一种虚拟电厂无功电压快速调节方法及装置

技术领域

本申请涉及虚拟电厂电压无功自动调节技术领域，尤其涉及一种虚拟电厂无功电压快速调节方法及装置。

背景技术

虚拟电厂的控制对象主要包括各种分布式电源、储能系统、可控负荷以及电动汽车。

由于虚拟电厂的概念强调对外呈现的功能和效果，因此，聚合多样化的分布式能源实现对系统高要求的电能输出是虚拟电厂协调控制的重点和难点。分布式电源接入配电网后，不仅改变了传统配电网能量单向流通的特性，而且使得无功电压特性无论是稳态还是暂态都发生了显著变化。因此，虚拟电厂如何在电压剧烈波动时保持稳定运行，对外呈现一定的无功电压特性是我们需要解决的问题。

发明内容

本申请提供了一种虚拟电厂无功电压快速调节方法及装置，用于解决虚拟电厂在电压剧烈波动时，无法保持稳定运行，且对外呈现一定的无功电压特性的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种虚拟电厂无功电压快速调节方法，包括以下步骤：

S1、根据预设的采样周期获取虚拟电厂并网点的当前电压值和目标电压值，所述目标电压值由电网调度总站系统下发至所述虚拟电厂并网点；

S2、根据所述虚拟电厂并网点的所述当前电压值、所述目标电压值和预设电压灵敏度计算分布式能源机组的总无功调节量；

S3、根据预设的电压变化阈值判断所述虚拟电厂并网点的当前电压值是否为大幅波动情况，当判定所述虚拟电厂并网点的当前电压值为大幅波动情况时，则执行步骤S4；当判定所述虚拟电厂并网点的当前电压值不为大幅波动情况时，则执行步骤S6；

S4、获取各分布式能源机组的逆变器的可调状态，所述逆变器的可调状态包括无功可调状态和无功不可调状态；

S5、根据预设第一分解规则将所述总无功调节量分解至无功可调状态下的各分布式能源机组，从而得出无功可调状态下的各分布式能源机组的无功设定值，执行步骤S10；

S6、根据采样计数器值判断分布式能源机组是否进入稳态调压控制周期，当判断为是时，则转至执行步骤S7，当判断为否时，则转至步骤S8；

S7、根据预设的电压合格阈值判断所述虚拟电厂并网点的所述当前电压值是否合格，当上述判断为合格时，则转至步骤S8；当上述判断为不合格时，则转至步骤S9；

S8、等待下一个采样周期的到来时，重新执行步骤S2；

S9、基于稳态无功调节步长的约束条件，对所述总无功调节量进行更新，从而获得新的总无功调节量，转至步骤S4；

S10、将无功可调状态下的各分布式能源机组的无功设定值下发至对应的分布式能源机组执行无功输出调节。

优选地，步骤S2具体包括：

假设所述虚拟电厂并网点的所述当前电压值设为

优选地，假设所述虚拟电厂并网点的所述当前电压值设为

若

若

优选地，

步骤S5具体包括：

S501、根据预设的采样周期获取每个分布式能源机组的交流侧当前无功功率，定义为

S502、计算每个分布式能源机组的无功裕度，具体计算公式为，

S503、将无功可调状态下的各分布式能源机组基于预设的排序规则，按照所述无功裕度的大小进行排序，无功可调状态下的各分布式能源机组的总个数记为N个，N≤I；

S504、逐一计算无功可调状态下的每个分布式能源机组的等无功裕度调节累加量，用于计算无功可调状态下的每个分布式能源机组的总个数为m，m=1,2,...,N-1；

S505、判断所述等无功裕度调节累加量是否大于或等于所述总无功调节量，若上述判断为是，则转至步骤S506，若上述判断为否，则转至步骤S508；

S506、将无功可调状态下的各分布式能源机组的无功裕度设定为

式3中，

S507、根据无功裕度

S508、使用于计算无功可调状态下的每个分布式能源机组的总个数m=N，然后，重新执行步骤S506和步骤S507。

优选地，

步骤S503中的预设的排序规则具体为，

若总无功调节量

相应的，

步骤S504中的所述等无功裕度调节累加量通过下式5计算得出，

式5中，

若总无功调节量

相应的，

步骤S504中的所述等无功裕度调节累加量通过下式6计算得出，

优选地，假设预设的采样周期为t，采样计数器值设为

S601、根据预设的采样周期对所述虚拟电厂并网点的所述当前电压值和所述目标电压值进行采样，当每次采样周期到来时，将采样计数器值C

S602、判断分布式能源机组是否进入稳态调压控制周期，具体包括：

若

若

优选地，假设所述虚拟电厂并网点的所述当前电压值设为

若

若

优选地，假设所述分布式能源机组的所述总无功调节量设为

若

若

若

优选地，步骤S10之后包括：

S11、重新执行步骤S1，记录所述虚拟电厂并网点根据所述无功设定值执行无功输出调节后的电压值，以用于对各分布式能源机组的下一轮无功输出调节做准备。

第二方面，本发明还提供了一种虚拟电厂无功电压快速调节装置，包括：

获取模块，用于根据预设的采样周期获取虚拟电厂并网点的当前电压值和目标电压值，所述目标电压值由电网调度总站系统下发至所述虚拟电厂并网点；

第一计算模块，用于根据所述虚拟电厂并网点的所述当前电压值、所述目标电压值和预设电压灵敏度计算分布式能源机组的总无功调节量；

大幅波动判断模块，用于根据预设的电压变化阈值判断所述虚拟电厂并网点的当前电压值是否为大幅波动情况；

可调状态获取模块，用于当判定所述虚拟电厂并网点的当前电压值为大幅波动情况时，则获取各分布式能源机组的逆变器的可调状态，所述逆变器的可调状态包括无功可调状态和无功不可调状态；

无功调节分解模块，用于根据预设第一分解规则将所述总无功调节量分解至无功可调状态下的各分布式能源机组，从而得出无功可调状态下的各分布式能源机组的无功设定值；

稳态调压周期判断模块，用于当判定所述虚拟电厂并网点的当前电压值不为大幅波动情况时，则根据采样计数器值判断分布式能源机组是否进入稳态调压控制周期；

电压合格判断模块，用于根据预设的电压合格阈值判断所述虚拟电厂并网点的所述当前电压值是否合格；

无功调节量更新模块，用于基于稳态无功调节步长的约束条件，对所述总无功调节量进行更新，从而获得新的总无功调节量；

执行模块，用于将无功可调状态下的各分布式能源机组的无功设定值下发至对应的分布式能源机组执行无功输出调节。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明通过判断当前电压值是否为大幅波动，而在电压大幅波动时，各分布式能源机组的无功调节不受调压控制周期和稳态无功调节步长的约束，通过一次无功调整，即可使电压快速达到目标电压值，呈现出动态无功调节的效果；当判断当前电压值不为大幅波动时，则需要考虑调压控制周期和稳态无功调节步长的约束，需要经过多次无功调整，使电压逐步达到目标电压值，实现稳态电压平稳调节的效果，保证了虚拟电厂的安全运行。解决了虚拟电厂在电压剧烈波动时，无法保持稳定运行，且对外呈现一定的无功电压特性的技术问题。无论稳态调压还是动态调压都采用等无功裕度调节方法，使得各分布式能源机组无功裕度接近相同，保证了虚拟电厂内无功平衡，有利于减少无功流动和网损。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种虚拟电厂无功电压快速调节方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的一种虚拟电厂无功电压快速调节装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

为了便于理解，请参阅图1，本发明提供的一种虚拟电厂无功电压快速调节方法，包括以下步骤：

S1、根据预设的采样周期获取虚拟电厂并网点的当前电压值和目标电压值，目标电压值由电网调度总站系统下发至虚拟电厂并网点；

S2、根据虚拟电厂并网点的当前电压值、目标电压值和预设电压灵敏度计算分布式能源机组的总无功调节量；

S3、根据预设的电压变化阈值判断虚拟电厂并网点的当前电压值是否为大幅波动情况，当判定虚拟电厂并网点的当前电压值为大幅波动情况时，则执行步骤S4；当判定虚拟电厂并网点的当前电压值不为大幅波动情况时，则执行步骤S6；

S4、获取各分布式能源机组的逆变器的可调状态，逆变器的可调状态包括无功可调状态和无功不可调状态；

S5、根据预设第一分解规则将总无功调节量分解至无功可调状态下的各分布式能源机组，从而得出无功可调状态下的各分布式能源机组的无功设定值，执行步骤S10；

S6、根据采样计数器值判断分布式能源机组是否进入稳态调压控制周期，当判断为是时，则转至执行步骤S7，当判断为否时，则转至步骤S8；

S7、根据预设的电压合格阈值判断虚拟电厂并网点的当前电压值是否合格，当上述判断为合格时，则转至步骤S8；当上述判断为不合格时，则转至步骤S9；

S8、等待下一个采样周期的到来时，重新执行步骤S2；

S9、基于稳态无功调节步长的约束条件，对总无功调节量进行更新，从而获得新的总无功调节量，转至步骤S4；

S10、将无功可调状态下的各分布式能源机组的无功设定值下发至对应的分布式能源机组执行无功输出调节。

需要说明的是，本发明通过判断当前电压值是否为大幅波动，而在电压大幅波动时，各分布式能源机组的无功调节不受调压控制周期和稳态无功调节步长的约束，通过一次无功调整，即可使电压快速达到目标电压值，呈现出动态无功调节的效果；当判断当前电压值不为大幅波动时，则需要考虑调压控制周期和稳态无功调节步长的约束，需要经过多次无功调整，使电压逐步达到目标电压值，实现稳态电压平稳调节的效果，保证了虚拟电厂的安全运行。解决了虚拟电厂在电压剧烈波动时，无法保持稳定运行，且对外呈现一定的无功电压特性的技术问题。无论稳态调压还是动态调压都采用等无功裕度调节方法，使得各分布式能源机组无功裕度接近相同，保证了虚拟电厂内无功平衡，有利于减少无功流动和网损。

以下为对本实施例各个步骤的具体描述。

本发明提供的一种虚拟电厂无功电压快速调节方法，包括以下步骤：

S1、根据预设的采样周期获取虚拟电厂并网点的当前电压值和目标电压值，目标电压值由电网调度总站系统下发至虚拟电厂并网点；

可以理解的是，电网调度总站系统根据电厂运行需求自行设置目标电压值，或通过本地计算得出目标电压值。

S2、假设虚拟电厂并网点的当前电压值设为

需要说明的是，预设电压灵敏度具体是指分布式能源机组无功变化对虚拟电厂并网点的电压的灵敏度；同时，总无功调节量为实现并网点电压目标值所需的无功调节量。

S3、根据预设的电压变化阈值判断虚拟电厂并网点的当前电压值是否为大幅波动情况，当判定虚拟电厂并网点的当前电压值为大幅波动情况时，则执行步骤S4；当判定虚拟电厂并网点的当前电压值不为大幅波动情况时，则执行步骤S6；

具体地，假设虚拟电厂并网点的当前电压值设为

若

若

可以理解的是，当判定虚拟电厂并网点的当前电压值为大幅波动情况时，则需要进入快速控制流程，以解决电压剧烈波动；而当判定虚拟电厂并网点的当前电压值不是大幅波动情况时，则进入稳态控制流程，确保电压稳步调整。

S4、获取各分布式能源机组的逆变器的可调状态，逆变器的可调状态包括无功可调状态和无功不可调状态；

在本实施例中，可调状态记为

S5、根据预设第一分解规则将总无功调节量分解至无功可调状态下的各分布式能源机组，从而得出无功可调状态下的各分布式能源机组的无功设定值，执行步骤S10；

具体地，步骤S5具体包括：

S501、根据预设的采样周期获取每个分布式能源机组的交流侧当前无功功率，定义为

S502、计算每个分布式能源机组的无功裕度，具体计算公式为，

S503、将无功可调状态下的各分布式能源机组基于预设的排序规则，按照无功裕度的大小进行排序，无功可调状态下的各分布式能源机组的总个数记为N个，N≤I；

在本实施例中，每个分布式能源机组的无功裕度可记为

S504、逐一计算无功可调状态下的每个分布式能源机组的等无功裕度调节累加量，用于计算无功可调状态下的每个分布式能源机组的总个数为m，m=1,2,...,N-1；

需要说明的是，等无功裕度调节累加量是指无功可调状态下的m个机组都调节到与第m+1个机组相同的无功裕度时的无功调节量的累加量。

S505、判断等无功裕度调节累加量是否大于或等于总无功调节量，若上述判断为是，则转至步骤S506，若上述判断为否，则转至步骤S508；

S506、将无功可调状态下的各分布式能源机组的无功裕度设定为

S507、根据无功裕度

S508、使用于计算无功可调状态下的每个分布式能源机组的总个数m=N，然后，重新执行步骤S506和步骤S507。

需要说明的是，可调无功上限功率和可调无功下限功率是由分布式能源机组的有功功率决定的，一般情况下，国家标准的分布式能源机组应按功率因数不小于0.9，因此，可调无功上限功率和可调无功下限功率分别约为有功功率的±1/3。

更具体地，在步骤S503中的预设的排序规则具体为，

若总无功调节量

相应的，

步骤S504中的等无功裕度调节累加量通过下式5计算得出，

若总无功调节量

相应的，

步骤S504中的等无功裕度调节累加量通过下式6计算得出，

S6、根据采样计数器值判断分布式能源机组是否进入稳态调压控制周期，当判断为是时，则转至执行步骤S7，当判断为否时，则转至步骤S8；

具体地，假设预设的采样周期为t，采样计数器值设为

S601、根据预设的采样周期对虚拟电厂并网点的当前电压值和目标电压值进行采样，当每次采样周期到来时，将采样计数器值

S602、判断分布式能源机组是否进入稳态调压控制周期，具体包括：

若

在一个具体实施例中，采样周期为100毫秒，稳态调压周期15秒，那么，当采样计数器从0变到150时，100毫秒×150=15秒，表示进入了稳态调压控制周期。

若

S7、根据预设的电压合格阈值判断虚拟电厂并网点的当前电压值是否合格，当上述判断为合格时，则转至步骤S8；当上述判断为不合格时，则转至步骤S9；

具体地，假设虚拟电厂并网点的当前电压值设为

若

若

S8、等待下一个采样周期的到来时，重新执行步骤S2；

S9、基于稳态无功调节步长的约束条件，对总无功调节量进行更新，从而获得新的总无功调节量，转至步骤S4；

具体地，假设分布式能源机组的总无功调节量设为

若

若

若

若

需要说明的是，分布式能源机组的稳态无功调节步长是依据机组最大无功调节能力设定的，一般设置为最大无功调节能力的若干分之一。

为了达到电压合格需要的无功调节量比步长大，也只能按步长来调节，这样一次调节就不够了，需要多轮次调节才能达到电压合格。

S10、将无功可调状态下的各分布式能源机组的无功设定值下发至对应的分布式能源机组执行无功输出调节。

进一步地，步骤S10之后包括：

S11、重新执行步骤S1，记录虚拟电厂并网点根据无功设定值执行无功输出调节后的电压值，以用于对各分布式能源机组的下一轮无功输出调节做准备。

以下为实现本发明提供的虚拟电厂无功电压快速调节方法的装置，请参见图2，本发明提供的一种虚拟电厂无功电压快速调节装置，包括：

获取模块100，用于根据预设的采样周期获取虚拟电厂并网点的当前电压值和目标电压值，目标电压值由电网调度总站系统下发至虚拟电厂并网点；

第一计算模块200，用于根据虚拟电厂并网点的当前电压值、目标电压值和预设电压灵敏度计算分布式能源机组的总无功调节量；

大幅波动判断模块300，用于根据预设的电压变化阈值判断虚拟电厂并网点的当前电压值是否为大幅波动情况；

可调状态获取模块400，用于当判定虚拟电厂并网点的当前电压值为大幅波动情况时，则获取各分布式能源机组的逆变器的可调状态，逆变器的可调状态包括无功可调状态和无功不可调状态；

无功调节分解模块500，用于根据预设第一分解规则将总无功调节量分解至无功可调状态下的各分布式能源机组，从而得出无功可调状态下的各分布式能源机组的无功设定值；

稳态调压周期判断模块600，用于当判定虚拟电厂并网点的当前电压值不为大幅波动情况时，则根据采样计数器值判断分布式能源机组是否进入稳态调压控制周期；

电压合格判断模块700，用于根据预设的电压合格阈值判断虚拟电厂并网点的当前电压值是否合格；

无功调节量更新模块800，用于基于稳态无功调节步长的约束条件，对总无功调节量进行更新，从而获得新的总无功调节量；

执行模块900，用于将无功可调状态下的各分布式能源机组的无功设定值下发至对应的分布式能源机组执行无功输出调节。

以下为结合本发明提供的一种虚拟电厂无功电压快速调节方法的实施示例。

在一具体实施过程中，某虚拟电厂下装有18台500kW光伏， 2台630kW光伏，2台1MW/2MWh储能，1台0.5MW/1MWh储能。预设分布式能源机组无功变化对并网点电压的灵敏度记为0.1kV/MVar；分布式能源机组稳态无功调节步长为1MVar；并网点电压合格带宽0.1kV；判断并网点电压大幅波动的电压变化阈值为0.5kV；并网点电压采样周期为100毫秒；采样计数器初始化为0；稳态调压周期设为15秒；

实施示例一

（1）2020年12月23日11时09分10秒100毫秒，开始一个采样周期计算：

（2）从采样模块获取虚拟电厂并网点当前采样电压为10.33kV，上一次采样时并网点电压为10.34kV；调度下发的并网点电压目标值为10.55kV；

各光伏、储能逆变器均为无功可调状态。

（3）计算为了实现并网点电压目标值所需的总无功调节量

（4）并网点当前电压与上一个采样值之差绝对值为0.01kV，小于阈值0.5kV，进入稳态控制流程；

（5）采样计数器累加1后为150，乘以采样周期为15秒，等于稳态调压周期，进入稳态调压控制，同时采样计数器Ct清0。

当前电压10.33kV小于合格电压下限10.5kV，则需要进行稳态调压。总无功调节量2.1MVar≥稳态无功调节步长1MVar，因此将总无功调节量修正为为1MVar；

（6）将无功调节量1MVar按等无功裕度调节法分解到单个逆变器，如下表：

（7）2020年12月23日11时09分25秒100毫秒，开始一个采样周期计算：

（8）从采样模块获取虚拟电厂并网点当前采样电压为10.42kV，上一次采样时并网点电压为10.44kV；调度下发的并网点电压目标值为10.55kV；

各光伏、储能逆变器均为无功可调状态。

（9）计算为了实现并网点电压目标值所需的总无功调节量

（10）并网点当前电压与上一个采样值之差绝对值为0.02kV，小于阈值0.5kV，进入稳态控制流程；

（11）采样计数器累加1后为150，乘以采样周期为15秒，等于稳态调压周期，进入稳态调压控制，同时采样计数器Ct清0。

当前电压10.42kV小于合格下限10.5kV，需要进行稳态调压。总无功调节量1.3MVar≥稳态无功调节步长1MVar，因此将总无功调节量修正为1MVar；

（12）将无功调节量1MVar按等无功裕度调节法分解到单个逆变器，如下表：

（13）2020年12月23日11时09分40秒100毫秒，开始一个采样周期计算：

（14）从采样模块获取虚拟电厂并网点当前采样电压为10.53kV，上一次采样时并网点电压为10.52kV；调度下发的并网点电压目标值为10.55kV；

各光伏、储能逆变器均无功可调。

（15）计算为了实现并网点电压目标值所需的总无功调节量

（16）并网点当前电压与上一个采样值之差绝对值为0.01kV，小于阈值0.6kV，进入稳态控制流程；

（17）采样计数器累加1后为15，乘以采样周期为15秒，等于稳态调压周期，进入稳态调压控制，同时采样计数器Ct清0。

当前电压10.53kV大于合格下限10.5kV，且小于合格上限10.6kV，电压合格，不必进行稳态调压。

从上述实施过程可以看到，在稳态调压过程中，经过30秒钟2轮控制后，虚拟电厂并网点电压稳步调整到调度下发的并网点电压目标值合格范围内；机组无功出力裕度趋于相同，保证了机组间的无功均匀分布。

实施示例二

（1）2021年2月11日14时23分19秒400毫秒，开始一个采样周期计算：

（2）从采样模块获取虚拟电厂并网点当前采样电压为10.71kV，上一次采样时并网点电压为10.19kV；调度下发的并网点电压目标值为10.4kV；

各光伏、储能逆变器均无功可调。

（3）计算为了实现并网点电压目标值所需的总无功调节量

（4）并网点当前电压与上一个采样值之差绝对值为0.52kV，大于阈值0.5kV，进入快速控制流程；

（5）将无功调节量-3.1MVar按等无功裕度调节法分解到单个逆变器，如下表：

（6）2021年2月11日14时23分19秒500毫秒，开始一个采样周期计算：

（7）从采样模块获取虚拟电厂并网点当前采样电压为10.55kV，上一次采样时并网点电压为10.71kV；调度下发的并网点电压目标值为10.4kV；

各光伏、储能逆变器均无功可调。

（8）计算为了实现并网点电压目标值所需的总无功调节量

（9）并网点当前电压与上一个采样值之差绝对值为0.16kV，小于阈值0.6kV，进入稳态控制流程；

（10）采样计数器累加1后为21，乘以采样周期为2.1秒，未到稳态调压周期，不必进行稳态调压。

（11）2021年2月11日14时23分19秒600毫秒，开始一个采样周期计算：

（12）从采样模块获取虚拟电厂并网点当前采样电压为10.43kV，上一次采样时并网点电压为10.55kV；调度下发的并网点电压目标值为10.4kV；

各光伏、储能逆变器均无功可调。

（13）计算为了实现并网点电压目标值所需的总无功调节量

（14）并网点当前电压与上一个采样值之差绝对值为0.12kV，小于阈值0.6kV，进入稳态控制流程；

（15）采样计数器累加1后为22，乘以采样周期为2.2秒，未到稳态调压周期，不必进行稳态调压。同时当前采样电压为10.43kV大于合格下限10.35kV，且小于合格上限10.45kV，电压合格。

从上述实施过程可以看到，在快速调压过程中，经过一轮控制200毫秒之后，虚拟电厂并网点电压快速调整到调度下发的并网点电压目标值合格范围内，保证了电压稳定运行。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。