一種風(fēng)光水互補型微電網(wǎng)黑啟動控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種風(fēng)光水互補型微電網(wǎng)黑啟動控制方法，屬于電力系統(tǒng)微電網(wǎng)優(yōu)化控制【技術(shù)領(lǐng)域】,該方法包括：讀入微電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；將滿足黑啟動條件的分布式電源作為黑啟動電源備選機組；將黑啟動電源備選機組按功率大小排序，依次取其中一臺機組作為黑啟動機組；各分布式電源按照是否是黑啟動電源、是否參加孤網(wǎng)頻率控制選擇控制策略和控制器參數(shù)，得到備選微電網(wǎng)黑啟動方案；對得到的備選微電網(wǎng)黑啟動方案進(jìn)行仿真計算，判斷備選方案的黑啟動過程及孤網(wǎng)運行時，微電網(wǎng)的各節(jié)點電壓和微電網(wǎng)頻率是否滿足穩(wěn)定、安全限值等約束條件，滿足約束條件的，作為可行的方案，并在可行方案中選擇最優(yōu)方案。本方法確保風(fēng)光水互補型微電網(wǎng)具有較高的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。
【專利說明】一種風(fēng)光水互補型微電網(wǎng)黑啟動控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)微電網(wǎng)優(yōu)化控制【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種含有風(fēng)電、光伏、小水電的微電網(wǎng)的黑啟動優(yōu)化控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]黑啟動是指電網(wǎng)在全停事故后，不依賴外部電源，由系統(tǒng)中具有自啟動能力的機組帶動無自啟動能力的機組，逐漸擴(kuò)大系統(tǒng)恢復(fù)范圍，最終實現(xiàn)整個系統(tǒng)的恢復(fù)。
[0003]微網(wǎng)在大電網(wǎng)發(fā)生全停事故或本身孤網(wǎng)運行且發(fā)生全停事故后，安全、迅速的黑啟動對保證關(guān)鍵負(fù)荷供電具有重要的現(xiàn)實意義。微網(wǎng)黑啟動控制需要對小水電和風(fēng)、光等新能源進(jìn)行有功、無功控制、并對微網(wǎng)進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)，實現(xiàn)微網(wǎng)對黑啟動準(zhǔn)備、網(wǎng)架恢復(fù)和負(fù)荷恢復(fù)過程電壓、頻率的自適應(yīng)，避免黑啟動初期的自勵磁問題、網(wǎng)架恢復(fù)期的過電壓問題及負(fù)荷恢復(fù)期的頻率波動問題。由于分布式電源如風(fēng)電、光伏及小水電的間歇性、隨機性特點，如何協(xié)調(diào)小水電群、新能源的出力或采用儲能的方式，在保證微網(wǎng)安全運行的基礎(chǔ)上，滿足黑啟動所需的響應(yīng)速度、響應(yīng)容量，是黑啟動能否成功的關(guān)鍵。
[0004]目前對含風(fēng)、光伏、蓄能裝置的微電網(wǎng)黑啟動研究較多，對區(qū)域小水電/風(fēng)、光新能源微電網(wǎng)黑啟動，尤其是對黑啟動過程及黑啟動成功后孤網(wǎng)運行時，各類電源有功控制裝置協(xié)調(diào)控制，孤網(wǎng)頻率控制問題研究較少。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提出風(fēng)光水互補型微電網(wǎng)黑啟動控制方法，本方法可充分發(fā)揮分布式可再生能源發(fā)電的效益，確保風(fēng)光水互補型微電網(wǎng)具有較高的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是，在建立的風(fēng)力發(fā)電機組、光伏、小型水水電站動態(tài)模型的基礎(chǔ)上，研究在滿足微電網(wǎng)電壓、頻率要求條件下最佳的微網(wǎng)黑啟動方案和微網(wǎng)控制策略，使得整個微電網(wǎng)黑啟動過程在保證安全的前提下，盡快、盡可能多恢復(fù)負(fù)荷。
[0007]本發(fā)明提出的一種風(fēng)光水互補型微電網(wǎng)黑啟動控制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:
[0008](I)讀入微電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括微電網(wǎng)模型，微網(wǎng)開關(guān)狀態(tài)，風(fēng)速、太陽輻照強度數(shù)據(jù)、各小水電群水情數(shù)據(jù)，各負(fù)荷節(jié)點負(fù)荷預(yù)測數(shù)據(jù)；
[0009](2)將滿足黑啟動條件的分布式電源作為黑啟動電源備選機組，否則作為被啟動電源備選機組；
[0010](3)將黑啟動電源備選機組按功率大小排序，依次取其中一臺機組作為黑啟動機組；微電網(wǎng)中其他分布式電源作為被啟動機組，各分布式電源按照是否是黑啟動電源、是否參加孤網(wǎng)頻率控制選擇控制策略和控制器參數(shù)，得到備選微電網(wǎng)黑啟動方案；
[0011](4)逐一對步驟(3)中得到的備選微電網(wǎng)黑啟動方案進(jìn)行仿真計算，判斷備選方案的黑啟動過程及孤網(wǎng)運行時，微電網(wǎng)的各節(jié)點電壓和微電網(wǎng)頻率是否滿足穩(wěn)定、安全限值等約束條件，滿足約束條件的，作為可行的方案，并在可行方案中選擇最優(yōu)方案。
[0012]本發(fā)明提出的風(fēng)光水互補型微電網(wǎng)優(yōu)化運行控制方法，其優(yōu)點如下:
[0013]1、黑啟動過程利用小水電的調(diào)節(jié)能力和發(fā)電能力，和儲能裝置、光伏形成互補。
[0014]2、對于微電網(wǎng)光伏/蓄能裝置逆變器以及小水電機組調(diào)速系統(tǒng)控制策略和參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，以適應(yīng)黑啟動過程、孤網(wǎng)運行時微電網(wǎng)頻率控制需要。
[0015]3、在考慮系統(tǒng)安全運行限制條件下，考慮了多種黑啟動策略，提高了黑啟動方案的靈活性和適應(yīng)性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明提出的風(fēng)光水互補型微電網(wǎng)優(yōu)化運行控制方法方法流程圖。
[0017]圖2是本發(fā)明中并網(wǎng)逆變器控制框圖。
【具體實施方式】
[0018]本發(fā)明提出的一種風(fēng)光水互補型微電網(wǎng)黑啟動控制方法結(jié)合附圖及實施例詳細(xì)說明如下。
[0019]本發(fā)明的一種風(fēng)光水互補型微電網(wǎng)黑啟動控制方法流程如圖1所示，包括以下步驟:
[0020](I)讀入微電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括微電網(wǎng)模型，微網(wǎng)開關(guān)狀態(tài)，風(fēng)速、太陽輻照強度數(shù)據(jù)、各小水電群水情數(shù)據(jù)，各負(fù)荷節(jié)點負(fù)荷預(yù)測數(shù)據(jù)；
[0021](2)將滿足黑啟動條件的分布式電源作為黑啟動電源備選機組，否則作為被啟動電源備選機組；
[0022](3)將黑啟動電源備選機組按功率大小排序(小水電機組、光伏電站取當(dāng)前穩(wěn)定出力功率，蓄能裝置取I小時內(nèi)保證穩(wěn)定出力)，依次取其中一臺機組作為黑啟動機組；微電網(wǎng)中其他分布式電源作為被啟動機組，各分布式電源按照是否是黑啟動電源、是否參加孤網(wǎng)頻率控制選擇控制策略和控制器參數(shù)，得到備選微電網(wǎng)黑啟動方案；
[0023](4)逐一對步驟(3)中得到的備選微電網(wǎng)黑啟動方案進(jìn)行仿真計算，判斷備選方案的黑啟動過程及孤網(wǎng)運行時，微電網(wǎng)的各節(jié)點電壓和微電網(wǎng)頻率是否滿足穩(wěn)定、安全限值等約束條件，滿足約束條件的，作為可行的方案，并在可行方案中選擇最優(yōu)方案(黑啟動過程中，微網(wǎng)總發(fā)電量最大)。
[0024]上述各步驟【具體實施方式】說明如下:
[0025]步驟(2)將滿足黑啟動條件的分布式電源作為黑啟動電源備選機組，否則作為被啟動電源備選機組；具體包括:
[0026](2-1)水輪機組作為黑啟動電源備選機組滿足的黑啟動條件是:廠用電系統(tǒng)工作正常；具備正常備用條件(即機組在備用狀態(tài))；機組各部軸承油位、油質(zhì)合格；調(diào)速器壓油裝置油壓、油位在正常范圍；機組出口開關(guān)直流控制電源正常；機組對應(yīng)高壓廠用變壓器以及負(fù)荷開關(guān)正常；機組及公用部分控制正常、信號直流電源正常；機組無影響啟動的缺陷；
[0027](2-2)蓄能裝置/光伏電站作為黑啟動電源備選機組滿足的黑啟動條件是:
[0028]蓄能裝置/光伏電站并網(wǎng)的逆變器具備孤島運行模式，防孤島檢測功能退出，電站整體滿足規(guī)程投運開機條件；
[0029](2-3)風(fēng)電機組作為黑啟動電源備選機組滿足的黑啟動條件是:
[0030]風(fēng)電場應(yīng)急電源(如柴油發(fā)電機組)能滿足風(fēng)機輔機系統(tǒng)供電要求；電源相序正確，三相電壓平衡；調(diào)向系統(tǒng)處于正常狀態(tài)，風(fēng)速儀和風(fēng)向標(biāo)處于正常運行的狀態(tài)；制動和控制系統(tǒng)的液壓裝置的油壓和油位在規(guī)定范圍內(nèi)；齒輪箱油位和油溫在正常范圍內(nèi)；各項保護(hù)裝置均在正確投入位置，且保護(hù)定值均與批準(zhǔn)設(shè)定的值相符；控制電源處于接通位置；控制計算機顯示處于正常運行狀態(tài)；手動啟動前葉輪上無結(jié)冰現(xiàn)象；在寒冷和潮濕地區(qū)，長期停用和新投運的風(fēng)電機組在投入運行前絕緣合格；經(jīng)維修的風(fēng)電機組在啟動前，所有為檢修而設(shè)立的各種安全措施已拆除。
[0031](2-4)黑啟動電源選取
[0032]在沒有外部電網(wǎng)支持情況下，黑啟動電源的自啟動能力是系統(tǒng)順利完成黑啟動的關(guān)鍵。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)使用水輪發(fā)電機組或大型燃?xì)廨啓C組作為黑啟動電源。通過類比，可以得出微網(wǎng)系統(tǒng)在黑啟動電源選擇上的原則(電站運行人員可根據(jù)本場站的運行規(guī)程判定):
[0033]a)具有儲能單元:(由于光伏、風(fēng)電等可再生能源的發(fā)電能力在自然條件變化時波動明顯，難以維持孤網(wǎng)頻率恒定，)微網(wǎng)系統(tǒng)黑啟動電源首選無間歇性問題的蓄能裝置，(如蓄電池儲能微源、飛輪儲能微源等，)這些微源還具有全天候啟動能力，不受天氣等外界因素影響。
[0034]b)具有調(diào)壓調(diào)頻能力:(為保證微網(wǎng)系統(tǒng)在離網(wǎng)狀態(tài)下的電壓和頻率穩(wěn)定，)黑啟動電源在具有電壓源輸出特性的同時，還具有調(diào)壓和調(diào)頻功能，能夠保證配電變壓器激磁損耗和微網(wǎng)系統(tǒng)交流母線空載損耗，并能夠承受其他非黑啟動電源啟動時的短時功率沖擊。
[0035]c)具有足夠備用容量:黑啟動電源自身發(fā)電容量足夠給區(qū)域內(nèi)其它無黑啟動能力電源提供啟動電源，恢復(fù)其它發(fā)電機，并可以給關(guān)鍵負(fù)荷供電。
[0036](2-5)非黑啟動電源啟動順序
[0037]微網(wǎng)系統(tǒng)采用串行恢復(fù)策略，即各微源在空載狀態(tài)下逐個啟動并入微網(wǎng)中，以避免兩個孤立微網(wǎng)的并網(wǎng)操作。為減小微網(wǎng)黑啟動過程中的電壓和頻率波動，非黑啟動電源的啟動順序為:微網(wǎng)系統(tǒng)空載時先啟動有調(diào)壓調(diào)頻能力的電壓源型微源，再逐步啟動無調(diào)頻調(diào)壓能力的電流源型微源。
[0038]步驟(3)中控制策略包括:
[0039](3-1)并網(wǎng)逆變器控制方式
[0040]風(fēng)電、光伏及蓄能裝置是通過并網(wǎng)逆變器并入交流同步電網(wǎng)的，逆變器控制模式可分為三類:
[0041]I)逆變器PQ控制模式，用于雙饋風(fēng)機，光伏并網(wǎng)狀態(tài)下，此時逆變器的功率輸出跟隨風(fēng)力/光照情況，以達(dá)到有功輸出最大目的；
[0042]2)逆變器V/f控制模式，此時微源作為孤網(wǎng)中的調(diào)頻/調(diào)壓電源，維持孤網(wǎng)的電壓
/頻率穩(wěn)定；
[0043]3)逆變器帶下垂特性的Pf/VQ控制模式，此時微源可具有常規(guī)電源的調(diào)節(jié)特性，有功輸出隨頻率變化，無功輸出隨電壓幅值變化，具有很好的正調(diào)節(jié)特性，非常有利于孤網(wǎng)情況下各微電源之間的功率分配，且無需通訊。
[0044](a)PQ控制，逆變器控制流程如圖2所示。
[0045]根據(jù)圖2得到控制器電流電壓關(guān)系:
[0046]
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)光水互補型微電網(wǎng)黑啟動控制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: (1)讀入微電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括微電網(wǎng)模型，微網(wǎng)開關(guān)狀態(tài)，風(fēng)速、太陽輻照強度數(shù)據(jù)、各小水電群水情數(shù)據(jù)，各負(fù)荷節(jié)點負(fù)荷預(yù)測數(shù)據(jù)； (2)將滿足黑啟動條件的分布式電源作為黑啟動電源備選機組，否則作為被啟動電源備選機組； (3)將黑啟動電源備選機組按功率大小排序，依次取其中一臺機組作為黑啟動機組；微電網(wǎng)中其他分布式電源作為被啟動機組，各分布式電源按照是否是黑啟動電源、是否參加孤網(wǎng)頻率控制選擇控制策略和控制器參數(shù)，得到備選微電網(wǎng)黑啟動方案； (4)逐一對步驟(3)中得到的備選微電網(wǎng)黑啟動方案進(jìn)行仿真計算，判斷備選方案的黑啟動過程及孤網(wǎng)運行時，微電網(wǎng)的各節(jié)點電壓和微電網(wǎng)頻率是否滿足穩(wěn)定、安全限值等約束條件，滿足約束條件的，作為可行的方案，并在可行方案中選擇最優(yōu)方案。
2.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述步驟(2)將滿足黑啟動條件的分布式電源作為黑啟動電源備選機組，否則作為被啟動電源備選機組；具體包括: (2-1)水輪機組作為黑啟動電源備選機組滿足的黑啟動條件是:廠用電系統(tǒng)工作正常；具備正常備用條件；機組各部軸承油位、油質(zhì)合格；調(diào)速器壓油裝置油壓、油位在正常范圍；機組出口開關(guān)直流控制電源正常；機組對應(yīng)高壓廠用變壓器以及負(fù)荷開關(guān)正常；機組及公用部分控制正常、信號直流電源正常；機組無影響啟動的缺陷； (2-2)蓄能裝置/光伏電 站作為黑啟動電源備選機組滿足的黑啟動條件是: 蓄能裝置/光伏電站并網(wǎng)的逆變器具備孤島運行模式，防孤島檢測功能退出，電站整體滿足規(guī)程投運開機條件； (2-3)風(fēng)電機組作為黑啟動電源備選機組滿足的黑啟動條件是: 風(fēng)電場應(yīng)急電源能滿足風(fēng)機輔機系統(tǒng)供電要求；電源相序正確，三相電壓平衡；調(diào)向系統(tǒng)處于正常狀態(tài)，風(fēng)速儀和風(fēng)向標(biāo)處于正常運行的狀態(tài)；制動和控制系統(tǒng)的液壓裝置的油壓和油位在規(guī)定范圍內(nèi)；齒輪箱油位和油溫在正常范圍內(nèi)；各項保護(hù)裝置均在正確投入位置，且保護(hù)定值均與批準(zhǔn)設(shè)定的值相符；控制電源處于接通位置；控制計算機顯示處于正常運行狀態(tài)；手動啟動前葉輪上無結(jié)冰現(xiàn)象；在寒冷和潮濕地區(qū)，長期停用和新投運的風(fēng)電機組在投入運行前絕緣合格；經(jīng)維修的風(fēng)電機組在啟動前，所有為檢修而設(shè)立的各種安全措施已拆除。 (2-4)黑啟動電源選取 a)具有儲能單元:微網(wǎng)系統(tǒng)黑啟動電源首選無間歇性問題的蓄能裝置，這些微源還具有全天候啟動能力，不受天氣等外界因素影響。 b)具有調(diào)壓調(diào)頻能力:黑啟動電源在具有電壓源輸出特性的同時，還具有調(diào)壓和調(diào)頻功能，能夠保證配電變壓器激磁損耗和微網(wǎng)系統(tǒng)交流母線空載損耗，并能夠承受其他非黑啟動電源啟動時的短時功率沖擊。 c)具有足夠備用容量:黑啟動電源自身發(fā)電容量足夠給區(qū)域內(nèi)其它無黑啟動能力電源提供啟動電源，恢復(fù)其它發(fā)電機，并可以給關(guān)鍵負(fù)荷供電。 (2-5)非黑啟動電源啟動順序 各微源在空載狀態(tài)下逐個啟動并入微網(wǎng)中，以避免兩個孤立微網(wǎng)的并網(wǎng)操作；為減小微網(wǎng)黑啟動過程中的電壓和頻率波動，非黑啟動電源的啟動順序為:微網(wǎng)系統(tǒng)空載時先啟動有調(diào)壓調(diào)頻能力的電壓源型微源，再逐步啟動無調(diào)頻調(diào)壓能力的電流源型微源。
3.如權(quán)利要求1所述步驟(3)中控制策略具體包括: (3-1)并網(wǎng)逆變器控制方式 風(fēng)電、光伏及蓄能裝置是通過并網(wǎng)逆變器并入交流同步電網(wǎng)的，逆變器控制模式為三類: 1)逆變器PQ控制模式，用于雙饋風(fēng)機，光伏并網(wǎng)狀態(tài)下，此時逆變器的功率輸出跟隨風(fēng)力/光照情況，以達(dá)到有功輸出最大目的； 2)逆變器V/f控制模式，此時微源作為孤網(wǎng)中的調(diào)頻/調(diào)壓電源，維持孤網(wǎng)的電壓/頻率穩(wěn)定； 3)逆變器帶下垂特性的Pf/VQ控制模式，此時微源可具有常規(guī)電源的調(diào)節(jié)特性，有功輸出隨頻率變化，無功輸出隨電壓幅值變化，具有很好的正調(diào)節(jié)特性，非常有利于孤網(wǎng)情況下各微電源之間的功率分配，且無需通訊。
4.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述步驟(4)微電網(wǎng)的各節(jié)點電壓和微電網(wǎng)頻率滿足電網(wǎng)頻率、電壓穩(wěn)定條件，具體包括: (4-1)電壓穩(wěn)定要求 在孤網(wǎng)運行時，投入勵磁系統(tǒng)AVR的自動電壓控制功能，使發(fā)電機的勵磁電流隨系統(tǒng)無功電流的變化而調(diào)節(jié)，從而保持發(fā)電機端電壓的相對穩(wěn)定； (4-2)微電網(wǎng)孤網(wǎng)運行頻率穩(wěn)定要求 運行在大電網(wǎng)中的非調(diào)頻機組，采用二次調(diào)頻方式，即改變功率給定值P后，通過調(diào)速器的調(diào)節(jié)特性以達(dá)到維持系統(tǒng)頻率穩(wěn)定的目的；發(fā)電機運行在孤網(wǎng)時，采用恒定頻率控制方式，即采用一次調(diào)頻方式；在孤網(wǎng)運行時對整個孤網(wǎng)的潮流、穩(wěn)定性等進(jìn)行分析計算，制定完善的孤網(wǎng)運行預(yù)案，實施統(tǒng)一調(diào)度，各個節(jié)點通力協(xié)作，實現(xiàn)孤網(wǎng)的穩(wěn)定運行；運行孤網(wǎng)內(nèi)的機組，其調(diào)速、勵磁、控制、保護(hù)系統(tǒng)均符合孤網(wǎng)運行的要求。
【文檔編號】H02J3/38GK103986186SQ201410201098
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】朱桂萍, 周云海, 夏永洪, 范瑞祥, 辛建波, 趙勇, 曾蓓 申請人:清華大學(xué), 三峽大學(xué), 國網(wǎng)江西省電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司