储能型风电场作为黑启动电源的自启动策略研究

摘要

在制定电网的黑启动预案时，一般先将系统划分成几个子系统，各子系统分别依靠本区域内的黑启动电源独立启动，然后通过各子系统的互联逐步实现整个系统的恢复。水力发电厂（含抽水蓄能电站）是作为电网黑启动电源的最佳选择，但受地域资源条件限制，我国内蒙古、西北等地区水资源匮乏，缺少水力发电厂，一旦发生大停电事故，其电网的恢复将严重依赖于主网，恢复时间较长。在这些地区风能资源较为丰富，风力发电逐渐成为主要发电形式。因此，若通过为风电场配置大容量电池储能系统，并能利用所建储能型风电场作为局域电网的黑启动电源，将对增加黑启动电源容量、提高电网的故障恢复速度起到重要作用。
　　储能型风电场能够实现自启动是其作为电网黑启动电源的关键，为此，本文对储能型风电场的自启动策略进行了深入研究：
　　（1）建立了储能型风电场的仿真模型。通过分析双馈风电机组的运行原理，建立了其在空载和并网工况下的数学模型，并基于隐式梯形法对所建数学模型进行离散化，建立了双馈风电机组的空载并网双工况仿真模型；通过分析电池储能系统的运行原理，建立了其仿真模型；在此基础上，根据储能型风电场内机组的连接方式，建立了储能型风电场的仿真模型，以用于研究储能型风电场的自启动策略。
　　（2）研究了储能型风电场的自启动策略。设计了储能型风电场进行自启动的方案；提出了一种电池储能系统的零起升压启动策略；分析了变压器产生励磁涌流及和应涌流的机理，并对风电场内箱式变压器三种不同的充电方案进行比较，制定了最优的变压器充电方案；对风电机组的空载并网过程进行了仿真。研究表明，利用本文所提方案能够使储能型风电场实现自启动。
　　（3）研究了孤岛状态下电池储能系统与风电场的功率协调控制策略。包含本地控制策略，风电场有功和无功控制器，以及功率分配模块，可以将储能系统的荷电状态维持在规定区间内，提高其功率调节裕度，在孤岛运行时维持系统电压和频率的稳定，并成功启动火电机组辅机。
　　通过本文所做研究，在风速合适的情况下，风电场可以在储能系统的辅助下完成自启动，并与储能系统协调配合，作为黑启动电源启动相邻的火电机组，从而进一步完成系统的恢复过程。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状及发展动态分析

1.3 本文主要工作

第2章 储能型风电场的建模

2.1 双馈风电机组的数学模型

2.2 双馈风电机组的仿真模型

2.3 储能型风电场的整体模型

2.4 本章小结

第3章 储能型风电场的自启动方案

3.1 储能型风电场的自启动方案设计

3.2 储能系统的零起升压启动策略

3.3 自启动时风电场内变压器的充电方案设计

3.4 风机的投入过程仿真

3.5 本章小结

第4章 储能型风电场的功率协调控制策略

4.1 储能系统与风电机组的本地控制策略

4.2 风电场层有功控制器和无功控制器

4.3 风电机组功率分配模块

4.4 仿真验证

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间参加的科研工作

致谢