CN112803429B

CN112803429B - 储能电站与清洁能源电站无功电压协调控制方法及系统

Info

Publication number: CN112803429B
Application number: CN202110019130.XA
Authority: CN
Inventors: 王玎; 沈阳武; 胡臻; 崔挺; 张可人; 左剑; 呙虎; 柳永妍; 陈道君; 严亚兵
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Hunan Electric Power Co Ltd; State Grid Hunan Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Hunan Electric Power Co Ltd; State Grid Hunan Electric Power Co Ltd
Priority date: 2021-01-07
Filing date: 2021-01-07
Publication date: 2022-09-16
Anticipated expiration: 2041-01-07
Also published as: CN112803429A

Abstract

本发明公开了一种储能电站与清洁能源电站无功电压协调控制方法及系统，本发明方法包括监测各个清洁能源电站所发出的有功功率信号，并计算出全部清洁能源电站所能发出的无功功率信号Q₂；监测并网点电压并计算清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁；若Q₂大于Q₁，则仅控制全部清洁能源电站发出Q₁的无功、储能电站不参与无功输出；否则，控制全部清洁能源电站发出Q₂的无功、控制储能电站发出无功补偿信号ΔQ的无功，其中ΔQ＝Q₁‑Q₂。本发明采用清洁能源电站作为主要的无功补偿系统，储能系统作为系统无功补偿的辅助系统，能够实现清洁能源电站的大无功调节范围的调节，有效地提高了系统的无功调节能力。

Description

储能电站与清洁能源电站无功电压协调控制方法及系统

技术领域

本发明涉及无功电压协调领域，具体涉及一种储能电站与清洁能源电站无功电压协调控制方法及系统。

背景技术

大规模清洁能源(如光伏、风电)接入电网运行，给电网的安全稳定运行带来很大的影响，经常造成并网点电压跌落的问题，所以要求并网清洁能源电站具备高精度的无功电压调节能力。在中国专利CN101860044A中公布了一种风电场无功电压的协调控制方法。能够协调控制每台风机的无功输出,使得风电场并网点的无功输出满足系统负荷变化，从而抑制由周边负荷变化引起的母线电压波动,又可抵御由局部电网故障造成的控制点电压跌落，具有维持风电场接入区域电网电压稳定的作用。但是，上述方法仅通过风电场来进行无功电压协调控制在柔性清洁能源接入交直流混联电网这个系统中具有局限性。主要是因为单个机组无功调节范围较小，所以风电场的无功调节范围是很有限的，有时无法满足并网点的无功缺额，需要增加其他辅助设备来进行无功补偿。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种储能电站与清洁能源电站无功电压协调控制方法及系统，本发明采用清洁能源电站作为主要的无功补偿系统，储能系统作为系统无功补偿的辅助系统，能够实现清洁能源电站的大无功调节范围的调节，有效地提高了系统的无功调节能力，能够实时有效迅速的结合风电系统与储能系统的实际情况来为并网点电压跌落提供无功补偿，解决并网点电压跌落的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种储能电站与清洁能源电站无功电压协调控制方法，包括：

1)监测各个清洁能源电站所发出的有功功率信号，并计算出全部清洁能源电站所能发出的无功功率信号Q₂；监测并网点电压并计算清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁；

2)将全部清洁能源电站所能发出的无功功率信号Q₂、清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁进行比较，若全部清洁能源电站所能发出的无功功率信号Q₂大于清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁，则仅控制全部清洁能源电站发出的清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁的无功、储能电站不参与无功输出；否则，控制全部清洁能源电站发出的所能发出的无功功率信号Q₂的无功、控制储能电站发出无功补偿信号ΔQ的无功，其中无功补偿信号ΔQ为清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁减去全部清洁能源电站所能发出的无功功率信号Q₂后得到的差。

可选地，步骤1)中计算出全部清洁能源电站所能发出的无功功率信号Q₂的步骤包括：监测任意清洁能源电站n所发出的有功功率信号P_wn，根据清洁能源电站n的有功功率信号P_wn以及视在功率S_wn计算清洁能源电站n可发出的无功Q_wn；若任意清洁能源电站n可发出的无功Q_wn超过清洁能源电站能发出的无功功率上限值Q_wmax，则将该清洁能源电站n可发出的无功Q_wn置为无功功率上限值Q_wmax；最终将所有清洁能源电站可发出的无功Q_wn求和，得到全部清洁能源电站发出的所能发出的无功功率信号Q₂。

可选地，步骤1)中计算清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁的步骤包括：将监测得到的并网点电压U_gabc并网点电压参考值U*_gabc作差得到差值信号ΔU，将差值信号ΔU输入比例积分器后得到清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁。

可选地，步骤2)中控制储能电站发出无功补偿信号ΔQ的无功时，包括在无功补偿信号ΔQ的小于等于储能系统无功的上限值Q₃、且储能电站的荷电状态SOC大于预设阈值同时成立时，设置储能电站的无功指令值Q_b ^*的值为无功补偿信号ΔQ，且启动V/P下垂控制方式通过有功抑制电压跌落，所述启动V/P下垂控制方式通过有功抑制电压跌落的步骤包括：采集配电网电压幅值信号，若配电网电压幅值信号小于或等于预设下限电压V_min，则生成第一有功信号为最大有功功率参考信号P_max，若配电网电压幅值信号大于预设上限电压V_max，则生成第一有功信号为0；若配电网电压幅值信号大于预设下限电压V_min且小于或等于第一电压V₁，所述第一电压V₁为大于预设下限电压V_min的参数，则根据配电网电压幅值信号查询预设的V/P下垂特性曲线得到的有功功率参考信号P₁生成第二有功信号，否则生成第二有功信号为0；若配电网电压幅值信号大于第一电压V₁且小于或等于第二电压V₂，所述第二电压V₂为大于第一电压V₁的参数，则输出恒定的预设功率P_o作为第三有功信号，否则生成第三有功信号为0；若配电网电压幅值信号大于第二电压V₂且小于或等于预设上限电压V_max，则根据配电网电压幅值信号查询预设的V/P下垂特性曲线得到的有功功率参考信号P₂生成第四有功信号，否则生成第四有功信号为0；若配电网电压幅值信号大于预设上限电压V_max，则生成最小有功功率参考信号P_min作为第五有功信号，否则生成第五有功信号为0；将第一有功信号～第五有功信号求和后作为所有清洁能源电站的有功功率参考信号。

可选地，步骤2)中控制储能电站发出无功补偿信号ΔQ的无功时，包括在无功补偿信号ΔQ的小于等于储能系统无功的上限值Q₃、且储能电站的荷电状态SOC小于等于预设阈值同时成立时，设置储能电站的无功指令值Q_b ^*的值为无功补偿信号ΔQ，且启动PQ方式控制储能电站，设置储能电站的有功指令值P_b ^*为负，为储能电站的电池充电；所述启动PQ方式控制储能电站的步骤包括：将储能系统的有功功率指令值P_b ^*与实时值P通过PI控制得到d轴电流指令值i_d ^*，将储能系统的无功功率指令值Q_b ^*与实时值Q通过PI控制得到q轴电流指令值i_q ^*，将储能系统输出电流实时值经过帕克变换获得d轴电流i_d与q轴电流i_q，根据d轴电流指令值i_d ^*、d轴电流i_d之间的差值计算d轴电压指令值U_d ^*，根据q轴电流指令值i_q ^*、q轴电流i_q之间的差值计算q轴电压指令值U_q ^*，将d轴电压指令值U_d ^*和q轴电压指令值U_q ^*通过帕克逆变换与PWM调制生成触发信号输入储能电站的控制端。

可选地，步骤2)中控制储能电站发出无功补偿信号ΔQ的无功时，包括在无功补偿信号ΔQ大于储能系统无功的上限值Q₃、且储能电站的荷电状态SOC大于预设阈值同时成立时，设置储能电站的无功指令值Q_b ^*的值为储能系统无功的上限值Q₃，且启动PQ方式控制储能电站，设置储能电站的有功指令值P_b ^*为0，储能电站不对外发出有功功率，全部用来发出无功。

可选地，步骤2)中控制储能电站发出无功补偿信号ΔQ的无功时，包括在无功补偿信号ΔQ大于储能系统无功的上限值Q₃、且储能电站的荷电状态SOC小于等于预设阈值同时成立时，设置储能电站的无功指令值Q_b ^*的值为上限修正值Q₃*，Q₃*＝aQ₃，其中a为小于1的系数，且启动PQ方式控制储能电站，设置储能电站的有功指令值P_b ^*为负，为储能电站的电池充电。

此外，本发明还提供一种储能电站与清洁能源电站无功电压协调控制系统，包括相互连接的微处理器和存储器，该微处理器被编程或配置以执行所述储能电站与清洁能源电站无功电压协调控制方法的步骤，或者该存储器中存储有被编程或配置以执行所述储能电站与清洁能源电站无功电压协调控制方法的计算机程序。

此外，本发明还提供一种储能电站与清洁能源电站无功电压协调控制系统，包括：

功率监测器，用于监测各个清洁能源电站所发出的有功功率信号，并计算出全部清洁能源电站所能发出的无功功率信号Q₂；

能量管理器，用于监测并网点电压并计算清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁；

无功分配器，用于将全部清洁能源电站所能发出的无功功率信号Q₂、清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁进行比较，若全部清洁能源电站所能发出的无功功率信号Q₂大于清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁，则仅控制全部清洁能源电站发出的清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁的无功、储能电站不参与无功输出；否则，控制全部清洁能源电站发出的所能发出的无功功率信号Q₂的无功、控制储能电站发出无功补偿信号ΔQ的无功，其中无功补偿信号ΔQ为清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁减去全部清洁能源电站所能发出的无功功率信号Q₂后得到的差。

此外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行所述储能电站与清洁能源电站无功电压协调控制方法的计算机程序。

和现有技术相比，本发明具有下述优点：本发明包括将全部清洁能源电站所能发出的无功功率信号Q₂、清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁进行比较，若全部清洁能源电站所能发出的无功功率信号Q₂大于清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁，则仅控制全部清洁能源电站发出的清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁的无功、储能电站不参与无功输出；否则，控制全部清洁能源电站发出的所能发出的无功功率信号Q₂、控制储能电站发出无功补偿信号ΔQ的无功，其中无功补偿信号ΔQ为清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁减去全部清洁能源电站所能发出的无功功率信号Q₂后得到的差，本发明采用清洁能源电站作为主要的无功补偿系统，储能系统作为系统无功补偿的辅助系统，能够实现清洁能源电站的大无功调节范围的调节，有效地提高了系统的无功调节能力。

附图说明

图1为本发明实施例方法的基本流程图。

图2为本发明实施例中无功功率信号Q₂的计算流程图。

图3为本发明实施例中控制储能电站发出无功补偿信号ΔQ的无功的流程图。

图4为本发明实施例中启动PQ方式控制储能电站的控制原理图。

图5为本发明实施例中应用对象的系统结构示意图。

图6为本发明实施例中能量管理器的结构示意图。

图7为本发明实施例中V/P下垂控制器的结构示意图。

具体实施方式

下文将以风机作为清洁能源电站的示例，对本发明储能电站与清洁能源电站无功电压协调控制方法及系统进行进一步的详细说明。

需要说明的是，本发明储能电站与清洁能源电站无功电压协调控制方法及系统中的清洁能源电站不依赖于风机这一特定类型，其可以是其他类型的清洁能源电站，例如光伏电站、生物能电站等清洁能源电站，还可以是多种类型的清洁能源电站的组合。

如图1所示，本实施例储能电站与清洁能源电站无功电压协调控制方法包括：

2)将全部清洁能源电站所能发出的无功功率信号Q₂、清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁进行比较，若全部清洁能源电站所能发出的无功功率信号Q₂大于清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁，则仅控制全部清洁能源电站发出的清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁的无功、储能电站不参与无功输出；否则，控制全部清洁能源电站发出的所能发出的无功功率信号Q₂、控制储能电站发出无功补偿信号ΔQ的无功，其中无功补偿信号ΔQ为清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁减去全部清洁能源电站所能发出的无功功率信号Q₂后得到的差。

如图2所示，本实施例步骤1)中计算出全部清洁能源电站所能发出的无功功率信号Q₂的步骤包括：监测任意清洁能源电站n所发出的有功功率信号P_wn，根据清洁能源电站n的有功功率信号P_wn以及视在功率S_wn计算清洁能源电站n可发出的无功Q_wn；若任意清洁能源电站n可发出的无功Q_wn超过清洁能源电站能发出的无功功率上限值Q_wmax，则将该清洁能源电站n可发出的无功Q_wn置为无功功率上限值Q_wmax；最终将所有清洁能源电站可发出的无功Q_wn求和，得到全部清洁能源电站发出的所能发出的无功功率信号Q₂。

其中，根据有功功率信号P_w以及视在功率S_w计算可发出的无功Q_w的函数表达式为：

本实施例中，步骤1)中计算清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁的步骤包括：将监测得到的并网点电压U_gabc并网点电压参考值U*_gabc作差得到差值信号ΔU，将差值信号ΔU输入比例积分器后得到清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁。

如图3所示，本实施例步骤2)中控制储能电站发出无功补偿信号ΔQ的无功时，包括在无功补偿信号ΔQ的小于等于储能系统无功的上限值Q₃、且储能电站的荷电状态SOC大于预设阈值(例如本实施例中为20％)同时成立时，设置储能电站的无功指令值Q_b ^*的值为无功补偿信号ΔQ，且启动V/P下垂控制方式通过有功抑制电压跌落。

启动V/P下垂控制方式通过有功抑制电压跌落通过V/P下垂特性曲线来控制储能电站的DC/AC变换器发出或吸收有功功率，它能够根据并网点电压幅值信号经过下垂计算和信号处理得到储能系统有功功率参考信号，从而达到进一步稳定配电网电压的目的。本实施例中，启动V/P下垂控制方式通过有功抑制电压跌落的步骤包括：采集配电网电压幅值信号，若配电网电压幅值信号小于或等于预设下限电压V_min，则生成第一有功信号为最大有功功率参考信号P_max，若配电网电压幅值信号大于预设上限电压V_max，则生成第一有功信号为0；若配电网电压幅值信号大于预设下限电压V_min且小于或等于第一电压V₁，所述第一电压V₁为大于预设下限电压V_min的参数，则根据配电网电压幅值信号查询预设的V/P下垂特性曲线得到的有功功率参考信号P₁生成第二有功信号，否则生成第二有功信号为0；若配电网电压幅值信号大于第一电压V₁且小于或等于第二电压V₂，所述第二电压V₂为大于第一电压V₁的参数，则输出恒定的预设功率P_o作为第三有功信号，否则生成第三有功信号为0；若配电网电压幅值信号大于第二电压V₂且小于或等于预设上限电压V_max，则根据配电网电压幅值信号查询预设的V/P下垂特性曲线得到的有功功率参考信号P₂生成第四有功信号，否则生成第四有功信号为0；若配电网电压幅值信号大于预设上限电压V_max，则生成最小有功功率参考信号P_min作为第五有功信号，否则生成第五有功信号为0；将第一有功信号～第五有功信号求和后作为所有清洁能源电站的有功功率参考信号。

本实施例中，预设上限电压V_max设定为1.1倍的额定电压值，预设下限电压V_min设定为0.9倍的额定电压值。此外，V/P下垂特性曲线为非对称式下垂曲线，有功功率差值P_max-P_o大于有功功率差值P_o-P_min。

如图3所示，本实施例步骤2)中控制储能电站发出无功补偿信号ΔQ的无功时，包括在无功补偿信号ΔQ的小于等于储能系统无功的上限值Q₃、且储能电站的荷电状态SOC小于等于预设阈值同时成立时，设置储能电站的无功指令值Q_b ^*的值为无功补偿信号ΔQ，且启动PQ方式控制储能电站，设置储能电站的有功指令值P_b ^*为负，为储能电站的电池充电。

启动PQ方式控制储能电站用于实现分布式电源发出恒定的有功功率与无功功率。如图4所示，本实施例中启动PQ方式控制储能电站的步骤包括：将储能系统的有功功率指令值P_b ^*与实时值P通过PI控制得到d轴电流指令值i_d ^*，将储能系统的无功功率指令值Q_b ^*与实时值Q通过PI控制得到q轴电流指令值i_q ^*，将储能系统输出电流实时值经过帕克变换获得d轴电流i_d与q轴电流i_q，根据d轴电流指令值i_d ^*、d轴电流i_d之间的差值计算d轴电压指令值U_d ^*，根据q轴电流指令值i_q ^*、q轴电流i_q之间的差值计算q轴电压指令值U_q ^*，将d轴电压指令值U_d ^*和q轴电压指令值U_q ^*通过帕克逆变换与PWM调制生成触发信号输入储能电站的控制端。

如图3所示，本实施例步骤2)中控制储能电站发出无功补偿信号ΔQ的无功时，包括在无功补偿信号ΔQ大于储能系统无功的上限值Q₃、且储能电站的荷电状态SOC大于预设阈值同时成立时，设置储能电站的无功指令值Q_b ^*的值为储能系统无功的上限值Q₃，且启动PQ方式控制储能电站，设置储能电站的有功指令值P_b ^*为0，储能电站不对外发出有功功率，全部用来发出无功。

如图3所示，本实施例步骤2)中控制储能电站发出无功补偿信号ΔQ的无功时，包括在无功补偿信号ΔQ大于储能系统无功的上限值Q₃、且储能电站的荷电状态SOC小于等于预设阈值同时成立时，设置储能电站的无功指令值Q_b ^*的值为储能系统无功的上限值Q₃，且启动PQ方式控制储能电站，设置储能电站的有功指令值P_b ^*为上限修正值Q₃*，Q₃*＝aQ₃，其中a为小于1的系数(例如本实施例中取值为0.8)，且启动PQ方式控制储能电站，设置储能电站的有功指令值P_b ^*为负，为储能电站的电池充电。

综上所述，本实施例储能电站与清洁能源电站无功电压协调控制方法将储能系统引进来，一方面，弥补了风电无功不足的问题，为恢复并网点电压提供了很强大的辅助系统。另一方面，储能系统中加入了V/P下垂特性曲线控制储能DC/AC变换器发出或吸收有功功率，与传统控制方式相比，有进一步稳定并网点电压的优点，这样可以充分利用有功功率变化对配电网电压的影响规律来控制电压。在现有的控制方案基础上，它能够实时有效迅速的结合风电系统与储能系统的实际情况来为并网点电压跌落提供无功补偿，解决并网点电压跌落的问题。此外，本实施例还提供一种储能电站与清洁能源电站无功电压协调控制系统，包括相互连接的微处理器和存储器，该微处理器被编程或配置以执行前述储能电站与清洁能源电站无功电压协调控制方法的步骤，或者该存储器中存储有被编程或配置以执行前述储能电站与清洁能源电站无功电压协调控制方法的计算机程序。

如图5，本实施例还提供一种储能电站与清洁能源电站无功电压协调控制系统，包括：

功率监测器3，用于监测各个清洁能源电站所发出的有功功率信号，并计算出全部清洁能源电站所能发出的无功功率信号Q₂；

能量管理器7，用于监测并网点电压并计算清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁；

无功分配器4，用于将全部清洁能源电站所能发出的无功功率信号Q₂、清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁进行比较，若全部清洁能源电站所能发出的无功功率信号Q₂大于清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁，则仅控制全部清洁能源电站发出的清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁的无功、储能电站不参与无功输出；否则，控制全部清洁能源电站发出的所能发出的无功功率信号Q₂的无功、控制储能电站发出无功补偿信号ΔQ的无功，其中无功补偿信号ΔQ为清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁减去全部清洁能源电站所能发出的无功功率信号Q₂后得到的差。

如图5所示，本实施例储能电站与清洁能源电站无功电压协调控制方法及系统的应用对象譬如为接入交直流混联电网的储能电站与柔性清洁能源系统，如同本领域所熟知地，该接入交直流混联电网的储能电站与柔性清洁能源系统包括将风能转化为电能的n台风机1，实时监测各台风机有功并通过有功计算出风电场能发出的最大无功Q₂的风机功率监测器3，控制各台风机发出有功和无功大小的风机控制器5，通过并网点电压跌落计算出无功缺额Q₁的能量管理器7，根据Q₁与Q₂的大小选择无功补偿设备的无功分配器4，将化学能转换为电能的储能电池11，将直流电转换为交流电的DC/AC变换器2，控制储能DC/AC变换器发出或吸收有功无功大小的储能控制系统6，将低压电转换为高压电的升压变压器20，用电负荷12，交直流混连电网22(其中还包括交流电网9与HVDC受端10)等等。

能量管理器7用于能量管理器用于实时监测并网点电压，求取并网点电压与参考值的差值，然后根据差值求取并网点的无功缺额Q₁，最后通过信号处理将无功缺额信号Q₁送入无功分配器。

作为一种可选的实施方式，如图6所示，能量管理器7包括减法器71、比例积分器72。其中减法器71用于采集并网点电压信号U_gabc与并网点电压参考值U_gabc ^*并将它们作差，然后将得到的差值信号73传输给比例积分器。比例积分器72用于采集减法器传输的差值信号73，然后通过信号73计算出并网点的无功缺额信号74(记为Q₁)，最后通过信号处理将无功缺额信号74传输给无功分配器4。

参见图2，功率监测器3用于监测各风机有功功率并通过计算处理向无功分配器发出无功信号。首先通过实时监测得到各台风机所发出的有功功率信号P_wn(n＝1，2…)，然后设置风机能发出的无功功率上限值Q_wmax，再计算每台风机可发出的无功Q_wn，将Q_wn与Q_wmax进行比较，如果Q_wn小于等于Q_wmax，则此台风机的无功指令值为Q_wn，如果Q_wn大于Q_wmax，则此台风机的无功指令值为Q_wmax，每台风机都以此计算，得到每台风机的无功指令值，然后将每台风机所得到的无功指令值进行求和得到整个风电场所能发出的无功功率信号13(记为Q₂)，最后通过信号处理将无功功率信号13送入无功分配器4。

无功分配器4用于分配风电系统与储能系统应该发出的无功。首先，无功分配器4接收风机功率监测器的无功信号13(Q₂)以及能量管理器送来的无功信号16(Q₁)，然后将Q₂与Q₁进行比较，如果Q₂大于Q₁，则风电场本身可以发无功满足电压稳定的需求，通过信号处理仅将无功信号15(Q₁)发送给风机控制器；如果Q₂小于Q₁，则需要储能参与无功协调，通过信号处理将无功信号15(Q₂)发送给风机控制器，同时将无功信号14(ΔQ＝Q₁-Q₂)发送给储能控制器。

储能控制系统用于根据实际情况，控制储能DC/AC变换器的控制方式。首先，储能控制系统接收无功分配器4发出的无功补偿信号14(ΔQ＝Q₁-Q₂)，然后设置储能系统无功的上限值为Q₃，再根据ΔQ、Q₃的大小关系以及储能SOC的状态选择不同的控制方式。当ΔQ≤Q₃，且储能SOC＞20％时，设置储能无功指令值Q_b ^*＝ΔQ，启动V/P下垂控制方式，通过有功抑制电压跌落；当ΔQ≤Q₃，且储能系统SOC≤20％时，设置储能无功指令值Q_b ^*＝ΔQ，启动PQ控制方式，设置有功指令值为负，为电池充电；PQ控制方式为传统的矢量电流控制，P控制器为有功电流控制器的外环控制，Q控制器为无功电流的外环控制。当ΔQ>Q₃，且储能系统SOC＞20％时，设置储能系统无功指令值Q_b ^*＝Q₃，启动PQ控制方式，设置储能系统有功指令值为P_b ^*＝0，储能不对外发出有功功率，全部用来发出无功；当ΔQ>Q₃，且储能系统SOC≤20％时，对无功指令值进行修正，设置无功指令值Q_b ^*＝Q₃ ^*，上限修正值Q₃*满足Q₃*＝aQ₃，其中a为小于1的系数(例如本实施例中取值为0.8)，启动PQ控制方式，设置有功指令值为负，为电池充电。最后根据以上方法选择合适的控制方式形成触发信号19来控制储能DC/AC变换器工作。

本实施例中，V/P下垂控制器32为执行启动V/P下垂控制方式通过有功抑制电压跌落的步骤的执行主体。如图7所示，V/P下垂控制器32包括有功功率上限控制器321、有功功率上段下垂控制器322、有功钳位控制器323、有功功率下段下垂控制器324、有功功率下限控制器325、加法器3251。其中，有功功率上限控制器321实时采集配电网电压幅值信号310，如果该信号小于或等于V_min，则有功功率上限控制器321输出有功功率参考信号P_max，如果该信号大于V_max，则有功功率上限控制器321输出为0；有功功率上段下垂控制器322实时采集配电网电压幅值信号310，如果该信号大于V_min并小于或等于V₁，则有功功率上段下垂控制器322根据V/P下垂特性曲线来输出有功功率参考信号P₁，否则，输出为0；有功钳位控制器323实时采集配电网电压幅值信号310，如果该信号310大于V₁并小于或等于V₂，则有功钳位控制器323输出恒定的有功功率参考信号P_o，否则，输出为0；有功功率下段下垂控制器324实时采集配电网电压幅值信号310，如果该信号310大于V₂并小于或等于V_max，则有功功率下段下垂控制器324根据V/P下垂特性曲线来输出有功功率参考信号P₂，否则，输出为0；有功功率下限控制器325实时采集配电网电压幅值信号310，如果该信号310大于V_max，则有功功率下限控制器325输出有功功率参考信号P_min。加法器3251用于接收有功功率上限控制器321、有功功率上段下垂控制器322、有功钳位控制器323、有功功率下段下垂控制器324、有功功率下限控制器325的输出信号326、327、328、329和3250，经过加法计算得到光储系统有功功率参考信号320。

本实施例中启动PQ方式控制储能电站的步骤的执行主体为PQ控制器。参见图4，PQ控制器的实现中，将储能系统的有功功率指令值P_b ^*与实时值P通过有功功率控制器(PI)得到d轴电流指令值i_d ^*，将储能系统的无功功率指令值Q_b ^*与实时值Q通过无功功率控制器(PI)得到q轴电流指令值i_q ^*，将储能系统输出电流实时值经过帕克变换获得d轴电流i_d与q轴电流i_q，根据d轴电流指令值i_d ^*、d轴电流i_d之间的差值通过电流控制器计算d轴电压指令值U_d ^*，根据q轴电流指令值i_q ^*、q轴电流i_q之间的差值通过电流控制器计算q轴电压指令值U_q ^*，将d轴电压指令值U_d ^*和q轴电压指令值U_q ^*通过帕克逆变换与PWM调制生成触发信号输入储能电站的控制端。

此外，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行前述储能电站与清洁能源电站无功电压协调控制方法的计算机程序。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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读存储介质(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。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/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。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种储能电站与清洁能源电站无功电压协调控制方法，其特征在于，包括：

1）监测各个清洁能源电站所发出的有功功率信号，并计算出全部清洁能源电站所能发出的无功功率信号Q₂；监测并网点电压并计算清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁；

2）将全部清洁能源电站所能发出的无功功率信号Q₂、清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁进行比较，若全部清洁能源电站所能发出的无功功率信号Q₂大于清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁，则仅控制全部清洁能源电站发出的清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁的无功、储能电站不参与无功输出；否则，控制全部清洁能源电站发出的所能发出的无功功率信号Q₂的无功、控制储能电站发出无功补偿信号ΔQ的无功，其中无功补偿信号ΔQ为清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁减去全部清洁能源电站所能发出的无功功率信号Q₂后得到的差；

步骤2）中控制储能电站发出无功补偿信号ΔQ的无功时，包括在无功补偿信号ΔQ的小于等于储能系统无功的上限值Q₃、且储能电站的荷电状态SOC大于预设阈值同时成立时，设置储能电站的无功指令值Q_b ^*的值为无功补偿信号ΔQ，且启动V/P下垂控制方式通过有功抑制电压跌落，所述启动V/P下垂控制方式通过有功抑制电压跌落的步骤包括：采集配电网电压幅值信号，若配电网电压幅值信号小于或等于预设下限电压V_min，则生成第一有功信号为最大有功功率参考信号P_max，若配电网电压幅值信号大于预设上限电压V_max，则生成第一有功信号为0；若配电网电压幅值信号大于预设下限电压V_min且小于或等于第一电压V₁，所述第一电压V₁为大于预设下限电压V_min的参数，则根据配电网电压幅值信号查询预设的V/P下垂特性曲线得到的有功功率参考信号P₁生成第二有功信号，否则生成第二有功信号为0；若配电网电压幅值信号大于第一电压V₁且小于或等于第二电压V₂，所述第二电压V₂为大于第一电压V₁的参数，则输出恒定的预设功率P_o作为第三有功信号，否则生成第三有功信号为0；若配电网电压幅值信号大于第二电压V₂且小于或等于预设上限电压V_max，则根据配电网电压幅值信号查询预设的V/P下垂特性曲线得到的有功功率参考信号P₂生成第四有功信号，否则生成第四有功信号为0；若配电网电压幅值信号大于预设上限电压V_max，则生成最小有功功率参考信号P_min作为第五有功信号，否则生成第五有功信号为0；将第一有功信号～第五有功信号求和后作为所有清洁能源电站的有功功率参考信号。

2.根据权利要求1所述的储能电站与清洁能源电站无功电压协调控制方法，其特征在于，步骤1）中计算出全部清洁能源电站所能发出的无功功率信号Q₂的步骤包括：监测任意清洁能源电站n所发出的有功功率信号P_wn，根据清洁能源电站n的有功功率信号P_wn以及视在功率S_wn计算清洁能源电站n可发出的无功Q_wn；若任意清洁能源电站n可发出的无功Q_wn超过清洁能源电站能发出的无功功率上限值Q_wmax，则将该清洁能源电站n可发出的无功Q_wn置为无功功率上限值Q_wmax；最终将所有清洁能源电站可发出的无功Q_wn求和，得到全部清洁能源电站发出的所能发出的无功功率信号Q₂。

3.根据权利要求1所述的储能电站与清洁能源电站无功电压协调控制方法，其特征在于，步骤1）中计算清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁的步骤包括：将监测得到的并网点电压U_gabc并网点电压参考值U*_gabc作差得到差值信号ΔU，将差值信号ΔU输入比例积分器后得到清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁。

4.根据权利要求1所述的储能电站与清洁能源电站无功电压协调控制方法，其特征在于，步骤2）中控制储能电站发出无功补偿信号ΔQ的无功时，包括在无功补偿信号ΔQ的小于等于储能系统无功的上限值Q₃、且储能电站的荷电状态SOC小于等于预设阈值同时成立时，设置储能电站的无功指令值Q_b ^*的值为无功补偿信号ΔQ，且启动PQ方式控制储能电站，设置储能电站的有功指令值P_b ^*为负，为储能电站的电池充电；所述启动PQ方式控制储能电站的步骤包括：将储能系统的有功功率指令值P_b ^*与实时值P通过PI控制得到d轴电流指令值i _d ^*，将储能系统的无功功率指令值Q_b ^*与实时值Q通过PI控制得到q轴电流指令值i _q ^*，将储能系统输出电流实时值经过帕克变换获得d轴电流i _d与q轴电流i _q，根据d轴电流指令值i _d ^*、d轴电流i _d之间的差值计算d轴电压指令值U _d ^*，根据q轴电流指令值i _q ^*、q轴电流i _q之间的差值计算q轴电压指令值U _q ^*，将d轴电压指令值U _d ^*和q轴电压指令值U _q ^*通过帕克逆变换与PWM调制生成触发信号输入储能电站的控制端。

5.根据权利要求4所述的储能电站与清洁能源电站无功电压协调控制方法，其特征在于，步骤2）中控制储能电站发出无功补偿信号ΔQ的无功时，包括在无功补偿信号ΔQ大于储能系统无功的上限值Q₃、且储能电站的荷电状态SOC大于预设阈值同时成立时，设置储能电站的无功指令值Q_b ^*的值为储能系统无功的上限值Q₃，且启动PQ方式控制储能电站，设置储能电站的有功指令值P_b ^*为0，储能电站不对外发出有功功率，全部用来发出无功。

6.根据权利要求5所述的储能电站与清洁能源电站无功电压协调控制方法，其特征在于，步骤2）中控制储能电站发出无功补偿信号ΔQ的无功时，包括在无功补偿信号ΔQ大于储能系统无功的上限值Q₃、且储能电站的荷电状态SOC小于等于预设阈值同时成立时，设置储能电站的无功指令值Q_b ^*的值为上限修正值Q₃*，Q₃*=aQ₃，其中a为小于1的系数，且启动PQ方式控制储能电站，设置储能电站的有功指令值P_b ^*为负，为储能电站的电池充电。

7.一种储能电站与清洁能源电站无功电压协调控制系统，包括相互连接的微处理器和存储器，其特征在于，该微处理器被编程或配置以执行权利要求1～6中任意一项所述储能电站与清洁能源电站无功电压协调控制方法的步骤，或者该存储器中存储有被编程或配置以执行权利要求1～6中任意一项所述储能电站与清洁能源电站无功电压协调控制方法的计算机程序。

8.一种储能电站与清洁能源电站无功电压协调控制系统，其特征在于，包括：

无功分配器，用于将全部清洁能源电站所能发出的无功功率信号Q₂、清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁进行比较，若全部清洁能源电站所能发出的无功功率信号Q₂大于清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁，则仅控制全部清洁能源电站发出的清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁的无功、储能电站不参与无功输出；否则，控制全部清洁能源电站发出的所能发出的无功功率信号Q₂的无功、控制储能电站发出无功补偿信号ΔQ的无功，其中无功补偿信号ΔQ为清洁能源电站并网点的无功缺额Q₁减去全部清洁能源电站所能发出的无功功率信号Q₂后得到的差；且控制储能电站发出无功补偿信号ΔQ的无功时，包括在无功补偿信号ΔQ的小于等于储能系统无功的上限值Q₃、且储能电站的荷电状态SOC大于预设阈值同时成立时，设置储能电站的无功指令值Q_b ^*的值为无功补偿信号ΔQ，且启动V/P下垂控制方式通过有功抑制电压跌落，所述启动V/P下垂控制方式通过有功抑制电压跌落的步骤包括：采集配电网电压幅值信号，若配电网电压幅值信号小于或等于预设下限电压V_min，则生成第一有功信号为最大有功功率参考信号P_max，若配电网电压幅值信号大于预设上限电压V_max，则生成第一有功信号为0；若配电网电压幅值信号大于预设下限电压V_min且小于或等于第一电压V₁，所述第一电压V₁为大于预设下限电压V_min的参数，则根据配电网电压幅值信号查询预设的V/P下垂特性曲线得到的有功功率参考信号P₁生成第二有功信号，否则生成第二有功信号为0；若配电网电压幅值信号大于第一电压V₁且小于或等于第二电压V₂，所述第二电压V₂为大于第一电压V₁的参数，则输出恒定的预设功率P_o作为第三有功信号，否则生成第三有功信号为0；若配电网电压幅值信号大于第二电压V₂且小于或等于预设上限电压V_max，则根据配电网电压幅值信号查询预设的V/P下垂特性曲线得到的有功功率参考信号P₂生成第四有功信号，否则生成第四有功信号为0；若配电网电压幅值信号大于预设上限电压V_max，则生成最小有功功率参考信号P_min作为第五有功信号，否则生成第五有功信号为0；将第一有功信号～第五有功信号求和后作为所有清洁能源电站的有功功率参考信号。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行权利要求1～6中任意一项所述储能电站与清洁能源电站无功电压协调控制方法的计算机程序。