CN106451562A - 一种风光储电站的黑启动系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风光储电站的黑启动系统及方法，包括储能电站、可控负荷、相应的升压线路、交流输电线路和供需平衡管理系统，储能电站由储能电池和储能变流器构成，通过升压线路接入交流输电线路，储能电站由一台或多台储能变流器并联组成，在作为系统的黑启动电源时，负责建立输电线路的交流电压与频率；升压线路包括升压变压器与线路电感，负责将储能变流器输出的低压交流电升至满足输电线路要求的电压等级；可控负荷作为系统中功率平衡的控制单元，能量可以双向流动，是功率可调度的储能系统；供需能量管理系统是整个风光储在黑启动过程的协调控制中枢，负责实时监测输电线路、源、荷、储、网的状态。

Description

一种风光储电站的黑启动系统及方法

技术领域

本发明涉及电力系统领域，具体地说是一种风光储电站的黑启动系统及方法。

背景技术

电力系统黑启动是指当电力系统因故障全部停运后，通过系统中具有启动能力机组的启动，或通过外来电源供给，带动系统内其他机组逐步恢复系统运行的过程。电网的黑启动能力，对提高电力系统运行的安全可靠性，降低电力系统事故所带来的经济损失和社会影响，具有重要意义。传统的黑启动主要依靠水电机组或抽水蓄能机组。但随着可再生能源的大规模应用，光伏、风电、储能在电力系统中的比重越来越大，基于风光储电站的黑启动方法将成为未来电力系统黑起动的重要风向，但目前在这方面的应用较少。

由于电力系统黑启动过程中,系统变化复杂,涉及的设备、元件、操作众多,分析起来非常困难。常规以旋转器件为接口的电源进行黑启动主要面临启动机组的自励磁、空载线路的过电压、系统恢复中的电压和频率、电动机启动电流、初步恢复后的小系统的暂稳分析等问题。风光储电站是以电力电子变流器为核心的变频电源，其主导的黑启动过程，除了常规电源黑启动的问题外，还有其特殊性。在功率平衡、冲击电流、电能质量的影响方面较常规电源更大。

发明内容

本发明的目的是针对以电力电子器件为接口的电源在黑启动时出现的问题，提供一种风光储电站的黑启动系统及方法，可以有效克服线路启动时冲击电流、功率平衡、电能质量等问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种风光储电站的黑启动系统，包括储能电站、可控负荷、相应的升压线路、交流输电线路和供需平衡管理系统，所述储能电站由储能电池和储能变流器构成，通过升压线路接入交流输电线路，所述储能电站由一台或多台储能变流器并联组成，在作为系统的黑启动电源时，负责建立输电线路的交流电压与频率；所述升压线路包括升压变压器与线路电感，负责将储能变流器输出的低压交流电升至满足输电线路要求的电压等级；所述可控负荷作为系统中功率平衡的控制单元，能量可以双向流动，是功率可调度的储能系统；所述供需能量管理系统是整个风光储在黑启动过程的协调控制中枢，负责实时监测输电线路、源、荷、储、网的状态，并根据能量平衡控制策略实现源、荷、储的相应出力，以保证整个系统黑启动稳定、可靠运行。

进一步的，所述升压线路包括升压变压器，线路线缆、断路器或接触器电气设施。

进一步的，所述黑启动系统还包括光伏电站, 所述光伏电站由光伏组件和光伏并网逆变器构成，通过升压线路接入交流输电线路。

进一步的，所述黑启动系统还包括风力电站，所述风力电站由风力机组和风电变流器构成，通过升压线路接入交流输电线路。

进一步的，所述黑启动系统还包括其他负荷，所述其他负荷是系统中黑启动时所要带起来的负荷，通过升压线路接入高压输电线路，能够通过能量管理系统根据供需平衡逐步投入相应的负荷。

本发明通过下述另一技术方案实现：

一种风光储电站的黑启动方法，包括步骤：

步骤111，判断当电网是否发生停电事故且无相邻电网可以供电时；

步骤112，当电网是发生停电事故且无相邻电网可以供电，准备启动黑启动系统；

步骤113，选择储能电站作为黑启动源，黑启动源会在空载状态下零压启动，建立系统交流母线电压；

步骤114，投切可控负荷避免系统启动导致母线电压失稳；

步骤115，根据对系统发电量及接纳能力的评估，可有步骤地恢复负荷单元，同时保证系统功率的实时平衡，至此黑启动进程完成。

进一步的，所述步骤115，在有步骤地恢复负荷单元前，为保证对更多负荷的稳定供电，将光伏电站和风力电站并入黑启动供电系统。

进一步的，所述步骤115，调节可控负荷，确保作为黑启动源的储能变流器功率调节裕度；实时预测源、荷、储的供需情况，最大限度的利用风力、光伏可再生能源，保证系统内关键负荷供电。

进一步的，还包括步骤122，当电网没有发生停电事故，电网正常运行时，供需平衡管理系统执行并网优化控制程序，确保风力、光伏可再生能源的最大出力，同时兼顾用户供电经济型最优的原则，实现对储能电站的功率调度。

进一步的，还包括步骤123，根据源、荷、需求特性及储能电池SOC状态，灵活调节可控负荷的充放电功率，通过供需平衡管理系统，保证了系统并网运行时的经济性与离网运行时的稳定性。

本发明的有益效果是：

1）本发明通过设置供需能量管理系统是整个风光储在黑启动过程的协调控制中枢，负责实时监测输电线路、源、荷、储、网的状态，并根据能量平衡控制策略实现源、荷、储的相应出力，以保证整个系统黑启动稳定、可靠运行；

2）储能电站作为黑启动源，至少包含一台按照VF源运行的储能变流器，当包含多台储能变流器时，多台之间对外特性是一个VF源运行，并可通过外接串联并连阻抗实现多台之间的有功功率和无功功率更好的下垂均分；

3）当确定用储能电站作为黑启动源时，相应准备工作需要事先将系统中的所有升压变器及输电线路接入，然后储能电站带动所有升压线路零压空载启动，以减少线路变压器负荷启动时的电流冲击；

4）在储能电站空载建立好输电线路母线电压后，先通过调节可控负荷以确保线路电压稳定及黑启动源的功率调节裕度；

5）黑启动完成后，需要通过供需平衡管理系统实现系统中源、荷、储的能量平衡。

附图说明

图1为本发明一种风光储电站的黑启动系统的原理示意图；

图2为本发明一种风光储电站的黑启动方法的启动流程图；

图3为本发明供需平衡管理系统的协调控制流程图；

图4为本发明储能电站黑启动源多机并联系统示意图。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明的实质内容，但本发明的内容并不限于此。

实施例1

如图1所示，本发明一种风光储电站的黑启动系统，包括储能电站、可控负荷、相应的升压线路、交流输电线路和供需平衡管理系统，所述储能电站由储能电池和储能变流器构成，通过升压线路接入交流输电线路，如图4所示，所述储能电站由一台或多台储能变流器并联组成，在作为系统的黑启动电源时，负责建立输电线路的交流电压与频率；所述升压线路包括升压变压器与线路电感，负责将储能变流器输出的低压交流电升至满足输电线路要求的电压等级；所述可控负荷作为系统中功率平衡的控制单元，能量可以双向流动，是功率可调度的储能系统；所述供需能量管理系统是整个风光储在黑启动过程的协调控制中枢，负责实时监测输电线路、源、荷、储、网的状态，并根据能量平衡控制策略实现源、荷、储的相应出力，以保证整个系统黑启动稳定、可靠运行。

升压线路包括升压变压器，线路线缆、断路器或接触器电气设施。黑启动系统还包括光伏电站, 所述光伏电站由光伏组件和光伏并网逆变器构成，通过升压线路接入交流输电线路。黑启动系统还包括风力电站，所述风力电站由风力机组和风电变流器构成，通过升压线路接入交流输电线路。黑启动系统还包括其他负荷，其他负荷是系统中黑启动时所要带起来的负荷，通过升压线路接入高压输电线路，能够通过能量管理系统根据供需平衡逐步投入相应的负荷。

其中，储能电站作为黑启动源，负责建立交流输电线路的交流电压与频率；光伏电站、风力电站作为可调度的电源接入系统，其有功、无功功率接受平衡管理系统的调度；可控负荷作为系统中功率平衡的控制单元，一般是功率可以调度的储能系统（冷、热、电能均可），能量可以实现双向流动；升压线路负责将各部分输出的低压电升至满足交流输电线路要求的电压等级；供需平衡系统作为整个风光储黑启动系统的协调控制中枢，负责系统的能量管理、黑启动控制、负荷预测等，在保证关键负荷供电上起着至关重要的作用。

实施例2

如图2所示，本发明一种风光储电站的黑启动方法，当电网发生停电事故且无相邻电网可以供电时，系统开启黑启动方案。为避免黑启动初期因负荷过大引起的电流冲击，系统会先进行黑启动前的准备工作。准备工作完成后，选择储能电站作为黑启动源，为避免因升压线路中的升压变压器预充磁对系统的扰动，黑启动源会在空载状态下零压启动，建立系统交流母线电压。由于黑启动初期系统薄弱，任何一个扰动都可能导致系统电压再次失稳，因此投切可控负荷（有调压调频能力）不失为确保母线电压稳定的有效方法。同时，为了增加系统的发电能力，还可启动光伏、风电等可再生能源发电系统（无调频调压能力），保证对更多负荷的稳定供电。根据对系统发电量及接纳能力的评估，可有步骤地恢复负荷单元，同时保证系统功率的实时平衡，至此黑启动进程完成。

实施例3

如图3所示，本发明一种风光储电站的黑启动方法，在实施例2的基础上，当电网正常运行时，供需平衡管理系统执行并网优化控制程序，确保风力、光伏等可再生能源的最大出力，同时兼顾用户供电经济型最优的原则，实现对储能电站的功率调度。当电网发生停电或出现其他意外故障时，系统切换至黑启动运行模式。对不同的发电系统，系统会执行不同的控制策略。调节可控负荷，确保作为黑启动源的储能变流器功率调节裕度；实时预测源、荷、储的供需情况，最大限度的利用风力、光伏等可再生能源，保证系统内关键负荷供电，使系统不会“全黑”；根据源、荷、需求特性及储能电池SOC状态，灵活调节可控负荷的充放电功率。供需平衡管理系统，保证了系统并网运行时的经济性与离网运行时的稳定性。整个过程实现了完全自动化，无需额外的人工操作。

实施例4

如图4所示，本发明一种风光储电站的黑启动方法，在实施例2或3的基础上，作为黑启动源的储能电站，应至少包含一台按照VF控制策略运行的储能变流器。为了增大黑启动源的容量，保证系统内负荷的可靠性供电，可采用多台储能变流器并联。多台变流器之间对外特性仍是VF源，通过串联并联阻抗的方式，可实现多台变流器之间有功、无功功率的下垂均分，同时保证了变流器动态响应的一致性。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风光储电站的黑启动系统，包括储能电站、可控负荷、相应的升压线路、交流输电线路和供需平衡管理系统，其特征在于：

--所述储能电站由储能电池和储能变流器构成，通过升压线路接入交流输电线路，所述储能电站由一台或多台储能变流器并联组成，在作为系统的黑启动电源时，负责建立输电线路的交流电压与频率；

--所述升压线路包括升压变压器与线路电感，负责将储能变流器输出的低压交流电升至满足输电线路要求的电压等级；

--所述可控负荷作为系统中功率平衡的控制单元，能量可以双向流动，是功率可调度的储能系统；

--所述供需能量管理系统是整个风光储在黑启动过程的协调控制中枢，负责实时监测输电线路、源、荷、储、网的状态，并根据能量平衡控制策略实现源、荷、储的相应出力，以保证整个系统黑启动稳定、可靠运行。

2.根据权利要求1所述的一种风光储电站的黑启动系统，其特征在于：所述升压线路包括升压变压器，线路线缆、断路器或接触器电气设施。

3.根据权利要求1所述的一种风光储电站的黑启动系统，其特征在于：所述黑启动系统还包括光伏电站, 所述光伏电站由光伏组件和光伏并网逆变器构成，通过升压线路接入交流输电线路。

4.根据权利要求1所述的一种风光储电站的黑启动系统，其特征在于：所述黑启动系统还包括风力电站，所述风力电站由风力机组和风电变流器构成，通过升压线路接入交流输电线路。

5.根据权利要求1所述的一种风光储电站的黑启动系统，其特征在于：所述黑启动系统还包括其他负荷，所述其他负荷是系统中黑启动时所要带起来的负荷，通过升压线路接入高压输电线路，能够通过能量管理系统根据供需平衡逐步投入相应的负荷。

6.如权利要求1-5任一项所述的一种风光储电站的黑启动方法，其特征在于，包括步骤：

步骤111，判断当电网是否发生停电事故且无相邻电网可以供电时；

步骤112，当电网是发生停电事故且无相邻电网可以供电，准备启动黑启动系统；

步骤113，选择储能电站作为黑启动源，黑启动源会在空载状态下零压启动，建立系统交流母线电压；

步骤114，投切可控负荷避免系统启动导致母线电压失稳；

步骤115，根据对系统发电量及接纳能力的评估，可有步骤地恢复负荷单元，同时保证系统功率的实时平衡，至此黑启动进程完成。

7.根据权利要求6所述的一种风光储电站的黑启动方法，其特征在于：所述步骤115，在有步骤地恢复负荷单元前，为保证对更多负荷的稳定供电，将光伏电站和风力电站并入黑启动供电系统。

8.根据权利要求6所述的一种风光储电站的黑启动方法，其特征在于：所述步骤115，调节可控负荷，确保作为黑启动源的储能变流器功率调节裕度；实时预测源、荷、储的供需情况，最大限度的利用风力、光伏可再生能源，保证系统内关键负荷供电。

9.根据权利要求6所述的一种风光储电站的黑启动方法，其特征在于：还包括步骤122，当电网没有发生停电事故，电网正常运行时，供需平衡管理系统执行并网优化控制程序，确保风力、光伏可再生能源的最大出力，同时兼顾用户供电经济型最优的原则，实现对储能电站的功率调度。

10.根据权利要求9所述的一种风光储电站的黑启动方法，其特征在于：还包括步骤123，根据源、荷、需求特性及储能电池SOC状态，灵活调节可控负荷的充放电功率，通过供需平衡管理系统，保证了系统并网运行时的经济性与离网运行时的稳定性。