黑启动火电机组后储能型风电场的调控策略研究

导读

利用储能型风电场作为黑启动电源带动局域电网内的火电机组启动后，将其与火电机组组成风储火系统并列运行，对提高电网的恢复速度具有重要作用。为形成风储火系统并使其在局域电网后续恢复过程中能够保持稳定，提出了一种在启动火电机组后储能型风电场的控制策略：在电池储能系统控制单元中采用基于控制器状态跟随的平滑切换控制方法，并通过对其控制策略的切换点进行调整，以使电池储能系统能够在火电机组与储能型风电场并列运行瞬间实现由V/f控制到P/Q控制的无缝切换；在电池储能系统控制单元中建立附加惯性控制器和附加频率下垂控制器以提高风储火系统的频率稳定性，在双馈风电机组控制单元中建立附加电压下垂控制器以提高风储火系统的电压稳定性。

引言

在发生局部停电事故后，水力发电厂（含抽水蓄能电站）是电网黑启动电源的理想选择。但我国内蒙古、西北地区并不具备理想的黑启动电源，在发生停电事故后只能依靠主网的恢复，耗时较长。因此，从局域电网所处特殊地理位置和需求出发，寻找可以作为黑启动电源的新型电源具有重要意义。文献以呼伦贝尔电网为例，提出了利用大良储能型风电场作为黑启动电源带动其东海拉尔热电厂内一台火电机组启动的方案，并通过分析储能型风电场的持续出力概率和对其黑启动过程进行仿真，验证了所提方案的可行性，但该文并未对火电机组黑启动后储能型风电场的调控策略作进一步研究。

黑启动初期，局域电网的首要目标是以最快速度启动更多电源，从而恢复尽可能强的发电能力。但初步恢复后的火电机组容量较小，自平衡能力差，在恢复电网内其它机组或负荷时容易失稳，导致电网黑启动过程的失败。若能将储能型风电场与火电机组组成风储火系统并列运行，充分利用储能型风电场有功与无功的快速调节能力，将使风储火系统具备更大的调节幅度、更快的动态响应特性来应对恢复其它火电机组等局域电网后续恢复操作，能够有效提高局域电网的恢复速度。通过分析可知：在形成风储火系统时，由于电池储能系统的容量较小，无法利用其为风储火系统提供电压与频率支撑，需在火电机组和储能型风电场并列瞬间对其运行模式进行切换；在形成风储火系统后，由于储能型风电场缺乏惯性，并易受风速波动的影响，需对电池储能系统和双馈风电机组控制策略进行改进，以使风储火系统能够在局域电网后续恢复过程中保持稳定。 

创新点

本文以呼伦贝尔电网为研究对象，通过分析储能型风电场黑启动火电机组后与之并列运行形成的风储火系统的运行特性，提出了黑启动火电机组后储能型风电场的调控策略：在电池储能系统控制单元中采用基于控制器状态跟随的平滑切换控制方法，并通过对其控制策略的切换点进行调整，以实现火电机组和储能型风电场并列瞬间电池储能系统控制策略的平滑切换；在电池储能系统控制单元中建立附加惯性控制器和附加频率下垂控制器以提高风储火系统的频率稳定性，在双馈风电机组控制单元中建立附加电压下垂控制器以提高风储火系统的电压稳定性，使风储火系统在恢复局域电网内其它机组或负荷时保持稳定。

目录

一、储能型风电场黑启动火电机组的方案分析

二、电池储能系统控制策略平滑切换方法

三、储能型风电场与火电机组并列运行后的控制策略

3.1  电池储能系统控制策略

3.2  双馈风电机组控制策略

四、仿真算例

4.1  电池储能系统控制策略平滑切换仿真

4.2  风储火系统启动火电机组仿真

五、结论

       本文通过在电池储能系统P/Q控制器中采用基于控制器状态跟随的控制策略平滑切换方法和改变控制策略切换点，来减轻火电机组与储能型风电场并列运行瞬间电池储能系统由V/f控制切换为P/Q控制带来的功率冲击，通过在电池储能系统和双馈风电机组控制单元中建立附加控制单元来提高风储火系统电压和频率稳定性，使其在恢复局域电网内其它机组或负荷时能够保持稳定。仿真结果表明：采用本文所提储能型风电场调控策略，能够有效提高火电机组与储能型风电场并列运行瞬间以及并列运行后的风储火系统电压和频率的稳定性。

标签：风电场,储能,机组,风储火,火电,控制策略
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