中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：風(fēng)光儲(chǔ)電站地處偏遠(yuǎn)，一旦外部電網(wǎng)發(fā)生故障，將對(duì)電站內(nèi)的正常安全生產(chǎn)和日常生活造成極大影響。風(fēng)光儲(chǔ)電站由于包含大規(guī)模的儲(chǔ)能設(shè)備、雙向變流設(shè)備和較為完備的功率控制系統(tǒng)，能夠?yàn)殡娬竞趩?dòng)提供基礎(chǔ)。風(fēng)光儲(chǔ)示范電站具備黑啟動(dòng)能力對(duì)風(fēng)光儲(chǔ)公司、冀北電力公司乃至國(guó)家電網(wǎng)公司都具有重要意義。
在此課題背景下，今天將為您介紹華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司胡應(yīng)宏等撰寫的論文《國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)示范電站黑啟動(dòng)中風(fēng)機(jī)啟動(dòng)失敗原因及對(duì)策分析》。
（以下為本文主干內(nèi)容，原文詳見(jiàn)《電力自動(dòng)化設(shè)備》2017年第37卷第2期）
國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)示范電站黑啟動(dòng)中風(fēng)機(jī)啟動(dòng)失敗原因及對(duì)策分析
Cause of generator startup failure during black-start of national wind／photovoltaic／energy-storage pilot station and its countermeasure
胡應(yīng)宏，余志森，鄧春，王勁松，李雨
1
永磁直驅(qū)風(fēng)機(jī)及其啟動(dòng)過(guò)程
永磁直驅(qū)風(fēng)機(jī)的拓?fù)淙缦聢D所示。
永磁直驅(qū)風(fēng)機(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
某風(fēng)機(jī)的預(yù)充電和配電回路如下圖所示。
永磁直驅(qū)風(fēng)機(jī)的預(yù)充電和配電回路
2
風(fēng)機(jī)參與黑啟動(dòng)試驗(yàn)分析
在風(fēng)光儲(chǔ)電站進(jìn)行黑啟動(dòng)過(guò)程中的電壓、電流錄波如下圖所示，風(fēng)機(jī)參與黑啟動(dòng)的過(guò)程如下。
永磁直驅(qū)風(fēng)機(jī)參與黑啟動(dòng)時(shí)的電壓與電流
a. 零啟升壓過(guò)程中，電流經(jīng)斷路器1Q3、緩沖電阻接電容，斷路器1Q7 處于斷開狀態(tài)，變流器沒(méi)有接入，電流中不含諧波電流。
b. 電壓上升到變流器設(shè)置工作下限時(shí)，1Q7 閉合，對(duì)變流器通過(guò)二極管不可控整流對(duì)直流電容充電。由于1Q7 閉合，濾波電容上電壓突然升高，導(dǎo)致無(wú)功電流突然變大，使得機(jī)端電壓也有個(gè)跳變，具體波形如上圖中橢圓部分所示。隨著系統(tǒng)電壓升高，充電電流變大，導(dǎo)致系統(tǒng)電壓畸變，電流放大后的波形如下圖所示。
變流器接入后的電流波形
c. 中間電壓變化是由于投電加熱等負(fù)荷，導(dǎo)致電壓降低、諧波電流變小。系統(tǒng)穩(wěn)定后，電壓恢復(fù)，諧波電流也恢復(fù)為穩(wěn)態(tài)值。
d.并網(wǎng)過(guò)程中，由于由不可控整流到可控整流沒(méi)有軟啟動(dòng)過(guò)程，導(dǎo)致沖擊電流過(guò)大，使得儲(chǔ)能變流器過(guò)流，從而跳閘。
并網(wǎng)跳閘電流波形在可控整流之前，主要是無(wú)功電流，為了建立直流電壓，需要吸收有功，所以在變?yōu)榭煽卣鲿r(shí)，主要為有功電流，具體錄波波形如下圖所示，從波形可以看出可控整流前后相位的變化。
風(fēng)機(jī)跳閘時(shí)的系統(tǒng)電壓、電流波形
3
風(fēng)機(jī)參與黑啟動(dòng)的仿真分析與改進(jìn)措施
3.1
仿真分析
仿真系統(tǒng)為單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)，系統(tǒng)電壓為690 V，風(fēng)機(jī)為永磁直驅(qū)風(fēng)機(jī)，容量為2 MV·A。在22 s 時(shí)刻，風(fēng)機(jī)端電壓滿足啟動(dòng)條件，合閘啟動(dòng)，但是在啟動(dòng)瞬間，由于缺少軟啟動(dòng)過(guò)程，導(dǎo)致VF 電源過(guò)流跳閘，得到的仿真波形如下圖所示。
風(fēng)機(jī)參與黑啟動(dòng)的仿真波形
3.2
風(fēng)機(jī)軟啟的改進(jìn)措施及仿真驗(yàn)證
對(duì)已有的直流電壓軟啟策略進(jìn)行修改，針對(duì)控制器參與以及初始化等造成的沖擊電流，將啟動(dòng)的初始電壓設(shè)置為低于可控整流電壓，使得電流先流入系統(tǒng)，然后逐漸升高目標(biāo)電壓，由流入系統(tǒng)轉(zhuǎn)為流入變流器，避免初始時(shí)刻的過(guò)沖。軟啟動(dòng)初始時(shí)刻示意圖如下圖所示。
軟啟動(dòng)初始時(shí)刻示意圖
對(duì)提出的直流側(cè)電壓軟啟的策略進(jìn)行仿真驗(yàn)證，仿真條件同3.1 節(jié)，修改直流電壓參考值，得到的仿真波形如下圖所示。從圖中可以看出，直流電壓從低于整流電壓值逐漸增大；該過(guò)程沒(méi)有沖擊電流，直流電壓也沒(méi)有異常，很好地實(shí)現(xiàn)了變流器的軟啟動(dòng)。
風(fēng)機(jī)軟啟動(dòng)過(guò)程中的仿真波形
4
結(jié)論
本文對(duì)永磁直驅(qū)風(fēng)機(jī)參與風(fēng)光儲(chǔ)電站的黑啟動(dòng)過(guò)程進(jìn)行了分析，風(fēng)機(jī)變流器直流側(cè)電壓缺少軟啟動(dòng)過(guò)程導(dǎo)致風(fēng)機(jī)啟動(dòng)失敗，提出了風(fēng)機(jī)參與黑啟動(dòng)過(guò)程的修改方法，并對(duì)方法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，主要結(jié)論如下：
對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行了分析，指出風(fēng)機(jī)在黑啟動(dòng)過(guò)程中存在啟動(dòng)沖擊電流的問(wèn)題，需要進(jìn)一步對(duì)風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化；
提出了風(fēng)機(jī)軟啟動(dòng)的控制策略，將直流母線的目標(biāo)電壓設(shè)置為低于整流電壓值，然后再逐漸提高直流母線的目標(biāo)電壓，避免了風(fēng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中的沖擊電流，解決了風(fēng)機(jī)的軟啟動(dòng)過(guò)流問(wèn)題。
