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摘要:对风光储电站黑启动的试验过程中风机并网过程进行了分析。首先,重点分析了风机启动流器跳闸的原因,并对风机参与黑启动的过程进行了仿真验证,指出由于风机缺少恰当的软启动启动过电流,使得黑启动失败;然后,提出了风机参与黑启动过程中直流电压软启动的控制策略;仿真对所提控制策略进行了验证,表明所提方法能够很好地避免风机变流器的启动过电流问题
引言
风光储电站地处偏远,一旦外部电网发生故障,将对电站内的正常安全生产和日常生活造成极大影响[1-2]。大停电后的有效恢复控制是减小停电损失的重要措施,根据恢复过程中不同时期的任务,通常分为黑启动、网架重构和负荷恢复3个阶段[3-6]。传统的黑启动主要依靠水电机组或抽水蓄能机组作为电源进行启动[7-10]。文献[10-14]进行了黑启动的策略评价研究及在线决策等。文献[15-17]对含风机、光伏等新能源分布式电源及智能配电的黑启动及相关控制策略进行了理论研究。风光储电站由于包含大规模的储能设备、双向变流设备和较为完备的功率控制系统,能够为电站黑启动提供基础。目前国内外研究成果中尚未有利用风光储电站进行黑启动的工程研究和试验工作,相关的研究也未见报道。风光储示范电站具备黑启动能力对风光储公司、冀北电力公司乃至国家电网公司都具有重要意义。对于风光储公司而言,风光储电站具备黑启动能力将极大提高安全稳定运行能力;对于冀北电力公司而言,风光储电站将为冀北电网提供潜在的黑启动可能性;对于国家电网公司而言,风光储电站的黑启动能力将具有良好的示范作用,使储能电站具备特殊情况下支撑电网安全稳定运行的作用。同时,风光储电站黑启动的研究和实现,将为新能源、局部微电网实现特殊方式下的运行提供工程示范。本文首先对风机参与风光储电站黑启动的过程进行了分析,重点分析了风机启动造成储能变流器跳闸的过程,并对风机参与黑启动的过程进行了仿真验证,指出由于风机缺少恰当的软启动过程,导致启动过流动的控制策略,并利用仿真方法对提出的控制策略进行了验证,表明提出的方法能够很好地避免风机变流器的启动过流问题。
1永磁直驱风机及其启动过程
1.1永磁直驱风机拓扑结构
永磁直驱风机的拓扑如图1所示,其由六相的永磁电机、二极管整流器、斩波升压电路、直流电容、制动电路以及变流器组成。发电机发出的交流电经二极管整流器,变为较低的直流电压,该直流电压经斩波升压电路变为目标直流电压,然后经变流电路变为交流电路,每相经过2个桥臂输出,增大了变流器的容量。
1.2永磁直驱风机启动过程
某风机的预充电和配电回路如图2所示。在变流器运行前直流母线没有电压时,如果合闸,会导致很大的冲击电流。预充电回路就是在回路中串入限流电阻,通过限流电阻为母线充电,使得直流电压缓慢建立。主要通过断路器1Q3、缓冲电阻以及断路器1Q7,经过变流器的二极管进行不可控整流,它绕开了主回路断路器,在主回路断路器吸合前先将母线充电,以保护母线上电容不受电网电压的冲击。在充电一段时间后,闭合主断路器,断开缓冲电阻。620VAC经过供电变压器转换为2路400VAC,一路为变流器主柜设备供电,另一路则为机舱供电。400VAC主要为400VAC/24VDC开关电源,IGBT模块柜和塔底散热风机以及控制风机的变频器,主柜内的照明、加热、散热、维护插座,塔架内的照明、助力器、维护插座,主回路的储能供电。
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