CN114825487A - 一种离网型风储荷发电***及控制调试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种离网型风储荷发电***及控制调试方法包括:具有风力发电机的风力发电支路、储能支路、有功负荷和断路器;风力发电支路和断路器串联后与储能支路和有功负荷并联,然后接入高压母线。本发明首先控制断路器断开,储能支路投入、并将有功负荷中一部分投入;控制断路器闭合,风力发电机开始工作;以储能支路输出端无功功率为指令控制所述储能支路的输出功率,风力发电机的定子电压与风机外部电压开始同步,并达到预设并网条件;风力发电机按给定功率爬坡输出有功功率,在风机有功爬坡过程中,逐步投入有功负荷。本发明通过控制风机、储能的功率,当组网过程中启动感性负荷不足时,可以避免长电缆引起的过电压问题,有利于***稳定运行。
Description
技术领域
本发明属于风力发电与储能技术领域,特别涉及一种离网型风储荷发电***及控制调试方法。
背景技术
近年来,随着全球能源短缺和传统发电引起的环境问题越来越突出,风力发电以其成熟的技术和商业化潜力得到了迅速发展。离网型风力发电***可以在无大电网支撑的情况下独立运行,为其周边供电,对缓解电力供应紧张具有重要意义。然而,风力发电具有波动性和随机性,风速波动会引起风电机组输出功率的相应波动,因而风力发电不能提供持续稳定的功率,发电稳定性较差,并由此引发风电功率、输出电压、频率波动等一系列问题,甚至威胁***的稳定和安全运行。在离网型风力发电***中,由于缺乏大电网的有效支撑,上述问题将显得更为突出。储能***控制灵活、响应快速,可对风电功率波动进行平抑,且对***的电压频率提供有效的支撑。所以配置合理的储能可以提高***的稳定性。
目前对风力发电的研究大多是并网型,对离网型风力发电的研究较少。针对离网型风力发电的研究大多是:并网运行的风力发电***由于某些原因转入孤网运行,未考虑风力发电***黑启动以及离网型风储荷***动态组网运行时存在的问题。离网型风储荷***动态组网装置中,风机侧与高压母线间存在远距离电力电缆,无功负荷的缺乏容易使得储能吸收的无功功率较多,电压源型储能的无功电压下垂控制会使储能输出电压过高,从而导致风机端的过电压,***运行出现问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种离网型风储荷发电***及控制调试方法,以解决现有离网型风储荷***由于远距离电力电缆的存在,容易使风机端过电压,造成***运行不稳定的技术问题。
本发明提供一种离网型风储荷发电***,包括:风力发电支路、储能支路、有功负荷和断路器K2;
所述风力发电支路和断路器K2串联后与储能支路和有功负荷并联,然后接入高压母线200;所述风力发电支路包括风力发电机。
优选的,所述风力发电支路还包括断路器K1、变流器、箱式变压器T1和风机并网电缆;
所述断路器K1和变流器并联构成并联支路;
所述风力发电机的输出端通过并联支路与箱式变压器T1的低压侧连接;所述箱式变压器T1的高压侧通过风机并网电缆与断路器K2连接。
优选的,所述储能支路包括电压源型储能***300、电流源型储能***400和箱式变压器T2;
所述电压源型储能***和电流源型储能***并联并通过箱式变压器T2连接高压母线。
优选的,所述电压源型储能***包括若干台并联的电压源型储能装置;电流源型储能***包括若干台并联的电流源型储能装置。
优选的,所述电压源型储能***采用虚拟同步控制模式。
优选的,所述电流源型储能***采用PQ控制模式。
优选的,所述风力发电机为双馈异步风力发电机。
优选的,还包括风储荷协调控制装置;所述风储荷协调控制装置,用于采集箱式变压器T2低压侧的电压u 0和电流i 0 ;对集箱式变压器T2低压侧的电压u 0和电流i 0 进行解耦并计算出集箱式变压器T2低压侧的发出的无功功率Q A ;对电流源型储能***进行控制,设置电流源型储能***的无功功率参考值为变压器T2低压侧无功功率的相反数,形成闭环控制。
基于同一发明构思,本发明还提供一种对离网型风储荷发电***控制调试方法,所述离网型风储荷发电***为本发明提供的一种离网型风储荷发电***,所述控制调试方法包括:
控制断路器K2断开,储能支路投入、并将有功负荷中一部分投入,此时构成离网型储荷***;
控制断路器K2闭合,风力发电机开始工作;以储能支路输出端无功功率为指令控制所述储能支路的输出功率,风力发电机的定子电压与风机外部电压开始同步,并达到预设并网条件,此时构成离网型风储荷***;
风力发电机按给定功率爬坡输出有功功率,在风机有功爬坡过程中,逐步投入有功负荷。
优选的,所述控制断路器K2断开,储能支路投入、并将有功负荷中一部分投入,此时构成离网型储荷***包括:
控制断路器K2断开,同时控制断路器K1断开;
优选的,所述控制断路器K2闭合,风力发电机开始工作;以储能支路输出端无功功率为指令控制所述储能支路的输出功率,风力发电机的定子电压与风机外部电压开始同步,并达到预设并网条件,此时构成离网型风储荷***包括:
控制断路器K2闭合,完成风机侧线路接入;
测量箱式变压器T2低压侧无功功率,其相反数作为电流源型储能***无功输入指令;
风力发电机的定子电压与风机外部电压开始同步,达到预设并网条件后,闭合断路器K1,构成离网型风储荷***。
优选的,所述预设并网条件具体为:风力发电机的定子电压与外部电压频率、相位、幅值完全一致。
优选的,所述测量箱式变压器T2低压侧无功功率,其相反数作为电流源型储能***无功输入指令的步骤,具体包括:测量箱式变压器T2低压侧无功功率;设置电流源型储能***的无功功率参考值为变压器T2低压侧无功功率的相反数,形成闭环控制。
优选的,所述在风机有功爬坡过程中,逐步投入有功负荷的步骤,具体包括:
t1时刻风力发电机功率开始爬坡,此时动态分次投入有功负荷;t2时刻风力发电机输出功率稳定后,风力发电机输出的有功功率和无功功率分别稳定至设定值;此时投入的有功负荷与风力发电机的设定值相同。
优选的,所述在风机有功爬坡过程中,逐步投入有功负荷的步骤中,t1时刻开始,不断减小电流源型储能***的无功功率,直到t2时刻完全切出。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
本发明提供一种离网型风储荷发电***及控制调试方法,采用的多种类型的混合储能***,可以实现电压、频率以及有功功率的准确输出;避免了只采用电压源型储能由于长电缆导致的无功偏差引起的过电压问题,最后由于采用闭环控制,可在不同线路上实现风机的黑启动,这对于离网型远端风机的启动以及***稳定运行具有重大意义。
本发明先由储能黑启动建立稳定的电压、频率后,再启动风机,并按功率协调控制调试方法对孤网运行的风机、储能、负荷进行设备动态投切及实时功率优化控制。本发明通过控制风机、储能的功率,当组网过程中启动感性负荷不足时,可以避免长电缆引起的过电压问题,有利于***稳定运行。
通过本发明控制调试方法可以脱离大电网的支撑,实现对周边负荷供电,十分适用于牧区、林区、海岛等大电网无法有效覆盖的地区,对缓解电力供应紧张具有重要意义。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明提供一种离网型风储荷发电***的结构示意图;
图2为本发明风储荷协调控制装置的结构示意图;
图3为离网型风储荷***功率协调控制示意图;
图4为一种离网型风储荷发电***各单元功率值协调控制图;
图5为电压源型储能自动响应功率示意图落。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明,旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明,本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
由于电压源型储能采用传统的虚拟同步控制技术,当风储***独立运行时,存在长电缆过电压、负荷波动以及风机功率爬坡等情况。由于电压源型储能使用了有功-频率控制以及无功-电压控制,频率和电压会偏离额定值,甚至发生越限。为解决这个问题,本发明首先根据***的负荷与线路阻抗设置风机的有功功率、无功功率。在风机有功爬坡的过程中投切有功负荷,并通过电流源型储能吸收容性线路产生的无功,并补偿无功负荷,稳定***频率和电压。
实施例1
请参阅图1所示,本发明提供一种离网型风储荷发电***,包括:风力发电支路、储能支路、有功负荷和断路器K2;风力发电支路包括风力发电机100;储能支路包括多种类型的混合储能***;
风力发电支路和断路器K2串联后与储能支路和有功负荷并联,然后接入高压母线200。
混合储能***包括电压源型储能***300和电流源型储能***400。
进一步的,风力发电支路还包括断路器K1、变流器101、箱式变压器T1和风机并网电缆500;
所述断路器K1和变流器101并联构成并联支路;
所述风力发电机100的输出端通过并联支路与箱式变压器T1的低压侧连接;所述箱式变压器T1的高压侧通过风机并网电缆500与断路器K2连接。
进一步的,储能支路还包括箱式变压器T2。电压源型储能***300和电流源型储能***400并联并通过箱式变压器T2连接高压母线200。
电压源型储能***300由m台电压源型储能装置301并联而成;电流源型储能***400由n台电流源型储能装置401并联而成。m和n均为大于等于1的正整数。m台电压源型储能装置301构成电压源型储能***300;n台电流源型储能装置401构成电流源型储能***400;m台电压源型储能装置301和n台电流源型储能装置401的输出端连接箱式变压器T2的低压侧;接箱式变压器T2的高压侧连接高压母线200。电压源型储能***300采用虚拟同步控制式,分为有功频率控制和无功电压控制,分别模拟同步发电机的调速和励磁***。电流源型储能***400采用PQ控制模式,实质是将有功功率和无功功率解耦后分别控制。
有功负荷P1连接高压母线200。
本发明的电压源型与电流源型储能多机并联的混合储能***,不仅可以通过电压源型储能实现电压、频率的稳定以及有功功率的准确输出;同时由于变压器、长电缆的存在,电流源型储能可以提供无功闭环支撑,避免了只采用电压源型储能由于长电缆导致的无功偏差引起的过电压问题。
一个具体实施方式中,风力发电机100采用双馈异步风力发电机。
请参阅图2所示,本发明提供一种离网型风储荷发电***还包括风储荷协调控制装置;所述风储荷协调控制装置包括数据采集模块、功率计算模块、执行模块和通讯模块;
所述数据采集模块,用于采集箱式变压器T2低压侧的电压u 0和电流i 0 ,以及电流源型储能***400和风力发电机100的运行信息;
功率计算模块,用于对集箱式变压器T2低压侧的电压u 0和电流i 0 进行解耦并计算出集箱式变压器T2低压侧的发出的无功功率Q A ;
执行模块,用于通过通讯管理模块,对电流源型储能***400、有功负荷P1和风力
发电机100进行功率控制。对电流源型储能***400进行控制时,设置电流源型储能***400
的无功功率参考值,有功功率参考值,形成闭环控制。
本发明充分发挥了不同控制类型储能的优势,并形成互补。其中电压源型储能可建立稳定的电压、频率,提供***自启动能力,并且自动响应风机、有功负荷的波动。电流源型储能可以对***无功进行及时补偿。在启动过程中,风储荷协调控制装置还对有功负荷的功率进行控制,使得电压源型储能输出有功维持在0附近。
实施例2
本发明还提供一种对离网型风储荷发电***控制调试方法,包括以下步骤:
S1、控制断路器K2断开,储能支路投入、并将有功负荷中一部分投入,此时构成离网型储荷***;
S2、控制断路器K2闭合,风力发电机100开始工作;以储能支路输出端无功功率为指令控制所述储能支路的输出功率,风力发电机100的定子电压与风机外部电压开始同步,并达到预设并网条件,此时构成离网型风储荷***;
S3、风力发电机100按给定功率爬坡输出有功功率,在风机有功爬坡过程中,逐步投入有功负荷。
步骤S1具体包括:
风储荷协调控制装置控制断路器K2断开,启动电压源型储能***300和电流源型
储能***400,投入有功负荷,由混合储能与有功负荷构成离网型储荷***。其中,设
定电压源型储能***300输出有功功率等于投入的有功负荷,电流源型储能***400
输出有功功率为0。
步骤S2具体包括:
t0时刻,当步骤S1所述的离网型储荷***输出稳定的电压、频率后风储荷协调控制装置控制断路器K2闭合,完成风机侧线路接入;
测量箱式变压器T2低压侧A处的无功功率,其相反数作为电流源型储能***400无功输入指令,以平衡风机并网电缆500、箱式变压器T1、箱式变压器T2的产生的无功功率;
风力发电机100的定子电压与风机外部电压开始同步,当风机定子电压与外部电压频率、相位、幅值完全一致时(t1时刻),风储荷协调控制装置控制风机并网断路器K1闭合,风力发电机100完全接入,构成离网型风储荷***;
步骤S3具体包括:
风力发电机100按给定功率爬坡输出有功功率,在风机有功爬坡过程中,逐步投入有功负荷。当风力发电机100功率输出稳定后,风、储、荷完成动态组网。此***有较强的暂态稳定性,可响应风机出力波动与负荷投切。
本发明提出了一种离网型风储荷发电***及控制调试方法,充分发挥了电压源型与电流源型储能的优势。其中电压源型储能可建立稳定的***电压、频率,提供***自启动能力,并且快速响应风机、有功负荷的有功功率波动。针对传统的虚拟同步控制技术导致离网***频率和电压会偏离额定值的问题,本发明采用电流源型储能提供无功补偿,使***电压维持在额定值,同时控制有功负荷的动态投切,降低电压源型储能的有功功率调节压力,使***频率维持在额定值。
在一例具体实施方式中,请参阅图3所示:当闭合断路器K2后,通过测量箱式变压
器T2低压侧A处电压和电流u 0、i 0 并解耦,计算出A处发出的无功功率Q A 。电流源型储能***
400的无功功率参考值,有功功率参考值,形成闭环控制。利用电流源
型储能***400吸收风机侧与负荷侧发出的感性无功,电压源型储能***300吸收的感性无
功接近于0,既可以使储能电压输出恢复正常,又可以及时响应无功负荷的变化,有利于系
统黑启动以及平稳运行。黑启动开始(t0)前,测得Q A 稳定后的瞬时值Q 0 ,风机稳定后无功参
考值,有功参考值为。此时利用风电吸收感性无功。风力发电机100有功、无
功功率指令如下:
该方法控制的风储荷功率如图4所示,t 0 时刻闭合断路器K2,t 1 时刻风力发电机100
功率开始爬坡,此时动态分次投入有功负荷,每次投入,共n次,t 2 输出功率稳
定后,风力发电机100输出的有功功率和无功功率分别稳定至设定值和,***黑
启动完成。此时投入的有功负荷为,其中。t 1 时刻开始,不断减小电流源型
储能***400的无功功率,直到t2时刻完全切出。t1至t2不断减小电流源型储能的无功,本发
明考虑的是没有无功备用负荷的情况,图1上标出的无功负荷P2,是***黑启动完成后会产
生的无功负荷,本发明可以对电流源型储能无功功率的控制,在***稳定运行后继续保持
无功的平衡,以及电压的稳定。Q1是***稳定后产生的容性无功负荷,t3是这个负荷产生的
时间;t4表示该容性负荷切出。
电压源型储能***300响应功率如图5所示,根据本发明采用方法,其无功输出为0,有功输出在风力发电机100爬坡后,可以维持在0附近。避免了***电压、频率偏移过大的问题。
采用上述技术方案,通过调节储能与风机的功率,并对负荷进行动态投切,降低了电压源型储能输出的无功与有功功率,使***的频率电压维持在额定值;当风机启动后储能***可以自动平滑风电场出力波动,同时也可对负荷出力波动进行平抑。
本发明风储荷***的控制调试方法,在离网运行情况下,依据不同运行条件,风力发电***、储能***以及负荷三者间开展的差异化动态组网控制。先由储能黑启动建立稳定的电压、频率后,再启动风机,并按策略对孤网运行的风机、储能的功率进行实时优化、负荷进行动态投切控制,以实现整个***供用电平衡、运行稳定可靠。
本发明先逐步建立离网型风储荷***,再对风机、储能、负荷功率进行控制,可以解决在风储荷***建立与运行过程中,长电缆过电压、负荷波动、风机功率爬坡等情况对***电压与频率偏移的影响。
最后应该说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,结合上述实施例对本发明进行了详细说明,所属领域的普通技术人员应当理解到:本领域技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。
本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此,本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (17)
1.一种离网型风储荷发电***,其特征在于,包括:风力发电支路、储能支路、有功负荷和断路器K2;
所述风力发电支路和断路器K2串联后与储能支路和有功负荷并联,然后接入高压母线(200);所述风力发电支路包括风力发电机(100);所述储能支路包括多种类型的混合储能***。
2.根据权利要求1所述的***,其特征在于,所述风力发电支路还包括断路器K1、变流器(101)、箱式变压器T1和风机并网电缆(500);
所述断路器K1和变流器(101)并联构成并联支路;
所述风力发电机(100)的输出端通过并联支路与箱式变压器T1的低压侧连接;所述箱式变压器T1的高压侧通过风机并网电缆(500)与断路器K2连接。
3.根据权利要求1所述的***,其特征在于,所述储能支路包括:电压源型储能***(300)、电流源型储能***(400)和箱式变压器T2;
所述电压源型储能***(300)和电流源型储能***(400)并联并通过箱式变压器T2连接高压母线(200)。
4.根据权利要求3所述的***,其特征在于,所述电压源型储能***(300)包括若干台并联的电压源型储能装置;电流源型储能***(400)包括若干台并联的电流源型储能装置。
5.根据权利要求3所述的***,其特征在于,所述电压源型储能***(300)采用虚拟同步控制模式。
6.根据权利要求3所述的***,其特征在于,所述电流源型储能***(400)采用PQ控制模式。
7.根据权利要求1所述的***,其特征在于,所述风力发电机(100)为双馈异步风力发电机。
8.根据权利要求1所述的***,其特征在于,还包括风储荷协调控制装置;所述风储荷协调控制装置,用于采集箱式变压器T2低压侧的电压u 0和电流i 0 ;对集箱式变压器T2低压侧的电压u 0和电流i 0 进行解耦并计算出集箱式变压器T2低压侧的发出的无功功率Q A ;对电流源型储能***(400)进行控制,设置电流源型储能***(400)的无功功率参考值为变压器T2低压侧无功功率的相反数,形成闭环控制。
9.一种对离网型风储荷发电***控制调试方法,其特征在于,所述离网型风储荷发电***为权利要求1-8任一项所述的离网型风储荷发电***,所述控制调试方法包括:
控制断路器K2断开,储能支路投入、并将有功负荷中一部分投入,此时构成离网型储荷***;
控制断路器K2闭合,风力发电机(100)开始工作;以储能支路输出端无功功率为指令控制所述储能支路的输出功率,风力发电机(100)的定子电压与风机外部电压开始同步,并达到预设并网条件,此时构成离网型风储荷***;
风力发电机(100)按给定功率爬坡输出有功功率,在风机有功爬坡过程中,逐步投入有功负荷。
13.根据权利要求9所述的控制调试方法,其特征在于,所述控制断路器K2闭合,风力发电机(100)开始工作;以储能支路输出端无功功率为指令控制所述储能支路的输出功率,风力发电机(100)的定子电压与风机外部电压开始同步,并达到预设并网条件,此时构成离网型风储荷***包括:
控制断路器K2闭合,完成风机侧线路接入;
测量箱式变压器T2低压侧无功功率,其相反数作为电流源型储能***(400)无功输入指令;
风力发电机(100)的定子电压与风机外部电压开始同步,达到预设并网条件后,闭合断路器K1,构成离网型风储荷***。
14.根据权利要求13所述的控制调试方法,其特征在于,所述预设并网条件具体为:风力发电机(100)的定子电压与外部电压频率、相位、幅值完全一致。
15.根据权利要求13所述的控制调试方法,其特征在于,所述测量箱式变压器T2低压侧无功功率,其相反数作为电流源型储能***(400)无功输入指令的步骤,具体包括:测量箱式变压器T2低压侧无功功率;设置电流源型储能***(400)的无功功率参考值为变压器T2低压侧无功功率的相反数,形成闭环控制。
16.根据权利要求9所述的控制调试方法,其特征在于,所述在风机有功爬坡过程中,逐步投入有功负荷的步骤,具体包括:
t1时刻风力发电机(100)功率开始爬坡,此时动态分次投入有功负荷;t2时刻风力发电机(100)输出功率稳定后,风力发电机(100)输出的有功功率和无功功率分别稳定至设定值;此时投入的有功负荷与风力发电机(100)的设定值相同。
17.根据权利要求16所述的控制调试方法,其特征在于,所述在风机有功爬坡过程中,逐步投入有功负荷的步骤中,t1时刻开始,不断减小电流源型储能***(400)的无功功率,直到t2时刻完全切出。
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