在制定电网的黑启动预案时,一般先将系统划分成几个子系统,各子系统分别依靠本区域内的黑启动电源独立启动,然后通过各子系统的互联逐步实现整个系统的恢复。水力发电厂(含抽水蓄能电站)是作为电网黑启动电源的最佳选择,但受地域资源条件限制,我国内蒙古、西北等地区水资源匮乏,缺少水力发电厂,一旦发生大停电事故,其电网的恢复将严重依赖于主网,恢复时间较长。在这些地区风能资源较为丰富,风力发电逐渐成为主要发电形式。因此,若通过为风电场配置大容量电池储能系统,并能利用所建储能型风电场作为局域电网的黑启动电源,将对增加黑启动电源容量、提高电网的故障恢复速度起到重要作用。储能型风电场能够实现自启动是其作为电网黑启动电源的关键,为此,本文对储能型风电场的自启动策略进行了深入研究:(1)建立了储能型风电场的仿真模型。通过分析双馈风电机组的运行原理,建立了其在空载和并网工况下的数学模型,并基于隐式梯形法对所建数学模型进行离散化,建立了双馈风电机组的空载并网双工况仿真模型;通过分析电池储能系统的运行原理,建立了其仿真模型;在此基础上,根据储能型风电场内机组的连接方式,建立了储能型风电场的仿真模型,以用于研究储能型风电场的自启动策略。(2)研究了储能型风电场的自启动策略。设计了储能型风电场进行自启动的方案;提出了一种电池储能系统的零起升压启动策略;分析了变压器产生励磁涌流及和应涌流的机理,并对风电场内箱式变压器三种不同的充电方案进行比较,制定了最优的变压器充电方案;对风电机组的空载并网过程进行了仿真。研究表明,利用本文所提方案能够使储能型风电场实现自启动。(3)研究了孤岛状态下电池储能系统与风电场的功率协调控制策略。包含本地控制策略,风电场有功和无功控制器,以及功率分配模块,可以将储能系统的荷电状态维持在规定区间内,提高其功率调节裕度,在孤岛运行时维持系统电压和频率的稳定,并成功启动火电机组辅机。通过本文所做研究,在风速合适的情况下,风电场可以在储能系统的辅助下完成自启动,并与储能系统协调配合,作为黑启动电源启动相邻的火电机组,从而进一步完成系统的恢复过程。
