儲能型風(fēng)電場作為電網(wǎng)黑啟動電源的控制技術(shù)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(nèi)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(fù)將嚴(yán)重依賴于其他電網(wǎng)，恢復(fù)時間較長，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。我國內(nèi)蒙古、西北等地區(qū)的風(fēng)能資源十分豐富，風(fēng)力發(fā)電已成為當(dāng)?shù)氐闹匾娫?，并且，通過為風(fēng)電場配置大容量電池儲能系統(tǒng)將其建成儲能型風(fēng)電場，成為一種提高風(fēng)電場友好性與可控性的有效措施。若能對儲能型風(fēng)電場的潛在功能進(jìn)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(nèi)黑

2、啟動電源的容量與布點，提高其故障恢復(fù)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(fēng)電場作為其黑啟動電源的總體技術(shù)方案進(jìn)行設(shè)計，并對所提技術(shù)方案的可行性與關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行分析與研究，能夠為缺水多風(fēng)地區(qū)的電網(wǎng)在選用儲能型風(fēng)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(fēng)電機(jī)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(yùn)行原理，分別建立了兩種運(yùn)行模

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

4、略和風(fēng)電機(jī)組箱變的充電方案進(jìn)行研究，設(shè)計了一種儲能型風(fēng)電場的自啟動方案;為使儲能型風(fēng)電場能夠在對輸電線路和變壓器空載充電、啟動火電機(jī)組輔機(jī)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(fēng)電場孤網(wǎng)運(yùn)行控制策略;針對風(fēng)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(fēng)電場啟動火電機(jī)組的過程進(jìn)行了仿真。
　　3.提出了一種儲能型風(fēng)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(zhuǎn)換系統(tǒng)的容量三個方面對電池儲能系統(tǒng)容量進(jìn)行了配置;在此基礎(chǔ)上，對利用儲能型風(fēng)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(zhuǎn)速和槳距角頻繁動作易使機(jī)組產(chǎn)生機(jī)械疲勞的問題，對儲能型風(fēng)電場孤網(wǎng)運(yùn)行時雙饋風(fēng)電機(jī)組的有功控制策略進(jìn)行了改進(jìn)。通過分析機(jī)組運(yùn)行點的穩(wěn)定性，建立了以機(jī)組轉(zhuǎn)速和槳距角綜合調(diào)整量最小為目標(biāo)函數(shù)，以有功平衡、運(yùn)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(jī)制，以獲得可行的最優(yōu)轉(zhuǎn)移軌跡;建立了風(fēng)速估計器和運(yùn)行軌跡控制器，并對變槳系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器的傳統(tǒng)控制策略進(jìn)行了改進(jìn)，以使機(jī)組能夠沿最優(yōu)轉(zhuǎn)移軌跡調(diào)整其有功輸出。
　　5.提出了一種黑啟動初期風(fēng)儲火系統(tǒng)的分層協(xié)調(diào)控制策略，使其能夠在整體上具備不亞于火電機(jī)組有功輸出能力的同時，具備更強(qiáng)的無功調(diào)控能力。通過分析風(fēng)儲火系統(tǒng)的運(yùn)行特性，建立了其協(xié)調(diào)控制模型，并采用差分進(jìn)化算法實時求解以獲得火電廠和儲能型風(fēng)電場的