一种储能电站AVC系统的优化控制方法及系统与流程

本发明涉及电网AVC系统技术领域，具体为一种储能电站AVC系统的优化控制方法及系统。

背景技术

电压是电能质量的一项重要指标。随着国民经济的快速发展，我国的工业、生活用电量得到了迅猛提升，电网规模不断扩大的同时，也对电网的电能质量提出了高要求。为了充分保证电网中传输的电能质量，重要手段之一就是使用电网的自动电压控制系统(Automatic Voltage Control，AVC)。

在储能电站中，电池储能的功率和能量，可根据不同的应用需求，进行灵活配置。具有响应速度快，不受地理资源等外部条件的限制，适合大规模应用和批量化生产等优势。从而使得电池储能在配合新能源并网、电网运行辅助等方面具有不可替代的地位。

而在利用蓄能电站供电时，提供稳定和持续电压和输出功率是现在急需要解决的技术问题，现有技术中，也存在对蓄能电站的电压进行优化控制的技术手段；如，

专利申请CN113162055A公开了一种储能与新能源电站无功电压的协调控制方法及系统，对受端区域电网结构简化，形成无功电压控制分区，在每个时段进行控制策略的实施，然后确定正常运行方式下的无功优化模型，储能与SVG协调电压控制方案，通过故障运行方式进行检验，没通过则监利故障运行方式下的无功优化模型，通过了则确定储能电站与SVG协调电压控制方案，如此重复完成调度期各时段的控制分区内储能电站及SVG无功电压优化控制策略的分析。可以有效的平抑新能源出力的波动及出力波动所带来的电压波动问题，有利于减少控制分区的网损和保障中枢节点的电网控制效果；既有利于电网全局的无功优化，亦有利于提升受端电网薄弱分区的电压控制能力。

专利申请CN106786787A公开了一种经同步电机并网的大容量储能电站，借鉴电力系统中同步电机具有大容量和对电网天然友好的并网特性；所述储能电站由≥1个电站单元构成，电站单元由储能系统、PCS、第一电机、联轴器、第二电机组成，第一电机与第二电机，既可以作为电动机运行、又可以作为发电机运行并通过联轴器形成电机组；第二电机为同步电机且并入中压、高压电网；PCS可快速调节第一电机的运行状态，第二电机调节自身的励磁系统，向交流电网发出或吸收有功功率和无功功率，实现能量的双向流动和四象限运行，参与电力系统调频、调峰、调压，并作为电力系统的黑启动电源，适合百兆瓦级的电池储能电站建设。

专利申请CN110365114A公开了一种基于多模块集成的储能电站综合管理系统，管理系统包括调度主站、远动工作站、储能监控后台、储能并网装置；远动工作站与储能监控后台通讯连接，可与储能监控后台之间进行信息交互；储能监控后台集成设有EMS模块、AGC模块、AVC模块以及常规监控模块；储能并网装置用于接收并响应经储能监控后台处理的控制命令，将执行结果上传至储能监控平台、远动工作站和基于UDP协议的信息交互方法，提高了储能电站中远方控制操作的稳定性，以及系统监控的便捷性，为储能电站的正常运转提供了保障。

专利申请CN110460074A公开了一种储能电站综合管理及控制系统，包括：电站监控主机、电站监控备机和n个就地监控；n个就地监控采集所监视区域内就地设备的详细信息，并进行就地存储；n个就地监控和电站监控主机与就地设备之间通过61850通讯协议直接进行数据交互；电站监控主机、监控备机通过以太网SOA服务总线与就地监控进行数据交互，用户通过电站监控主机按需调阅就地监控的画面和数据库，实现对就地设备详细数据的查阅监控。该专利申请实现了储能电站的全数据存储、快速集中稳定控制和远程实时监控，保证了储能电站整个二次网络的精简、畅通和稳定，解决了储能电站数据的存储和实时控制的核心矛盾。

专利申请CN110808594A公开了一种基于储能的光伏电站用调频用分级储能方法，包括以下步骤：S1、将光伏电站分级；S2、设置用于监控各个储能分电站内光伏电池功率的储能电站监控系统；S3、检测储能分电站的光伏电池功率，确定光伏电池有功功率；S4、将调频专用储能区域与AGC系统信号连接，该发明将调频专用储能区域与AGC系统信号连接，通过储能提供调频的备用容量存储或发出有功功率，而且响应速度完全满足系统一次调频要求，减少了AGC限负荷“弃光”现象；采用分级储能的方式，提高了光照能量的利用率，分散调节压力，缩短执行周期。另外，通过储能逆变器控制输出电压电流相位差，能够发出无功功率降低AVC系统对SVG容量的需求。

专利申请CN113131517A公开了一种分布式储能的光伏并网监测方法及系统，包括：获取实时运行状态信息，根据关键节点电压等级调用匹配的光伏并网发电系统运行状态调控方法；当调用第一运行状态调控方法时，以电压合格率、全网网损为优化目标，获得光伏电站AVC系统、主变分接头、电容器的调节量，获取第一电压控制策略；当调用第二运行状态调控方法时，以实时电压合格率、设备调节量为优化目标，对光伏电站、储能电站和柔性负荷的无功补偿进行建模，结合第一运行状态调控方法获得的第三电压控制策略，获取实时第二电压控制策略。本发明实现更加精准、多级、快速的无功电压优化方法，实现了与多种节点电压运行情况相适配的运行状态监测以及调控。

但目前，在利用储能电站进行电能供应中，为了实现对电压稳定控制方面，还存在如下技术问题：

1.现有技术中，研究了AVC系统在抽水蓄能电站的设计、实现的过程，但是现有技术中基本都是AVC子站系统，未对AVC整体系统进行优化。

2.现有技术中，在电网的控制中也提出了多目标协调优化策略，虽然使用了遗传算法加快了运行速度，但是遗传算法由于采用迭代的方式，这样导致系统的运行开销仍然较大。

3.现有技术中，虽然提出了多项系统评估指标，用于对电网的运行进行控制，但是并没有对AVC系统的具体控制进行优化。

4.现有技术中，也存在对储能电站的输送电源进行控制的系统，但是都是统一进行控制，这样导致优化成本高和计算成本高，而这也会导致系统反馈慢，不利于对输出电网电压的稳定控制。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种储能电站AVC系统的优化控制方法与系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种储能电站AVC系统的优化控制方法，包括如下步骤：

步骤S1：基于储能电站的AVC系统对接收到的电压及无功的调节方向的数据进行判断，如果电压、无功的调节方向相一致，调节主变处的档位；如果电压、无功的调节方向相反，执行步骤S2操作；

步骤S2：根据电压、无功的具体调节方向，对电网中的容抗器进行投入或退出；

步骤S3，测量S2调节后的电网电压与无功值，判断是否需要继续优化调整；如果需要继续调整，则转到步骤S4；

步骤S4，储能电站采用电压调节模式或无功调节模式对电网进行调节；直至电网的电压及无功合格。

上述的储能电站AVC系统的优化控制方法中，所述步骤S4采用电压调节模式进行电网的电压调节时其具体步骤如下；储能电站无功调节的目标值Qaim为：

其中，QC0为储能电站的无功初始值，ΔQ为所述储能电站无功出力的调节步长，Uaimmin、Uaimmax为并网母线电压的目标上限值、下限值，U为并网母线的电压值；

当母线电压小于Uaimmin时，增加容性无功输出；而当母线电压大于Uaimmax时，减少容性无功的输出，储能电站的无功输出，根据电压条件判断后，按照固定的步长进行调整，直至母线电压满足电压目标要求。

上述步骤S4采用无功调节模式时，储能电站无功调节目标值Qaim为：

上式中QC、PC为储能电站输出无功、有功值，ST、QT为并网母线所连接主变视在功率、无功功率值，sinθTaim、Uaim分别为主变功率因素目标值、并网母线电压目标值，QP为无功出力计划值，UN为母线电压额定值，R、X分别为储能并网线路的相关参数；

在无功调节模式下，分为计划出力控制和实时出力控制两种类型，计划出力控制情况下，储能电站接收到的控制指令为按照计划无功值进行无功出力，而当在实时出力控制情况下，根据电网的功率因素及电压越限情况分别进行计算，得到储能电站的无功目标值，储能电站进行无功调节，直至电网的电压及无功合格。

一种储能电站AVC系统的优化控制系统，包括AVC优化系统、蓄能电站、容抗器模块、电网数据采集模块、电网运营存储模块、电网预警模块和电网运营显示模块；所述AVC优化系统分别和蓄能电站、容抗器模块、电网数据采集模块、电网运营存储模块、电网预警模块、电网运营显示模块之间进行数据通信连接；

其中，所述蓄能电站用于提供电源，所述容抗器模块包括多个定值的电容器单元，其同样选择性并入或退出所述电网，从而使得从所述蓄能电站中输出的电能选择性的经过所述电容器单元，并汇入所述供电电网；所述容抗器模块和所述蓄能电站电连接以便实现电能的输送，所述电网数据采集模块和所述容抗器模块数据通信连接，从而实现采集所述容抗器模块并入供电电网的容抗值、电网的实时容抗值、电压、电流和负载功率的电网运行参数，并发送至所述AVC优化系统；

所述容抗器模块和所述AVC优化系统连接，从而通过所述AVC优化系统控制所述容抗器模块并入和退出相应数量的电容器单元，从而改变所述供电电网的容抗值；

所述电网运营存储模块用于存储所述电网数据采集模块实时采集的电网运行参数和所述容抗器模块并入所述供电电网的容抗值；所述电网预警模块用于在供电电网或蓄能电站出现异常时进行报警；

所述电网运行显示模块用于显示供电电网的运行情况和电网运行参数的显示；

所述优化控制系统在运行时，所述AVC优化系统通过所述电网采集模块采集供电电网的电网运行参数和容抗器模块并入电容器单元的数量，进行计算得出需要并入或者退出的电容器单元的数量，并发送至所述容抗器模块以便控制所述电容器单元；同时，所述电网运营存储模块存储实时的电网运行参数和并入的所述容抗器模块的容抗值；

并且在所述AVC优化系统进行优化后所述供电电网的电压值仍然不符合规定时，通过所述电网预警模块进行报警。

所述AVC优化系统读取存储于所述电网运营存储模块存储的实时的电网运行参数，分析了所述AVC优化系统中的关键参数，并根据设备状态自动划分了不同时段。

所述供电电网包括多个用电单元，每个所述用电单元包括电网并入电网选择开关，所述电网数据采集模块还采集所述用电单元的电抗值，所述AVC优化系统通过所述电网数据采集模块获取各用电单元的电抗值，并进行数据分析得出使三相电路中各相电路的电抗值都最接近三相电路电抗值平均值，从而通过所述电网选择开关控制选择所述用电单元并入相应的电网相数。

所述电网预警模块读取所述电网运营存储模块存储的电网运行数据，并分析出所述供电电网的运行参数的变化规律，以用于和所述实时电网运行参数进行数据偏移分析对比，当数据偏移值超出一定范围时，则通过所述电网预警模块进行电网运行异常报警。

所述静态检测单元包括词法检测单元、程序评注技术单元、类型推断检测技术单元和数据流检测单元。所述容抗器模块由多组所述电容器单元组成，设置有控制电路，所述控制电路用于控制所述电容器单元串联或并联或混联，以便输出更加精细的电容值，从而更好地控制所述供电电网，实现容抗值调整。

本申请还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行的计算机指令，所述计算机指令在由计算机处理器执行时用于执行如权利要求7-9中任意一项所述的储能电站AVC系统的优化控制方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明采用了粗调和细调相结合的方式优化储能电站的电压、无功值，具体来说，使用了电网容抗器的投退，来粗粒度调节电网的电能质量，然后，采用电压调节模式或无功调节模式，对电网电能质量进行细粒度的调优。在加快电网电能质量调优速度的同时，也显著提升了调优结果的准确度。

2.本申请中，通过判断AVC系统的电压、无功调节方向，针对不同的情况进行了区别处理。如果方向相同，则直接调整电网的主变档位，投退了电网中的容抗器；否则，如果方向相反，则使用粗、细粒度结合的方式，优化储能电站的电压、无功值。本申请充分地利用了储能电站的硬件设备，实现了快速、高效的电能质量优化。

3.本申请提出了电压调节模式、无功调节模式两种模式，具体使用何种调节模式，由用户在执行算法前，基于现场的实际情况和需求，进行人工设定，这样使得调节更加准确和迅速，充分考虑了现场的多种情况，能更高效率地调节储能电站的电能质量。

4.本申请对所述电网进行实时监测，并在电网数据运行异常时及时进行报警，从而及时干预电网，保证电网网络的安全性和稳定性。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明的结构示意图。

图2中：1、AVC优化系统；2、蓄能电站；3、容抗器模块；4、电网数据采集模块；5、电网运营存储模块；6、电网预警模块；7、电网运营显示模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，本发明储能电站AVC系统的优化控制系统包括AVC优化系统1、蓄能电站2、容抗器模块3、电网数据采集模块4、电网运营存储模块5、电网预警模块6和电网运营显示模块7；所述AVC优化系统1分别和蓄能电站2、容抗器模块3、电网数据采集模块4、电网运营存储模块5、电网预警模块6、电网运营显示模块7之间进行数据通信连接；

其中，所述蓄能电站2用于提供电源，所述容抗器模块3包括多个定值的电容器单元，其同样选择性并入或退出所述电网，从而使得从所述蓄能电站2中输出的电能选择性的经过所述电容器单元，并汇入所述供电电网；所述容抗器模块3和所述蓄能电站2电连接以便实现电能的输送，所述电网数据采集模块4和所述容抗器模块3数据通信连接，从而实现采集所述容抗器模块3并入供电电网的容抗值、电网的实时容抗值、电压、电流和负载功率的电网运行参数，并发送至所述AVC优化系统1；

所述容抗器模块3和所述AVC优化系统1连接，从而通过所述AVC优化系统1控制所述容抗器模块3并入和退出相应数量的电容器单元，从而改变所述供电电网的容抗值；

所述电网运营存储模块5用于存储所述电网数据采集模块4实时采集的电网运行参数和所述容抗器模块4并入所述供电电网的容抗值；所述电网预警模块6用于在供电电网或蓄能电站出现异常时进行报警；

所述电网运行显示模块7用于显示供电电网的运行情况和电网运行参数的显示；

所述优化控制系统在运行时，所述AVC优化系统1通过所述电网采集模块4采集供电电网的电网运行参数和容抗器模块3并入电容器单元的数量，进行计算得出需要并入或者退出的电容器单元的数量，并发送至所述容抗器模块3以便控制所述电容器单元；同时，所述电网运营存储模块5存储实时的电网运行参数和并入的所述容抗器模块3的容抗值；

并且在所述AVC优化系统进行优化后所述供电电网的电压值仍然不符合规定时，通过所述电网预警模块6进行报警。

所述容抗器模块4由多组所述电容器单元并联而成，每组所述电容器单元串联一个选择开关，所述选择开关由所述AVC优化系统1控制开闭，进而控制所述电容器单元的并入和退出，从而生成需求的总的电容值。

所述AVC优化系统1读取存储于所述电网运营存储模块5存储的实时的电网运行参数，分析了所述AVC优化系统中的关键参数，并根据设备状态自动划分了不同时段。

所述供电电网包括多个用电单元，每个所述用电单元包括电网并入电网选择开关，所述电网数据采集模块4还采集所述用电单元的电抗值，所述AVC优化系统1通过所述电网数据采集模块4获取各用电单元的电抗值，并进行数据分析得出使三相电路中各相电路的电抗值都最接近三相电路电抗值平均值，从而通过所述电网选择开关控制选择所述用电单元并入相应的电网相数。

所述电网预警模块6读取所述电网运营存储模块5存储的电网运行数据，并分析出所述供电电网的运行参数的变化规律，以用于和所述实时电网运行参数进行数据偏移分析对比，当数据偏移值超出一定范围时，则通过所述电网预警模块6进行电网运行异常报警。

所述静态检测单元包括词法检测单元、程序评注技术单元、类型推断检测技术单元和数据流检测单元。所述容抗器模块4由多组所述电容器单元组成，设置有控制电路，所述控制电路用于控制所述电容器单元串联或并联或混联，以便输出更加精细的电容值，从而更好地控制所述供电电网，实现容抗值调整。

具体实施例二：

一种本发明中储能电站AVC系统的优化控制方法的流程如图1所标，，具体步骤如下：

步骤S1，基于储能电站的AVC系统，对接收到的电压、无功的调节方向的数据进行判断，如果电压、无功的调节方向相一致，即电压、无功的调节方向同时为调增，或者同时为调减，则只需调节主变处的档位；如果电压、无功的调节方向相反，即，电压调增、无功调减，或电压调减、无功调增，则继续执行步骤S2操作；

步骤S2，如果储能电站某节点的电压、无功的调节方向相反，则根据电压、无功的具体调节方向，对电网中的容抗器进行投入或退出；即如果AVC系统收到了电压调增、无功调减的请求，则说明当前电站需要投入电容器，所述AVC系统控制所述容抗器系统投入电容器；与之相反的，如果系统收到了电压调减、无功调增的请求，则说明当前电站需要退出电容器，所述AVC系统控制推出电容器；

步骤S3，基于步骤S2调节后的电压与无功值，根据其合理性，判断是否需要继续优化调整；如果需要继续调整，则分别执行下述步骤，用于精准控制电网中的电压和无功；其中，电压调节模式和无功调节模式都能对电网的电压和无功进行调节，用户在调节之前，根据实际需要进行人为设置选择电压调节模式或无功调节模式中的至少一种；

步骤S4，基于所述电压调节模式或无功调节模式求得所述储能电站无功调节目标值Qaim；

步骤S5，由于最终的目标无功值，不能大于当前所述储能电站的电池组所能提供的最大出力，因此，借助下述公式进一步限定最后优化后的无功值；

QC＝min(Qaim,Qmax)

式中，QC为所述储能电站输出的无功当前值，Qmax为所述储能电站电池组能提供的最大出力，Qaim为上一步得到的所述储能电站无功调节目标值；

步骤S6，根据用户设定，经过电压调节模式，或者无功调节模式，可以得到需要的电压、无功输出值，为了保证最终结果的正确性，对最终得到的电压、有功数值进行核对，经过审核，证明电压、无功值都合格后，则结束流程，否则，需要从算法开头开始，重新进行计算。

利用电压调节模式进行电网的电压调节；所述储能电站根据电网需求的电压目标值逐步调节无功出力，参与电网调压，这种模式叫做电压目标控制模式，求解的数学公式如下：

其中，上述参数均以容性无功为正，QC0为储能电站的无功初始值，Qaim为储能电站无功调节的目标值，ΔQ为所述储能电站无功出力的调节步长，Uaimmin、Uaimmax为并网母线电压的目标上限值、下限值，U为并网母线的电压值；

通过设定电压合格区间，当母线电压小于Uaimmin时，应增加容性无功输出；而当母线电压大于Uaimmax时，则应减少容性无功的输出，储能电站的无功输出，需要根据电压条件判断后，按照固定的步长进行调整，再计算，再调整，直至母线电压满足电压目标要求。

在所述无功调节模式下，所述储能电站可以根据电网需求的无功目标值调节无功出力参与电网调压，这种模式叫做无功目标控制模式，该模式的计算公式如下所示：

如公式所示，QC、PC为储能电站输出无功、有功值，ST、QT为并网母线所连接主变视在功率、无功功率值，sinθTaim、Uaim、Qaim分别为主变功率因素目标值、并网母线电压目标值、储能电站无功调节目标值，QP为无功出力计划值，UN为母线电压额定值，R、X分别为储能并网线路的相关参数；

从上述公式可知，在无功调节模式下，可以分为计划出力控制和实时出力控制两种类型，计划出力控制情况下，电池储能电站接收到的控制指令为按照计划无功值进行无功出力，而当在实时出力控制情况下，根据电网的功率因素及电压越限情况分别进行计算，经过上述步骤，储能电站可以按照计算公式，生成的无功目标值。

具体实施例三：

一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行的计算机指令，所述计算机指令在由计算机处理器执行时用于前述的储能电站AVC系统的优化控制方法。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。