本發(fā)明涉及一種新能源發(fā)電系統(tǒng)模型，屬于新能源發(fā)電建模與仿真領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著新能源發(fā)電在電力系統(tǒng)中的比例不斷增加，其對電力系統(tǒng)的影響正在凸顯。新能源發(fā)電系統(tǒng)的準(zhǔn)確建模是分析大規(guī)模新能源并網(wǎng)穩(wěn)定性、安全性和可靠性等方面影響的關(guān)鍵之一。目前，諸如風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、電池儲能等新能源發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)接口大多采用電力電子裝置，建模過程中，主要采用機理建模方法，基于各自工作原理、物理特性和控制策略，建立各組成部分的機理模型或整體系統(tǒng)模型，并未充分考慮其并網(wǎng)接口及其控制系統(tǒng)中存在的共性因素，增加了建模工作的復(fù)雜性，同時也不便于理解和掌握新能源發(fā)電系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)與控制策略等方面的共性特征。

有鑒于此，本發(fā)明提供一種新能源發(fā)電系統(tǒng)模型，以滿足實際應(yīng)用需要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：為克服上述缺陷，本發(fā)明提出了一種新能源發(fā)電系統(tǒng)模型，將新能源發(fā)電系統(tǒng)中具有共性特征的模塊提取出來，從而使模型具有非常明顯的模塊化特征，降低了建模過程的工作量。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種新能源發(fā)電系統(tǒng)模型，其特征在于，所述新能源發(fā)電系統(tǒng)模型包括機網(wǎng)接口模塊、有功控制模塊、無功控制模塊、故障控制與保護模塊，以及電源模塊；所述新能源發(fā)電系統(tǒng)模型具有典型的模塊化特征，其中有功控制模塊和無功控制模塊涵蓋具體的有功和無功控制策略，通過改變控制策略開關(guān)邏輯實現(xiàn)具體控制策略的切換；故障控制與保護模塊分別對各新能源發(fā)電系統(tǒng)的故障控制與保護進行實現(xiàn)，并通過改變開關(guān)控制邏輯實現(xiàn)新能源發(fā)電系統(tǒng)故障控制與保護邏輯的判斷與輸出；電源模塊通過開關(guān)的通斷實現(xiàn)模型對于不同類型新能源發(fā)電系統(tǒng)的表征。

如上所述的新能源發(fā)電系統(tǒng)模型，其特征在于，所述機網(wǎng)接口模塊由靜態(tài)發(fā)電機或受控電流源實現(xiàn)，其輸入為有功控制模塊輸出的有功參考電流與無功控制模塊輸出的無功參考電流，輸出為新能源發(fā)電系統(tǒng)向電網(wǎng)注入的電流向量。

如上所述的新能源發(fā)電系統(tǒng)模型，其特征在于，所述有功控制模塊涵蓋具體的有功控制策略，通過改變控制策略開關(guān)邏輯實現(xiàn)具體控制策略的切換；有功控制模塊的輸入為場站級有功功率指令、頻率參考值、故障控制與保護模塊輸出邏輯、電源模塊輸出的有功功率參考值、系統(tǒng)向電網(wǎng)發(fā)送的有功功率、系統(tǒng)頻率、機端母線電壓，輸出為系統(tǒng)向電網(wǎng)注入的有功電流分量參考值。

如上所述的新能源發(fā)電系統(tǒng)模型，其特征在于，所述有功控制模塊包含兩種有功控制策略：一種采用有功功率除以機端電壓；另一種控制策略為根據(jù)電網(wǎng)頻率實現(xiàn)對有功參考電流的控制。

如上所述的新能源發(fā)電系統(tǒng)模型，其特征在于，所述有功控制模塊包含穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)兩種工作模式，由有功電流動態(tài)限幅計算模塊實現(xiàn)。

如上所述的新能源發(fā)電系統(tǒng)模型，其特征在于，所述無功控制模塊涵蓋具體的無功控制策略，通過改變控制策略開關(guān)邏輯實現(xiàn)具體控制策略的切換；無功控制模塊的輸入為用戶自定義的電壓參考值、新能源發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)點電壓、場站級無功功率指令、網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)、電源模塊輸出的無功功率、故障控制與保護模塊輸出邏輯、系統(tǒng)向電網(wǎng)發(fā)送的無功功率、機端母線電壓，輸出為系統(tǒng)向電網(wǎng)注入的無功電流分量參考值。

如上所述的新能源發(fā)電系統(tǒng)模型，其特征在于，所述無功控制模塊包括三種控制策略，第一種采用系統(tǒng)并網(wǎng)點電壓與用戶自定義參考電壓進行比較后的差值通過PI環(huán)節(jié)計算得到，并可根據(jù)具體需求添加下垂控制；第二種由場站級控制系統(tǒng)直接分配；第三種為恒功率因數(shù)控制。

如上所述的新能源發(fā)電系統(tǒng)模型，其特征在于，所述無功控制模塊包括穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)兩種控制模式；穩(wěn)態(tài)時，由相應(yīng)策略計算改變無功功率參考值，以使新能源發(fā)電系統(tǒng)向電網(wǎng)輸出無功功率得到調(diào)整；暫態(tài)模式下，系統(tǒng)向電網(wǎng)提供的無功功率根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)定。

如上所述的新能源發(fā)電系統(tǒng)模型，其特征在于，所述故障控制與保護模塊的輸入為新能源發(fā)電系統(tǒng)故障控制與保護的共性輸入——并網(wǎng)點電壓，輸出為控制邏輯；對于風(fēng)電、光伏和儲能系統(tǒng)的個性輸入在電源模塊考慮，即自定義模塊中實現(xiàn)。

如上所述的新能源發(fā)電系統(tǒng)模型，其特征在于，所述電源模塊包含風(fēng)力機、光伏電池、儲能系統(tǒng)這些新能源發(fā)電系統(tǒng)電源，通過開關(guān)的通斷實現(xiàn)與有功控制模塊的連接；電源模塊的輸入為風(fēng)速、輻照度、溫度這類資源數(shù)據(jù)，輸出為有功功率參考值。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明針對典型新能源發(fā)電系統(tǒng)的電力電子并網(wǎng)裝置控制結(jié)構(gòu)多樣，建模方式繁雜的特點，構(gòu)建一種基于靜態(tài)發(fā)電機或受控電流源并網(wǎng)接口的新能源發(fā)電系統(tǒng)模型。仿真過程中，通過改變模塊內(nèi)模式控制開關(guān)的狀態(tài)，達到切換有功和無功控制策略的目的；同時，用戶可采用自定義或選擇特定的電源模塊，以實現(xiàn)對不同形式新能源發(fā)電系統(tǒng)的組態(tài)化建模。模型雖以典型新能源發(fā)電系統(tǒng)為例進行驗證，但可表征一大類以電力電子裝置作為并網(wǎng)接口的不同形式的新能源發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其控制策略。

附圖說明

圖1為新能源發(fā)電系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)。

圖2為有功控制模塊框圖。

圖3為無功控制模塊框圖。

圖4為故障控制與保護模塊框圖。

具體實施方式

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例進一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣在本申請所列權(quán)利要求書限定范圍之內(nèi)。

本發(fā)明提供的一種新能源發(fā)電系統(tǒng)模型，根據(jù)風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、儲能系統(tǒng)等典型新能源發(fā)電控制系統(tǒng)的模型特點，將新能源發(fā)電系統(tǒng)模型分為機網(wǎng)接口模塊、有功控制模塊、無功控制模塊、故障控制與保護模塊，以及電源模塊。具有典型的模塊化特征；其中有功控制模塊和無功控制模塊涵蓋具體的有功和無功控制策略，通過改變控制策略開關(guān)邏輯實現(xiàn)具體控制策略的切換；故障控制與保護模塊分別對各新能源發(fā)電系統(tǒng)的故障控制與保護進行實現(xiàn)，并通過改變開關(guān)控制邏輯實現(xiàn)新能源發(fā)電系統(tǒng)或任意組合系統(tǒng)故障控制與保護邏輯的判斷與輸出；電源模塊通過開關(guān)的通斷實現(xiàn)模型對于不同類型新能源發(fā)電系統(tǒng)的表征。

機網(wǎng)接口模塊由靜態(tài)發(fā)電機或受控電流源實現(xiàn)，其輸入為有功控制模塊輸出的有功參考電流與無功控制模塊輸出的無功參考電流，輸出為新能源發(fā)電系統(tǒng)向電網(wǎng)注入的電流向量。具體可按式(1)計算得到：

I_ac＝(i_dref·cosθ-i_qref·sinθ)+j(i_dref·sinθ+i_qref·cosθ) (1)

式中，i_dref與i_qref分別為靜態(tài)發(fā)電機有功和無功電流參考值；cosθ、sinθ為機端母線電壓相角的余弦和正弦值。

有功控制模塊涵蓋具體的有功控制策略，在本實施例中，包含兩種有功控制策略：一種采用有功功率除以機端電壓；另一種控制策略為根據(jù)電網(wǎng)頻率實現(xiàn)對有功參考電流的控制。通過改變控制策略開關(guān)邏輯實現(xiàn)具體控制策略的切換。有功控制模塊的輸入為場站級有功功率指令、頻率參考值、故障控制與保護模塊輸出邏輯、電源模塊輸出的有功功率參考值、系統(tǒng)向電網(wǎng)發(fā)送的有功功率、系統(tǒng)頻率、機端母線電壓，輸出為系統(tǒng)向電網(wǎng)注入的有功電流分量參考值。

有功控制模塊包含穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)兩種工作模式，由有功電流動態(tài)限幅計算模塊實現(xiàn)。穩(wěn)態(tài)時，限幅為常數(shù)；當(dāng)機端電壓低于某值(0.9p.u)時，便進入暫態(tài)控制模式，有功電流限幅值根據(jù)機端電壓值計算；當(dāng)機端電壓小于某值(0.4p.u)時，有功電流限幅值為0，此時系統(tǒng)不向電網(wǎng)發(fā)出有功功率。暫態(tài)過程完成之后，有功電流恢復(fù)的速率受有功電流恢復(fù)速率限值限制。

無功控制模塊涵蓋具體的無功控制策略，在本實施例中，無功控制模塊包括三種控制策略，第一種采用系統(tǒng)并網(wǎng)點電壓與用戶自定義參考電壓進行比較后的差值通過PI環(huán)節(jié)計算得到，并可根據(jù)具體需求添加下垂控制；第二種由場站級控制系統(tǒng)直接分配；第三種為恒功率因數(shù)控制。通過改變控制策略開關(guān)邏輯實現(xiàn)具體控制策略的切換。無功控制模塊的輸入為用戶自定義的電壓參考值、新能源發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)點電壓、場站級無功功率指令、網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)、電源模塊輸出的無功功率、故障控制與保護模塊輸出邏輯、系統(tǒng)向電網(wǎng)發(fā)送的無功功率、機端母線電壓，輸出為系統(tǒng)向電網(wǎng)注入的無功電流分量參考值。

無功控制模塊包括穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)兩種控制模式。穩(wěn)態(tài)時，由相應(yīng)策略計算改變無功功率參考值，以使新能源發(fā)電系統(tǒng)向電網(wǎng)輸出無功功率得到調(diào)整；暫態(tài)模式下，系統(tǒng)向電網(wǎng)提供的無功功率根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)定。

有功控制模塊和無功控制模塊在切機條件下，退出運行，輸出為零；具體切機邏輯由故障控制與保護模塊根據(jù)切機條件計算得到。

故障控制與保護模塊根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)規(guī)定，分別對各新能源發(fā)電系統(tǒng)的故障控制與保護進行實現(xiàn)，并通過改變開關(guān)控制邏輯實現(xiàn)新能源發(fā)電系統(tǒng)或任意組合系統(tǒng)故障控制與保護邏輯的判斷與輸出。故障控制與保護模塊的輸入為新能源發(fā)電系統(tǒng)故障控制與保護的共性輸入——并網(wǎng)點電壓，輸出為控制邏輯。對于風(fēng)電、光伏和儲能系統(tǒng)的個性輸入在電源模塊考慮，即自定義模塊中實現(xiàn)。例如，對于風(fēng)電機組，風(fēng)速保護將在風(fēng)力機模型中實現(xiàn)。

電源模塊包含風(fēng)力機、光伏電池、儲能系統(tǒng)等新能源發(fā)電系統(tǒng)電源，通過開關(guān)的通斷實現(xiàn)與有功控制模塊的連接。電源模塊的輸入為風(fēng)速、輻照度、溫度等資源數(shù)據(jù)，輸出為有功功率參考值。

本發(fā)明應(yīng)用于新能源發(fā)電系統(tǒng)模型的建立，對以風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、風(fēng)光儲混合系統(tǒng)為例，對本發(fā)明的有效性和正確性進行驗證。

按照圖1所示的新能源發(fā)電系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)建立模型，具體地，有功控制模塊、無功控制模塊、故障控制與保護模塊分別根據(jù)圖2、圖3和圖4建立，圖中，P_ord為電源模塊輸出的有功功率參考值；P為系統(tǒng)向電網(wǎng)發(fā)送的有功功率；f為系統(tǒng)頻率；V為機端母線電壓；Q為系統(tǒng)向電網(wǎng)發(fā)送的無功功率。P_dis為場站級有功功率指令；f_ref為頻率參考值；V_protection為故障控制與保護模塊輸出邏輯；LVPL為有功電流動態(tài)限幅模塊根據(jù)機端電壓測量值計算得到的有功電流動態(tài)限幅值；rrpwr為暫態(tài)過程完成之后，有功電流恢復(fù)的速率限值；i_Pref為系統(tǒng)向電網(wǎng)注入的有功電流分量；T_v、T_p、T_IPcmd為時間常數(shù)。V_ref為用戶自定義的電壓參考值；V_reg為新能源發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)點電壓；Q_dis為場站級無功功率指令；為網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)；Q_ord為電源模塊輸出的無功功率；i_Qlv為低電壓穿越期間，系統(tǒng)向電網(wǎng)提供的無功電流；i_Qref為系統(tǒng)向電網(wǎng)注入的無功電流分量。T_v為電壓測量時間常數(shù)。電源模塊包括風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電和電池儲能三種。

本發(fā)明實施以風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、風(fēng)光儲混合系統(tǒng)為代表的典型新能源發(fā)電系統(tǒng)為例進行驗證，但可表征一大類以電力電子裝置作為并網(wǎng)接口的不同形式的新能源發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其控制策略。

以上僅為本發(fā)明的實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，因此，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。