本發(fā)明屬于電力電子，特別是涉及一種基于構(gòu)網(wǎng)型儲能的風(fēng)電柔直系統(tǒng)啟動及風(fēng)場并網(wǎng)方法。

背景技術(shù)：

1、風(fēng)電柔直系統(tǒng)即風(fēng)電場柔性直流輸電系統(tǒng)；隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)，柔性直流輸電技術(shù)以其快速控制的調(diào)節(jié)性能、大容量遠(yuǎn)距離送電等優(yōu)點，成為推動水風(fēng)光打捆一體化直流送出的重要手段；但與目前基于兩端有源的柔性直流輸電系統(tǒng)的啟動策略不同，送端為風(fēng)電場的mmc-hvdc系統(tǒng)啟動策略只能從一端進(jìn)行充電，mmc為模塊化多電平轉(zhuǎn)換器，hvdc為高壓直流輸電，mmc-hvdc系統(tǒng)即基于模塊化多電平換流器的高壓直流輸電（modular?multilevel?converter?based?high?voltage?direct?current,?mmc-hvdc）系統(tǒng)；現(xiàn)有mmc-hvdc的啟動過程，大多數(shù)僅考慮了送端和受端皆為有源電源的形式，并未考慮風(fēng)電場這個無源裝置接入時的啟動過程，對于采用mmc作為子模塊的風(fēng)電場-柔直系統(tǒng)的啟動方法較少，在柔直系統(tǒng)充電結(jié)束前，風(fēng)電場需要實現(xiàn)自啟動，但是目前存在dfig(dfig，doubly-fed?induction?generator)風(fēng)機(jī)接入多端mmc-hvdc系統(tǒng)的過程，單純的直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組（pmsg）并不能實現(xiàn)自啟動，現(xiàn)有技術(shù)缺乏對于直驅(qū)風(fēng)機(jī)(pmsg)接入mmc-hvdc系統(tǒng)啟動和并網(wǎng)過程的技術(shù)；因此，需要設(shè)計一種基于構(gòu)網(wǎng)型儲能的風(fēng)電柔直系統(tǒng)啟動及風(fēng)場并網(wǎng)方法來解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于構(gòu)網(wǎng)型儲能的風(fēng)電柔直系統(tǒng)啟動及風(fēng)場并網(wǎng)方法，該方法柔性直流輸電系統(tǒng)采用受端電網(wǎng)充電的形式，向受端換流站和送端換流站的子模塊電容進(jìn)行充電，建立送端換流站的交流側(cè)電壓，并利用構(gòu)網(wǎng)型儲能站實現(xiàn)風(fēng)機(jī)的自啟動，在收到并網(wǎng)信號后，通過預(yù)同步控制調(diào)整風(fēng)機(jī)交流側(cè)電壓滿足并網(wǎng)要求，閉合并網(wǎng)開關(guān)閥完成整個系統(tǒng)的啟動過程。

2、為實現(xiàn)上述技術(shù)效果，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

3、一種基于構(gòu)網(wǎng)型儲能的風(fēng)電柔直系統(tǒng)啟動及風(fēng)場并網(wǎng)方法，包括以下步驟：

4、構(gòu)建基于構(gòu)網(wǎng)型儲能站的風(fēng)電場柔性直流輸電系統(tǒng)，包括風(fēng)電場、柔性直流輸電系統(tǒng)與構(gòu)網(wǎng)型儲能站；

5、設(shè)置柔性直流輸電系統(tǒng)的啟動充電策略；

6、將構(gòu)網(wǎng)型儲能站作為附屬設(shè)備實現(xiàn)風(fēng)電場的自啟動；

7、進(jìn)行構(gòu)網(wǎng)型儲能站預(yù)同步及風(fēng)電場并網(wǎng)，風(fēng)電場-柔性直流輸電系統(tǒng)啟動完成。

8、優(yōu)選地，基于構(gòu)網(wǎng)型儲能站的風(fēng)電場柔性直流輸電系統(tǒng)包括受端電網(wǎng)，受端電網(wǎng)與受端換流站通過電纜連接；受端換流站通過直流電纜與送端換流站連接；風(fēng)電場與構(gòu)網(wǎng)型儲能站通過開關(guān)kc并聯(lián)后與送端換流站通過電纜連接，受端換流站與受端電網(wǎng)之間的線路上設(shè)置限流電阻r2、受端換流站投入開關(guān)kg和與限流電阻r2并聯(lián)的旁路開關(guān)kr；送端換流站與風(fēng)電場以及構(gòu)網(wǎng)型儲能站的pcc點設(shè)置有啟閉開關(guān)kw。

9、進(jìn)一步地，風(fēng)電場與構(gòu)網(wǎng)型儲能站之間還設(shè)置有電感l(wèi)、電容c和保護(hù)電阻r1。

10、優(yōu)選地，設(shè)置柔性直流輸電系統(tǒng)的啟動充電策略包括：

11、設(shè)置受端換流站和送端換流站不可控充電策略：

12、初始狀態(tài)時，開關(guān) kg和 kr斷開，換流站子模塊處于閉鎖狀態(tài)；換流站子模塊由受端換流站的 n個子模塊和送端換流站的2n個子模塊構(gòu)成；

13、 t0時刻，閉合 kg，投入限流電阻r2，受端電網(wǎng)通過二極管不控整流向換流站子模塊充電；此時受端電網(wǎng)施加在受端換流站 n個子模塊的電壓為交流系統(tǒng)閥側(cè)線電壓峰值，充電結(jié)束時受端換流站 n個子模塊電容電壓和第一直流側(cè)電壓如下：

14、；

15、；

16、此時送端換流站通過直流線路向上下兩橋臂共2 n個子模塊同時充電，送端換流站子模塊電壓是受端換流站子模塊電容電壓的一半：

17、；

18、式中，n為受端換流站子模塊數(shù)量；受端換流站子模塊電容電壓為不可控充電時的受端換流站子模塊電容電壓；送端換流站子模塊電壓為不可控充電時送端換流站子模塊電壓；第一直流側(cè)電壓為不可控充電時的直流側(cè)電壓。

19、進(jìn)一步地，在換流器的充電過程中，需要首先對處于閉鎖狀態(tài)的子模塊充電，只有當(dāng)子模塊電容電壓達(dá)到控制系統(tǒng)的工作電壓時，才可解鎖子模塊；此時的充電過程叫做不可控充電。

20、優(yōu)選地，設(shè)置柔性直流輸電系統(tǒng)的啟動充電方法包括：

21、設(shè)置送端換流站可控充電策略：

22、閥控解鎖后的充電過程通過引入控制策略使電容電壓充電和直流電壓上升到額定值，該過程叫做可控充電，當(dāng)子模塊電容電壓趨于穩(wěn)定后，不可控充電階段完畢； t1時刻，解鎖送端換流站子模塊，啟動無源交流電壓控制，交流系統(tǒng)僅通過直流線路對送端換流站子模塊電容充電； t1時刻發(fā)生在 t0時刻之后；

23、解鎖送端換流站子模塊后，投入工作的子模塊數(shù)量減半，解鎖送端換流站時第二直流側(cè)電壓瞬時降落至原本的1/2，隨后逐步上升；

24、充電完成后，受端換流站子模塊電容電壓保持不變，送端換流站子模塊電容電壓持續(xù)上升直至與受端換流站子模塊電容電壓相等，充電結(jié)束后的子模塊電容電壓公式為：

25、；

26、式中，第二直流側(cè)電壓為可控充電階段的直流側(cè)電壓；為可控充電階段受端換流站子模塊電容電壓；為可控充電階段送端換流站子模塊電壓；為交流系統(tǒng)閥側(cè)線電壓峰值，n為受端換流站子模塊數(shù)量。

27、優(yōu)選地，設(shè)置柔性直流輸電系統(tǒng)的啟動充電方法包括：

28、設(shè)置受端換流站可控充電策略：

29、為使mmc-hvdc系統(tǒng)直流側(cè)達(dá)到額定電壓，子模塊電容電壓達(dá)到額定值，需要在無源可控充電后啟動受端換流站側(cè)的可控充電；

30、 t2時刻啟動有源可控充電，閉合旁路開關(guān) kr； t2時刻發(fā)生在 t1時刻之后；

31、解鎖帶有斜率的受端換流站直流電壓控制，從而控制注入換流器的功率，具體方法為：

32、設(shè)置帶有斜率的受端換流站直流電壓控制，控制指令值在0.734pu~1pu范圍內(nèi)進(jìn)行斜率增長或降低，使兩端mmc子模塊電容上升達(dá)到/ n，充電完成后直流電壓達(dá)到額定值；mmc子模塊為受端換流站內(nèi)置的模塊化多電平轉(zhuǎn)換器。

33、優(yōu)選地，將構(gòu)網(wǎng)型儲能站作為附屬設(shè)備實現(xiàn)風(fēng)電場的自啟動包括：

34、設(shè)置構(gòu)網(wǎng)型儲能站零起升壓啟動控制方法：

35、構(gòu)網(wǎng)型儲能站在為直驅(qū)風(fēng)機(jī)啟動提供電壓、頻率的支撐前，首先需要實現(xiàn)自身的啟動；

36、通過改進(jìn)無功環(huán)實現(xiàn)構(gòu)網(wǎng)型儲能站的啟動，使構(gòu)網(wǎng)型儲能站具備零起升壓功能，建立風(fēng)機(jī)交流側(cè)電壓的計算式：

37、；

38、；

39、式中，是構(gòu)網(wǎng)型儲能站的空載電壓幅值； eq是無功功率調(diào)節(jié)的輸出， kp是無功調(diào)節(jié)系數(shù)，是無功功率參考值， q是無功功率實際值；是上升時的斜率，；是構(gòu)網(wǎng)型儲能站的額定電壓； 是從0上升到的時間；當(dāng)上升到后，構(gòu)網(wǎng)型儲能站輸出的電壓保持不變。

40、優(yōu)選地，將構(gòu)網(wǎng)型儲能站作為附屬設(shè)備實現(xiàn)風(fēng)電場的自啟動包括：

41、設(shè)置構(gòu)網(wǎng)型儲能站零起升壓啟動控制方法后，利用構(gòu)網(wǎng)型儲能站控制有功環(huán)輸出恒定的頻率，實現(xiàn)建立風(fēng)機(jī)交流側(cè)頻率；控制策略如下：

42、通過將慣性與阻尼引入構(gòu)網(wǎng)型儲能站模擬同步機(jī)的特性：

43、；

44、其中：

45、；

46、；

47、式中， tm為機(jī)械轉(zhuǎn)矩、 te為電磁轉(zhuǎn)矩、 dp為阻尼系數(shù)， θ為功角， ω為功角對時間的導(dǎo)數(shù)，為額定頻率；為有功功率參考值；為電磁功率；構(gòu)網(wǎng)型儲能站通過對同步發(fā)電機(jī)的有功及頻率與無功及電壓的下垂特性進(jìn)行模擬，實現(xiàn)一次調(diào)頻和一次調(diào)壓，并向風(fēng)電場提供了穩(wěn)定的電壓與頻率，至此，構(gòu)網(wǎng)型儲能站的零壓啟動過程完成。

48、優(yōu)選地，將構(gòu)網(wǎng)型儲能站作為附屬設(shè)備實現(xiàn)風(fēng)電場的自啟動包括：

49、利用構(gòu)網(wǎng)型儲能站控制有功環(huán)輸出恒定的頻率，實現(xiàn)建立風(fēng)機(jī)交流側(cè)頻率后，設(shè)置構(gòu)網(wǎng)型儲能站的儲能裝置對直驅(qū)風(fēng)機(jī)進(jìn)行充電的策略：

50、當(dāng)構(gòu)網(wǎng)型儲能站啟動后，合上風(fēng)電場與構(gòu)網(wǎng)型儲能站之間的開關(guān) kc，連接風(fēng)電場；

51、風(fēng)電場電壓以及頻率穩(wěn)定且外界風(fēng)速滿足啟動條件時，對風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行啟動，實現(xiàn)風(fēng)能向電能的轉(zhuǎn)換；啟動策略為：

52、當(dāng)外界風(fēng)速滿足風(fēng)電機(jī)組啟動風(fēng)速要求時，風(fēng)輪葉片的槳距角開始從90°向0°調(diào)節(jié)，風(fēng)向與葉片的功角增大，風(fēng)機(jī)開始轉(zhuǎn)動；

53、風(fēng)機(jī)啟動后，在轉(zhuǎn)速未達(dá)到切入速度時，電機(jī)處于非工作狀態(tài)；當(dāng)轉(zhuǎn)速滿足切入轉(zhuǎn)速后，電機(jī)并網(wǎng)并進(jìn)入最優(yōu)功率輸出階段；

54、風(fēng)電機(jī)組經(jīng)過啟動階段后進(jìn)入最優(yōu)功率輸出階段，風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)，此時風(fēng)速未達(dá)到額定風(fēng)速，輸出功率低于額定功率，葉片槳距角保持在0°附近；此時風(fēng)電機(jī)組的控制系統(tǒng)主要任務(wù)是調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速使風(fēng)電機(jī)組最大限度的吸收風(fēng)能，但受到風(fēng)機(jī)機(jī)械性能以及其他因素的限制，最優(yōu)功率輸出階段分為變速運行區(qū)域和恒速運行區(qū)域，最優(yōu)功率輸出值在變速運行區(qū)域；最優(yōu)功率輸出策略為：

55、風(fēng)電機(jī)組采用最大功率點跟蹤控制方法，使風(fēng)能利用系數(shù)最大，與葉尖速比 λ和槳距角β相關(guān)，固定風(fēng)機(jī)葉片槳距角β，獲取最優(yōu)葉尖速比使風(fēng)能利用系數(shù)達(dá)到最大值；此時的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)換效率最高，風(fēng)機(jī)可以最大限度的捕獲風(fēng)能，在此階段風(fēng)機(jī)在風(fēng)速變化時隨之進(jìn)行變速運行；

56、同時考慮到此時風(fēng)電場處于一個孤網(wǎng)狀態(tài)，負(fù)載較低，如果風(fēng)電機(jī)組以額定功率進(jìn)行輸出，構(gòu)網(wǎng)型儲能站的儲能裝置可能無法全部吸收其產(chǎn)生的電能，所以控制風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行降功率輸出，當(dāng)風(fēng)電機(jī)組輸出功率達(dá)到設(shè)定的低運行功率后，風(fēng)電機(jī)組進(jìn)入恒功率輸出階段，此時控制系統(tǒng)通過改變槳距角b調(diào)節(jié)風(fēng)能利用系數(shù)，實現(xiàn)對輸出功率的控制。

57、優(yōu)選地，進(jìn)行構(gòu)網(wǎng)型儲能站預(yù)同步及風(fēng)電場并網(wǎng)包括：

58、完成風(fēng)電場的自啟動后，送端換流站發(fā)送并網(wǎng)信號：

59、當(dāng)風(fēng)電場進(jìn)入恒功率輸出階段且柔性直流輸電系統(tǒng)子模塊電容電壓達(dá)到額定值時，送端換流站向構(gòu)網(wǎng)型儲能站發(fā)送并網(wǎng)信號。

60、優(yōu)選地，進(jìn)行構(gòu)網(wǎng)型儲能站預(yù)同步及風(fēng)電場并網(wǎng)包括：

61、設(shè)置構(gòu)網(wǎng)型儲能站裝置預(yù)同步策略：

62、設(shè)置構(gòu)網(wǎng)型儲能站裝置預(yù)同步策略，包括構(gòu)網(wǎng)型虛擬同步發(fā)電機(jī)vsg控制策略：

63、閉合構(gòu)網(wǎng)型儲能站內(nèi)置的同步控制開關(guān)，啟動預(yù)同步控制；根據(jù)相位同步信號與幅值同步信號生成新的 e與 ω指令；其中，相位同步信號為送端換流站交流側(cè)與構(gòu)網(wǎng)型儲能站交流側(cè)的電壓相位差，幅值同步信號為送端換流站交流側(cè)與構(gòu)網(wǎng)型儲能站交流側(cè)的電壓幅值差；

64、預(yù)同步控制用于構(gòu)網(wǎng)型虛擬同步發(fā)電機(jī)vsg輸出電壓跟蹤電網(wǎng)電壓，包括幅值同步和相位同步，分別通過調(diào)整 e和 ω實現(xiàn)：

65、；

66、其中為疊加在 ωn的相位同步信號，為疊加在 e0上的幅值同步信號，為電網(wǎng)電壓相位， 、為相位和幅值的同步積分器系數(shù)；為電網(wǎng)電壓；s是拉普拉斯變換中的復(fù)頻率變量；

67、閉合同步控制開關(guān)啟動預(yù)同步控制，斷開同步控制開關(guān)退出預(yù)同步控制，并復(fù)位相位和幅值的同步積分調(diào)節(jié)器；

68、進(jìn)行風(fēng)電場并網(wǎng)：

69、當(dāng)送端換流站交流側(cè)與構(gòu)網(wǎng)型儲能站電壓幅值差小于10%額定值，且相角偏差小于5°時，完成預(yù)同步，滿足同步并網(wǎng)條件；延遲t時間后斷開預(yù)同步開關(guān)，閉合風(fēng)電場與構(gòu)網(wǎng)型儲能站ppc點即公共耦合點位于送端換流站的開關(guān)kw，實現(xiàn)風(fēng)電場與構(gòu)網(wǎng)型儲能站向風(fēng)電場輸送功率，完成系統(tǒng)的啟動。

70、進(jìn)一步地，微網(wǎng)離網(wǎng)運行時，構(gòu)網(wǎng)型儲能站輸出電壓的幅值和相位與電網(wǎng)電壓之間可能存在一定的偏差；如果對其輸出電壓，尤其是相位不加以控制，則風(fēng)電場并入電網(wǎng)后可能產(chǎn)生過大的電流沖擊，導(dǎo)致預(yù)同步失敗，為使風(fēng)電場順利并網(wǎng)，需要對構(gòu)網(wǎng)型儲能站的儲能裝置進(jìn)行預(yù)同步控制。

71、進(jìn)一步地，當(dāng)滿足與同步并網(wǎng)條件后，為了讓電流的沖擊盡可能最小或者為0，需要延遲一段時間后斷開預(yù)同步開關(guān)，并閉合風(fēng)電場與構(gòu)網(wǎng)型儲能站ppc點即公共耦合點處于送端換流站的開關(guān)kw。

72、本發(fā)明的有益效果如下：

73、1，通過本發(fā)明，mmc-hvdc系統(tǒng)可以憑借受端交流側(cè)電網(wǎng)即可實現(xiàn)受端換流站和送端換流站子模塊的充電過程，完成mmc-hvdc系統(tǒng)的啟動過程。

74、2，本發(fā)明采用風(fēng)電場加儲能系統(tǒng)的方式完成風(fēng)電場的自啟動過程，在完全沒有外網(wǎng)電力支持的情況下，儲能可以作為風(fēng)電場的附屬設(shè)備為風(fēng)電機(jī)組提供穩(wěn)定的電壓與頻率支撐，在mmc-hvdc系統(tǒng)啟動前完成并網(wǎng)要求，等待mmc-hvdc系統(tǒng)的并網(wǎng)信號。收到并網(wǎng)信號后，儲能采用預(yù)同步控制，可以達(dá)到從離網(wǎng)到并網(wǎng)過程的無縫切換，避免了沖擊電流的影響。

75、3，相較于普通的儲能裝置，本發(fā)明采用構(gòu)網(wǎng)型控制儲能裝置，構(gòu)網(wǎng)型變流器采用與同步發(fā)電機(jī)類似的功率同步策略，能自行構(gòu)建交流側(cè)輸出電壓，主動支撐變流器的頻率和電壓的調(diào)節(jié)；本發(fā)明在構(gòu)網(wǎng)型儲能站采用構(gòu)網(wǎng)型虛擬同步發(fā)電機(jī)（virtual?synchronousgenerator，vsg）控制策略來增強(qiáng)系統(tǒng)慣性；并且由構(gòu)網(wǎng)型儲能站與風(fēng)電場可以構(gòu)成一種微電網(wǎng)系統(tǒng)，以微電網(wǎng)的形式接入配電網(wǎng)，進(jìn)而提升新型電力系統(tǒng)的頻率和電壓穩(wěn)定性。