CN112952826A - 一种分布式风储电站及其黑启动方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种分布式风储电站及其黑启动方法，以实现分布式风储电站的黑启动。该分布式风储电站包括n个风储子系统和m个风电子系统，n≥2，m≥0，这n+m个子系统通过独立的变压器接入公共交流母线。该方法包括：当分布式风储电站因电网故障而停运时，断开公共交流母线与电网的电气连接以及断开n+m个子系统与公共交流母线的电气连接；控制k1个风储子系统自启动，然后对齐所述k1个风储子系统的相位角，n≥k1≥2；接通所述k1个风储子系统与公共交流母线的电气连接；接通其余n+m‑k1个子系统与公共交流母线的电气连接，然后控制所述n+m‑k1个子系统启动进入PQ模式。

Description

一种分布式风储电站及其黑启动方法

技术领域

本发明涉及黑启动技术领域，更具体地说，涉及一种分布式风储电站及其黑启动方法。

背景技术

微电网的黑启动，是指在微电网因大电网故障而停运后，不依靠大电网或其他微电网的帮助，仅通过启动微电网内具有自启动能力的发电机组，带动微电网内无自启动能力的发电机组，逐步扩大系统的恢复范围，最终实现整个微电网的重新启动。

分布式风储电站是分布式风力发电与储能混合部署的新型微电网，但目前还没有针对分布式风储电站的黑启动方案。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种分布式风储电站及其黑启动方法，以实现分布式风储电站的黑启动。

一种分布式风储电站的黑启动方法，所述分布式风储电站包括n+m个子系统，分别是n个风储子系统和m个风电子系统，n≥2，m≥0，所述n+m个子系统通过独立的变压器接入分布式风储电站的公共交流母线；所述黑启动方法包括：

当分布式风储电站因电网故障而停运时，断开所述公共交流母线与电网的电气连接以及断开所述n+m个子系统与所述公共交流母线的电气连接；

控制k1个风储子系统自启动，然后对齐所述k1个风储子系统的相位角，n≥k1≥2；其中，风储子系统自启动，是指风储子系统在本地电源供电下，启动进入VF模式为本地辅助电路供电，进而由本地辅助电路控制本风储子系统的功率主电路恢复启动运行；

接通所述k1个风储子系统与所述公共交流母线的电气连接；

接通其余n+m-k1个子系统与所述公共交流母线的电气连接，然后控制所述n+m-k1个子系统启动进入PQ模式。

可选的，所述接通所述k1个风储子系统与所述公共交流母线的电气连接后，还包括：保留所述k1个风储子系统中的k2个继续运行在VF模式，其余k1-k2个切换到PQ模式，n≥k1＞k2≥2。

可选的，所述保留所述k1个风储子系统中的k2个继续运行在VF模式，包括：将所述k1个风储子系统按可持续放电时间从长到短的顺序排序，然后保留前k2个风储子系统继续运行在VF模式。

可选的，所述其余k1-k2个切换到PQ模式，包括：

其余k1-k2个风储子系统按照可持续放电时间由长到短的顺序分批切换到PQ模式。

可选的，所述控制所述n+m-k1个子系统启动进入PQ模式，包括：

控制所述n+m-k1个子系统按照风机装机功率由小到大的顺序分批启动进入PQ模式。

可选的，所述控制k1个风储子系统自启动前，还包括：

若所述k1个风储子系统中任意一个风储子系统的储能电量低于预设值，则先控制本风储子系统中的风电变流器为储能充电，直至充到储能电量不低于所述预设值时再控制本风储子系统自启动。

可选的，所述对齐所述k1个风储子系统的相位角，包括：以所述k1个风储子系统中可持续放电时间最长的一个风储子系统为参考，对齐所述k1个风储子系统的相位角。

可选的，在整个黑启动过程中，当任意一个运行在VF模式下的风储子系统出现异常时，另选一个风储子系统接替其工作。

可选的，所述控制所述n+m-k1个子系统启动进入PQ模式后，还包括：当分布式风储电站内的风力发电功率大于等于分布式风储电站的自用电功率时，优先为分布式风储电站的站用电供电，多余风力发电功率为储能充电；当分布式风储电站内的风力发电功率小于分布式风储电站的自用电功率时，调整PQ模式下储能变流器开始放电，以保证分布式风储电站的站用电供电。

一种分布式风储电站，包括n+m个子系统，分别是n个风储子系统和m个风电子系统，n≥2，m≥0，所述n+m个子系统通过独立的变压器接入分布式风储电站的公共交流母线；

所述分布式风储电站中的主控单元，用于在当分布式风储电站因电网故障而停运时，断开所述公共交流母线与电网的电气连接以及断开所述n+m个子系统与所述公共交流母线的电气连接；控制k1个风储子系统自启动，然后对齐所述k1个风储子系统的相位角，n≥k1≥2；其中，风储子系统自启动，是指风储子系统在本地电源供电下，启动进入VF模式为本地辅助电路供电，进而由本地辅助电路控制本风储子系统的功率主电路恢复启动运行；接通所述k1个风储子系统与所述公共交流母线的电气连接，然后接通其余n+m-k1个子系统与所述公共交流母线的电气连接，然后控制所述n+m-k1个子系统启动进入PQ模式。

可选的，所述主控单元在接通所述k1个风储子系统与所述公共交流母线的电气连接后，还用于保留所述k1个风储子系统中的k2个继续运行在VF模式，其余k1-k2个切换到PQ模式，n≥k1＞k2≥2。

从上述的技术方案可以看出，本发明在分布式风储电站因电网故障而停运后，通过启动分布式风储电站内多个具有自启动能力的风储子系统，带动分布式风储电站内其他子系统，逐步扩大系统的恢复范围，最终实现了整个分布式风储电站的重新启动，解决了现有技术存在的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种分布式风储电站结构示意图；

图2为本发明实施例公开的一种风储子系统结构示意图；

图3为本发明实施例公开的一种分布式风储电站的黑启动方法流程图；

图4为本发明实施例公开的又一种分布式风储电站的黑启动方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种分布式风储电站的黑启动方法。所述分布式风储电站的整体架构如图1所示，包括n+m个子系统，分别是n个风储子系统和m个风电子系统，n≥2，m≥0；所述风储子系统是指风力发电与储能混合的子系统，所述风电子系统是指纯风力发电的子系统，所述n+m个子系统分别通过独立的变压器接入分布式风储电站的公共交流母线L1，再通过一个总变压器集中送电到大电网。

可选的，所述风储子系统的功率主电路结构例如图2所示，包括风力机、风电变流器、储能装置、储能变换器，风力机将风的动能转换为机械能，再由风电变流器转化为电能，储能变换器对储能装置进行充放电，风电变流器与储能变换器交流侧耦合后经过同一变压器接到分布式风储电站的公共交流母线L1上。

如图3所示，所述分布式风储电站的黑启动方法，包括：

步骤S01：当分布式风储电站因电网故障而停运时，断开公共交流母线L1与大电网(简称电网)的电气连接以及断开所述n+m个子系统与公共交流母线L1的电气连接。之后进入步骤S02。

具体的，微电网因电网故障而停运是微电网进入黑启动的契机。微电网的黑启动，是以微电网内具有自启动能力的发电机组作为电源点，带动微电网内无自启动能力的发电机组，逐步扩大系统的恢复范围，最终实现整个微电网的重新启动。

在微电网黑启动过程中，微电网一定是脱离大电网运行在孤岛模式下的，因此黑启动的电源点必须要能够为微电网提供稳定的参考电压和频率。对于分布式风储电站类型的微电网来说，其包含风储子系统也可能还包含风电子系统，但风电子系统发电具有间歇性和不稳定性，不适合作为黑启动的电源点，而风储子系统能保持稳定可靠供电，适合作为黑启动的电源点；另外考虑到在分布式风储电站中单个风储子系统能量较小，不足以支撑整个黑启动过程，因此本发明实施例选取k1(n≥k1≥2，并且k1的最小值根据支撑整个黑启动过程所需最少能量确定)个风储子系统共同组成黑启动的电源点。而且为使组成黑启动的电源点的各个风储子系统能顺利实现自启动、不受外界干扰，在其自启动前需要先断开所述n+m个子系统与公共交流母线L1之间的电气连接。

步骤S02：控制所述k1个风储子系统自启动，然后对齐所述k1个风储子系统的相位角。之后进入步骤S03。

具体的，风储子系统自启动，是指在分布式风储电站因电网故障而停运后，本风储子系统利用本地配置的UPS(Uninterruptible Power Supply，不间断电源)或EPS(Emergency Power Supply，应急电源)等本地电源作为能量来源，启动进入VF模式为本地辅助电路供电，进而由本地辅助电路控制本风储子系统的功率主电路恢复启动运行。

共同组成黑启动的电源点的这k1个风储子系统独立进行自启动后，这k1个风储子系统在VF模式下的相位角可能不一致，需要以其中一个风储子系统的相位角作为参考，调整其余k1-1个风储子系统的相位角，最终使得这k1个风储子系统的相位角达到一致。这k1个风储子系统的相位角达到一致后同时并入公共交流母线L1，建立稳定的参考电压和频率(不同相位角的风储子系统同时并入公共交流母线L1无法建立稳定的参考电压和频率)。

可选的，所述步骤S02中，对齐k1个风储子系统的相位角，优选以所述k1个风储子系统中可持续放电时间最长的一个风储子系统为参考，对齐所述k1个风储子系统的相位角，从而保证黑启动的稳定性。其中，一个风储子系统的可持续放电时间的长短与s/p成正比，s为该风储子系统的可用容量，p为该风储子系统所配的储能变流器的可用功率。

步骤S03：接通其余n+m-k1个子系统与所述公共交流母线L1的电气连接，然后控制所述n+m-k1个子系统启动进入PQ模式。

具体的，黑启动的电源点建立后，带动其余n+m-k1个子系统启动，最终实现了整个微电网的重新启动。整个微电网重新启动后，按实际需求分配功率即可，例如：优先为分布式风储电站的站用电供电，多余风能为储能充电。

可选的，所述步骤S03中，推荐控制其余n+m-k1个子系统分批启动进入PQ模式，从而避免了大批量的风储子系统集中在同一时刻接入分布式风储电站而造成分布式风储电站产生大幅波动。所述分批启动，例如为按照风机装机功率由小到大的顺序分批启动，从而保证黑启动的稳定性。

由以上描述可知，本发明实施例在分布式风储电站因电网故障而停运后，通过启动分布式风储电站内多个具有自启动能力的风储子系统，带动分布式风储电站内其他子系统，逐步扩大系统的恢复范围，最终实现了整个分布式风储电站的重新启动，解决了现有技术存在的问题。

可选的，本发明实施例还公开了又一种分布式风储电站的黑启动方法，如图4所示，包括：

步骤S11：当分布式风储电站因电网故障而停运时，断开公共交流母线L1与电网的电气连接以及断开所述n+m个子系统与公共交流母线L1的电气连接。之后进入步骤S12。

步骤S12：控制k1个风储子系统自启动，然后对齐所述k1个风储子系统的相位角。之后进入步骤S13。

步骤S13：保留所述k1个风储子系统中的k2(n≥k1＞k2≥2，并且k2的最小值根据支撑整个黑启动过程所需最少能量确定，k1的最小值相较于上一实施例要调大)个风储子系统继续运行在VF模式，其余k1-k2个风储子系统切换到PQ模式，从而既为分布式风储电站建立了稳定的参考电压和频率，又能够能快速跟踪负荷变化以免产生大幅波动。之后进入步骤S14。

可选的，所述保留所述k1个风储子系统中的k2个风储子系统继续运行在VF模式，包括：将所述k1个风储子系统按可持续放电时间从长到短的顺序排序，然后保留前k2个风储子系统继续运行在VF模式，从而保证黑启动的稳定性。

可选的，所述其余k1-k2个风储子系统切换到PQ模式时，优选所述其余k1-k2个风储子系统分批切换到PQ模式，从而避免了大批量的风储子系统集中在同一时刻切换到PQ模式而造成分布式风储电站产生大幅波动。所述分批切换到PQ模式，例如为按照可持续放电时间由长到短的顺序分批切换到PQ模式，从而保证黑启动的稳定性。

步骤S14：接通其余n+m-k1个子系统与所述公共交流母线L1的电气连接，然后控制所述n+m-k1个子系统启动进入PQ模式。

此外，考虑到黑启动的电源点是实现微电网黑启动的关键，若所述k1个风储子系统中任意一个风储子系统的储能电量不充足，势必会影响到微电网黑启动。因此，可选的，上述公开的任一实施例在所述控制k1个风储子系统自启动前，还包括：若所述k1个风储子系统中任意一个风储子系统的储能电量低于预设值，则先控制本风储子系统中的风电变流器为储能充电，直至充到储能电量不低于所述预设值时再控制本风储子系统自启动。

可选的，在上述公开的任一实施例中，在整个黑启动过程中，当任意一个运行在VF模式下的风储子系统出现异常时，另选一个风储子系统接替其工作。比如说，当以所述k1个风储子系统中可持续放电时间最长的一个风储子系统为参考，对齐所述k1个风储子系统的相位角时，若可持续放电时间最长的这个风储子系统出现了故障或储能电量低于预设值，则选择可持续放电时间第二长的一个风储子系统接替其工作。

可选的，在上述公开的任一实施例中，所述控制所述n+m-k1个子系统启动进入PQ模式后，还包括：当分布式风储电站内的风力发电功率大于等于分布式风储电站的自用电功率时，优先为分布式风储电站的站用电供电，多余风力发电功率为储能充电；当分布式风储电站内的风力发电功率小于分布式风储电站的自用电功率时，调整PQ模式下储能变流器开始放电，以保证分布式风储电站的站用电供电。

以上述方法实施例相对应的，本发明实施例还公开了一种分布式风储电站，包括n+m个子系统，分别是n个风储子系统和m个风电子系统，n≥2，m≥0，所述n+m个子系统通过独立的变压器接入分布式风储电站的公共交流母线；

所述分布式风储电站中的主控单元，用于在当分布式风储电站因电网故障而停运时，断开所述公共交流母线与电网的电气连接以及断开所述n+m个子系统与所述公共交流母线的电气连接；控制k1个风储子系统自启动并对齐相位角，n≥k1≥2；其中，风储子系统自启动，是指风储子系统在本地电源供电下，启动进入VF模式为本地辅助电路供电，进而由本地辅助电路控制本风储子系统的功率主电路恢复启动运行；接通所述k1个风储子系统与所述公共交流母线的电气连接，然后接通其余n+m-k1个子系统与所述公共交流母线的电气连接，然后控制所述n+m-k1个子系统启动进入PQ模式。

可选的，所述主控单元在接通所述k1个风储子系统与所述公共交流母线的电气连接后，还用于保留所述k1个风储子系统中的k2个继续运行在VF模式，其余k1-k2个切换到PQ模式，n≥k1＞k2≥2。

可选的，所述主控单元保留所述k1个风储子系统中的k2个继续运行在VF模式，具体包括：将所述k1个风储子系统按可持续放电时间从长到短的顺序排序，然后保留前k2个风储子系统继续运行在VF模式。

可选的，所述主控单元控制其余k1-k2个切换到PQ模式，具体包括：控制其余k1-k2个风储子系统按照可持续放电时间由长到短的顺序分批切换到PQ模式。

可选的，在上述公开的任一种分布式风储电站中，所述主控单元控制所述n+m-k1个子系统启动进入PQ模式，具体包括：控制所述n+m-k1个子系统按照风机装机功率由小到大的顺序分批启动进入PQ模式。

可选的，在上述公开的任一种分布式风储电站中，所述主控单元控制k1个风储子系统自启动前，还用于：若所述k1个风储子系统中任意一个风储子系统的储能电量低于预设值，则先控制本风储子系统中的风电变流器为储能充电，直至充到储能电量不低于所述预设值时再控制本风储子系统自启动。

可选的，在上述公开的任一种分布式风储电站中，所述主控单元对齐所述k1个风储子系统的相位角，具体包括：以所述k1个风储子系统中可持续放电时间最长的一个风储子系统为参考，对齐所述k1个风储子系统的相位角。

可选的，在上述公开的任一种分布式风储电站中，所述主控单元还用于在整个黑启动过程中，当任意一个运行在VF模式下的风储子系统出现异常时，另选一个风储子系统接替其工作。

可选的，在上述公开的任一种分布式风储电站中，所述主控单元在控制n+m-k1个子系统启动进入PQ模式后，还用于当分布式风储电站内的风力发电功率大于等于分布式风储电站的自用电功率时，优先为分布式风储电站的站用电供电，多余风力发电功率为储能充电；当分布式风储电站内的风力发电功率小于分布式风储电站的自用电功率时，调整PQ模式下储能变流器开始放电，以保证分布式风储电站的站用电供电。

综上所述，本发明在分布式风储电站因电网故障而停运后，通过启动分布式风储电站内多个具有自启动能力的风储子系统，带动分布式风储电站内其他子系统，逐步扩大系统的恢复范围，最终实现了整个分布式风储电站的重新启动，解决了现有技术存在的问题。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的分布式风储电站而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的不同对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种分布式风储电站的黑启动方法，其特征在于，所述分布式风储电站包括n+m个子系统，分别是n个风储子系统和m个风电子系统，n≥2，m≥0，所述n+m个子系统通过独立的变压器接入分布式风储电站的公共交流母线；所述黑启动方法包括：

当分布式风储电站因电网故障而停运时，断开所述公共交流母线与电网的电气连接以及断开所述n+m个子系统与所述公共交流母线的电气连接；

控制k1个风储子系统自启动，然后对齐所述k1个风储子系统的相位角，n≥k1≥2；其中，风储子系统自启动，是指风储子系统在本地电源供电下，启动进入VF模式为本地辅助电路供电，进而由本地辅助电路控制本风储子系统的功率主电路恢复启动运行；

接通所述k1个风储子系统与所述公共交流母线的电气连接；

接通其余n+m-k1个子系统与所述公共交流母线的电气连接，然后控制所述n+m-k1个子系统启动进入PQ模式。

2.根据权利要求1所述的分布式风储电站的黑启动方法，其特征在于，所述接通所述k1个风储子系统与所述公共交流母线的电气连接后，还包括：保留所述k1个风储子系统中的k2个继续运行在VF模式，其余k1-k2个切换到PQ模式，n≥k1＞k2≥2。

3.根据权利要求2所述的分布式风储电站的黑启动方法，其特征在于，所述保留所述k1个风储子系统中的k2个继续运行在VF模式，包括：将所述k1个风储子系统按可持续放电时间从长到短的顺序排序，然后保留前k2个风储子系统继续运行在VF模式。

4.根据权利要求2所述的分布式风储电站的黑启动方法，其特征在于，所述其余k1-k2个切换到PQ模式，包括：

其余k1-k2个风储子系统按照可持续放电时间由长到短的顺序分批切换到PQ模式。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的分布式风储电站的黑启动方法，其特征在于，所述控制所述n+m-k1个子系统启动进入PQ模式，包括：

控制所述n+m-k1个子系统按照风机装机功率由小到大的顺序分批启动进入PQ模式。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的分布式风储电站的黑启动方法，其特征在于，所述控制k1个风储子系统自启动前，还包括：

若所述k1个风储子系统中任意一个风储子系统的储能电量低于预设值，则先控制本风储子系统中的风电变流器为储能充电，直至充到储能电量不低于所述预设值时再控制本风储子系统自启动。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的分布式风储电站的黑启动方法，其特征在于，所述对齐所述k1个风储子系统的相位角，包括：以所述k1个风储子系统中可持续放电时间最长的一个风储子系统为参考，对齐所述k1个风储子系统的相位角。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的分布式风储电站的黑启动方法，其特征在于，在整个黑启动过程中，当任意一个运行在VF模式下的风储子系统出现异常时，另选一个风储子系统接替其工作。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的分布式风储电站的黑启动方法，其特征在于，所述控制所述n+m-k1个子系统启动进入PQ模式后，还包括：当分布式风储电站内的风力发电功率大于等于分布式风储电站的自用电功率时，优先为分布式风储电站的站用电供电，多余风力发电功率为储能充电；当分布式风储电站内的风力发电功率小于分布式风储电站的自用电功率时，调整PQ模式下储能变流器开始放电，以保证分布式风储电站的站用电供电。

10.一种分布式风储电站，其特征在于，包括n+m个子系统，分别是n个风储子系统和m个风电子系统，n≥2，m≥0，所述n+m个子系统通过独立的变压器接入分布式风储电站的公共交流母线；

所述分布式风储电站中的主控单元，用于在当分布式风储电站因电网故障而停运时，断开所述公共交流母线与电网的电气连接以及断开所述n+m个子系统与所述公共交流母线的电气连接；控制k1个风储子系统自启动，然后对齐所述k1个风储子系统的相位角，n≥k1≥2；其中，风储子系统自启动，是指风储子系统在本地电源供电下，启动进入VF模式为本地辅助电路供电，进而由本地辅助电路控制本风储子系统的功率主电路恢复启动运行；接通所述k1个风储子系统与所述公共交流母线的电气连接，然后接通其余n+m-k1个子系统与所述公共交流母线的电气连接，然后控制所述n+m-k1个子系统启动进入PQ模式。

11.根据权利要求10所述的分布式风储电站，其特征在于，所述主控单元在接通所述k1个风储子系统与所述公共交流母线的电气连接后，还用于保留所述k1个风储子系统中的k2个继续运行在VF模式，其余k1-k2个切换到PQ模式，n≥k1＞k2≥2。

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