儲能型風電場作為電網(wǎng)黑啟動電源的控制技術研究.pdf

1、受地域資源條件限制，我國一些地區(qū)的水資源匱乏，地區(qū)內缺少能夠作為黑啟動電源的水力發(fā)電廠，一旦發(fā)生大面積停電事故，其電網(wǎng)的恢復將嚴重依賴于其他電網(wǎng)，恢復時間較長，經(jīng)濟損失嚴重。我國內蒙古、西北等地區(qū)的風能資源十分豐富，風力發(fā)電已成為當?shù)氐闹匾娫?，并且，通過為風電場配置大容量電池儲能系統(tǒng)將其建成儲能型風電場，成為一種提高風電場友好性與可控性的有效措施。若能對儲能型風電場的潛在功能進行挖掘，使其可以作為電網(wǎng)的黑啟動電源，將對增加局域電網(wǎng)內黑

2、啟動電源的容量與布點，提高其故障恢復速度具有重要作用。
　　為此，本文依托于實際電網(wǎng)，通過對利用儲能型風電場作為其黑啟動電源的總體技術方案進行設計，并對所提技術方案的可行性與關鍵技術問題進行分析與研究，能夠為缺水多風地區(qū)的電網(wǎng)在選用儲能型風電場作為黑啟動電源時提供借鑒和理論依據(jù)。論文的主要工作如下:
　　1.建立了電池儲能系統(tǒng)和雙饋風電機組的多工況仿真模型。通過分析并網(wǎng)與孤網(wǎng)模式下電池儲能系統(tǒng)的運行原理，分別建立了兩種運行模

3、式下儲能系統(tǒng)的仿真模型;通過分析雙饋風電機組的空載并網(wǎng)運行原理，創(chuàng)新性地建立了可對機組空載并網(wǎng)過程進行仿真的雙工況仿真模型。所建電池儲能系統(tǒng)和雙饋風電機組的多工況仿真模型能夠為研究儲能型風電場作為黑啟動電源的控制技術提供基礎。
　　2.研究了利用儲能型風電場作為電網(wǎng)黑啟動電源時的控制策略。以實際電網(wǎng)作為研究對象，提出了利用儲能型風電場作為其黑啟動電源的總體技術方案，并對所提技術方案的可行性進行了初步論證;通過對電池儲能系統(tǒng)的啟動策

4、略和風電機組箱變的充電方案進行研究，設計了一種儲能型風電場的自啟動方案;為使儲能型風電場能夠在對輸電線路和變壓器空載充電、啟動火電機組輔機時保持穩(wěn)定，并避免對儲能系統(tǒng)造成過度充電，提出了一種儲能型風電場孤網(wǎng)運行控制策略;針對風電場具有最大持續(xù)有效出力概率時的情況，采用所提控制策略對儲能型風電場啟動火電機組的過程進行了仿真。
　　3.提出了一種儲能型風電場作為黑啟動電源時電池儲能系統(tǒng)的容量配置方法。通過分析影響電池儲能系統(tǒng)容量配置的

5、因素，從電池系統(tǒng)的額定容量與最大充放電功率、功率轉換系統(tǒng)的容量三個方面對電池儲能系統(tǒng)容量進行了配置;在此基礎上，對利用儲能型風電場作為電網(wǎng)黑啟動電源的可行性及適用條件作了深入分析。
　　4.針對轉速和槳距角頻繁動作易使機組產(chǎn)生機械疲勞的問題，對儲能型風電場孤網(wǎng)運行時雙饋風電機組的有功控制策略進行了改進。通過分析機組運行點的穩(wěn)定性，建立了以機組轉速和槳距角綜合調整量最小為目標函數(shù)，以有功平衡、運行點穩(wěn)定性等為約束的優(yōu)化模型，并提出了

6、優(yōu)化模型在出現(xiàn)不可行解時的處理機制，以獲得可行的最優(yōu)轉移軌跡;建立了風速估計器和運行軌跡控制器，并對變槳系統(tǒng)和轉子側變頻器的傳統(tǒng)控制策略進行了改進，以使機組能夠沿最優(yōu)轉移軌跡調整其有功輸出。
　　5.提出了一種黑啟動初期風儲火系統(tǒng)的分層協(xié)調控制策略，使其能夠在整體上具備不亞于火電機組有功輸出能力的同時，具備更強的無功調控能力。通過分析風儲火系統(tǒng)的運行特性，建立了其協(xié)調控制模型，并采用差分進化算法實時求解以獲得火電廠和儲能型風電場的