一種風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)的柔性自啟動(dòng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)的柔性自啟動(dòng)方法，特別涉及一種基于Petri網(wǎng)絡(luò) 控制機(jī)制的風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)的柔性自啟動(dòng)方法，屬于電網(wǎng)運(yùn)行與控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)電網(wǎng)在新能源集中接入和運(yùn)行等問(wèn)題上面臨巨大挑戰(zhàn)，一方面受電網(wǎng)輸送容 量和穩(wěn)定運(yùn)行要求等因素的限制，電網(wǎng)對(duì)新能源的接納能力不足；同時(shí)新能源的接入改變 了電網(wǎng)綜合負(fù)荷特性，影響電網(wǎng)安全，目前尚無(wú)有效應(yīng)對(duì)策略。孤網(wǎng)運(yùn)行是新能源分散和小 規(guī)模應(yīng)用的有效形式，也是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)靈活控制和故障后快速恢復(fù)的有效支撐。
[0003] 風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)在運(yùn)行中具有較大的技術(shù)互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)配置一定的儲(chǔ)能容量和二 者間功率的協(xié)調(diào)控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)荷的連續(xù)、平穩(wěn)供電。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行 的研究主要集中風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行機(jī)理、運(yùn)行方式、控制策略、風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)建模和仿真等方 面，對(duì)于大容量風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)自啟動(dòng)研究開(kāi)展較少。風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行及自啟動(dòng)實(shí)現(xiàn)的核 心技術(shù)在于風(fēng)機(jī)出力、風(fēng)機(jī)及儲(chǔ)能逆變器、儲(chǔ)能充/放電轉(zhuǎn)換三者間控制策略。目前，雙饋風(fēng) 機(jī)采用的控制技術(shù)是磁場(chǎng)定向控制或直接轉(zhuǎn)矩控制，兩種控制方法的目標(biāo)是機(jī)組的優(yōu)化運(yùn) 行，但同時(shí)都具有無(wú)功調(diào)節(jié)能力，可將機(jī)群視為出力波動(dòng)的大容量同步發(fā)電機(jī)。儲(chǔ)能裝置功 率的跟蹤和響應(yīng)策略是風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)能夠成為實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng)、穩(wěn)定運(yùn)行的重要支撐，儲(chǔ)能單 元在風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程的不同階段中分別承擔(dān)風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)基準(zhǔn)、風(fēng)機(jī)啟動(dòng)電源、風(fēng)機(jī)并 網(wǎng)接納、平抑風(fēng)速變化、調(diào)節(jié)小系統(tǒng)頻率、電壓波動(dòng)、空載設(shè)備充電無(wú)功平衡、負(fù)荷投切震蕩 等需求，同時(shí)儲(chǔ)能單元通過(guò)吸納風(fēng)機(jī)出力進(jìn)行充電。
[0004] 電網(wǎng)正常運(yùn)行條件下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間是一種柔性連接關(guān)系，通過(guò)對(duì)發(fā)電 機(jī)轉(zhuǎn)子電流的適當(dāng)控制，就可在變速運(yùn)行中的任何轉(zhuǎn)速下實(shí)現(xiàn)成功并網(wǎng)；而由風(fēng)、儲(chǔ)兩種能 源組成的孤立電網(wǎng)，由儲(chǔ)能逆變器來(lái)?yè)?dān)當(dāng)大電網(wǎng)的功能，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電啟動(dòng)和并網(wǎng)，這是一種剛 性連接，能否并網(wǎng)運(yùn)行成功取決于儲(chǔ)能逆變器的控制方式。傳統(tǒng)的控制方式中，對(duì)儲(chǔ)能裝置 的逆變器單元實(shí)施了恒頻恒壓控制。在上述控制方式下，風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的運(yùn)行比較脆弱，對(duì)擾動(dòng) 比較敏感，在惡劣的條件下存在啟動(dòng)失敗的可能，應(yīng)用具有較大局限性，不利于風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的 商業(yè)化運(yùn)行，實(shí)用性差。
[0005] 解決問(wèn)題的關(guān)鍵是如何跟蹤和響應(yīng)交流系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能單元的功率需求，進(jìn)行柔性控 制。該控制的復(fù)雜性在于，一方面，控制策略要適應(yīng)多種運(yùn)行工況的變動(dòng)，如儲(chǔ)能狀態(tài)、風(fēng)機(jī) 變頻器調(diào)節(jié)狀態(tài)、風(fēng)機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)等等，運(yùn)行工況不同，要求儲(chǔ)能控制提供的功率特性也不 同，而且其特性還與風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)。另一方面，儲(chǔ)能系統(tǒng)還需要響應(yīng)和平抑風(fēng)儲(chǔ) 系統(tǒng)各種擾動(dòng)，如風(fēng)速的變化、風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況的改變、孤立系統(tǒng)負(fù)荷的變化等。如何實(shí)現(xiàn)適 應(yīng)各種復(fù)雜工況的儲(chǔ)能系統(tǒng)柔性控制是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，基于Petri網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng) 啟動(dòng)過(guò)程中功率需求量的預(yù)測(cè)，從而提供一種有效和實(shí)用化的風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)的柔性自啟動(dòng) 方法。本發(fā)明采用的方法，能夠更有效和可靠的進(jìn)行風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)的自啟動(dòng)，為風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系 統(tǒng)的運(yùn)行和控制提供技術(shù)依據(jù)和實(shí)用化方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，提供一種可靠且有效的風(fēng)儲(chǔ)孤 網(wǎng)系統(tǒng)的柔性自啟動(dòng)方法。本發(fā)明采用的這種自啟動(dòng)方法，考慮啟動(dòng)過(guò)程中風(fēng)電機(jī)組有功 功率的輸出特性，能夠更有效和可靠的進(jìn)行風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)的自啟動(dòng)，為風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)的自 啟動(dòng)提供技術(shù)依據(jù)和實(shí)用方法。
[0008] 本發(fā)明提出的這種風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)柔性自啟動(dòng)方法的基本思想是：基于時(shí)間Petri 網(wǎng)絡(luò)理論，考慮風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程中各種運(yùn)行條件，建立風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)功率偏差預(yù)測(cè)模型， 并在考慮功率偏差條件下實(shí)施功率和電壓調(diào)節(jié)，從而較大的提高了風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)自啟動(dòng)的 可靠性和實(shí)用性。
[0009] 本發(fā)明給出的技術(shù)方案是：在由風(fēng)電機(jī)組和儲(chǔ)能裝置組成的孤立電網(wǎng)供電系統(tǒng) 中，由儲(chǔ)能裝置提供啟動(dòng)電源和基準(zhǔn)電壓，進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組的啟動(dòng)，通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)逆變器的柔 性控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。其特點(diǎn)是包括以下步驟：
[0010] 步驟1)獲取風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)；
[0011] 步驟2)獲取風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)；
[0012] 步驟3)建立基于Petri網(wǎng)的風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)功率偏差預(yù)測(cè)模型；
[0013] (1)把風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)功率偏差確定為系統(tǒng)的預(yù)測(cè)目標(biāo)；
[0014] (2)把影響預(yù)測(cè)目標(biāo)主要因素的歷史數(shù)據(jù)作為模型的輸入量；
[0015] (3)把原始數(shù)據(jù)、中間預(yù)測(cè)值和最終預(yù)測(cè)值定義為Petri網(wǎng)模型中的庫(kù)所集合；
[0016] (4)根據(jù)庫(kù)所集合元素間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，定義Petri網(wǎng)模型中的變迀集合；
[0017] (5)確定Petri網(wǎng)模型中流關(guān)系上的權(quán)函數(shù)；
[0018] (6)經(jīng)Petri網(wǎng)模型計(jì)算得到風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)功率偏差預(yù)測(cè)值.
[0019]步驟4)儲(chǔ)能逆變器實(shí)施主從控制；
[0020]步驟5)功率偏差控制加入到頻率控制環(huán)節(jié)；
[0021 ]步驟6)通過(guò)儲(chǔ)能裝置對(duì)風(fēng)電機(jī)組的變頻器進(jìn)行充電；
[0022] 步驟7)變頻器開(kāi)始工作，供給風(fēng)電機(jī)組勵(lì)磁電流，控制定子電壓和變頻器直流電 壓到達(dá)額定值；
[0023] 步驟8)風(fēng)電機(jī)組并入風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)的交流母線。
[0024] 風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)是指由風(fēng)電機(jī)組和儲(chǔ)能系統(tǒng)組成的獨(dú)立的交流供電系統(tǒng)。
[0025] 步驟1)獲取風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)是指風(fēng)速、風(fēng)電機(jī)組的漿距角、風(fēng)電機(jī)組輸 出的有功功率、無(wú)功功率、儲(chǔ)能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)、風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)的負(fù)荷功率、交流母線電壓、 頻率等電網(wǎng)計(jì)算和控制所需要的參數(shù)。
[0026] 步驟2)中確定風(fēng)電機(jī)組啟動(dòng)數(shù)量是指按如下公式計(jì)算風(fēng)電機(jī)組的啟動(dòng)數(shù)量：
[0027] a.PGN = Pa+PD+PL
[0028] b.PGN/Pco<N
[0029] 其中，Pa為儲(chǔ)能剩余容量;Pd風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷;P?為雙饋風(fēng)電機(jī)組的最小啟動(dòng)功 率;Pl為風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)損耗;Pcn為風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)允許的風(fēng)電機(jī)組最大啟動(dòng)功率;N為 風(fēng)電機(jī)組的啟動(dòng)數(shù)量。
[0030] 步驟3)中所述的影響預(yù)測(cè)目標(biāo)主要因素的歷史數(shù)據(jù)指風(fēng)速、漿距角、并網(wǎng)時(shí)間、負(fù) 荷功率、儲(chǔ)能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)；
[0031] 步驟3)中所述的中間預(yù)測(cè)值指風(fēng)速預(yù)測(cè)值、風(fēng)功率預(yù)測(cè)值、風(fēng)電機(jī)組啟動(dòng)功率預(yù) 測(cè)值、負(fù)荷預(yù)測(cè)值、儲(chǔ)能功率預(yù)測(cè)值。
[0032] 所述最終預(yù)測(cè)值指風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)功率偏差預(yù)測(cè)值。
[0033 ]步驟3)中所述的確定Pe tr i網(wǎng)模型中流關(guān)系上的權(quán)函數(shù)指：
[0034] (1)確定風(fēng)速預(yù)測(cè)函數(shù)，其輸入量是風(fēng)速，輸出量是風(fēng)速預(yù)測(cè)值；
[0035] (2)確定風(fēng)電功率預(yù)測(cè)函數(shù)，其輸入量是歷史風(fēng)速數(shù)據(jù)和風(fēng)電機(jī)組漿距角，輸出量 是風(fēng)電功率預(yù)測(cè)值；
[0036] (3)確定風(fēng)電啟動(dòng)功率計(jì)算函數(shù)，其輸入量是風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)時(shí)間、風(fēng)速和漿距角， 輸出量是風(fēng)電啟動(dòng)功率預(yù)測(cè)值；
[0037] (4)確定負(fù)荷預(yù)測(cè)函數(shù)，其輸入量是歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)，輸出量是負(fù)荷預(yù)測(cè)值；
[0038] (5)確定儲(chǔ)能功率預(yù)測(cè)函數(shù)，其輸入量是儲(chǔ)能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)數(shù)據(jù)，輸出量是儲(chǔ)能 功率預(yù)測(cè)值；
[0039] (6)確定功率偏差計(jì)算函數(shù)，其輸入量是風(fēng)功率預(yù)測(cè)值、風(fēng)電機(jī)組啟動(dòng)功率預(yù)測(cè) 值、負(fù)荷預(yù)測(cè)值和儲(chǔ)能功率預(yù)測(cè)值，輸出量是風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)功率偏差值。
[0040] 步驟4)中所述的儲(chǔ)能逆變器實(shí)施主從控制指在風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)啟動(dòng)過(guò)程中，由儲(chǔ)能逆變 器擔(dān)當(dāng)孤網(wǎng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)電源，實(shí)施恒電壓和恒頻率控制；
[0041] 步驟5)所述的功率偏差控制加入到頻率控制環(huán)節(jié)指在儲(chǔ)能逆變器的頻率調(diào)節(jié)環(huán) 節(jié)中，把孤網(wǎng)系統(tǒng)功率偏差預(yù)測(cè)值作為輸入信號(hào)，使儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率控制既能響應(yīng)系統(tǒng)頻 率的變化，也能響應(yīng)系統(tǒng)功率偏差的變化；
[0042] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：
[0043] 1.本風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)柔性自啟動(dòng)方法，能夠提高該系統(tǒng)自啟動(dòng)的可靠性。傳統(tǒng)的自 啟動(dòng)方法，僅由儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)施恒頻和恒壓控制，不能對(duì)風(fēng)電機(jī)阻啟動(dòng)過(guò)程中的各種因素進(jìn) 行提前預(yù)測(cè)，造成啟動(dòng)過(guò)程中不匹配功率較大，暫態(tài)沖擊也較大，甚至出現(xiàn)啟動(dòng)失敗。本發(fā) 明通過(guò)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中不匹配功率的預(yù)測(cè)，來(lái)減小不平衡功率的沖擊，提高了系統(tǒng)自啟動(dòng) 的可靠性。
[0044] 2.本方法易于實(shí)施。本方法是在原有儲(chǔ)能控制的基礎(chǔ)上，加入反映風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)功率 偏差預(yù)測(cè)環(huán)節(jié)，使得儲(chǔ)能功率調(diào)節(jié)能夠?qū)ο到y(tǒng)功率的不匹配更加靈敏。從控制上易于實(shí)施； 同時(shí)，各預(yù)測(cè)函數(shù)有現(xiàn)成的算法或軟件，控制策略也易于實(shí)施。
[0045] 3.本方法便于商業(yè)化開(kāi)發(fā)。隨著風(fēng)儲(chǔ)孤網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用的增多，該系統(tǒng)的自啟動(dòng)控制 器和控制策略的開(kāi)發(fā)必然具有較大需求，本