一種配置儲能電站風(fēng)電場黑啟動方法
【專利摘要】一種儲能電站風(fēng)電場黑啟動方法，包括以下步驟：一，首先對黑啟動需要的計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行收集；二，風(fēng)儲系統(tǒng)仿真建模，利用實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)建整個(gè)系統(tǒng)的仿真模型；三，基于全釩液流儲能電池的風(fēng)儲系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)仿真計(jì)算；四，黑啟動方案的編制；五，黑啟動試驗(yàn)方案的編制；六，根據(jù)編制的黑啟動試驗(yàn)方案，進(jìn)行黑啟動試驗(yàn)；該配置儲能電站風(fēng)電場黑啟動方法，在地區(qū)電網(wǎng)停電的情況下可以迅速恢復(fù)部分負(fù)荷的用電，提高供電可靠性，減少用戶的損失；風(fēng)儲發(fā)電系統(tǒng)的相關(guān)研究，可以提高風(fēng)電儲能系統(tǒng)的功率平滑能力，改善風(fēng)電場功率輸出特性。
【專利說明】
一種配置儲能電站風(fēng)電場黑啟動方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及儲能電站風(fēng)電場應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是一種配置儲能電站風(fēng)電場黑啟動方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來隨著不可再生能源的日益枯竭，風(fēng)能、太陽能等新興能源大規(guī)模接入電力系統(tǒng)比例逐年增加，然而可再生能源發(fā)電的波動性、間歇性和不可準(zhǔn)確預(yù)測性，給現(xiàn)有電力系統(tǒng)運(yùn)行帶來了巨大挑戰(zhàn)，迫切需要額外的備用容量來實(shí)現(xiàn)動態(tài)供需平衡以及提供調(diào)頻調(diào)壓輔助服務(wù)。儲能作為解決大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電接入電網(wǎng)的一種有效技術(shù)而備受關(guān)注，其主要的功能包括:能夠平滑短時(shí)出力波動，跟蹤調(diào)度計(jì)劃出力，實(shí)現(xiàn)套利運(yùn)行，提高可再生能源發(fā)電的確定性、可預(yù)測性和經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)削峰填谷、負(fù)荷跟蹤、調(diào)頻調(diào)壓、熱備用、電能質(zhì)量治理等功能，提高系統(tǒng)自身的調(diào)節(jié)能力；電網(wǎng)黑啟動電源多集中在水電機(jī)組、燃?xì)鈾C(jī)組、外網(wǎng)接入電力以及一些小火電機(jī)組。根據(jù)作為黑啟動電源的特點(diǎn)，儲能系統(tǒng)與風(fēng)電系統(tǒng)組成的風(fēng)儲系統(tǒng)也同樣具備黑啟動機(jī)組的條件，目前國內(nèi)外對于新能源發(fā)電系統(tǒng)的黑啟動能力大多是一種憧憬，真正的研究工作沒有實(shí)質(zhì)性的開展，因此本項(xiàng)研究對于國內(nèi)外來說都是一個(gè)新的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]現(xiàn)有技術(shù)不能滿足人們的需要，針對上述問題，本發(fā)明旨在提供一種配置儲能電站風(fēng)電場黑啟動方法。
[0004]為實(shí)現(xiàn)該技術(shù)目的，本發(fā)明的方案是:一種配置儲能電站風(fēng)電場黑啟動方法，包括以下步驟:
[0005]一，首先對黑啟動需要的計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。首先對基本情況進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集，對重要部件的數(shù)據(jù)收集有必要去現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)研。
[0006]二，風(fēng)儲系統(tǒng)仿真建模，利用實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)建整個(gè)系統(tǒng)的仿真模型。通過仿真計(jì)算來校驗(yàn)風(fēng)儲系統(tǒng)啟動會出現(xiàn)的問題，以便對黑啟動試驗(yàn)方案的編制提供依據(jù)。
[0007]三，基于全釩液流儲能電池的風(fēng)儲系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)仿真計(jì)算，風(fēng)儲系統(tǒng)是否具備黑啟動能力需要攻克幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。
[0008]四，黑啟動方案的編制，根據(jù)整個(gè)風(fēng)儲系統(tǒng)的特點(diǎn)編制可行的風(fēng)儲黑啟動方案并對黑啟動涉及的電氣計(jì)算進(jìn)行仿真計(jì)算和分析。并跟據(jù)仿真計(jì)算結(jié)果提出可行的黑啟動方案，方案應(yīng)充分考慮風(fēng)儲系統(tǒng)的特點(diǎn)做到切實(shí)可行。
[0009]五，黑啟動試驗(yàn)方案的編制，通過對整個(gè)風(fēng)儲系統(tǒng)黑啟動過程進(jìn)行仿真計(jì)算，針對風(fēng)儲系統(tǒng)提出可彳丁的黑啟動試驗(yàn)方案，方案應(yīng)能夠驗(yàn)證風(fēng)儲系統(tǒng)作為黑啟動電源的可打性，考查風(fēng)儲系統(tǒng)在電網(wǎng)瓦解、廠用電消失、系統(tǒng)“全黑”情況下，自啟動及帶自身廠用電的能力和穩(wěn)定性；考查風(fēng)儲系統(tǒng)啟動后帶其他電廠廠用電、從而啟動電廠機(jī)組的可行性?’考查線路空沖時(shí)是否會發(fā)生諧振及過電壓等情況。
[0010]Tn ?根據(jù)編制的黑啟動試驗(yàn)方案，進(jìn)彳丁黑啟動試驗(yàn)。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:該配置儲能電站風(fēng)電場黑啟動方法，可以解決遼寧中北部少水電地區(qū)缺少黑啟動電源的問題，提高了地區(qū)黑啟動的能力；
[0012]2)風(fēng)儲發(fā)電系統(tǒng)黑啟動在地區(qū)電網(wǎng)停電的情況下可以迅速恢復(fù)部分負(fù)荷的用電，提高供電可靠性，減少用戶的損失；
[0013]3)風(fēng)儲發(fā)電系統(tǒng)的相關(guān)研究，可以提高風(fēng)電儲能系統(tǒng)的功率平滑能力，改善風(fēng)電場功率輸出特性；
[0014]4)風(fēng)儲發(fā)電系統(tǒng)黑啟動的相關(guān)研究在儲能系統(tǒng)平衡風(fēng)電出力的基礎(chǔ)上增加了黑啟動的能力，可以減少地區(qū)增加黑啟動電源的不必要的投資。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明整體流程TJK意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0017]請參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例中，一種配置儲能電站風(fēng)電場黑啟動方法，包括以下步驟:
[0018]一，首先對黑啟動需要的計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。首先對基本情況進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集，對重要部件的數(shù)據(jù)收集有必要去現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)研。
[0019]二，風(fēng)儲系統(tǒng)仿真建模，利用實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)建整個(gè)系統(tǒng)的仿真模型。通過仿真計(jì)算來校驗(yàn)風(fēng)儲系統(tǒng)啟動會出現(xiàn)的問題，以便對黑啟動試驗(yàn)方案的編制提供依據(jù)。
[0020]三，基于全釩液流儲能電池的風(fēng)儲系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)仿真計(jì)算，風(fēng)儲系統(tǒng)是否具備黑啟動能力需要攻克幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。
[0021]四，黑啟動方案的編制，根據(jù)整個(gè)風(fēng)儲系統(tǒng)的特點(diǎn)編制可行的風(fēng)儲黑啟動方案并對黑啟動涉及的電氣計(jì)算進(jìn)行仿真計(jì)算和分析。并跟據(jù)仿真計(jì)算結(jié)果提出可行的黑啟動方案，方案應(yīng)充分考慮風(fēng)儲系統(tǒng)的特點(diǎn)做到切實(shí)可行。
[0022]五，黑啟動試驗(yàn)方案的編制，通過對整個(gè)風(fēng)儲系統(tǒng)黑啟動過程進(jìn)行仿真計(jì)算，針對風(fēng)儲系統(tǒng)提出可彳丁的黑啟動試驗(yàn)方案，方案應(yīng)能夠驗(yàn)證風(fēng)儲系統(tǒng)作為黑啟動電源的可打性，考查風(fēng)儲系統(tǒng)在電網(wǎng)瓦解、廠用電消失、系統(tǒng)“全黑”情況下，自啟動及帶自身廠用電的能力和穩(wěn)定性；考查風(fēng)儲系統(tǒng)啟動后帶其他電廠廠用電、從而啟動電廠機(jī)組的可行性?’考查線路空沖時(shí)是否會發(fā)生諧振及過電壓等情況。
[0023]仿真建模包括以下三個(gè)部分:
[0024](I)風(fēng)儲系統(tǒng)單元級建模:首先需要對系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)、負(fù)荷、儲能單元及相關(guān)單元級控制器進(jìn)行單元級建模，包括系統(tǒng)各組成單元的數(shù)學(xué)模型、儲能單元的充放電控制模型及單元級的控制策略模型等。
[0025](2)風(fēng)儲系統(tǒng)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)建模:對系統(tǒng)控制器及管理系統(tǒng)進(jìn)行建模，建立系統(tǒng)整體運(yùn)行控制，實(shí)現(xiàn)風(fēng)儲系統(tǒng)聯(lián)合控制模型。
[0026](3)風(fēng)儲系統(tǒng)黑啟動仿真建模:搭建黑啟動的啟動路徑、被啟動電源、被啟動電源廠用輔機(jī)模型。
[0027]1.2全釩液流儲能系統(tǒng)自啟動關(guān)鍵技術(shù)研究
[0028]全面開展研究全鑰;液流儲能裝置的自啟動條件、全鑰;液流儲能系統(tǒng)單元啟動控制模式研究及全釩液流儲能系統(tǒng)單元之間啟動控制策略研究。大規(guī)模儲能系統(tǒng)分為多個(gè)儲能單元，臥牛石風(fēng)電場為全國最大的儲能系統(tǒng)容量為5MW，共分為15個(gè)單元每個(gè)單元352kW，每個(gè)單元都有自己的逆變系統(tǒng)，控制系統(tǒng)均為單獨(dú)控制，控制模式又可以分為主動控制模式和被動控制模式，由于各單元相互之間沒有聯(lián)系選擇一組單元作為主動控制模式其他單元被動模式并網(wǎng)運(yùn)行或者選擇各單元均為下垂控制利用儲能單元自身調(diào)節(jié)能力來調(diào)整整個(gè)系統(tǒng)的電壓及頻率。
[0029]1.3風(fēng)儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)控制策略研究
[0030]由于儲能系統(tǒng)容量限制，將利用風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)填補(bǔ)儲能系統(tǒng)容量的不足，同時(shí)儲能系統(tǒng)又能夠平滑風(fēng)機(jī)的有功出力兩者實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)的作用，儲能系統(tǒng)作為風(fēng)儲系統(tǒng)的啟動電源啟動后，還要使風(fēng)機(jī)啟動組成風(fēng)儲的聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，當(dāng)風(fēng)機(jī)啟動后形成了一個(gè)小的孤島系統(tǒng)此時(shí)系統(tǒng)的功率平衡功能需儲能系統(tǒng)來完成，儲能系統(tǒng)將風(fēng)機(jī)發(fā)出多余的電力進(jìn)行存儲，此時(shí)啟動風(fēng)機(jī)總有功不應(yīng)超過儲能系統(tǒng)容量，風(fēng)機(jī)與儲能系統(tǒng)共同組成的風(fēng)儲系統(tǒng)需要能夠保證孤島系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
[0031]1.4風(fēng)儲系統(tǒng)穩(wěn)定性分析研究
[0032]風(fēng)儲系統(tǒng)作為黑啟動電源啟動后需能夠控制黑啟動系統(tǒng)的電壓及頻率，黑啟動過程中系統(tǒng)頻率應(yīng)控制在49.5?50.5赫茲之內(nèi)，電壓應(yīng)控制在0.9?1.1標(biāo)么值之內(nèi)。風(fēng)儲系統(tǒng)組成的聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)通過仿真計(jì)算研究黑啟動過程中故障的擾動及負(fù)荷的沖擊，根據(jù)仿真計(jì)算結(jié)果評估風(fēng)儲系統(tǒng)的黑啟動能力，并提出相關(guān)的措施。
[0033]1.5風(fēng)儲系統(tǒng)黑啟動方案
[0034](I)研究黑啟動的目標(biāo)是，在資源允許的情況下，盡可能快的恢復(fù)停電區(qū)域內(nèi)盡可能多的用電負(fù)荷，同時(shí)，整個(gè)區(qū)域電網(wǎng)應(yīng)在采取一系列恢復(fù)動作后回復(fù)到安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀
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[0035](2)風(fēng)儲系統(tǒng)黑啟動電源的選擇:盡量選擇調(diào)節(jié)性能好、啟動速度快、具備進(jìn)相運(yùn)行能力機(jī)組；優(yōu)先選用直調(diào)電廠作為啟動電源，其次選用用戶電源；盡量選擇接入較高電壓等級的電廠；有利于快速恢復(fù)其它電源的電廠；距離負(fù)荷中心近的電廠。結(jié)合黑啟動電源的選擇原則和具體要求，考慮采用臥牛石儲能系統(tǒng)及風(fēng)電場作為黑啟動電源，臥牛石儲能裝機(jī)5MW，臥牛石風(fēng)電場裝機(jī)49.5MW。
[0036](3)黑啟動路徑選擇:路徑的選擇原則應(yīng)能在盡量短的時(shí)間內(nèi)以最少的操作步驟恢復(fù)系統(tǒng)供電；應(yīng)盡量減少不同電壓等級的變換；應(yīng)距離下一個(gè)電源點(diǎn)最近，以盡快恢復(fù)本地區(qū)電網(wǎng)的主力電廠，建立相對穩(wěn)定的供電系統(tǒng)；應(yīng)便于主網(wǎng)架的快速恢復(fù)。臥牛石風(fēng)電場自啟動路徑:備用電源啟動-全釩液流儲能系統(tǒng)_35kV母線充電-廠用電送電-監(jiān)控系統(tǒng)啟動-二次系統(tǒng)送電-風(fēng)電機(jī)組啟動。
[0037](4)風(fēng)儲系統(tǒng)黑啟動計(jì)算方案:
[0038]a.分析系統(tǒng)是否存在自勵(lì)磁問題，提出避免發(fā)生自勵(lì)磁的措施。
[0039]b.諧振計(jì)算提出避免產(chǎn)生諧振的運(yùn)行方式、操作方式，如避免對末端帶有變壓器的線路進(jìn)行充電。確實(shí)無法避免時(shí)應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)算，并提出防止諧振的措施。
[0040]c.工頻過電壓和進(jìn)相計(jì)算:基于確定的儲能系統(tǒng)自身進(jìn)相能力，計(jì)算黑啟動系統(tǒng)整體無功進(jìn)相問題；對黑啟動初期每條220kV及以上電壓等級的線路進(jìn)行末端電壓升高計(jì)算，明確規(guī)定高抗、低抗、主變分接頭和電源容量要求。
[0041]d.頻率、電壓計(jì)算:在頻率電壓計(jì)算中，頻率應(yīng)盡可能控制在49.5?50.5赫茲之內(nèi)，電壓應(yīng)盡可能控制在0.9?1.1標(biāo)么值之內(nèi)。通過仿真計(jì)算應(yīng)確定允許同時(shí)接入的最大負(fù)荷量。
[0042]e.系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算:系統(tǒng)初步恢復(fù)后，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)還比較薄弱，整個(gè)系統(tǒng)容量比較小，容易受到干擾而引發(fā)穩(wěn)定問題。進(jìn)行初步恢復(fù)后的系統(tǒng)往往比較薄弱，按照《電力系統(tǒng)穩(wěn)定導(dǎo)則》的要求，黑啟動初期的小系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性一般只按單相短路接地的單一故障來考察。黑啟動過程中應(yīng)按照啟動路徑分階段進(jìn)行負(fù)荷恢復(fù)過程中的穩(wěn)定計(jì)算，并提出相關(guān)措施。
[0043]1.6風(fēng)儲系統(tǒng)黑啟動試驗(yàn)研究
[0044]試驗(yàn)的主要目的是:
[0045](I)黑啟動方案在實(shí)際電網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)的可行性；
[0046](2)考查風(fēng)儲系統(tǒng)作為黑啟動電源在電網(wǎng)瓦解、廠用電消失、系統(tǒng)“全黑”情況下，自啟動及帶自身廠用電的能力和穩(wěn)定性；
[0047](3)考查風(fēng)儲系統(tǒng)作為黑啟動電源啟動后帶其他電廠廠用電、從而啟動電廠機(jī)組的可行性；
[0048](4)在空充長線過程中是否產(chǎn)生自勵(lì)磁；
[0049](5)在空充長線過程中和甩負(fù)荷時(shí)，線路末端瞬時(shí)過電壓和工頻過電壓倍數(shù)是否在允許范圍以內(nèi)；
[0050](6)在空充啟備變過程中，是否會發(fā)生鐵磁諧振。
[0051]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其它的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
[0052]以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何細(xì)微修改、等同替換和改進(jìn)，均應(yīng)包含在本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種配置儲能電站風(fēng)電場黑啟動方法，其特征在于:整個(gè)方法包括以下步驟: 步驟一，首先對黑啟動需要的計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。首先對基本情況進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集，對重要部件的數(shù)據(jù)收集有必要去現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)研。 步驟二，風(fēng)儲系統(tǒng)仿真建模，利用實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)建整個(gè)系統(tǒng)的仿真模型。通過仿真計(jì)算來校驗(yàn)風(fēng)儲系統(tǒng)啟動會出現(xiàn)的問題，以便對黑啟動試驗(yàn)方案的編制提供依據(jù)。 步驟三，基于全釩液流儲能電池的風(fēng)儲系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)仿真計(jì)算，風(fēng)儲系統(tǒng)是否具備黑啟動能力需要攻克兒個(gè)關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。 步驟四，黑啟動方案的編制，根據(jù)整個(gè)風(fēng)儲系統(tǒng)的特點(diǎn)編制可行的風(fēng)儲黑啟動方案并對黑啟動涉及的電氣計(jì)算進(jìn)行仿真計(jì)算和分析。并跟據(jù)仿真計(jì)算結(jié)果提出可行的黑啟動方案，方案應(yīng)充分考慮風(fēng)儲系統(tǒng)的特點(diǎn)做到切實(shí)可行。 步驟五，黑啟動試驗(yàn)方案的編制，通過對整個(gè)風(fēng)儲系統(tǒng)黑啟動過程進(jìn)行仿真計(jì)算，針對風(fēng)儲系統(tǒng)提出可彳丁的黑啟動試驗(yàn)方案，方案應(yīng)能夠驗(yàn)證風(fēng)儲系統(tǒng)作為黑啟動電源的可打性，考查風(fēng)儲系統(tǒng)在電網(wǎng)瓦解、廠用電消失、系統(tǒng)“全黑”情況下，自啟動及帶自身廠用電的能力和穩(wěn)定性；考查風(fēng)儲系統(tǒng)啟動后帶其他電廠廠用電、從而啟動電廠機(jī)組的可行性?’考查線路空沖時(shí)是否會發(fā)生諧振及過電壓等情況。 步驟八，根據(jù)編制的黑啟動試驗(yàn)方案，進(jìn)彳丁黑啟動試驗(yàn)。
【文檔編號】H02J3/38GK105896589SQ201410768362
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年12月4日
【發(fā)明人】孫峰, 王剛, 趙毅, 黃旭, 朱鈺, 程緒可, 禹加, 張釗, 董鶴楠, 白雪, 張瀟桐
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院