CN115588999B - 一种适用于三站合一储能风电站的avc控制策略方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于三站合一储能风电站的AVC控制策略方法，首先通过储能站、升压站及风电站的数据采集，计算各无功设备的实时无功功率储备及结合超短期风功率数据估计期望无功功率储备及预计并网点电压变化值。然后进行双层判断，分为实时电压越线判定及下一时段预期电压越线判定。再依据实时判断层所判定的结果并结合无功功率设备实时及预期无功功率储备给予不同的动作次序。最后在完成调压动作后，对设备之间及风机群之间的无功功率进行再分配。本发明能够在不影响“三站合一”风力发电站有功功率最大输出的前提下，充分发挥各个设备的无功功率潜力及特性，安全、稳定及高效的调节并网点电压，同时能避免设备重复操作及无功功率浪费。

Description

一种适用于三站合一储能风电站的AVC控制策略方法
技术领域
本发明涉及新能源配储能电站控制领域，特别涉及一种适用于三站合一储能风电站的AVC控制策略方法。
背景技术
随着能源问题日益受到广泛关注，新能源发电技术逐渐蓬勃发展与工程应用。风力发电技术因其相较于其他新能源发电技术限制较少，且无论陆地丘陵、高原等地或者海上风资源均相对丰富，所以风力发电技术成为主流的新能源发电技术。然而，与火力发电和核电不同，由于风资源波动性和随机性较大，在充分利用风资源的前提下，风功率不具备可控调度性。随着风力发电的大规模机群并网，其所占发电比例逐年上升，其的波动性和随机性也对电力***的安全调度及稳定运行带来了严峻的挑战。
为改善大规模风力发电并网所带来的相关困境与难题，风电-储能技术被提出并深入研究。储能电池为代表的储能技术也深受电力***的认可及接受，含储能电站的风电站也逐步被列入规划和并网建设。储能装置的介入可以调控风电站并网有功功率，使其具有相当程度的可调度性，能够跟踪提前上报调度中心的发电计划曲线。同时还能提供一次调频、调压和提供惯量等辅助服务。感应滤波升压站、机群风力发站和储能站这种“三站合一”的风力发电站的拓扑结构被提出，可有效解决风电站风功率波动、谐波污染及无功缺额等问题。自动电压控制（AVC）是所有发电站所应具备的基本功能，其能够对电站并网点电压进行实时监控并利用可控无功源进行自动调节。然而，“三站合一”风力发电站配置储能装置后，因储能的快速调节特性而可替代原有的SVG等此类无功调压装置功能，因此，储能装置的无功功率储备裕度如何有效发挥，也对站内的无功功率补偿和电压调整控制策略提出了要求。同时也是风力发电站如何充分发挥储能电站的积极作用及合理规划多无功源的协调控制以满足其AVC控制策略的难题。
发明内容
为了解决目前含风力发电站因无功设备繁多（储能PCS、双馈风机背靠背变流器、升压站滤波及无功补偿设备、升压站主变有载调压开关OTLC），且部分无功源的无功功率储备与有功功率输出相耦合而带来的无功设备利用不充分、调节反复振荡和影响有功功率出力等技术问题。本发明提供一种适用于三站合一储能风电站的AVC控制策略方法。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，
一种适用于三站合一储能风电站的AVC控制策略方法，包括以下步骤：
步骤一，采集发电站包括实时并网点电压、各设备的无功功率储备和无功功率总储备在内的实时电气数据，并且结合超短期风功率预测数据对下一时段包括并网点电压期望值、储能站有功功率的输出、各台风机预测风功率在内的相关参数进行估算；
步骤二，判断实时并网点电压是否处于参考电压指令范围内，若在范围内，则进入步骤三；否则进入步骤四；
步骤三，根据超短期风功率预测数据，计算下一时段的并网点电压期望值并判断是否处于参考电压指令范围内，若在范围内则不作调整，并返回步骤一；否则进入步骤五；
步骤四，判断实时并网点电压是超过参考电压指令上限或是低于参考电压指令下限，若超过上限则进入步骤六；否则进入步骤七；
步骤五，判断并网点电压期望值是超过参考电压指令上限或是低于参考电压指令下限，若超过上限则进入步骤八；否则进入步骤九；
步骤六，判断无功功率总储备是否小于无功功率缺额，若是，则升压站主变压器进行投档动作，并返回步骤一；否则投入具有无功功率储备的设备进行无功出力、以及退出运行中的FC来填补无功功率缺额；然后进入步骤十；
步骤七，判断无功功率总储备是否小于无功功率缺额，若是，则升压站主变压器进行投档动作，并返回步骤一；否则投入具有无功功率储备的设备进行无功出力、以及投入FC运行来填补无功功率缺额；然后进入步骤十；
步骤八，判断下一时段储能站有功功率的输出是否减小，当减小时则按照预定的第一顺序来由各个设备依次无功出力来填补无功功率缺额，否则按照预定的第二顺序来由各个设备依次无功出力来填补无功功率缺额；然后进入步骤十；
步骤九，比较发电站中不同设备的下一时段无功功率储备，并以下一时段无功功率储备较大的设备在先的顺序依次无功出力来填补无功功率缺额；然后进入步骤十；
步骤十，在保证无功功率缺额被填补的前提下，将无功出力向发电站的各台风机转移，并结合下一时段各台风机的预测风功率以及实时无功功率储备，来分配各台风机的无功出力，最后返回步骤一循环执行。
所述的方法，所述的步骤一中，实时电气数据至少包括实时并网点电压、投运FC组数、升压站主变档位、储能站的有功功率输出和无功功率输出、风机群及各台风机的有功功率输出和无功功率输出、发电计划曲线、0-4h内超短期的预测风功率、实时无功缺额、储能站PCS的无功功率储备、风机群及各台风机的转子侧变流器的无功功率储备、风机群及各台风机的网侧变流器的无功功率储备、在投运及未投运的FC组数和在投运及未投运的FC无功储备；估算的相关参数至少包括期望电压缺额、期望无功功率缺额、风功率期望变化值、电压期望变化值、储能站下一时段无功功率储备、风机群及各台风机下一时段的转子侧变流器的无功储备、风机群及各台风机下一时段的网侧变流器的无功储备。
所述的方法，所述的步骤六中，在进行填补无功功率缺额之前，还包括判断是否满足优先退出运行中FC的条件的步骤，如果满足则按照先退出运行中的FC，再由设备无功出力的顺序来填补无功功率缺额；不满足则按照先由设备无功出力，再退出运行中的FC的顺序来填补无功功率缺额；其中优先退出运行中FC的条件为未退出闭锁的FC，且风功率期望变化值显示风机输出的有功功率将会下降。
所述的方法，所述的步骤六中，当满足优先退出运行中FC的条件时，是按照运行时长的降序来顺序退出运行中FC，当能够填补无功功率缺额时则停止退出，如果不能填补，则按照首先储能站PCS，然后风机群转子侧变流器，最后风机群网侧变流器的顺序，以无功功率储备来进行无功出力；当不满足优先退出运行中FC的条件时，是按照首先储能站PCS，然后风机群转子侧变流器，最后风机群网侧变流器的顺序，以无功功率储备来进行无功出力，如果还不能填补无功功率缺额时，则再继续退出运行中FC。
所述的方法，所述的步骤七中，填补无功功率缺额时，是按照首先储能站PCS，然后风机群转子侧变流器，最后风机群网侧变流器的顺序，以无功功率储备来进行无功出力；如仍无法填补无功功率缺额，则继续投入FC运行。
所述的方法，所述的步骤七中，在风机群网侧变流器无功出力之前，还包括比较剩余的无功功率缺额与风机群网侧变流器无功功率储备的步骤：如果风机群网侧变流器无功功率储备大于剩余的无功功率缺额，则继续根据风功率期望变化值来判断下一时段风机有功功率出力是否会上升，如果上升，则投入不小于风机群网侧变流器无功功率储备的相应FC来替代填补无功功率缺额；如果不上升，则由风机群网侧变流器进行无功出力。
所述的方法，所述的步骤七中，继续投入FC运行时，还包括比较风机群网侧变流器进行或者不进行无功出力的情况下，投入用于填补无功功率缺额的FC数量是否相同的步骤，如果数量相同，则风机群网侧变流器停止无功出力；否则风机群网侧变流器输出FC未能填补满无功功率缺额部分的无功出力。
所述的方法，所述的步骤八中，判断下一时段储能站有功功率的输出是否减小，是根据下一时刻发电计划曲线的调度值和下一时刻风机群的出力预测值之差的绝对值，来与储能站实时有功功率出力的大小对比得到；且在按照预定的第一顺序进行无功出力前，还包括判断储能站实时无功功率储备是否大于双馈风机转子侧变流器的无功功率储备，如果大于，则按照预定的第一顺序进行无功出力；否则按照预定的第二顺序进行无功出力；其中第一顺序为首先储能站PCS，然后风机群转子侧变流器，最后风机群网侧变流器的顺序，第二顺序为首先风机转子侧变流器，然后储能站PCS，最后风机网侧变流器。
所述的方法，所述的步骤九包括：比较风机转子侧变流器的下一时段无功功率储备是否大于储能站PCS的下一时段无功功率储备，如果大于，则按照首先风机群转子侧变流器，然后储能站PCS，最后风机群网侧变流器的顺序，以无功功率储备来进行无功出力；否则按照首先储能站PCS，然后风机群转子侧变流器，最后风机群网侧变流器的顺序，以无功功率储备来进行无功出力。
所述的方法，所述的步骤十中，无功出力是由储能站PCS向风机转子侧富裕的无功储备进行转移，各台风机的无功出力是按照下一时段的无功功率储备，具有较大无功功率储备的风机则分配相应较大的无功出力。
本发明的技术效果在于，通过对实时参数采集及超短期风功率预测数据进行综合分析，充分发挥各无功功率设备的无功能力供给特性及储备裕度。在不同的判定场景下给予最合适的无功功率设备动作顺序及输出量，在合理且高效的对并网电压进行调节。综合考虑了未来”三站合一”风力发电站的有功功率变化趋势，可以在一定程度上避免并网点电压越线情况且能够有效避免无功功率设备的重复调节。
附图说明
图1是本发明实施例的整体控制结构。
图2是本发明实施例的实时判断层控制逻辑。
图3是本发明实施例的经实时判断层判定为实时并网点电压越指令上限时Model1的控制逻辑。
图4是本发明实施例的经实时判断层判定为实时并网点电压越指令下限时Model2的控制逻辑。
图5是本发明实施例的经实时判断层判定为期望并网点电压越指令上限时Model3的控制逻辑。
图6是本发明实施例的经实时判断层判定为期望并网点电压越指令下限时Model4的控制逻辑。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
实施例1
本实施例提供的适用于三站合一储能风电站的AVC控制策略方法包括以下步骤：
步骤一，采集发电站包括实时并网点电压、各设备的无功功率储备和无功功率总储备在内的实时电气数据，并且结合超短期风功率预测数据对下一时段包括并网点电压期望值、储能站有功功率的输出、各台风机预测风功率在内的相关参数进行估算。其中实时电气数据至少包括实时并网点电压、投运FC组数、升压站主变档位、储能站的有功功率输出和无功功率输出、风机群及各台风机的有功功率输出和无功功率输出、发电计划曲线、0-4h内超短期的预测风功率、实时无功缺额、储能站PCS的无功功率储备、风机群及各台风机的转子侧变流器的无功功率储备、风机群及各台风机的网侧变流器的无功功率储备、在投运及未投运的FC组数和在投运及未投运的FC无功储备；估算的相关参数至少包括期望电压缺额、期望无功功率缺额、风功率期望变化值、电压期望变化值、储能站下一时段无功功率储备、风机群及各台风机下一时段的转子侧变流器的无功储备、风机群及各台风机下一时段的网侧变流器的无功储备。
步骤二，判断实时并网点电压是否处于参考电压指令范围内，若在范围内，则进入步骤三。否则进入步骤四。
步骤三，根据超短期风功率预测数据，计算下一时段的并网点电压期望值并判断是否处于参考电压指令范围内，若在范围内则不作调整，并返回步骤一。否则进入步骤五。
步骤四，判断实时并网点电压是超过参考电压指令上限或是低于参考电压指令下限，若超过上限则进入步骤六。否则进入步骤七。
步骤五，判断并网点电压期望值是超过参考电压指令上限或是低于参考电压指令下限，若超过上限则进入步骤八。否则进入步骤九。
步骤六，判断无功功率总储备是否小于无功功率缺额，若是，则升压站主变压器进行投档动作，并返回步骤一。否则再判断是否满足优先退出运行中FC的条件的步骤，如果满足则按照先退出运行中的FC，再由设备无功出力的顺序来填补无功功率缺额。不满足则按照先由设备无功出力，再退出运行中的FC的顺序来填补无功功率缺额。其中优先退出运行中FC的条件为未退出闭锁的FC，且风功率期望变化值显示风机输出的有功功率将会下降。而当满足优先退出运行中FC的条件时，则按照运行时长的降序来顺序退出运行中FC，当能够填补无功功率缺额时则停止退出，如果不能填补，则按照首先储能站PCS，然后风机群转子侧变流器，最后风机群网侧变流器的顺序，以无功功率储备来进行无功出力。当不满足优先退出运行中FC的条件时，是按照首先储能站PCS，然后风机群转子侧变流器，最后风机群网侧变流器的顺序，以无功功率储备来进行无功出力，如果还不能填补无功功率缺额时，则再继续退出运行中FC。然后进入步骤十。
步骤七，判断无功功率总储备是否小于无功功率缺额，若是，则升压站主变压器进行投档动作，并返回步骤一。否则投入具有无功功率储备的设备进行无功出力、以及投入FC运行来填补无功功率缺额。然后进入步骤十。
其中在填补无功功率缺额时，是按照首先储能站PCS，然后风机群转子侧变流器，最后风机群网侧变流器的顺序，以无功功率储备来进行无功出力。如仍无法填补无功功率缺额，则继续投入FC运行。
同时在风机群网侧变流器无功出力之前，还包括比较剩余的无功功率缺额与风机群网侧变流器无功功率储备的步骤：如果风机群网侧变流器无功功率储备大于剩余的无功功率缺额，则继续根据风功率期望变化值来判断下一时段风机有功功率出力是否会上升，如果上升，则投入不小于风机群网侧变流器无功功率储备的相应FC来替代填补无功功率缺额。如果不上升，则由风机群网侧变流器进行无功出力。
而在风机群网侧变流器无功出力之前，还包括比较剩余的无功功率缺额与风机群网侧变流器无功功率储备的步骤：如果风机群网侧变流器无功功率储备大于剩余的无功功率缺额，则继续根据风功率期望变化值来判断下一时段风机有功功率出力是否会上升，如果上升，则投入不小于风机群网侧变流器无功功率储备的相应FC来替代填补无功功率缺额。如果不上升，则由风机群网侧变流器进行无功出力。
继续投入FC运行时，还包括比较风机群网侧变流器进行或者不进行无功出力的情况下，投入用于填补无功功率缺额的FC数量是否相同的步骤，如果数量相同，则风机群网侧变流器停止无功出力。否则风机群网侧变流器输出FC未能填补满无功功率缺额部分的无功出力。
步骤八，判断下一时段储能站有功功率的输出是否减小，当减小时则按照预定的第一顺序来由各个设备依次无功出力来填补无功功率缺额，否则按照预定的第二顺序来由各个设备依次无功出力来填补无功功率缺额。然后进入步骤十。
其中判断下一时段储能站有功功率的输出是否减小，是根据下一时刻发电计划曲线的调度值和下一时刻风机群的出力预测值之差的绝对值，来与储能站实时有功功率出力的大小对比得到。且在按照预定的第一顺序进行无功出力前，还包括判断储能站实时无功功率储备是否大于双馈风机转子侧变流器的无功功率储备，如果大于，则按照预定的第一顺序进行无功出力。否则按照预定的第二顺序进行无功出力。其中第一顺序为首先储能站PCS，然后风机群转子侧变流器，最后风机群网侧变流器的顺序，第二顺序为首先风机转子侧变流器，然后储能站PCS，最后风机网侧变流器。
步骤九，比较发电站中不同设备的下一时段无功功率储备，并以下一时段无功功率储备较大的设备在先的顺序依次无功出力来填补无功功率缺额。然后进入步骤十。具体来说，是比较风机转子侧变流器的下一时段无功功率储备是否大于储能站PCS的下一时段无功功率储备，如果大于，则按照首先风机群转子侧变流器，然后储能站PCS，最后风机群网侧变流器的顺序，以无功功率储备来进行无功出力。否则按照首先储能站PCS，然后风机群转子侧变流器，最后风机群网侧变流器的顺序，以无功功率储备来进行无功出力。
步骤十，在保证无功功率缺额被填补的前提下，将无功出力向发电站的各台风机转移，并结合下一时段各台风机的预测风功率以及实时无功功率储备，来分配各台风机的无功出力，最后返回步骤一循环执行。其中无功出力是由储能站PCS向风机转子侧富裕的无功储备进行转移，各台风机的无功出力是按照下一时段的无功功率储备，具有较大无功功率储备的风机则分配相应较大的无功出力。
实施例2
本实施例通过划分参数整定层、实时判断层、设备动作层及稳态优化层的方式来实现对于储能风电站的AVC控制，其中：
参数整定层：通过“三站合一”风力发电站的各个采集监控模块，对“三站合一”风力发电站的实时电气量进行采集及计算，并且结合超短期风功率预测数据对下一时段（15分钟后）诸如期望并网点电压、各设备期望无功功率储备等关键参数进行估算以便使用。
实时判断层：基于参数整定层采集和计算的相关数据，实时判断层对并网点电压的状态进行判定，主要分为2层判定。
1）第一层为判断实时并网点电压是否满足上级控制中心下达的参考电压指令范围，如果不满足需要区分是越过参考电压指令上限还是下限，判定结果分为实时电压越指令上限Model 1和实时电压越指令下限Model 2。该层判定旨在分析并网点电压实时情况，需要采取措施迅速使其符合参考电压指令。
2）如果第一层判定合格，进入第二层判定，根据超短期风功率预测数据，计算下一时段的并网点电压期望变化值（15分钟后），判断下一时段的并网点电压期望值是否满足上级控制中心下达的参考电压指令范围，如果满足则无设备动作，并重新进去实时判断层。如果不满足需要区分是越过参考电压指令上限还是下限，判定结果分为期望电压越指令上限Model 3和期望电压越指令下限Model 4。该层判定旨在分析并网点电压下一时段的情况，可以预先采取积极措施避免其不符合参考电压指令，或者适当减缓其越线程度。
设备动作层：根据实时判断层逐步判断的结果，应对不同的并网点电压UPCC状态，进入不同的无功功率设备调节逻辑。
1）当判断得出实时并网点电压越指令上限时，进入Model 1控制策略，先从参数整定层获取相关参数。然后判断储能站PCS无功功率储备QBESS、双馈风机转子侧变流器无功功率储备QDFIG-R、双馈风机网侧变流器无功功率储备QDFIG-G及可投入FC等无功功率储备QFC-all多者之和是否大于无功功率缺额Qref。当上述之和小于无功功率缺额Qref时，升压站主变压器进行投档动作，并再次进入实时判断层。
当可投无功之和大于无功功率缺额时，然后考虑是否满足优先退出在运行FC的条件：未退出闭锁的FC组且超短期风功率预测显示未来2h小时内风机输出的有功功率呈明显下降趋势。当满足FC组优先退出条件时，无功设备的动作顺序为储能站PCS、双馈风机转子侧变流器及双馈风机电网侧变流器，直至满足无功缺额Qref。当不满足FC优先退出条件时，无功设备的动作顺序为储能站PCS、双馈风机转子侧变流器、双馈风机电网侧变流器及退出在运行FC，直至满足无功缺额Qref。
2）当判断得出实时并网点电压越指令下限时，进入Model 2控制策略，先从参数整定层获取相关参数。然后判断储能站PCS无功功率储备QBESS、双馈风机转子侧变流器无功功率储备QDFIG-R、双馈风机网侧变流器无功功率储备QDFIG-G及可投入FC等无功功率储备QFC-all四者之和是否大于无功功率缺额Qref。当四者之和小于无功功率缺额Qref时，升压站主变压器进行投档动作，并再次进入实时判断层。
当四者之和大于无功缺额时，优先考虑储能站PCS的无功功率储备是否满足无功功率缺额Qref，当PCS的无功功率储备仍然不满足无功功率缺额时，双馈风机转子侧变流器和网侧变流器的无功功率储备继续依次被纳入考量。当转子侧变流器的无功功率储备不满足而加上网侧变流器的无功功率储备满足时，结合下一节点的超短期风功率进行判定是否需要提前投入一组FC。只有当两者无功储备都无法满足无功功率缺额时，才继续考虑可投入的FC组依次投入以满足无功缺额Qref。
3）当判断得出期望并网点电压越指令上限时，进入Model 3控制策略，先判定下一时段储能站有功功率输出是否会递减且储能站实时无功功率储备是否大于双馈风机转子侧变流器的无功功率储备。当两者都成立时，无功设备的动作顺序依次为储能站PCS、双馈风机转子侧变流器和网侧变流器。否则，无功源的动作顺序为双馈风机转子侧变流器、储能站PCS和双馈风机网侧变流器，此过程不要求三者无功功率之和必须满足预期无功缺额。
4）当判断得出预期并网点电压越指令下限时，进入Model 4控制策略，先比对下一时段双馈风机转子侧变流器的无功功率储备是否大于储能站PCS的无功功率储备。当双馈风机转子侧变流器的无功功率储备大于储能站PCS的无功功率储备时，无功源的动作顺序依次为双馈风机转子侧变流器、储能站PCS及双馈风机网侧变流器的无功储备，否则，无功源的动作顺序为储能站PCS、双馈风机转子侧变流器和网侧变流器，此过程不要求三者无功功率之和必须满足预期无功缺额。
稳态优化层：
当设备动作层完成调节后，在无功源能力范围内，并网点电压将会得到调节并符合上级控制中心下达的并网点参考电压指令。此时对各无功源的无功功率输出进行优化，主要分为两部分：
1）当判定实时电压越线调节后，储能PCS的无功功率出力将逐渐由双馈风机转子侧富裕的无功功率储备进行替换，释放储能PCS的容量。
2）结合各单台风机的下一时段超短期风功率预测数据，各单台风机实时无功功率储备进行风机群无功功率出力需求的优化分配，旨在集电线路的损耗降低及不影响单台风机的有功功率出力。
图1为本实施例提供的整体控制结构，包括参数整定层、实时判断层、设备动作层及稳态优化层。
参数整定层主要为通过”三站合一”风力发电站的各监控***及SCADA***对各设备及节点数据进行采集和读取（譬如：实时并网点电压UPCC、投运FC组数、升压站主变档位、储能站有功功率输出Pn-BESS和无功功率输出Qn-BESS、风机群及各台风机的有功功率输出Pn-Wind和无功功率输出Qn-Wind、调度下发的日前发电计划曲线Pplan及0-4h内的超短期风功率预测功率Ppre），并依据实时数据计算相应的控制策略所需的实时数据（譬如：实时电压缺额ΔUPCC、实时无功缺额Qref、储能站PCS的无功功率储备QBESS、风机群及各台风机的转子侧变流器QDFIG-R及网侧变流器的无功功率储备QDFIG-G、主变压器有载调压开关档位裕度、在投运及未投运的FC组数、投运/未投运FC无功储备QFC-all）并结合风机群超短期风功率预测数据进行相应的参数计算和整定（譬如：期望电压缺额ΔUPCC-pre、期望无功功率缺额Qref-pre、风功率期望变化值ΔP、电压期望变化值UPCC-pre、储能站下一时段无功功率储备QBESS-pre、风机群及各台风机下一时段的转子侧变流器QDFIG-Rpre及网侧变流器的无功储备QDFIG-Gpre），为控制策略各个环节提供参数值。
参见图2，下面结合图2对实时判断层进行清楚、完整的描述。基于参数整定层采集和计算的相关数据，实时判断层对并网点电压的状态进行判定，主要分为实时电压越线判定和期望电压越线判定这2层判定。主要步骤如下：
1）实时读取”三站合一”风力发电站的并网点电压UPCC及上级控制中心下达的参考电压指令范围Uorder[Uordermin, Uordermax]。
2）通过比对并网点电压UPCC和参考电压指令范围Uorder[Uordermin, Uordermax]，进行实时并网点电压比对判断。旨在判断实时并网点电压是否符合参考电压指令，如不符合是越指令上限Model 1（UPCC > Uordermax）还是越指令下限Model 2（UPCC < Uordermin），并进入对应判定结果的设备动作控制。
3）如果实时并网点电压符合参考电压指令要求（Uordermin < UPCC < Uordermax），结合风电场超短期风功率预测的下一预测点数据（15分钟后），计算下一时段风功率期望变化值ΔP及并网点电压的期望变化值ΔUPCC-pre。
4）通过比对并网点电压期望值（UPCC+UPCC-pre）和参考电压指令范围[Uordermin,Uordermax]，进行预期并网点电压比对判断。旨在判断下一时段的预期并网点电压是否符合参考电压指令，如不符合，判断是越指令上限Model 3（UPCC+UPCC-pre > Uordermax）还是越指令下限Model 4（UPCC+UPCC-pre < Uordermin），并进入对应判定结果的设备动作步骤。
图3至图6依次分别为设备动作层对应实时判断层四种判定结果（Model 1、Model2、Model 3、Model 4）的控制逻辑。下面结合附图分别对设备动作层的四种控制逻辑做进一步阐述。
图3为设备动作层对应于实时电压越上限Model 1的控制逻辑。首先根据参数整定层得到无功功率缺额Qref及能提供无功功率设备的无功功率储备值（储能PCS无功功率储备QBESS、双馈风机转子侧变流器无功功率储备QDFIG-R、双馈风机网侧变流器无功功率储备QDFIG-G及可投入FC无功功率储备QFC-all）。判定所有设备的无功功率储备之和是否满足无功功率缺额Qref，如果不满足升压站主变压器进行投档动作，改变站内无功潮流并重新进入实时判断层。
如果满足，则继续判定是否符合在投运FC优先退出条件，优先退出条件为未退出闭锁的FC组且超短期风功率预测显示未来2h小时内风机输出的有功功率呈明显下降趋势。如果继续满足，判断在投运FC提供的所有无功功率功率QFC-all是否满足无功功率缺额Qref，不满足的话逐步退出所有在运行的FC，剩下的无功功率缺额继续考虑储能站PCS、双馈风机群转子侧变流器和网侧变流器的无功功率储备，只有当前一设备的无功储备均出力后仍不满足无功缺额时才进行下一设备无功出力。如果在投运FC提供的所有无功功率QFC-all满足无功功率缺额Qref的话，根据FC运行时长降序排列依次退出FC，直至满足无功功率缺额Qref。
当不满足FC优先退出条件时，依次考虑储能站PCS、双馈风机群转子侧变流器、网侧变流器的无功功率储备和在投运FC的无功功率储备。只有当前一设备的无功储备均出力后仍不满足无功缺额时才进行下一设备无功出力。
图4为设备动作层对应于实时电压越上限Model 2的控制逻辑。首先根据参数整定层得到无功功率缺额Qref及能提供无功功率设备的无功功率储备值（储能PCS无功功率储备QBESS、双馈风机转子侧变流器无功功率储备QDFIG-R、双馈风机网侧变流器无功功率储备QDFIG-G及可投入FC无功功率储备QFC-all）。判定所有设备的无功功率储备之和是否满足无功功率缺额Qref，如果不满足升压站主变压器进行投档动作，改变站内无功潮流并重新进入实时判断层。
如果满足，然后比对储能站PCS的无功功率储备QBESS是否满足无功功率缺额Qref的要求，如果满足则储能站PCS输出对应的无功功率缺额，否则输出所有无功功率储备QBESS并进一步考虑双馈风机群转子侧变流的无功功率储备QDFIG-R。当储能站PCS和双馈风机群转子侧变流器的无功功率储备均无法满足无功功率缺额时，进一步考虑双馈风机群网侧变流器的无功储备QDFIG-G是否满足剩下的无功缺额（Qref-QBESS-QDFIG-R）。
如果满足的情况下进入预期判断，根据下一时段超短期风功率预测数据，判断下一时段风机有功功率出力是否会呈上升趋势。如果是，则风机网侧变流器不予输出，投入恰好大于双馈风机群网侧变流器无功储备的FC组运行，否则双馈风机群网侧变流器输出Qref-QBESS-QDFIG-R的无功功率，如无FC组可投入，则无视次步骤。
如果不满足，进行风机群网侧变流器无功功率储备出力与否的情况下，为满足无功功率缺额Qref而投入的FC组数是否相同的判定。逐步投入FC组分别满足剩余无功功率缺额（Qref-QBESS-QDFIG-R）及（Qref-QBESS-QDFIG-R-QDFIG-G），判断所需的FC组数是否相同，相同时风机群网侧变流器不输出无功功率，不同时风机群网侧变流器输出Qref-QBESS-QDFIG-R-X1*QFC的无功功率。
图5为设备动作层对应于预期电压越上限Model 3的控制逻辑。首先判定下一时段储能站有功功率输出是否会递减且储能站实时无功功率储备是否大于双馈风机转子侧变流器的无功功率储备。下一时段储能站有功功率输出是否会递减由下一时刻发电计划曲线的调度值和下一时刻风机群的出力预测值之差的绝对值与储能站实时有功功率出力的大小对比情况表征。当储能站实时有功功率出力较小时表示下一时段储能站有功功率输出会递增，反之会递减。
只有当两者都成立时，无功源的动作顺序为储能站PCS、双馈风机转子侧变流器和网侧变流器。否则，无功源的动作顺序为双馈风机转子侧变流器、储能站PCS和双馈风机网侧变流器。此过程不要求三者无功功率之和必须满足预期无功功率缺额且只有当前一设备的无功功率储备均出力后仍不满足无功功率缺额时才进行下一设备无功功率出力。
图6为设备动作层对应于预期电压越下限Model 4的控制逻辑。首先根据预期电压缺额ΔUPCC-pre计算预期无功功率功率缺额Qref-pre，然后通过判定双馈风机转子侧变流器的预期无功功率储备是否大于储能站PCS的预期无功功率储备。当双馈风机转子侧变流器的预期无功功率储备大于储能站PCS的预期无功功率储备时，无功源的动作顺序为双馈风机转子侧变流器、储能站PCS和双馈风机网侧变流器。否则，无功源的动作顺序为储能站PCS、双馈风机转子侧变流器和双馈风机网侧变流器。此过程不要求三者无功功率之和必须满足预期无功缺额且只有当前一设备的无功储备均出力后仍不满足无功缺额时才进行下一设备无功出力。
稳态优化层为当设备动作层根据实时判断层的判定结果完成调节后，且经实时判断层判定无须在进行调节时，无功源无功功率储备能力范围内，对各无功源的无功功率输出进行优化，其主要分为两部分：
1）储能站PCS的无功功率出力将逐渐由双馈风机转子侧富裕的无功储备进行替换，释放储能站PCS的容量。
2）结合各单台风机的下一时段超短期风功率预测数据及各单台风机实时无功储备对各台风机的无功功率出力进行优化分配，旨在降低集电线路的损耗及最大程度上不影响单台风机的有功出力，实现风机群内部的无功功率再分配。

Claims (10)

1.一种适用于三站合一储能风电站的AVC控制策略方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，采集发电站包括实时并网点电压、各设备的无功功率储备和无功功率总储备在内的实时电气数据，并且结合超短期风功率预测数据对下一时段包括并网点电压期望值、储能站有功功率的输出、各台风机预测风功率在内的相关参数进行估算；
步骤二，判断实时并网点电压是否处于参考电压指令范围内，若在范围内，则进入步骤三；否则进入步骤四；
步骤三，根据超短期风功率预测数据，计算下一时段的并网点电压期望值并判断是否处于参考电压指令范围内，若在范围内则不作调整，并返回步骤一；否则进入步骤五；
步骤四，判断实时并网点电压是超过参考电压指令上限或是低于参考电压指令下限，若超过上限则进入步骤六；否则进入步骤七；
步骤五，判断并网点电压期望值是超过参考电压指令上限或是低于参考电压指令下限，若超过上限则进入步骤八；否则进入步骤九；
步骤六，判断无功功率总储备是否小于无功功率缺额，若是，则升压站主变压器进行投档动作，并返回步骤一；否则投入具有无功功率储备的设备进行无功出力、以及退出运行中的FC来填补无功功率缺额；然后进入步骤十；
步骤七，判断无功功率总储备是否小于无功功率缺额，若是，则升压站主变压器进行投档动作，并返回步骤一；否则投入具有无功功率储备的设备进行无功出力、以及投入FC运行来填补无功功率缺额；然后进入步骤十；
步骤八，判断下一时段储能站有功功率的输出是否减小，当减小时则按照预定的第一顺序来由各个设备依次无功出力来填补无功功率缺额，否则按照预定的第二顺序来由各个设备依次无功出力来填补无功功率缺额；然后进入步骤十；其中第一顺序为首先储能站PCS，然后风机群转子侧变流器，最后风机群网侧变流器的顺序，第二顺序为首先风机转子侧变流器，然后储能站PCS，最后风机网侧变流器；
步骤九，比较发电站中不同设备的下一时段无功功率储备，并以下一时段无功功率储备较大的设备在先的顺序依次无功出力来填补无功功率缺额；然后进入步骤十；
步骤十，在保证无功功率缺额被填补的前提下，将无功出力向发电站的各台风机转移，并结合下一时段各台风机的预测风功率以及实时无功功率储备，来分配各台风机的无功出力，最后返回步骤一循环执行。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤一中，实时电气数据至少包括实时并网点电压、投运FC组数、升压站主变档位、储能站的有功功率输出和无功功率输出、风机群及各台风机的有功功率输出和无功功率输出、发电计划曲线、0-4h内超短期的预测风功率、实时无功缺额、储能站PCS的无功功率储备、风机群及各台风机的转子侧变流器的无功功率储备、风机群及各台风机的网侧变流器的无功功率储备、在投运及未投运的FC组数和在投运及未投运的FC无功储备；估算的相关参数至少包括期望电压缺额、期望无功功率缺额、风功率期望变化值、电压期望变化值、储能站下一时段无功功率储备、风机群及各台风机下一时段的转子侧变流器的无功储备、风机群及各台风机下一时段的网侧变流器的无功储备。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的步骤六中，在进行填补无功功率缺额之前，还包括判断是否满足优先退出运行中FC的条件的步骤，如果满足则按照先退出运行中的FC，再由设备无功出力的顺序来填补无功功率缺额；不满足则按照先由设备无功出力，再退出运行中的FC的顺序来填补无功功率缺额；其中优先退出运行中FC的条件为未退出闭锁的FC，且风功率期望变化值显示风机输出的有功功率将会下降。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的步骤六中，当满足优先退出运行中FC的条件时，是按照运行时长的降序来顺序退出运行中FC，当能够填补无功功率缺额时则停止退出，如果不能填补，则按照首先储能站PCS，然后风机群转子侧变流器，最后风机群网侧变流器的顺序，以无功功率储备来进行无功出力；当不满足优先退出运行中FC的条件时，是按照首先储能站PCS，然后风机群转子侧变流器，最后风机群网侧变流器的顺序，以无功功率储备来进行无功出力，如果还不能填补无功功率缺额时，则再继续退出运行中FC。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的步骤七中，填补无功功率缺额时，是按照首先储能站PCS，然后风机群转子侧变流器，最后风机群网侧变流器的顺序，以无功功率储备来进行无功出力；如仍无法填补无功功率缺额，则继续投入FC运行。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的步骤七中，在风机群网侧变流器无功出力之前，还包括比较剩余的无功功率缺额与风机群网侧变流器无功功率储备的步骤：如果风机群网侧变流器无功功率储备大于剩余的无功功率缺额，则继续根据风功率期望变化值来判断下一时段风机有功功率出力是否会上升，如果上升，则投入不小于风机群网侧变流器无功功率储备的相应FC来替代填补无功功率缺额；如果不上升，则由风机群网侧变流器进行无功出力。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的步骤七中，继续投入FC运行时，还包括比较风机群网侧变流器进行或者不进行无功出力的情况下，投入用于填补无功功率缺额的FC数量是否相同的步骤，如果数量相同，则风机群网侧变流器停止无功出力；否则风机群网侧变流器输出FC未能填补满无功功率缺额部分的无功出力。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的步骤八中，判断下一时段储能站有功功率的输出是否减小，是根据下一时刻发电计划曲线的调度值和下一时刻风机群的出力预测值之差的绝对值，来与储能站实时有功功率出力的大小对比得到；且在按照预定的第一顺序进行无功出力前，还包括判断储能站实时无功功率储备是否大于双馈风机转子侧变流器的无功功率储备，如果大于，则按照预定的第一顺序进行无功出力；否则按照预定的第二顺序进行无功出力。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的步骤九包括：比较风机转子侧变流器的下一时段无功功率储备是否大于储能站PCS的下一时段无功功率储备，如果大于，则按照首先风机群转子侧变流器，然后储能站PCS，最后风机群网侧变流器的顺序，以无功功率储备来进行无功出力；否则按照首先储能站PCS，然后风机群转子侧变流器，最后风机群网侧变流器的顺序，以无功功率储备来进行无功出力。
10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的步骤十中，无功出力是由储能站PCS向风机转子侧富裕的无功储备进行转移，各台风机的无功出力是按照下一时段的无功功率储备，具有较大无功功率储备的风机则分配相应较大的无功出力。
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