CN112350348A - 增加新能源场站调节能力的储能控制方法及新能源支撑机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开增加新能源场站调节能力的储能控制方法及新能源支撑机。该方法根据获取的调频控制装置下发的有功功率参考值，确定调频控制方式；根据获取的直流储能单元的荷电状态和直流储能单元的荷电状态极限值，确定储能工作方式；根据获取的DC/DC变换器变换的有功功率和所述有功功率参考值，生成有功功率控制偏差量；根据预先设定的控制策略和所述有功功率控制偏差量，生成有功功率控制电流值；根据获取的DC/DC变换器的变换电流极限值、所述调频控制方式及所述储能工作方式，对有功功率控制电流值进行限幅，得到DC/DC变换器的电流参考值。在电网频率波动时，该控制方法可以快速、稳定、准确地向电网提供惯量支撑和调节能力。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统运行及控制技术领域，尤其涉及增加新能源场站调节能力的储能控制方法及新能源支撑机。
背景技术
英国在2019年8月9日发生了大停电事故。其过程大致如下：由于某种原因，北海电网内的小巴德福（Little Barford）燃气电站停机。在燃气电站脱网后，电网损失的发电负荷使得电力系统频率降低。另一方面，由于北海电网内风机耐受低频的能力不足，电力系统频率降低导致风机大量脱网，因此风电场出力骤降，并进一步增加了电网损失的发电负荷，导致系统频率继续下降，并最终触发北海电网内设置的低频减载设备动作而切除部分用电负荷。
与北海电网相似，目前新能源在我国电网中的渗透率也越来越高，但新能源接入比高的电力系统普遍存在惯量支撑不足的问题。一旦系统频率发生快速变化，这类新能源接入比高的电网发生继发停电事故的风险很大。
目前，电网中/电力系统中的火电机组、水电机组、燃气机组、热电机组、核电机组、抽水蓄能机组、光热机组等同步发电机组，大多都可以在电网频率波动/系统频率发生快速变化时，提供一次调频能力。但是，风电场中的同步风力发电机、光伏等新能源场站的发电设备并不具有一次调频能力，整体上新能源场站的惯量支撑不足、调节能力不强。尤其在新能源高占比的电网中，新能源并网导致的电网安全问题相对严重。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供增加新能源场站调节能力的储能控制方法及新能源支撑机，旨在解决新能源场站惯量支撑不足、调节能力不强的问题。
第一方面，本发明提供增加新能源场站调节能力的储能控制方法，包括：
根据获取的调频控制装置下发的有功功率参考值，确定调频控制方式；根据获取的直流储能单元的荷电状态和直流储能单元的荷电状态极限值，确定储能工作方式；
其中，调频控制装置设置于新能源支撑机，所述新能源支撑机还设置有直流储能单元和DC/DC变换器；
根据获取的DC/DC变换器变换的有功功率和所述有功功率参考值，生成有功功率控制偏差量；根据预先设定的控制策略和所述有功功率控制偏差量，生成有功功率控制电流值；
根据获取的DC/DC变换器的变换电流极限值、所述调频控制方式及所述储能工作方式，对有功功率控制电流值进行限幅，得到DC/DC变换器的电流参考值，
以使得DC/DC变换器响应所述电流参考值，调整其变换的有功功率接近所述有功功率参考值。
具体地，所述根据预先设定的控制策略和所述有功功率控制偏差量，生成有功功率控制电流值，包括：
根据所述预先设定的控制策略指定的有功控制比例系数和有功控制积分系数，构建比例积分并联环节，并将所述有功功率控制偏差量经过所述比例积分并联环节，生成有功功率控制电流值。
具体地，所述根据获取的调频控制装置下发的有功功率参考值，确定调频控制方式，包括：
在调频控制装置下发的有功功率参考值为正号时，确定调频控制方式为支撑机向电网注入能量；
在调频控制装置下发的有功功率参考值为负号时，确定调频控制方式为支撑机从电网吸收能量。
具体地，所述根据获取的直流储能单元的荷电状态及直流储能单元的荷电状态极限值，确定储能工作方式，包括：
在直流储能单元的荷电状态小于等于直流储能单元的荷电状态最小值时，确定储能工作方式为储能单元处于不可放电但可充电的工作模式；
在直流储能单元的荷电状态大于等于直流储能单元的荷电状态最大值时，确定储能工作方式为储能单元处于不可充电但可放电的工作模式；
在直流储能单元的荷电状态大于直流储能单元的荷电状态最小值且小于直流储能单元的荷电状态最大值时，确定储能工作方式为储能单元处于即可充电也可放电的工作模式。
具体地，所述根据获取的DC/DC变换器的变换电流极限值、所述调频控制方式及所述储能工作方式，对有功功率控制电流值进行限幅，得到DC/DC变换器的电流参考值，包括：
在所述调频控制方式为支撑机向电网注入能量、且储能工作方式为储能单元处于不可放电但可充电的工作模式时，将有功功率控制电流值限幅为零，即DC/DC变换器的电流参考值为零；
在所述调频控制方式为支撑机向电网注入能量、且储能工作方式为储能单元处于不可充电但可放电的工作模式时，将DC/DC变换器的变换电流极限值和有功功率控制电流值中绝对值较小的那个确定为DC/DC变换器的电流参考值；
在所述调频控制方式为支撑机向电网注入能量、且储能工作方式为储能单元处于即可充电也可放电的工作模式的工作模式时，将DC/DC变换器的变换电流极限值和有功功率控制电流值中绝对值较小的那个确定为DC/DC变换器的电流参考值；
在所述调频控制方式为支撑机从电网吸收能量、且储能工作方式为储能单元处于不可放电但可充电的工作模式时，将DC/DC变换器的变换电流极限值和有功功率控制电流值中较小的那个确定为DC/DC变换器的电流参考值；
在所述调频控制方式为支撑机从电网吸收能量、且储能工作方式为储能单元处于不可充电但可放电的工作模式时，将有功功率控制电流值限幅为零，即DC/DC变换器的电流参考值为零；
在所述调频控制方式为支撑机从电网吸收能量、且储能工作方式为储能单元处于即可充电也可放电的工作模式的工作模式时，将DC/DC变换器的变换电流极限值和有功功率控制电流值中较小的那个确定为DC/DC变换器的电流参考值。
第二方面，本发明提供一种储能控制单元，包括：
调频控制方式及储能工作方式确定模块，用于根据获取的调频控制装置下发的有功功率参考值，确定调频控制方式；根据获取的直流储能单元的荷电状态和直流储能单元的荷电状态极限值，确定储能工作方式，其中，调频控制装置设置于新能源支撑机；
有功功率控制电流值确定模块，用于根据获取的DC/DC变换器变换的有功功率和所述有功功率参考值，生成有功功率控制偏差量；根据预先设定的控制策略和所述有功功率控制偏差量，生成有功功率控制电流值；
电流参考值确定模块，用于根据获取的DC/DC变换器的变换电流极限值、所述调频控制方式及所述储能工作方式，对有功功率控制电流值进行限幅，得到DC/DC变换器的电流参考值，
以使得DC/DC变换器响应所述电流参考值，调整其变换的有功功率接近所述有功功率参考值。
所述电流参考值确定模块，具体用于：
在所述调频控制方式为支撑机向电网注入能量、且储能工作方式为储能单元处于不可放电但可充电的工作模式时，将有功功率控制电流值限幅为零，即DC/DC变换器的电流参考值为零；
在所述调频控制方式为支撑机向电网注入能量、且储能工作方式为储能单元处于不可充电但可放电的工作模式时，将DC/DC变换器的变换电流极限值和有功功率控制电流值中较小的那个确定为DC/DC变换器的电流参考值；
在所述调频控制方式为支撑机向电网注入能量、且储能工作方式为储能单元处于即可充电也可放电的工作模式的工作模式时，将DC/DC变换器的变换电流极限值和有功功率控制电流值中较小的那个确定为DC/DC变换器的电流参考值；
在所述调频控制方式为支撑机从电网吸收能量、且储能工作方式为储能单元处于不可放电但可充电的工作模式时，将DC/DC变换器的变换电流极限值和有功功率控制电流值中绝对值较小的那个确定为DC/DC变换器的电流参考值；
在所述调频控制方式为支撑机从电网吸收能量、且储能工作方式为储能单元处于不可充电但可放电的工作模式时，将有功功率控制电流值限幅为零，即DC/DC变换器的电流参考值为零；
在所述调频控制方式为支撑机从电网吸收能量、且储能工作方式为储能单元处于即可充电也可放电的工作模式的工作模式时，将DC/DC变换器的变换电流极限值和有功功率控制电流值中绝对值较小的那个确定为DC/DC变换器的电流参考值。
第三方面，本发明提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序用于实现如第一方面中说明的增加新能源场站调节能力的储能控制方法。
第四方面，本发明提供一种增加新能源场站调节能力的储能装置，设置在新能源支撑机中，包括：
直流储能单元、DC/DC变换器和储能控制单元；
所述新能源支撑机包括变流器；
所述DC/DC变换器在第一侧与变流器直流侧母线连接，从变流器吸收有功功率或向变流器注入有功功率；
所述DC/DC变换器在第二侧与直流储能单元连接，从直流储能单元吸收有功功率或向直流储能单元注入有功功率；
所述储能控制单元执行在第一方面中说明的增加新能源场站调节能力的储能控制方法。
第五方面，本发明提供一种增加新能源场站调节能力的支撑机，包括：
双馈异步电机、变流器、调频控制装置、在第四方面中说明的储能装置；
在电力系统响应功率扰动的过程中，所述调频控制装置向储能装置的控制单元下发有功功率参考值，以使得储能装置的直流储能单元吸收能量，或使得储能装置的直流储能单元释放能量。
本发明提供的增加新能源场站调节能力的储能控制方法，根据直流储能单元的荷电状态，对DC/DC变换器的工作电流进行调整，使得直流储能单元安全、快速地充放电，并快速、准确、稳定地响应来自支撑机的调频指令，从而在电网频率波动时，向电网提供惯量支撑和调节能力。
本发明提供的增强新能源场站调节能力的储能装置中， DC/DC变换器的工作电流根据直流储能单元的荷电状态进行调整，使得直流储能单元安全、快速地充放电，并快速、准确、稳定地响应来自支撑机的调频指令，从而在电网频率波动时，向电网提供惯量支撑和调节能力。
本发明提供的增加新能源场站调节能力的支撑机，向储能装置发送调频指令，使得DC/DC变换器的工作电流根据直流储能单元的荷电状态进行调整，使得直流储能单元安全、快速地充放电，以快速、准确、稳定地响应调频指令，从而在电网频率波动时，向电网提供惯量支撑和调节能力。
新能源场站设置本发明提供的储能装置及支撑机后，可抑制系统频率快速波动，避免电网内的新能源场站因系统频率过低而触发保护而脱网或因系统频率过高而主动将新能源场站脱网，以及因切机或减载导致的停电事故，提升了电网的频率稳定性，适合在新能源占比高的电网中全面推广。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图 1 为本发明优选实施方式的增加新能源场站调节能力的储能控制方法的流程示意图；
图 2本发明优选实施方式的增加新能源场站调节能力的储能控制单元的组成示意图；
图 3 为本发明优选实施方式的新能源支撑机的典型示意图；
图 4 为本发明优选实施方式的增加新能源场站调节能力的支撑机中储能装置的电气连接示意图；
图 5 为本发明优选实施方式的增加新能源场站调节能力的储能控制单元的控制框图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许 多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例 是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分 传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是 对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的 技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典 限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应；该被理解为理想化的或过于正式的意义。
以下为部分术语及符号的定义：
荷电状态， State of charge，简称SOC。
SOC为直流储能单元的荷电状态；
SOCmin为直流储能单元允许的荷电状态最小值，SOCmax为直流储能单元允许的荷电状态最大值；直流储能单元工作时，其SOC在两者之间受控地变化。
Ibref为双向DC/DC变换器的电流参考值，双向DC/DC变换器响应于所述电流参考值，使得输出有功功率Pb接近有功功率参考值Pbref。
Ibmax为双向DC/DC变换器的电流参考值上限，
Ibmin为双向DC/DC变换器的变换电流极限值，
Kpb为双向DC/DC变换器有功控制的比例系数，Kib为双向DC/DC变换器有功控制的积分系数；
Pb为双向DC/DC变换器变换的有功功率；
Pbref为双向DC/DC变换器的有功功率参考值。
如图1所示，本发明实施例的增加新能源场站调节能力的储能控制方法，包括：
步骤S100：
S110：根据获取的调频控制装置下发的有功功率参考值Pbref，确定调频控制方式；根据获取的直流储能单元的荷电状态SOC和直流储能单元的荷电状态极限值SOCmin或SOCmax，确定储能工作方式；
其中，调频控制装置设置于新能源支撑机；所述新能源支撑机还设置有直流储能单元、DC/DC变换器；
S120：根据获取的DC/DC变换器变换的有功功率Pb和所述有功功率参考值Pbref，生成有功功率控制偏差量；根据预先设定的控制策略和所述有功功率控制偏差量，生成有功功率控制电流值；
步骤S200：根据获取的DC/DC变换器的变换电流极限值Ibmax或Ibmin、所述调频控制方式及所述储能工作方式，对有功功率控制电流值进行限幅，得到DC/DC变换器的电流参考值Ibref，以使得DC/DC变换器响应所述电流参考值Ibref，调整其变换的有功功率Pb接近有功功率参考值Pbref。
应该理解为，步骤S100中的S110和S120可以是并行执行，也可以是一前一后执行，其不同的执行顺序具有相同的技术效果。
具体地，根据所述预先设定的控制策略指定的有功控制比例系数Kpb和有功控制积分系数Kib，构建比例积分并联环节，并将所述有功功率控制偏差量经过所述比例积分并联环节，生成有功功率控制电流值。
具体地，在调频控制装置下发的有功功率参考值Pbref为正号时，确定调频控制方式为支撑机向电网注入能量；
在调频控制装置下发的有功功率参考值为负号Pbref时，确定调频控制方式为支撑机从电网吸收能量。
具体地，在直流储能单元的荷电状态SOC小于等于直流储能单元的荷电状态最小值时SOCmin，确定储能工作方式为储能单元处于不可放电但可充电的工作模式；
在直流储能单元的荷电状态SOC大于等于直流储能单元的荷电状态最大值SOCmax时，确定储能工作方式为储能单元处于不可充电但可放电的工作模式；
在直流储能单元的荷电状态SOC大于直流储能单元的荷电状态最小值SOCmin且小于直流储能单元的荷电状态最大值SOC时，确定储能工作方式为储能单元处于即可充电也可放电的工作模式。
具体地，在所述调频控制方式为支撑机向电网注入能量、且储能工作方式为储能单元处于不可放电但可充电的工作模式时，将有功功率控制电流值限幅为零，即DC/DC变换器的电流参考值Ibref为零；
在所述调频控制方式为支撑机向电网注入能量、且储能工作方式为储能单元处于不可充电但可放电的工作模式时，将DC/DC变换器的变换电流极限值和有功功率控制电流值中绝对值较小的那个确定为DC/DC变换器的电流参考值Ibref；
在所述调频控制方式为支撑机向电网注入能量、且储能工作方式为储能单元处于即可充电也可放电的工作模式的工作模式时，将DC/DC变换器的变换电流极限值和有功功率控制电流值中绝对值较小的那个确定为DC/DC变换器的电流参考值Ibref；
在所述调频控制方式为支撑机从电网吸收能量、且储能工作方式为储能单元处于不可放电但可充电的工作模式时，将DC/DC变换器的变换电流极限值和有功功率控制电流值中绝对值较小的那个确定为DC/DC变换器的电流参考值Ibref；
在所述调频控制方式为支撑机从电网吸收能量、且储能工作方式为储能单元处于不可充电但可放电的工作模式时，将有功功率控制电流值限幅为零，即DC/DC变换器的电流参考值Ibref为零；
在所述调频控制方式为支撑机从电网吸收能量、且储能工作方式为储能单元处于即可充电也可放电的工作模式的工作模式时，将DC/DC变换器的变换电流极限值和有功功率控制电流值中绝对值较小的那个确定为DC/DC变换器的电流参考值Ibref。
应该理解为，DC/DC变换器的变换电流极限值是根据DC/DC变换器自身的工作电流限值，及直流储能单元的充电电流限值和放电电流限制，进行计算后确定的。利用该变换电流极限值对DC/DC变换器的电流参考值Ibref进行限幅，可以保证：参与系统调节的过程中，DC/DC变换器的工作电流满足自身安全稳定运行的需要，及直流储能单元的充电电流限值和放电电流满足自身安全稳定运行的需要。
如图2所示，本发明实施例的用于增加新能源场站调节能力的储能控制单元，包括：
调频控制方式及储能工作方式确定模块10，用于根据获取的调频控制装置下发的有功功率参考值，确定调频控制方式；根据获取的直流储能单元的荷电状态和直流储能单元的荷电状态极限值，确定储能工作方式，其中，调频控制装置设置于新能源支撑机；
有功功率控制电流值确定模块20，用于根据获取的DC/DC变换器变换的有功功率和所述有功功率参考值，生成有功功率控制偏差量；根据预先设定的控制策略和所述有功功率控制偏差量，生成有功功率控制电流值；
电流参考值确定模块30，用于根据获取的DC/DC变换器的变换电流极限值、所述调频控制方式及所述储能工作方式，对有功功率控制电流值进行限幅，得到DC/DC变换器的电流参考值，以使得DC/DC变换器响应所述电流参考值，调整其变换的有功功率接近有功功率参考值。
该电流参考值确定模块，具体用于：
在所述调频控制方式为支撑机向电网注入能量、且储能工作方式为储能单元处于不可放电但可充电的工作模式时，将有功功率控制电流值限幅为零，即DC/DC变换器的电流参考值为零；
在所述调频控制方式为支撑机向电网注入能量、且储能工作方式为储能单元处于不可充电但可放电的工作模式时，将DC/DC变换器的变换电流极限值和有功功率控制电流值中绝对值较小的那个确定为DC/DC变换器的电流参考值；
在所述调频控制方式为支撑机向电网注入能量、且储能工作方式为储能单元处于即可充电也可放电的工作模式的工作模式时，将DC/DC变换器的变换电流极限值和有功功率控制电流值中绝对值较小的那个确定为DC/DC变换器的电流参考值；
在所述调频控制方式为支撑机从电网吸收能量、且储能工作方式为储能单元处于不可放电但可充电的工作模式时，将DC/DC变换器的变换电流极限值和有功功率控制电流值中绝对值较小的那个确定为DC/DC变换器的电流参考值；
在所述调频控制方式为支撑机从电网吸收能量、且储能工作方式为储能单元处于不可充电但可放电的工作模式时，将有功功率控制电流值限幅为零，即DC/DC变换器的电流参考值为零；
在所述调频控制方式为支撑机从电网吸收能量、且储能工作方式为储能单元处于即可充电也可放电的工作模式的工作模式时，将DC/DC变换器的变换电流极限值和有功功率控制电流值中绝对值较小的那个确定为DC/DC变换器的电流参考值。
本发明实施例的计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序用于实现前述的增加新能源场站调节能力的储能控制方法。
如图3和图4所示的储能装置，设置在新能源支撑机中，该新能源支撑机设置在新能源场站附近，用于增强新能源场站的调节能力，包括：
直流储能单元、DC/DC变换器和储能控制单元；
所述新能源支撑机包括变流器；
所述DC/DC变换器在第一侧与变流器直流侧母线连接，从变流器吸收有功功率或向变流器注入有功功率；
所述DC/DC变换器在第二侧与直流储能单元连接，从直流储能单元吸收有功功率或向直流储能单元注入有功功率；
所述储能控制单元执行前述的增加新能源场站调节能力的储能控制方法。
如图3所示，一种新能源场站用支撑机，包括：
双馈异步电机、变流器、变压器、调频控制装置和前述的储能装置；
在电力系统响应功率扰动的过程中，所述调频控制装置向储能装置的储能控制单元下发有功功率参考值，以使得储能装置的直流储能单元吸收能量，或使得储能装置的直流储能单元释放能量。
为描述方便，引入支撑机来对本发明实施例的增加新能源场站调节能力的储能控制方法及储能装置进行说明。支撑机用于设置在各新能源场站的并网点，向电力系统提供惯量支撑。
如图3所示，支撑机包括双馈异步电机、变流器、变压器及调频控制装置（图3中未示出）。该双馈异步电机包括定子和转子。
在电力系统响应功率扰动/快速波动的过程中，支撑机受控于调频控制装置，向电网提供惯量支撑和调节能力。
具体地，该调频控制装置分别实现：
在电力系统因电源侧故障发生功率扰动导致频率下降时，利用直流储能单元存储的电能向电网注入电能，为电力系统提供额外的惯量支撑，来避免电力系统的频率下降过多；
在电力系统因负荷侧故障发生功率扰动导致频率上升时，从电网吸收电能，并存储在直流储能单元内，为电力系统提供额外的惯量支撑，来避免电力系统的频率上升过多。
应该理解为，该支撑机具有适当的容量、转动惯量及惯性时间常数。该支撑机还具有惯量控制装置，该惯量控制装置采用现有技术中已经公开的方法，在一次调频功能启用之前，向电网提供惯量支撑。
应该理解为，该支撑机具有适当的容量、转动惯量及惯性时间常数。该支撑机还具有有功功率/无功功率控制装置，该有功功率/无功功率控制装置采用现有技术中已经公开的方法，分别独立地控制支撑机的转子及定子的有功功率/无功功率。
如图3和图4所示，变流器由交流-直流-交流环节组成，包括网侧变流器、机侧变流器和直流电容；其中，网侧变流器与变压器直接相连，机侧变流器与双馈异步电机转子侧直接相连。
如图4所示，储能装置包括直流储能单元、DC/DC变换器和储能控制单元。该DC/DC变换器为双向DC/DC变换器。DC/DC变换器在一侧与变流器直流侧母线连接，从变流器吸收有功功率或向变流器注入有功功率；DC/DC变换器在另一侧经直流侧母线与直流储能单元连接，从直流储能单元吸收有功功率或向直流储能单元注入有功功率。
需要说明的是，这里的双向DC/DC变换器为受控的功率器件本身；该双向DC/DC变换器的工作电流受控于储能控制单元，并可控地向直流储能单元注入有功功率或从直流储能单元吸收有功功率。
具体地，该双向DC/DC变换器响应接收到的电流参考值，调整其工作电流的方向及大小，以输出或吸收有功功率。
直流储能单元处于充电状态时，其从双向DC/DC变换器吸收有功功率并转换为电能，其SOC值持续增加；或
直流储能单元处于放电状态时，其将其存储的电能转换为有功功率（也即放电），向双向DC/DC变换器输出有功功率，其SOC值持续减少；或
直流储能单元处于即不充电也不放电的静止状态，这时，其SOC值大于等于荷电状态最大值，或者，其SOC值小于等于荷电状态最小值。
应该理解为，该直流储能单元为电化学储能装置，如，采用现有技术中公开的结构、形式或电化学工作原理，这里不再赘述。
在确定向直流储能单元输出有用功率时，或确定从直流储能单元接收有用功率时，根据DC/DC变换器的变换电流极限值，对所述有功功率控制电流值进行限幅，得到双向DC/DC变换器的电流参考值；
需要说明的是，记储能单元的功率流向变流器为正，则有功功率参考值Pbref的的符号为正时，表示调频控制方式为支撑机向电网注入能量，相应地，直流储能单元处于放电状态。
需要说明的是，记储能单元的功率流向变流器为正，则有功功率参考值Pbref的的符号为负时，表示调频控制方式为支撑机从电网吸收能量，相应地，直流储能单元处于充电状态。
如图5的左上部分所示，若直流储能单元的荷电状态SOC小于或等于直流储能单元允许的荷电状态最小值时，将直流储能单元的放电电流限幅为零，以及通过对DC/DC变换器的工作电流进行限幅来保证直流储能单元在从DC/DC变换器接收电能时不过充。
如图5的左下部分所示，若直流储能单元的荷电状态SOC大于直流储能单元允许的荷电状态最小值时，将直流储能单元的充电电电流限幅为零，以及通过对DC/DC变换器的工作电流进行限幅来保证直流储能单元向从DC/DC变换器释放电能时不过放。
根据调频控制方式及储能工作方式，也即直流储能单元的荷电状态，可以分为以下3类控制场景，共6种实施方式：
A、不能充电且只能放电。SOC大于等于或不小于SOCmax。
A1模式：这时，调频控制方式为从电网吸收有功功率（也即，相应地，需要直流储能单元进入充电状态），则这时必须将双向DC/DC变换器的电流参考值用零进行限幅。这时，双向DC/DC变换器不接收有功功率；
A2模式：这时，调频控制方式为向电网汇入有功功率（也即，相应地，直流储能单元进入放电状态），这时双向DC/DC变换器的电流参考值Ibref的符号为正；为保证双向DC/DC变换器或直流储能单元不过放，用双向DC/DC变换器的电流参考值上限和双向DC/DC变换器受限于直流储能单元的最大电流限制Ibmax0中的较小值对双向DC/DC变换器的电流参考值进行限幅；
并且，在调频控制方式为向电网汇入有功功率，但储能已经放电至SOCmin时，转入到B2模式。
B、不能放电/只能充电。SOC小于等于或不大于SOCmin。
B1模式：这时，调频控制方式为从电网吸收有功功率（也即，相应地，直流储能单元进入充电状态），双向DC/DC变换器的电流参考值Ibref的符号为负；为保证双向DC/DC变换器或直流储能单元不过充，用双向DC/DC变换器的变换电流极限值和双向DC/DC变换器受限于直流储能单元的最小电流限制Ibmin0中的较大值（也即，绝对值较小值）对双向DC/DC变换器的电流参考值进行限幅。
并且，在调频控制方式为向电网汇入有功功率，但储能已经充电至SOCmax时， 转入到A1模式。
B2模式：这时，如果调频控制方式为向电网注入有功时（也即，相应地，直流储能单元进入放电状态），则这时将双向DC/DC变换器的电流参考值用零进行限幅。这时，双向DC/DC变换器不输出有功功率。
C、既能充电，也可以放电。SOC不小于SOCmin且不大于SOCmax。
这时，分调频控制方式为向电网注入有功还是从电网吸收有功功率这两种情况对双向DC/DC变换器的电流参考值进行限幅。
C1模式：调频控制方式为从电网吸收有功功率（相应地，直流储能单元进入充电状态），这时，双向DC/DC变换器的电流参考值Ibref的符号为负；为保证双向DC/DC变换器或直流储能单元不过充，用双向DC/DC变换器的变换电流极限值和双向DC/DC变换器受限于直流储能单元的最小电流限制Ibmin0中的较大值（也即，绝对值较小值）对双向DC/DC变换器的电流参考值进行限幅。
并且，在调频控制方式为从电网吸收有功功率，但储能已经充电至SOCmax时， 转入到A1模式。
C2模式：调频控制方式为向电网注入有功（相应地，直流储能单元进入放电状态）时，双向DC/DC变换器的电流参考值Ibref的符号为正；为保证双向DC/DC变换器或直流储能单元不过放，用双向DC/DC变换器的电流参考值上限和双向DC/DC变换器受限于直流储能单元的最大电流限制Ibmax0中的较小值对双向DC/DC变换器的电流参考值进行限幅。
并且，在调频控制方式为向电网注入有功，但储能已经放电至SOCmin时，转入到B2模式。
可以看出，以上场景设计中，储能充电至SOCmax或放电至SOCmin时，可以保证储能单元安全稳定运行。
本发明实施例的支撑机具有两类典型的工作模式：
1）、当系统频率f>fn时，支撑机整体上从电网中吸收有功功率，其双馈异步电机转子转速上升，且有Nr>Nn；这时，该双馈异步电机运行在超同步电动机状态，其定子侧功率流向为从交流电网流入双馈异步电机的定子；其转子侧功率流向为从双馈异步电机的转子流入储能装置。
支撑机整体上从电网中吸收的总有功功率即为定子功率，有Pe=Ps，并且有转子功率Pr=s×Ps，其中s为转差率， s=(Nn-Nr)/Nn，工程实际中，在正负0.3的区间内取值；Nn= 60×fn/p，p为双馈异步电机的极对数；p通常为1、2、3。
记有功功率自储能装置流向变流器/转子侧为正，则支撑机从电网吸收有功功率及电能时，其调频控制装置向储能装置下发的有功功率参考值Pbref的符号为负，其数值为转子功率Pr的绝对值。
2）、当系统频率f<fn时，支撑机整体上向电网馈入/释放有功功率，其双馈异步电机转子转速下降，且有Nr<Nn；这时，该双馈异步电机运行在次同步发电机状态，其定子侧功率流向为从双馈异步电机的定子流入交流电网；其转子侧功率流向为从储能装置流入双馈异步电机。
支撑机整体上释放给电网的总有功功率Pe=Ps，并且有转子功率Pr=s×Ps，其中s为转差率， s=(Nn-Nr)/Nn，工程实际中，在正负0.3的区间内取值；Nn= 60×fn/p，p为双馈异步电机的极对数；p通常为1、2、3。
记有功功率自储能装置流向变流器/转子侧为正，则支撑机向电网释放有功功率及电能时，调频控制装置向储能装置下发的有功功率参考值Pbref的符号为正，其数值为Pr的绝对值。
具体地，调频控制装置向储能装置下发的有功功率参考值Pbref根据下式确定：
其中，
为电网频率偏差；
K p 为频率调节系数；
综上，该支撑机设置到电力系统中后，在电力系统因电源侧故障发生功率扰动时，支撑机的调频控制装置下发调频指令。执行该调频指令，则双馈异步电机的定子释放电能并注入到电网中，向提供电网系统所需的能量缺额；同时，执行该调频指令使得储能装置释放电能并注入到双馈异步电机的转子侧，向双馈异步电机提供额外的惯量支撑，进而使得支撑机整体上向电力系统提供惯量支撑及调节能力，来避免电力系统的频率下降过多。也即，通过释放双馈异步电机的定子中的电能来补足电力系统中产生的能量缺额；通过释放储能装置储备的电化学能到双馈异步电机的转子，向双馈异步电机提供惯量支撑。
该支撑机设置到电力系统中后，在电力系统因负荷侧故障发生功率扰动时，支撑机的调频控制装置下发调频指令，执行该调频指令使得双馈异步电机的定子来吸收电网系统存在的能量余量，为电力系统提供额外的惯量支撑；同时，执行该调频指令使得双馈异步电机的转子侧释放电能并注入到储能装置，向双馈异步电机提供额外的惯量支撑，进而使得支撑机整体上向电力系统提供惯量支撑及调节能力，来避免电力系统的频率上升过多。也即，通过双馈异步电机的定子来吸收电力系统中产生的能量余量；通过将双馈异步电机转子的能量转换并存储在储能装置中，向双馈异步电机提供惯量支撑。
本发明实施例的新能源支撑机设置到电力系统后，对电力系统频率产生正向调节作用，避免电力系统因频率突升或突降导致减载或切机保护动作，避免新能源场站脱网或用电负荷脱网，可有力提升高新能源渗透率电网的运行稳定性和经济性。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人 员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的 其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个//该[装置、 组件等]”都被开放地解释为装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明 确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行， 除非明确地说明。
Claims (10)
1.一种增加新能源场站调节能力的储能控制方法，包括：
根据获取的调频控制装置下发的有功功率参考值，确定调频控制方式；根据获取的直流储能单元的荷电状态和直流储能单元的荷电状态极限值，确定储能工作方式；
其中，调频控制装置设置于新能源支撑机，所述新能源支撑机还设置有直流储能单元和DC/DC变换器；
根据获取的DC/DC变换器变换的有功功率和所述有功功率参考值，生成有功功率控制偏差量；根据预先设定的控制策略和所述有功功率控制偏差量，生成有功功率控制电流值；
根据获取的DC/DC变换器的变换电流极限值、所述调频控制方式及所述储能工作方式，对有功功率控制电流值进行限幅，得到DC/DC变换器的电流参考值，
以使得DC/DC变换器响应所述电流参考值，调整其变换的有功功率接近所述有功功率参考值。
2.根据权利要求1所述的控制方法，
所述根据预先设定的控制策略和所述有功功率控制偏差量，生成有功功率控制电流值，包括：
根据所述预先设定的控制策略指定的有功控制比例系数和有功控制积分系数，构建比例积分并联环节，并将所述有功功率控制偏差量经过所述比例积分并联环节，生成有功功率控制电流值。
3.根据权利要求1所述的控制方法，
所述根据获取的调频控制装置下发的有功功率参考值，确定调频控制方式，包括：
在调频控制装置下发的有功功率参考值为正号时，确定调频控制方式为支撑机向电网注入能量；
在调频控制装置下发的有功功率参考值为负号时，确定调频控制方式为支撑机从电网吸收能量。
4.根据权利要求3所述的控制方法，
所述根据获取的直流储能单元的荷电状态及直流储能单元的荷电状态极限值，确定储能工作方式，包括：
在直流储能单元的荷电状态小于等于直流储能单元的荷电状态最小值时，确定储能工作方式为储能单元处于不可放电但可充电的工作模式；
在直流储能单元的荷电状态大于等于直流储能单元的荷电状态最大值时，确定储能工作方式为储能单元处于不可充电但可放电的工作模式；
在直流储能单元的荷电状态大于直流储能单元的荷电状态最小值且小于直流储能单元的荷电状态最大值时，确定储能工作方式为储能单元处于即可充电也可放电的工作模式。
5.根据权利要求4所述的控制方法，
所述根据获取的DC/DC变换器的变换电流极限值、所述调频控制方式及所述储能工作方式，对有功功率控制电流值进行限幅，得到DC/DC变换器的电流参考值，包括：
在所述调频控制方式为支撑机向电网注入能量、且储能工作方式为储能单元处于不可放电但可充电的工作模式时，将有功功率控制电流值限幅为零，即DC/DC变换器的电流参考值为零；
在所述调频控制方式为支撑机向电网注入能量、且储能工作方式为储能单元处于不可充电但可放电的工作模式时，将DC/DC变换器的变换电流极限值和有功功率控制电流值中绝对值较小的那个确定为DC/DC变换器的电流参考值；
在所述调频控制方式为支撑机向电网注入能量、且储能工作方式为储能单元处于即可充电也可放电的工作模式的工作模式时，将DC/DC变换器的变换电流极限值和有功功率控制电流值中绝对值较小的那个确定为DC/DC变换器的电流参考值；
在所述调频控制方式为支撑机从电网吸收能量、且储能工作方式为储能单元处于不可放电但可充电的工作模式时，将DC/DC变换器的变换电流极限值和有功功率控制电流值中较小的那个确定为DC/DC变换器的电流参考值；
在所述调频控制方式为支撑机从电网吸收能量、且储能工作方式为储能单元处于不可充电但可放电的工作模式时，将有功功率控制电流值限幅为零，即DC/DC变换器的电流参考值为零；
在所述调频控制方式为支撑机从电网吸收能量、且储能工作方式为储能单元处于即可充电也可放电的工作模式的工作模式时，将DC/DC变换器的变换电流极限值和有功功率控制电流值中较小的那个确定为DC/DC变换器的电流参考值。
6.一种储能控制单元，包括：
调频控制方式及储能工作方式确定模块，用于根据获取的调频控制装置下发的有功功率参考值，确定调频控制方式；根据获取的直流储能单元的荷电状态和直流储能单元的荷电状态极限值，确定储能工作方式，其中，调频控制装置设置于新能源支撑机；
有功功率控制电流值确定模块，用于根据获取的DC/DC变换器变换的有功功率和所述有功功率参考值，生成有功功率控制偏差量；根据预先设定的控制策略和所述有功功率控制偏差量，生成有功功率控制电流值；
电流参考值确定模块，用于根据获取的DC/DC变换器的变换电流极限值、所述调频控制方式及所述储能工作方式，对有功功率控制电流值进行限幅，得到DC/DC变换器的电流参考值，
以使得DC/DC变换器响应所述电流参考值，调整其变换的有功功率接近所述有功功率参考值。
7.根据权利要求6所述的控制单元，
所述电流参考值确定模块，具体用于：
在所述调频控制方式为支撑机向电网注入能量、且储能工作方式为储能单元处于不可放电但可充电的工作模式时，将有功功率控制电流值限幅为零，即DC/DC变换器的电流参考值为零；
在所述调频控制方式为支撑机向电网注入能量、且储能工作方式为储能单元处于不可充电但可放电的工作模式时，将DC/DC变换器的变换电流极限值和有功功率控制电流值中较小的那个确定为DC/DC变换器的电流参考值；
在所述调频控制方式为支撑机向电网注入能量、且储能工作方式为储能单元处于即可充电也可放电的工作模式的工作模式时，将DC/DC变换器的变换电流极限值和有功功率控制电流值中较小的那个确定为DC/DC变换器的电流参考值；
在所述调频控制方式为支撑机从电网吸收能量、且储能工作方式为储能单元处于不可放电但可充电的工作模式时，将DC/DC变换器的变换电流极限值和有功功率控制电流值中绝对值较小的那个确定为DC/DC变换器的电流参考值；
在所述调频控制方式为支撑机从电网吸收能量、且储能工作方式为储能单元处于不可充电但可放电的工作模式时，将有功功率控制电流值限幅为零，即DC/DC变换器的电流参考值为零；
在所述调频控制方式为支撑机从电网吸收能量、且储能工作方式为储能单元处于即可充电也可放电的工作模式的工作模式时，将DC/DC变换器的变换电流极限值和有功功率控制电流值中绝对值较小的那个确定为DC/DC变换器的电流参考值。
8.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序用于实现如权利要求1至5中任一项所述的增加新能源场站调节能力的储能控制方法。
9.一种增加新能源场站调节能力的储能装置，设置在新能源支撑机中，包括：
直流储能单元、DC/DC变换器和储能控制单元；
所述新能源支撑机包括变流器；
所述DC/DC变换器在第一侧与变流器直流侧母线连接，从变流器吸收有功功率或向变流器注入有功功率；
所述DC/DC变换器在第二侧与直流储能单元连接，从直流储能单元吸收有功功率或向直流储能单元注入有功功率；
所述储能控制单元执行如权利要求1至5中任一项所述的增加新能源场站调节能力的储能控制方法。
10.一种增加新能源场站调节能力的支撑机，包括：
双馈异步电机、变流器、调频控制装置、如权利要求9中所述的储能装置；
在电力系统响应功率扰动的过程中，所述调频控制装置向储能装置的控制单元下发有功功率参考值，以使得储能装置的直流储能单元吸收能量，或使得储能装置的直流储能单元释放能量。
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