进入有功指令跟踪功能模块；

有功指令跟踪模块将当前风、光预测的可发有功功率与有功指令相比较：

当风、光可发有功功率大于有功指令，则将风、光最大可发有功功率与有功指令差值作为储能充电功率指令分配给储能进行充电，反之，则将差值作为储能放电功率指令分配给储能进行充电，风、光按照最大可发功率进行发电；

即储能的有功功率指令为：

Pe＝Pc-(Pwf Ppf)

其中，Pe：储能有功功率指令(正数为放电，负数为充电)；Pc：调度有功指令；Pwf：风机总最大可发有功功率；Ppf：光伏总最大可发有功功率；

步骤7：判断装置是否启动功率平滑功能，如果未启动功率平滑功能，则跳转至步骤8，否则进入有功功率平滑功能模块；

有功功率平滑功能模块根据当前时刻至前一段时间(可设置时间长度，一般取10秒)保存的风、光实发有功功率历史数据，按照有功变化趋势推算下一时刻风、光可发有功功率数据，并根据风、光超短期预测数据修正该可发有功功率数据，根据该可发有功功率数据与当前时刻实发有功功率计算有功功率变化率；

当有功功率变化率大于变化率限值时，根据变化率限值计算下一时刻应发有功功率，并将应发有功功率与计算的可发有功功率进行比较：

当下一时刻预测为增有功时，如果应发有功功率小于计算的可发有功功率，则将两者差值作为储能充电指令发送到储能；

当下一时刻预测为降有功时，如果应发有功功率大于计算的可发有功功率，则将两者差值作为储能放电指令发送到储能；

步骤8：将风、光、储有功指令通过通信单元发送到风、光、储设备实现有功控制。

所述无功控制过程包括以下步骤：

步骤1：通过通信单元接收调度电压指令；

步骤2：电压无功自动控制单元将调度电压指令转换为全场无功总指令，并将场站内无功损耗叠加到全场无功总指令生成场站内无功设备应发总无功目标值，然后将该总无功目标值按设定的分配方式分配到站内各无功设备。分配方式可以为等比例分配或相似裕度分配；

步骤3：将分配后的无功指令通过通信单元发送到各无功设备实现无功控制。

本发明针对大规模新能源电站并网后，因为风光发电特性容易对电网调度和安全产生冲击的特点，通过协调控制风、光、储有功功率输出，实现有功指令跟踪、有功功率平滑等功能，使大规模新能源电站友好并网，保障并网安全，并避免弃风弃光,本发明适用于各种规模的风光储联合发电场站的并网有功控制应用场合，具体的：

本发明可以对风光储发电场站内风机、光伏逆变器、储能变流器(PCS)等设备有功功率输出统一协调管理，使风光储发电场总输出有功功率跟踪调度有功指令。

本发明可以通过接收风功率预测数据和光功率预测数据，并根据预测数据对储能进行充放电控制，平抑风机、光伏逆变器有功功率波动。

本发明可以检测电网频率，当频率变化出现异常时，所述装置通过快速调节储能充放电，以及对风机、光伏逆变器进行有功功率调节，实现一次调频功能和虚拟惯量功能，并可对一次调频和虚拟惯量功能启动时关键信号进行录波。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。