CN105186569B - 一种风电场参与电网黑启动时选择恢复路径的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电场参与电网黑启动时选择恢复路径的方法，步骤10）当停电时，判断是否采用风电场作为黑启动电源；步骤20）启动风电场中移动柴油发电车，建立恒定的频率和电压；步骤30）启动风电场中的部分风电机组辅机和火电厂中容量最大的一台辅机；步骤40）启动一部分双馈风机，移动柴油发电车和该部分双馈风机发电功率为所有双馈风机辅机供电；步骤50）启动另一部分双馈风机，火电厂中最大容量的辅机与风电场形成区域内功率平衡的系统；步骤60）逐步启动火电厂其余辅机，最终启动大容量火电机组，对外逐步恢复电网。该方法克服现有风电场参与电网黑启动中，黑启动电源不稳定及需要配置储能设施后造成的巨大投资。

Description

一种风电场参与电网黑启动时选择恢复路径的方法

技术领域

本发明涉及一种黑启动时选择恢复路径的方法，具体来说，涉及一种风电场参与电网黑启动时选择恢复路径的方法。

背景技术

黑启动是解决电网大规模停电的主要途径之一，通过系统中具有自启动能力机组的启动带动无自启动能力的机组，逐渐扩大系统供电范围，最终实现整个系统恢复的过程。目前，黑启动电源的首选是水电机组。随着环境问题和能源问题的加剧，新能源的开发成了国内外的研究热点。因此，在水资源匮乏，风资源丰富的地区可以考虑利用风机的自启动能力以风电场作为黑启动电源，但也同时存在黑启动电源不稳定的问题。如能在风电场参与电网黑启动时选择合适恢复路径，增大风电场作为黑启动电源的可行性并减小投资，则对于区域电网快速恢复供电具有重要意义。

目前，国内外缺乏对风电场参与电网黑启动时恢复路径的实质性研究，主要由于风电机组响应不够迅速和采用储能技术时的巨大投资，对于以风电场为黑启动电源接入电网需要考虑系统的稳定性与容量性这些问题研究不够深入。

通过在风电场作为黑启动电源进行电网黑启动时进行合适的恢复路径选择可以节省大量设备投资并加强黑启动电源的稳定性，为风电场作为电网黑启动电源提供了条件。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种风电场参与电网黑启动时选择恢复路径的方法，以克服现有风电场参与电网黑启动中，黑启动电源不稳定及需要配置储能设备后造成的巨大投资。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明实施例采用的技术方案是：

一种风电场参与电网黑启动时选择恢复路径的方法，所述的风电场包括双馈风机、双馈风机辅机和移动柴油发电车，根据所启动的火电厂容量不同，移动柴油发电车的容量为6—10MW；火电厂包括火电厂辅机和发电机；

该方法包括以下步骤：

步骤10)当电力系统发生故障停电时，判断是否采用风电场作为黑启动电源，如果是，则进入步骤20)，如果否，则采用传统的黑启动电源启动大容量火电机组，对外逐步恢复电网；

步骤20)启动风电场中移动柴油发电车，将移动柴油发电车接入至风电场内母线，建立恒定的频率和电压；

步骤30)启动风电场中的部分风电机组辅机和火电厂中容量最大的一台辅机；

步骤40)将风电场中的双馈风机分为两部分，先启动一部分双馈风机，使该部分双馈风机限功率运行，移动柴油发电车和该部分双馈风机发电功率为所有双馈风机的辅机供电；

步骤50)启动另一部分双馈风机，调整另一部分双馈风机偏航系统，使其输出功率为0，火电厂中最大容量的辅机与风电场形成区域内功率平衡的系统；

步骤60)逐步启动火电厂其余辅机，并控制风电场中的风机对火电厂输出有功功率，同时，移动柴油发电车对火电厂输出有功功率，维持火电厂功率动态平衡，最终启动大容量火电机组，对外逐步恢复电网。

作为优选例，所述的步骤10)中，判断是否采用风电场作为黑启动电源的方法为：获取N时间内的持续实测平均风速，将实测平均风速和风电场的启动风速作比较，如果实测平均风速<风电场的启动风速，则采用传统的黑启动电源启动大容量火电机组，对外逐步恢复电网；如果实测平均风速≥启动风速，则采用风电场作为黑启动电源，对外逐步恢复电网。

作为优选例，所述的N为20—40分钟。

作为优选例，所述的步骤10)中，传统的黑启动电源为水电机组或具有自启动能力的火电机组。

作为优选例，所述的步骤30)中，启动火电厂中最大容量的一台辅机的过程为：闭合风电场主变、中间输电线路及火电厂主变的断路器，向火电厂厂用母线供电，从而启动火电厂中最大容量的一台辅机。

作为优选例，所述的步骤40)和步骤50)中，启动双馈风机过程具体如下：闭合双馈风机网侧变换器的断路器，启动网侧变换器，取网侧电流与直流侧电压作为输入量，并建立稳定的直流电容电压；

闭合转子侧变换器的断路器；转子侧变换器工作，使定子输出电压跟踪电网电压；

待定子输出电压与电网电压同步后，闭合定子侧断路器，实现双馈风机的启动。

作为优选例，所述的步骤60)中，维持功率动态平衡的过程包括：

通过调整移动柴油发电车输出的无功功率，改变输电线路上的无功功率，维持无功功率平衡，起到电压调整的作用；

通过调整双馈风机输出的有功功率和移动柴油发电车输出的有功功率，改变潮流中的有功功率，维持有功功率平衡，并实现调整频率作用。

有益效果：与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：

(1)本发明实施例提供的一种以风电场作为黑启动电源时选择恢复路径的方法，能够大大减小黑启动成本。风电场参与电网黑启动时，不需要投资储能设备，且使用的移动柴油发电车容量较小，大大降低风电场参与黑启动的成本。

(2)由于储能技术及风力发电技术发展还不完全成熟，使得以储能设备加风电机组的黑启动电源稳定性不足，对电力系统波动响应较慢，抗干扰能力较弱。本发明实施例中，由于移动柴油发电车响应快、抗干扰能力强的特点，步骤30)通过选择利用移动柴油发电车先启动火电厂容量最大的辅机以抵御其启动造成的冲击，再启动风机为其余辅机供电的恢复路径，进一步提升了以风电场为黑启动电源的黑启动的成功率。

附图说明

图1为本发明实施例的流程框图。

图2为本发明实施例中风电场和火电厂结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，本实施例中，风电场包括双馈风机、双馈风机辅机和移动柴油发电车。根据所启动的火电厂容量不同，移动柴油发电车的容量为6—10MW。火电厂包括火电厂辅机和发电机。火电厂辅机包括引风机、给水泵、磨煤机等。本发明实施例的一种风电场参与电网黑启动时选择恢复路径的方法，包括以下步骤：

步骤10)当电力系统发生故障停电时，判断是否采用风电场作为黑启动电源，如果是，则进入步骤20)，如果否，则采用传统的黑启动电源启动大容量火电机组，对外逐步恢复电网。

在步骤10)中，判断是否采用风电场作为黑启动电源的方法为：获取N时间内的持续实测平均风速，将实测平均风速和风电场的启动风速作比较，如果实测平均风速<风电场的启动风速，则采用传统的黑启动电源启动大容量火电机组，对外逐步恢复电网；如果实测平均风速≥风电场的启动风速，则采用风电场作为黑启动电源，对外逐步恢复电网。传统的黑启动电源为水电机组或具有自启动能力的火电机组。传统的黑启动电源采用逐步按批次恢复火电厂辅机供电方式，启动大容量火电机组。作为优选方案，所述的N为20—40分钟。

步骤20)启动风电场中移动柴油发电车，将移动柴油发电车接入至风电场内母线，建立恒定的频率和电压。也就是说，将移动柴油发电车接入风电场母线中，通过恒电压恒频率(V/f)控制，使移动柴油发电车为风电场建立恒定的电压和频率。

步骤30)启动风电场中的部分风电机组辅机和火电厂中容量最大的一台辅机。

在步骤30)中，启动火电厂中最大容量的一台辅机的过程为：闭合风电场主变、中间输电线路及火电厂主变的断路器，向火电厂厂用母线供电，从而启动火电厂中最大容量的一台辅机。

步骤40)将风电场中的双馈风机分为两部分，先启动一部分双馈风机，使该部分双馈风机限功率运行，移动柴油发电车和该部分双馈风机发电功率为所有双馈风机的辅机供电。

在步骤40)中，限功率运行为通过改变双馈风机的控制策略，使其输出功率在额定功率的10％，发电功率为其余双馈风机的辅机供电，出现的功率缺额由移动柴油发电车平衡。

步骤50)启动另一部分双馈风机，调整另一部分双馈风机偏航系统，使其输出功率为0，火电厂中最大容量的辅机与风电场形成区域内功率平衡的系统。

在步骤40)和步骤50)中，启动双馈风机过程具体如下：

闭合双馈风机网侧变换器的断路器，启动网侧(即电网一侧)变换器，取网侧电流与直流侧电压作为输入量，并建立稳定的直流电容电压；闭合转子侧变换器的断路器，转子侧变换器工作，使定子输出电压跟踪电网电压；待定子输出电压与电网电压同步后，闭合定子侧断路器，实现双馈风机的启动。

步骤60)逐步启动火电厂其余辅机，并控制风电场中的风机对火电厂输出有功功率，同时，移动柴油发电车对火电厂输出有功功率，维持火电厂功率动态平衡，最终启动大容量火电机组，对外逐步恢复电网。

在步骤60)中，维持功率动态平衡的过程包括：将移动柴油发电车接入风电场母线中，通过恒电压恒频率(V/f)控制，使移动柴油发电车为风电场建立恒定的电压和频率。通过调整移动柴油发电车输出的无功功率，改变输电线路上的无功功率，维持无功功率平衡，起到电压调整的作用。通过调整双馈风机输出的有功功率和移动柴油发电车输出的有功功率，改变潮流中的有功功率，维持有功功率平衡，并实现调整频率作用。

上述实施例的风电场参与电网黑启动时的恢复路径方法，以恢复火电厂辅机系统为目标，考虑了风电场在黑启动过程中功率动态平衡问题，通过在黑启动初期由风电场侧小容量移动柴油发电车先向对侧火电厂容量最大的辅机供电，并启动部分风机为其余风机辅机供电，再通过有序地启动其余风机以启动火电厂其余辅机，确保风电场作为黑启动电源的可行性。与传统的黑启动恢复路径相比，该恢复路径利用移动柴油发电车抵御火电厂大容量辅机启动造成的冲击，并且降低对移动柴油发电车容量的要求。因此，研究风电场参与电网黑启动时恢复路径的选择既可以避免增加储能设备造成的巨大经济投入，又可以提升以风电场作为黑启动电源的稳定性。

下面例举一实施例。

图1中的电网黑启动系统，包括：并联的风电机组支路、移动柴油发电车以及火电厂辅机，风电机组通过风机箱变连接到风电场35kV母线上，移动柴油发电车并联设置在35kV母线上，该系统通过输电线路与火电厂相接。

通过在黑启动初期由风电场侧小容量移动柴油发电车先向对侧火电厂部分辅机供电，并启动部分双馈风机为其余双馈风机辅机供电，再通过有序地启动其余双馈风机，以启动火电厂其余辅机。

经过测算，双馈风机辅机(控制、变桨、偏航等系统)容量在极端情况下为150kW，后备工作时间取2小时，则双馈风机外部电源容量为300kW。以100MW火电机组为例，其最大容量辅机占到4％，考虑适当余量及风机励磁系统的用电，移动柴油发电车容量最小可至6MW。以此容量的移动柴油发电车能成功为火电厂容量最大的辅机和2-3台双馈风机辅机供电。

在满足风力达到启动风速及上述条件下，双馈风机自启动。

本实施例方法针对风电场启动过程中功率动态平衡问题以及电能质量问题，采用电力设备进行调整的方法，无功功率平衡及电压调整主要依靠移动柴油发电车，有功功率平衡及频率调整主要依靠风电机组及移动柴油发电车，其工作方式如下：

(1)无功功率平衡及电压调整

在黑启动初期，通过对移动柴油发电车采用V/f控制(恒电压恒频率控制)，为系统建立恒定的电压，移动柴油发电车输出一定无功功率平衡线路上的充电功率。在启动火电厂辅机的过程中，移动柴油发电车发出大量无功功率，通过改变输电线路中的无功功率以补偿辅机启动造成的电压降，提升末端电压。其原理公式如下：

其中，U₁为输电线路的始端电压，U₂为输电线路的末端电压，R为输电电路上的电阻，X为输电电路上的电抗，P₁为输电线路的始端有功功率，Q₁为输电线路的始端无功功率，Q_g为移动柴油发电车增发的无功功率。

(2)有功功率平衡及频率调整

黑启动初期，由移动柴油发电车为系统提供电压和频率支持，相当于平衡节点。黑启动过程中频率的调整主要依赖对系统中有功功率的调整。风电机组启动时，双馈风机辅机和励磁所需的功率由移动柴油发电车提供。部分风机启动限功率运行时，通过改变双馈风机的控制策略，使其输出功率在额定功率的10％，发电功率为其余双馈风机的辅机供电，出现的功率缺额由移动柴油发电车平衡。当对侧火电厂逐步启动其余火电厂辅机时，调整风机控制策略，开始对外输出有功功率，由于风机输出响应较慢出现功率缺额，由移动柴油发电车辅助以促进有功功率动态平衡。

该实施例的风电场参与电网黑启动时的恢复路径方法，通过在黑启动初期由风电场侧小容量移动柴油发电车先向对侧火电厂容量最大的辅机供电，并启动部分双馈风机为其余双馈风机辅机供电，再通过有序地启动其余双馈风机以启动火电厂其余辅机，确保风电场作为黑启动电源的可行性与稳定性。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种风电场参与电网黑启动时选择恢复路径的方法，其特征在于，所述的风电场包括双馈风机、双馈风机辅机和移动柴油发电车，根据所启动的火电厂容量不同，移动柴油发电车的容量为6—10MW；火电厂包括火电厂辅机和发电机；

该方法包括以下步骤：

步骤10)当电力系统发生故障停电时，判断是否采用风电场作为黑启动电源，如果是，则进入步骤20)，如果否，则采用传统的黑启动电源启动大容量火电机组，对外逐步恢复电网；

步骤20)启动风电场中移动柴油发电车，将移动柴油发电车接入至风电场内母线，建立恒定的频率和电压；

步骤30)启动风电场中的部分双馈风机辅机和火电厂中容量最大的一台辅机；

步骤40)将风电场中的双馈风机分为两部分，先启动一部分双馈风机，使该部分双馈风机限功率运行，移动柴油发电车和该部分双馈风机发电功率为所有双馈风机的辅机供电；

步骤50)启动另一部分双馈风机，调整另一部分双馈风机偏航系统，使其输出功率为0，火电厂中最大容量的辅机与风电场形成区域内功率平衡的系统；

步骤60)逐步启动火电厂其余辅机，并控制风电场中的双馈风机对火电厂输出有功功率，同时，移动柴油发电车对火电厂输出有功功率，维持火电厂功率动态平衡，最终启动大容量火电机组，对外逐步恢复电网。

2.根据权利要求1所述的风电场参与电网黑启动时选择恢复路径的方法，其特征在于，所述的步骤10)中，判断是否采用风电场作为黑启动电源的方法为：获取N时间内的持续实测平均风速，将实测平均风速和风电场的启动风速作比较，如果实测平均风速<风电场的启动风速，则采用传统的黑启动电源启动大容量火电机组，对外逐步恢复电网；如果实测平均风速≥启动风速，则采用风电场作为黑启动电源，对外逐步恢复电网。

3.根据权利要求2所述的风电场参与电网黑启动时选择恢复路径的方法，其特征在于，所述的N为20—40分钟。

4.根据权利要求1所述的风电场参与电网黑启动时选择恢复路径的方法，其特征在于，

所述的步骤10)中，传统的黑启动电源为水电机组或具有自启动能力的火电机组。

5.根据权利要求1所述的风电场参与电网黑启动时选择恢复路径的方法，其特征在于，所述的步骤30)中，启动火电厂中最大容量的一台辅机的过程为：闭合风电场主变、中间输电线路及火电厂主变的断路器，向火电厂厂用母线供电，从而启动火电厂中最大容量的一台辅机。

6.根据权利要求1所述的风电场参与电网黑启动时选择恢复路径的方法，其特征在于，所述的步骤40)和步骤50)中，启动双馈风机过程具体如下：

闭合双馈风机网侧变换器的断路器，启动网侧变换器，取网侧电流与直流侧电压作为输入量，并建立稳定的直流电容电压；

闭合转子侧变换器的断路器；转子侧变换器工作，使定子输出电压跟踪电网电压；

待定子输出电压与电网电压同步后，闭合定子侧断路器，实现双馈风机的启动。

7.根据权利要求1所述的风电场参与电网黑启动时选择恢复路径的方法，其特征在于，所述的步骤60)中，维持功率动态平衡的过程包括：

通过调整移动柴油发电车输出的无功功率，改变输电线路上的无功功率，维持无功功率平衡，起到电压调整的作用；

通过调整双馈风机输出的有功功率和移动柴油发电车输出的有功功率，改变潮流中的有功功率，维持有功功率平衡，并实现调整频率作用。