CN114825453B - 一种基于电压源型储能的离网型风储荷控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于风力发电及储能技术领域，公开一种基于电压源型储能的离网型风储荷控制方法及系统；所述系统包括：双馈异步风力发电机、储能系统、箱式变压器T1、电缆、箱式变压器T2、负荷P和高压母线；双馈异步风力发电机通过箱式变压器T1和电缆连接高压母线；储能系统通过箱式变压器T2连接高压母线；负荷P连接高压母线。本发明系统结构布置简单，成本和控制难度低；本发明系统可以在无大电网支撑的情况下独立运行，为其周边供电，对缓解电力供应紧张具有重要意义。

Description

一种基于电压源型储能的离网型风储荷控制方法及系统
技术领域
本发明属于风力发电及储能技术领域，特别涉及一种基于电压源型储能的离网型风储荷控制方法及系统。
背景技术
双馈异步风力发电机（DFIG，Doubly fed Induction Generator）是应用最为广泛的风力发电机，由定子绕组直连定频三相电网的绕线型异步发电机和安装在转子绕组上的双向背靠背IGBT电压源变流器组成。
以往研究双馈异步风力发电机黑启动方法大都是采用柴油发电机作为支撑电源来实现风电场黑启动的方法，或者将外接电源加在双馈异步风力发电机两个背靠背变流器之间的直流母线上，在建立稳定的直流母线电压后再直流电压源断开，然而采用柴油机的方法会对环境造成不良影响，并且在多风机系统，采用外接电源在风机直流母线的方法需要将每一台风机的直流母线侧都安装储能，这导致了成本和控制难度的急剧增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于电压源型储能的离网型风储荷控制方法及系统，以解决现有技术存在的黑启动结构布置复杂，成本和控制难度大的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种基于电压源型储能的离网型风储荷控制系统，包括：双馈异步风力发电机、储能系统、箱式变压器T1、电缆、箱式变压器T2、负荷P和高压母线；
双馈异步风力发电机通过箱式变压器T1和电缆连接高压母线；
储能系统通过箱式变压器T2连接高压母线；
负荷P连接高压母线。
本发明进一步的改进在于：储能系统包括若干台并联的储能装置；储能系统采用虚拟同步控制，分为有功频率控制和无功电压控制。
本发明进一步的改进在于：双馈异步风力发电机的输出端分成两路，一路通过断路器K1连接断路器K2一端，另一路通过风机变流器连接断路器K2一端；断路器K2另一端通过串联的箱式变压器T1、电缆和断路器K3连接高压母线。
本发明进一步的改进在于：箱式变压器T1存在分接头，改变分接头位置，能够改变箱式变压器T1的变比。
本发明进一步的改进在于：所述储能系统为电压源型储能系统。
第二方面，本发明提供一种基于电压源型储能的离网型风储荷控制系统的控制方法，所述一种基于电压源型储能的离网型风储荷控制系统，包括：双馈异步风力发电机、储能系统、箱式变压器T1、电缆、箱式变压器T2、负荷P和高压母线；双馈异步风力发电机通过箱式变压器T1和电缆连接高压母线；储能系统通过箱式变压器T2连接高压母线；负荷P连接高压母线；双馈异步风力发电机的输出端分成两路，一路通过断路器K1连接断路器K2一端，另一路通过风机变流器连接断路器K2一端；断路器K2另一端通过串联的箱式变压器T1、电缆和断路器K3连接高压母线；所述控制方法具体包括：
断开断路器K1、断路器K2；闭合断路器K3，将储能系统启动，投入负荷P中的部分有功负荷P0运行，形成离网型储荷系统；
当离网型储荷系统输出电压和功率稳定时，测量箱式变压器T1输出端A处的电压值UA；
计算电压值UA与高压母线额定电压UL的偏差δ=（UA-UL）÷UL×100%，并根据偏差δ选择箱式变压器T1的分接头连接，闭合断路器K2；
当离网型储荷系统电压达到额定值并稳定后，风机变流器开始调制，建立稳定的直流母线电压，双馈异步风力发电机的定子电压与外部电压开始同步，当相位、幅值及频率偏差达到设定范围内时，闭合断路器K1；
双馈异步风力发电机功率开始爬坡到设定值后，投入负荷P中剩余有功负荷P-P0，黑启动完成。
本发明进一步的改进在于：所述断开断路器K1、断路器K2；闭合断路器K3，将储能系统启动，投入负荷P中的部分有功负荷P0运行，形成离网型储荷系统的步骤中，投入的有功负荷P0小于储能系统总容量的20%。
本发明进一步的改进在于：储能系统包括若干台并联的储能装置；储能系统采用虚拟同步控制，分为有功频率控制和无功电压控制。
本发明进一步的改进在于：所述储能系统为电压源型储能系统。
本发明进一步的改进在于：所述根据偏差δ选择箱式变压器T1的分接头连接，闭合断路器K2的步骤中，令δ=n×a%，对求出的n四舍五入，求出最接近档位，连接所述最接近档位，然后闭合断路器K2；其中n为变压器档位，a%为变压器每档电压调节百分比。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
基于电压源型储能的离网型风储荷系统中，风机侧与高压母线间存在远距离电力电缆，无功负荷的缺乏容易使得储能吸收的无功功率较多，电压源型储能的无功电压下垂控制会使储能输出电压发生偏移，从而导致风机端的过电压，系统运行出现问题。本发明提供一种基于电压源型储能的离网型风储荷控制方法及系统，双馈异步风力发电机通过箱式变压器T1和电缆连接高压母线；储能系统通过箱式变压器T2连接高压母线；负荷P连接高压母线；组网时，先建立稳定的离网型储荷系统，当输出电压功率稳定后，调节风机侧箱式变压器的分接头，可以使风机外部电压降低并接近额定电压值。
本发明的离网型风储荷系统动态组网，是指在离网运行情况下，依据不同运行条件，风力发电系统、储能系统以及负荷三者间开展的差异化动态组网控制过程。例如，先由储能黑启动建立稳定的电压、频率后，再启动风机，并按策略对孤网运行的风、储、荷进行设备动态投切及实时功率优化控制，以实现整个系统供用电平衡、运行稳定可靠。
通过本发明提出的基于电压源型储能的离网型风储荷控制方法及系统，可以在无大电网支撑的情况下独立运行，为其周边供电，对缓解电力供应紧张具有重要意义。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明一种基于电压源型储能的离网型风储荷控制系统的结构示意图；
图2为本发明一种基于电压源型储能的离网型风储荷控制系统的控制方法流程示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
风机距离高压母线间有一段交流电缆，申请人发现现有研究很少涉及离网型系统远端风机的启动，忽略了长电缆对系统的影响，这会使储能输出电压发生偏移。
实施例1
请参阅图1所示，本发明提供一种基于电压源型储能的离网型风储荷控制系统，是一种离网型风储荷系统，包括双馈异步风力发电机101、储能系统104、箱式变压器T1、电缆102、箱式变压器T2、负荷P和高压母线100。
储能系统104采用m台并联的储能装置103。储能系统104采用虚拟同步控制，分为有功频率控制和无功电压控制。黑启动完成后储能系统104需要能足够响应风机出力波动以及负荷波动。
双馈异步风力发电机101的输出端分成两路，一路通过断路器K1连接断路器K2一端，另一路通过风机变流器1011连接断路器K2一端；断路器K2另一端通过串联的箱式变压器T1、电缆102和断路器K3连接高压母线100；
储能系统104通过箱式变压器T2连接高压母线100；
负荷P连接高压母线100。
实施例2
请参阅图2所示，本发明还提供一种基于电压源型储能的离网型风储荷控制方法，包括：
步骤1：断开断路器K1、断路器K2；闭合断路器K3，将虚拟同步控制的电压源型的储能系统104启动，投入负荷P中少量有功负荷P0运行，形成离网型储荷系统；少量有功负荷P0指的用于组成储荷系统的负荷，负荷大小小于电压源型的储能系统104总容量的20%。
步骤2：当离网型储荷系统输出电压和功率稳定时，测量箱式变压器T1输出端A处的电压值UA；
步骤3：计算出A处的电压值UA与高压母线100额定电压UL的偏差δ=（UA-UL）÷UL×100%，并根据偏差δ选择箱式变压器T1合适的分接头连接，闭合断路器K2，维持风机侧电压为UWT；
步骤4：当系统稳定后，风机变流器1011开始调制，在风机变流器1011的整流器和逆变器之间的直流母线建立稳定的直流母线电压，双馈异步风力发电机101的定子电压与外部电压开始同步，当相位、幅值及频率偏差达到设定范围内时，闭合断路器K1。
步骤5：双馈异步风力发电机101功率开始爬坡到设定值后，投入负荷P中剩余有功负荷P-P0，黑启动完成。
在优选的实施例中，步骤1需要先断开断路器K3并投入少量有功负荷P0，使储能侧与负荷侧稳定运行，建立离网型储荷系统，输出稳定的电压和频率。
步骤2、3中，当系统的功率与频率稳定后，t0时刻闭合断路器K1接入风机，由于容性的电缆102的存在，使得储能系统104吸收无功以至于输出电压升高，此时测量A处电压UA，双馈异步风力发电机101额定电压为UWT，高压母线100的额定电压为UL。变比组合为UL+n×a%×UL:UWT，计算电压偏差δ=（UA-UL）÷UL×100%，令δ=n×a%，对求出的n四舍五入，求出最接近的档位；其中n为变压器档位，a%为变压器每档电压调节百分比。换档后，闭合断路器K2接入双馈异步风力发电机101。在优选的实施例中，箱式变压器T1存在分接头，改变分接头位置，就是改变变压器的匝数，由于高压母线100电压升高，此过程可以维持风机侧电压为额定值UWT，使风机能够正常启动。
步骤4是双馈异步风力发电机101的起机过程，此时双馈异步风力发电机101机侧与网侧变流器接收指令动作。
步骤5，当完成起机后，双馈异步风力发电机功率将按设置斜率输出，当有功输出达到设定值后，投入剩余有功负荷P-P0，系统黑启动完成。
采用本发明所述技术方案，通过调整变压器分接头，从而降低了风机外部电压，可以有效实现与母线远距离风机的启动、运行。并且当风机启动后储能系统可以自动平滑风电场出力波动，同时也可对负荷出力波动进行补偿。
本发明提出了一种基于电压源型储能的离网型风储荷控制方法及系统，当储能通过测量风机箱式变压器高压侧电压，计算并选择合适的分接头从而调整了风机外部电压。当风机定子电压与风机外部电压同步后，可保证风机输出电压稳定，从而保证离网型风储荷系统稳定运行。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (4)

1.一种基于电压源型储能的离网型风储荷控制系统的控制方法，其特征在于，所述一种基于电压源型储能的离网型风储荷控制系统，包括：双馈异步风力发电机（101）、储能系统（104）、箱式变压器T1、电缆（102）、箱式变压器T2、负荷P和高压母线（100）；双馈异步风力发电机（101）通过箱式变压器T1和电缆（102）连接高压母线（100）；储能系统（104）通过箱式变压器T2连接高压母线（100）；负荷P连接高压母线（100）；双馈异步风力发电机（101）的输出端分成两路，一路通过断路器K1连接断路器K2一端，另一路通过风机变流器（1011）连接断路器K2一端；断路器K2另一端通过串联的箱式变压器T1、电缆（102）和断路器K3连接高压母线（100）；箱式变压器T1存在分接头，改变分接头位置，能够改变箱式变压器T1的变比；所述储能系统（104）为电压源型储能系统；所述控制方法具体包括：
断开断路器K1、断路器K2；闭合断路器K3，将储能系统（104）启动，投入负荷P中的部分有功负荷P0运行，形成离网型储荷系统；
当离网型储荷系统输出电压和功率稳定时，测量箱式变压器T1输出端A处的电压值UA；
计算电压值UA与高压母线（100）额定电压UL的偏差δ，并根据偏差δ选择箱式变压器T1的分接头连接，闭合断路器K2；具体的，当系统的功率与频率稳定后，由于容性的电缆（102）的存在，使得储能系统（104）吸收无功以至于输出电压升高，此时测量A处电压UA，双馈异步风力发电机（101）额定电压为UWT，高压母线（100）的额定电压为UL；变比组合为UL+n×a%×UL:UWT，计算电压偏差δ=（UA-UL）÷UL×100%，令δ=n×a%，对求出的n四舍五入，求出最接近的档位；其中n为变压器档位，a%为变压器每档电压调节百分比；换档后，闭合断路器K2接入双馈异步风力发电机（101）；
当离网型储荷系统电压达到额定值并稳定后，风机变流器（1011）开始调制，建立稳定的直流母线电压，双馈异步风力发电机（101）的定子电压与外部电压开始同步，当相位、幅值及频率偏差达到设定范围内时，闭合断路器K1；
双馈异步风力发电机（101）功率开始爬坡到设定值后，投入负荷P中剩余有功负荷P-P0，黑启动完成。
2.根据权利要求1所述的一种基于电压源型储能的离网型风储荷控制系统的控制方法，其特征在于，所述断开断路器K1、断路器K2；闭合断路器K3，将储能系统（104）启动，投入负荷P中的部分有功负荷P0运行，形成离网型储荷系统的步骤中，投入的有功负荷P0小于储能系统（104）总容量。
3.根据权利要求1所述的一种基于电压源型储能的离网型风储荷控制系统的控制方法，其特征在于，储能系统（104）包括若干台并联的储能装置（103）；储能系统（104）采用虚拟同步控制，分为有功频率控制和无功电压控制。
4.根据权利要求1所述的一种基于电压源型储能的离网型风储荷控制系统的控制方法，其特征在于，所述根据偏差δ选择箱式变压器T1的分接头连接，闭合断路器K2的步骤中，连接最接近δ的档位，然后闭合断路器K2。
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