CN115313404A - 计及多无功源的储能电站站内avc控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种计及多无功源的储能电站站内AVC控制方法，包括：判断主变低压侧电压是否超过限值，如果是则进行主变低压侧电压调节，否则接收电网调度实时下达的控制目标值，判断目标值与实际值之前的差值是否低于设定死区，如果是则进行无功置换，否则进行无功调节；如果控制目标值为母线电压，则换算为无功，后续调节均以无功值为控制目标值；分别获取各台SVG和PCS当前无功及可调无功上下限，判别是否满足全站闭锁条件，如果满足则结束调节；计算SVG及PCS可调无功容量，将无功控制目标值优先分配给SVG，剩余的分配给PCS；按照相似裕度原则分别将分配给SVG及PCS的无功分配至每台SVG及PCS，结束调节，本发明能够优化无功调节控制。

Description

计及多无功源的储能电站站内AVC控制方法

技术领域

本发明属于无功电压控制技术领域，尤其涉及一种计及多无功源的储能电站站内AVC(Automatic Voltage Control，自动电压控制)控制方法。

背景技术

随着电力体制改革推进和能源互联网应用的发展,储能作为其中的重要环节,对我国能源结构转型、推动保障能源安全建设,实现节能减排目标具有重大意义。

储能电站可快速提供无功支撑，在具体的无功控制方法方面，现有研究主要针对风电储能、光伏储能之间或者风电、光伏及储能三者之间的协调控制，对电网侧规模化电池储能电站的无功控制研究较少。现有为数不多的研究着眼于利用PCS(Power ConversionSystem，功率转换系统)剩余无功容量调节或者通过传统的调压器进行调节。PCS剩余无功容量较为有限，电容器这类传统的调压器不能进行连续平滑调节，为此现代储能电站会配置SVG(Static Var Generator，无功补偿设备)进行无功容量补充。SVG的调节速率要快于PCS，因此在配有SVG的储能电站无功控制策略需要依据上述两种无功源的特性制定，既要利用SVG调节速率快的优势尽量先调节SVG，又要在调节过程中始终保持SVG有充分的剩余调节裕度以满足下一次调节快速相应要求。另一方面现有无功控制策略少有考虑主变低压侧母线电压情况，在主变高压侧电压调节合格的情况下，低压侧电压有可能超过限值。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种计及多无功源的储能电站站内AVC控制方法，能够根据不同无功源的调节特性进行优化协调控制。

本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：

提供了一种计及多无功源的储能电站站内AVC控制方法，包括：

1)判断主变低压侧电压是否超限值，如果超限值，则进行主变低压侧电压调节，否则进入步骤2)；

2)响应于实时获取的电网调度指令对控制目标进行控制调节，进入步骤3)；

3)判断控制目标的目标值与实际值之间的差值是否低于设定死区，若低于则进行无功置换，否则进行无功调节，控制目标为储能电站的母线电压或无功功率；

4)若控制目标为储能电站的母线电压则将其控制目标转换为无功功率；

5)获取各台SVG的当前无功值Q_si及可调无功上、下限Q_simax、Q_simin，获取各台PCS的当前无功值Q_pj及可调无功上、下限Q_pjmax、Q_pjmin；

6)判断闭锁条件是否满足，若满足则结束本次调节，否则进入步骤7)；

7)根据SVG的当前无功值Q_si及可调无功上、下限Q_simax、Q_simin得到SVG总剩余调节容量，优先将作为控制目标的总的无功功率目标值分配给SVG，如有剩余再分配给PCS；

8)将总无功功率目标值分配到各台SVG和PCS。

进一步的，若电网调度指令中断，则以电网调度下达的电压计划曲线作为控制目标值。

进一步的，在步骤4)中通过公式(1)将作为控制目标的母线电压转换为无功功率

其中，U_targ为母线电压目标值，U为母线电压实际值，Q_targ为总无功功率目标值，Q为总无功功率实际值，X为储能电站系统阻抗。

进一步的，闭锁条件包括：

母线电压目标值U_targ或总无功功率目标值Q_targ超过对应的限值；母线电压实际值U或无功功率实际值Q超过对应的限值；各台SVG的当前无功值Q_si均达到对应的可调限值；各台PCS的当前无功值Q_pj均达到对应的可调限值；就地调节模式下无法获得计划电压曲线。

进一步的，所述将总无功功率目标值分配到各台SVG和PCS包括：

若实际值低于无功目标值，即增加无功功率，则将各台参与控制的SVG和PCS分配的无功大小表示为：

若实际值高于无功目标值，即减少无功功率，则将各台参与控制的SVG和PCS分配的无功大小表示为：

其中，

为分配到各SVG的无功值，

为分配到各PCS的无功值，Q_starg为分配给SVG的无功目标值，Q_ptarg为分配给PCS的无功目标值。

进一步的，所述无功置换包括：

以无功置换步长ΔQ_G作为PCS调节变化量，Q_ptarg＝Q_P+ΔQ_G或Q_ptarg＝Q_P-ΔQ_G，其中Q_P为当前PCS的总无功；

判断PCS总的剩余无功容量是否大于Q_ptarg，若不大于则结束无功置换；

判断SVG无功是否全部回到中性点，若是则结束无功置换，否则把SVG无功值向中性点方向调节一个ΔQ_G，根据式(4)或(6)进行PCS无功分配，完成本次无功置换。

进一步的，主变低压侧电压调节包括：

a)判断主变低压侧电压限值超越方向与电网控制方向是否一致，若不一致则结束调节，若一致，则不响应电网调度指令，进入步骤b)；

b)以一个调节步长ΔQ_L作为该母线分段内PCS调节变化量，即Q_ptarg＝Q_P+ΔQ_L或Q_ptarg＝Q_P-ΔQ_L；

c)判断PCS总的剩余无功容量是否大于Q_ptarg，若大于则根据式(4)或(6)进行PCS无功分配，进入步骤e)，否则进入步骤d)；

d)SVG无功值向中性点方向调整一个ΔQ_L；

e)完成本次电压调节。

本发明有益效果包括如下：本发明根据不同无功源的调节特性制定了协调控制方法，实现了优化控制。通过无功置换在保证无功精确调节的基础上始终保持储能电站快速无功相应能力，同时处理了因无功调节可能带来的主变低压侧电压超限的问题，保障了储能电站整体安全稳定运行。

附图说明

图1为本发明计及多无功源的储能电站站内AVC控制方法的流程图；

图2为本发明中无功置换的流程图；

图3为本发明中主变低压侧电压调节流程图。

具体实施方式

为了进一步描述本发明的技术特点和效果，以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述。

本发明提供了一套计及多无功源的完整的储能电站AVC控制方法，该方法根据不同无功源的调节特性制定了协调控制方法，实现了优化控制。通过无功置换在保证无功精确调节的基础上始终保持储能电站快速无功相应能力，同时处理了因无功调节可能带来的主变低压侧电压超限的问题，保障了储能电站整体安全稳定运行。

如图1-图3所示，一种计及多无功源的储能电站站内AVC控制方法，主要包括以下步骤：

1)判断主变低压侧电压U_L是否超限值，如果超限值，则进行主变低压侧电压调节，主变低压侧调节一次调整一个步长ΔQ_L(该步长根据经验设定)，一次调整完成后回到本步骤。如果主变低压侧电压不超限值，则进入步骤2)。

2)接收电网调度实时下达的母线电压值或者无功值作为控制目标值(U_targ或者Q_targ)，如果命令中断，则进入就地调节模式，以电网调度下达的电压计划曲线作为控制目标值(U_targ)。

3)如果控制目标值为电压，判断母线电压目标值U_targ与储能电站母线电压实际值U之间的差值是否低于设定死区；如果控制目标值为无功，则判断无功目标值Q_targ与无功实际值Q之间的差值是否低于设定死区。如果低于设定死区，则进行无功置换，无功置换一次调整一个步长ΔQ_G(根据经验设定)，一次置换完成后回到步骤1)。如果差值高于设定死区，进入步骤4)开始全站无功调节。

4)如果控制目标值为电压U_targ，则按照本发明方法首先进行无功估算，将U_targ换算为Q_targ，如果控制目标值为无功，则直接使用电网下达的无功目标值Q_targ。

5)分别获取各台SVG当前无功值Q_si及可调无功上下限Q_simax，Q_simin，其中i∈[1,n]，n为SVG总台数；各台PCS当前无功值Q_pj及可调无功上下限Q_pjmax，Q_pjmin，其中j∈[1,m]，m为PCS总台数。

6)判断闭锁条件是否满足，闭锁条件包括控制目标值U_targ或Q_targ超过限值，母线电压实际值U或无功实际值Q超过限值，各台SVG无功值Q_si均达到可调限值，各台PCS无功值Q_pj均达到可调限值，就地调节模式下无电压曲线，如果闭锁条件满足，则结束本次调节回到步骤1)，否则进入步骤7)。

7)依据SVG当前无功值Q_si及可调无功上下限Q_simax，Q_simin，获取SVG总剩余调节容量，优先将无功目标值Q_targ分配给SVG，如果有剩余则再分配给PCS。从而分别得到SVG和PCS的无功目标值Q_starg和Q_ptarg。

8)按照相似裕度原则，将Q_starg分配至各台SVG，将Q_ptarg分配至各台PCS。

9)本次调节结束，回到步骤1)。

无功置换将SVG的无功用PCS剩余可调节无功置换，从而使得SVG回到中性点，无功置换步骤如下:

11)以一个置换步长ΔQ_G作为PCS调节变化量，即控制目标值Q_ptarg＝Q_P-ΔQ_G，其中Q_P为当前PCS总无功。获取各台PCS当前无功值Q_pj及可调无功上下限Q_pjmax，Q_pjmin，其中j∈[1,m]，m为PCS总台数。

12)PCS需要增加无功，判断PCS总的剩余无功容量是否大于Q_ptarg，如果不大于表明无法置换，结束无功置换回到步骤1)。

13)判断SVG是否全部回落中性点，如果是则结束无功置换回到步骤1)，否则SVG无功值降低一个ΔQ_G,同时按照相似裕度原则将Q_ptarg分配至各台PCS。

14)完成本次无功置换，回到步骤1)。

在储能电站AVC调节过程中，主变低压侧电压会随高压侧电压的升高或降低同步的升高降低。电网下达的控制命令会保证高压侧电压合格，而低压侧电压是否超限需要自行检测并处理。当主变低压侧电压超限值时进行主变低压侧电压调节，以电压超上限为例，调节步骤如下：

21)判断主变低压侧电压超限方向与电网控制方向是否一致，如电网下发的母线电压控制命令是将电压向下调整，方向不一致，这种情况下主变低压侧电压会随着电网控制命令的调节降低，则结束低压侧电压调节。如果一致，则主变电压侧电压会随着电网控制命令继续升高，因此不再响应电网控制命令，开始调节主变低压侧电压。

22)主变低压侧通常为单母线分段结构，以一个调节步长ΔQ_L作为该母线分段内PCS调节变化量，即控制目标值Q_ptarg＝Q_P-ΔQ_L，从而降低段内无功值。

23)判断PCS总的剩余无功容量是否大于Q_ptarg，如果大于则按照本发明方法将目标值分配给各PCS，否则通过调节SVG来实现，即SVG值降低一个ΔQ_L。

24)完成本次主变低压侧电压调节，返回步骤1)。

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/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。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种计及多无功源的储能电站站内AVC控制方法，其特征在于，包括：

1)判断主变低压侧电压是否超限值，如果超限值，则进行主变低压侧电压调节，否则进入步骤2)；

2)响应于实时获取的电网调度指令对控制目标进行控制调节，进入步骤3)；

3)判断控制目标的目标值与实际值之间的差值是否低于设定死区，若低于则进行无功置换，否则进行无功调节，控制目标为储能电站的母线电压或无功功率；

4)若控制目标为储能电站的母线电压则将其控制目标转换为无功功率；

5)获取各台SVG的当前无功值Q_si及可调无功上、下限Q_simax、Q_simin，获取各台PCS的当前无功值Q_pj及可调无功上、下限Q_pjmax、Q_pjmin；

6)判断闭锁条件是否满足，若满足则结束本次调节，否则进入步骤7)；

7)根据SVG的当前无功值Q_si及可调无功上、下限Q_simax、Q_simin得到SVG总剩余调节容量，优先将作为控制目标的总的无功功率目标值分配给SVG，如有剩余再分配给PCS；

8)将总无功功率目标值分配到各台SVG和PCS。

2.根据权利要求1所述的一种计及多无功源的储能电站站内AVC控制方法，其特征在于，若电网调度指令中断，则以电网调度下达的电压计划曲线作为控制目标值。

3.根据权利要求1所述的一种计及多无功源的储能电站站内AVC控制方法，其特征在于，在步骤4)中通过公式(1)将作为控制目标的母线电压转换为无功功率

其中，U_targ为母线电压目标值，U为母线电压实际值，Q_targ为总无功功率目标值，Q为总无功功率实际值，X为储能电站系统阻抗。

4.根据权利要求2所述的一种计及多无功源的储能电站站内AVC控制方法，其特征在于，闭锁条件包括：

母线电压目标值U_targ或总无功功率目标值Q_targ超过对应的限值；母线电压实际值U或无功功率实际值Q超过对应的限值；各台SVG的当前无功值Q_si均达到对应的可调限值；各台PCS的当前无功值Q_pj均达到对应的可调限值；就地调节模式下无法获得计划电压曲线。

5.根据权利要求2所述的一种计及多无功源的储能电站站内AVC控制方法，其特征在于，所述将总无功功率目标值分配到各台SVG和PCS包括：

若实际值低于无功目标值，即增加无功功率，则将各台参与控制的SVG和PCS分配的无功大小表示为：

若实际值高于无功目标值，即减少无功功率，则将各台参与控制的SVG和PCS分配的无功大小表示为：

其中，

为分配到各SVG的无功值，

为分配到各PCS的无功值，Q_starg为分配给SVG的无功目标值，Q_ptarg为分配给PCS的无功目标值。

6.根据权利要求5所述的一种计及多无功源的储能电站站内AVC控制方法，其特征在于，所述无功置换包括：

以无功置换步长ΔQ_G作为PCS调节变化量，Q_ptarg＝Q_P+ΔQ_G或Q_ptarg＝Q_P-ΔQ_G，其中Q_P为当前PCS的总无功；

判断PCS总的剩余无功容量是否大于Q_ptarg，若不大于则结束无功置换；

判断SVG无功是否全部回到中性点，若是则结束无功置换，否则把SVG无功值向中性点方向调节一个ΔQ_G，根据式(4)或(6)进行PCS无功分配，完成本次无功置换。

7.根据权利要求5所述的一种计及多无功源的储能电站站内AVC控制方法，其特征在于，主变低压侧电压调节包括：

a)判断主变低压侧电压限值超越方向与电网控制方向是否一致，若不一致则结束调节，若一致，则不响应电网调度指令，进入步骤b)；

b)以一个调节步长ΔQ_L作为该母线分段内PCS调节变化量，即Q_ptarg＝Q_P+ΔQ_L或Q_ptarg＝Q_P-ΔQ_L；

c)判断PCS总的剩余无功容量是否大于Q_ptarg，若大于则根据式(4)或(6)进行PCS无功分配，进入步骤e)，否则进入步骤d)；

d)SVG无功值向中性点方向调整一个ΔQ_L；

e)完成本次电压调节。

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