CN114221379A - 孤网黑启动中风储联合系统无功电压控制方法及系统 - Google Patents

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CN114221379A CN202111500457.5A CN202111500457A CN114221379A CN 114221379 A CN114221379 A CN 114221379A CN 202111500457 A CN202111500457 A CN 202111500457A CN 114221379 A CN114221379 A CN 114221379A
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汪成根
郝雨辰
吕振华
吴盛军
任必兴
邹小明
唐伟佳
韩华春
谢嫦嫦
汤奕
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State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
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    • Y02E40/30—Reactive power compensation

Abstract

本发明公开了一种孤网黑启动中风储联合系统无功电压控制方法，包括实时获取汇集母线电压；若汇集母线电压越限，则根据所述汇集母线电压得到风机输出的无功功率参考值；根据所述风机输出的无功功率参考值生成控制信号控制风机对汇集母线调压，本发明针对黑启动过程中冲击性负荷接入会使汇集母线电压出现跌落现象，通过充分利用风机的无功补偿能力，达到避免汇集母线电压跌落的目的，从而提高了孤网黑启动过程的安全性和稳定性，其中风机采用自适应无功电压下垂控制，使各风机输出无功功率更加均衡，避免出现风机输出无功达到甚至超过风机无功容量的情况。

Description

孤网黑启动中风储联合系统无功电压控制方法及系统
技术领域
本发明属于电网黑启动技术领域，尤其涉及一种孤网黑启动中风储联合系统无功电压控制方法及系统。
背景技术
随着经济的快速发展，全球对能源的需求量日益增长，风机作为一种低碳、清洁的分布式电源，正逐步成为重要的电力能源资源，我国也在不断地加大风电的并网容量。但是，随着风电渗透率的不断提高，风电的随机性、波动性和间歇性等特点会对电网的运行控制带来一系列的负担，使全球电力系统结构日益复杂，停电事故的发生概率大大增加，而黑启动能在发生停电事故后快速恢复电网供电，因此对黑启动的关注与研究具有重要意义。水轮机组和火电机组是目前电力系统中最为常用的黑启动电源，而分布式电源不确定性发电的特点使得其与常规电源仍有较大的差别。
由于储能装置能够在时空上对电能进行平移，且其动态响应速度快，可大规模应用，可靠性高，因此储能装置能有效解决风电不确定性带来的一系列问题。因此，在储能技术大力发展的背景下，风储联合系统的灵活性、高效性使之得到了广泛的应用。
由于储能对风电运行能起到一定的支撑作用，因此风储联合系统在黑启动技术方面也有了更加广泛的应用。随着对新能源与微电网研究的不断深入，风储联合系统在孤网中的应用日益广泛，具有良好的发展前景。令风储联合系统在孤网中广泛应用不仅达到了保护环境、减少碳排放、实现偏远地区供电等目的，更是对电力系统出现大停电事故时提高黑启动性能有着重要作用。
在孤网黑启动过程中，冲击性负荷的接入会造成汇集母线电压的下降，这对黑启动的安全和稳定造成了影响。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种孤网黑启动中风储联合系统无功电压控制方法及系统，能够增加孤网黑启动过程中的安全稳定性。
本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：
第一方面，提供了一种孤网黑启动中风储联合系统无功电压控制方法，包括：
实时获取汇集母线电压；
若汇集母线电压越限，则根据所述汇集母线电压得到风机输出的无功功率参考值；
根据所述风机输出的无功功率参考值生成控制信号控制风机对汇集母线调压。
结合第一方面，进一步的，所述风机输出的无功功率参考值根据下式得到：
Figure BDA0003401372640000021
其中，Qiref、Qi0分别表示风机i输出的无功功率参考值和实际值；UPCC、Uref分别表示汇集母线电压实际值和参考值；Ki表示风机i的无功电压下垂系数。
结合第一方面，进一步的，所述风机i的最大无功容量通过下式得到：
Figure BDA0003401372640000022
其中Si代表风机i的视在功率；Pi代表风机i输出的有功功率。
结合第一方面，进一步的，在风机控制过程中风机逆变器输出的无功功率通过下式得到
Figure BDA0003401372640000023
其中，ud和uq分别表示dq坐标系下风机逆变器的直轴和交轴电压。
第二方面，提供了一种孤网黑启动中风储联合系统无功电压控制系统，包括：
汇集母线电压获取模块，用于实时获取汇集母线电压；
调压模块，用于若汇集母线电压越限，则根据所述汇集母线电压得到风机输出的无功功率参考值；
根据所述风机输出的无功功率参考值生成控制信号控制风机对汇集母线调压。
本发明有益效果如下：
首先，本发明针对黑启动过程中冲击性负荷接入会使汇集母线电压出现跌落现象，通过充分利用风机的无功补偿能力，达到避免汇集母线电压跌落的目的，从而提高了孤网黑启动过程的安全性和稳定性；
本发明中，风机采用自适应无功电压下垂控制，使各风机输出无功功率更加均衡，避免出现风机输出无功达到甚至超过风机无功容量的情况。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明中包含风机和储能装置的孤网系统结构示意图；
图3为本发明中储能系统的V/f控制框图；
图4为本发明中风电机组网侧变流器控制结构示意图。
具体实施方式
为了进一步描述本发明的技术特点和效果，以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述。
如图1-4所示，本发明提供一种孤网黑启动过程中风储联合系统的无功电压控制策略，在黑启动过程中，当冲击性负荷的接入导致汇集母线电压跌落时，令风电机组通过自适应无功电压下垂特性，根据自身无功容量输出一定无功功率，对汇集母线电压进行调整，保证黑启动的安全性和稳定性。
在包含风机和储能装置的孤网系统的结构模型中，黑启动过程中一般采用分阶段恢复电力设备即分阶段接入储能装置、小负荷、风电场以及电动机负荷。其中，储能装置作为自启动电源带动小负荷和风电场运行，而电动机负荷的接入可能会造成汇集母线电压跌落。
黑启动首先将储能装置接入孤网，对联合系统汇集母线进行V/f控制从而确保母线电压和频率的稳定以及其他从属和敏感负荷的正常运行，带动小负荷进入运行状态，形成一个包含储能装置和负荷的孤网。在孤网的汇集母线接入包含多个风电机组的风电场，利用储能装置启动风机进入稳定运行状态。
本方法的无功电压控制具体包括如下步骤：
步骤一、实时监测汇集母线电压；
步骤二、若汇集母线电压越限，则根据所述汇集母线电压得到风机输出的无功功率参考值，否则继续对汇集母线电压进行监测；
所述风机输出的无功功率参考值根据下式得到：
Figure BDA0003401372640000031
其中，Qiref、Qi0分别表示风机i输出的无功功率参考值和实际值；UPCC、Uref分别表示汇集母线电压实际值和参考值；Ki表示风机i的无功电压下垂系数。当汇集母线电压发生变化时，下垂系数的大小决定了该风机输出的无功功率大小。
其中所述风机i的无功电压下垂系数Ki通过下式得到：
Figure BDA0003401372640000032
Figure BDA0003401372640000033
其中，K0表示无功电压下垂直系数固定值，Qimax表示风机i的最大无功容量，Qmax代表风电场总的最大无功容量。
Figure BDA0003401372640000041
其中Si代表风机i的视在功率；Pi代表风机i输出的有功功率。
步骤三、根据所述风机输出的无功功率参考值生成控制信号控制风机对汇集母线调压；
将风机输出的无功功率参考值Qiref作为各风机的网侧变流器控制环节的输入信号，根据风机输出的无功功率参考值与实际值构成的控制偏差经过PI调节器和PWM变流器，生成相应控制信号令各风机输出相应无功功率对汇集母线进行调压。
在风机控制过程中风机逆变器输出的无功功率通过下式得到
Figure BDA0003401372640000042
其中，ud和uq分别表示dq坐标系下风机逆变器的直轴和交轴电压。
本发明实施例还提供了一种孤网黑启动中风储联合系统无功电压控制系统，包括：
汇集母线电压获取模块，用于实时获取汇集母线电压；
调压模块，用于若汇集母线电压越限，则根据所述汇集母线电压得到风机输出的无功功率参考值；
根据所述风机输出的无功功率参考值生成控制信号控制风机对汇集母线调压。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种孤网黑启动中风储联合系统无功电压控制方法，其特征在于，包括：
实时获取汇集母线电压；
若汇集母线电压越限，则根据所述汇集母线电压得到风机输出的无功功率参考值；
根据所述风机输出的无功功率参考值生成控制信号控制风机对汇集母线调压。
2.根据权利要求1所述的一种孤网黑启动中风储联合系统无功电压控制方法，其特征在于，所述风机输出的无功功率参考值根据下式得到：
Figure FDA0003401372630000011
其中，Qiref、Qi0分别表示风机i输出的无功功率参考值和实际值；UPCC、Uref分别表示汇集母线电压实际值和参考值；Ki表示风机i的无功电压下垂系数。
3.根据权利要求2所述的一种孤网黑启动中风储联合系统无功电压控制方法，其特征在于，所述风机i的无功电压下垂系数Ki通过下式得到：
Figure FDA0003401372630000012
Figure FDA0003401372630000013
其中，K0表示无功电压下垂直系数固定值，Qimax表示风机i的最大无功容量，Qmax代表风电场总的最大无功容量。
4.根据权利要求3所述的一种孤网黑启动中风储联合系统无功电压控制方法，其特征在于，所述风机i的最大无功容量通过下式得到：
Figure FDA0003401372630000014
其中Si代表风机i的视在功率；Pi代表风机i输出的有功功率。
5.根据权利要求2所述的一种孤网黑启动中风储联合系统无功电压控制方法，其特征在于，在风机控制过程中风机逆变器输出的无功功率通过下式得到
Figure FDA0003401372630000015
其中，ud和uq分别表示dq坐标系下风机逆变器的直轴和交轴电压。
6.一种孤网黑启动中风储联合系统无功电压控制系统，其特征在于，包括：
汇集母线电压获取模块，用于实时获取汇集母线电压；
调压模块，用于若汇集母线电压越限，则根据所述汇集母线电压得到风机输出的无功功率参考值；
根据所述风机输出的无功功率参考值生成控制信号控制风机对汇集母线调压。
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