一种电网黑启动方法及装置与流程

本发明涉及储能运行控制技术领域，具体涉及一种基于电池储能电站的电网黑启动方法及装置。

背景技术：

所谓黑启动即为电力系统全停后的恢复，就是指整个电网在经受大的扰动或故障而发生大面积停电事故后，利用系统内部具有自启动能力的机组或系统外电源即临近电网的联络线支援来逐步恢复系统，最终实现整个电力系统恢复正常运行状态的过程。

自启动能力是指在没有外来电源供给的情况下，机组在规定的时间内从停机状态启动并具备向系统送电的能力。储能电站拥有自启动能力，在系统故障后，可以迅速地对重要负荷供电,作为黑启动电源参与电网的黑启动。中国化学与物理电源行业储能应用分会联合发布的《中国储能应用产业研究报告(2016年)》指出，“十三五”期间，国内储能市场将呈现快速发展趋势，电池储能如锂离子电池、液流电池应重点攻关100mw级储能电站技术，以电池储能电站作黑启动电源顺应了这一发展趋势。

传统的黑启动方案多是利用水电机组启动火电机组，这会存在以下问题：首先，水电机组一般较为偏远，投入空载长线时，由于线路的电容效应,容易产生发电机自励磁现象；第二，水电站本身的成功自启动是有一定概率的，很可能会由于线路问题或者操作时间过长导致送电失败。

技术实现要素：

本发明提供一种电网黑启动方法及装置，其目的是利用电池储能系统制定黑启动方案，克服传统黑启动方案中的容易出现自励磁和送电时间长不足的缺陷，从而顺应电池储能大容量化、规模化的发展趋势。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种电网黑启动方法，其改进之处在于，包括：

利用故障区域内的电池储能电站确定故障区域内的黑启动电源；

控制所述黑启动电源的控制模式，启动优先被启动机组。

优选的，所述利用故障区域内的电池储能电站确定故障区域内的黑启动电源，包括：

选择故障区域内容量最大的电池储能电站作为黑启动主电源，故障区域内其余电池储能电站作为黑启动辅电源。

优选的，所述优先被启动机组满足：机组启动所需功率不大于故障区域内电池储能电站最大出力，机组掉电时间小于60分钟；

且在满足要求的机组中，选择距离所述黑启动电源的黑启动主电源最近的机组作为优先被启动机组。

优选的，所述控制所述黑启动电源的控制模式，启动优先被启动机组，包括：

控制所述黑启动电源的黑启动主电源工作在vf模式，向所述优先被启动机组的母线投入稳定电压和稳定频率；

将所述黑启动电源的黑启动主电源作为平衡节点，逐个接入黑启动电源的黑启动辅电源，并控制当前接入的黑启动电源的黑启动辅电源工作在pq模式，向故障区域内投入一级负荷及优先被启动机组的厂用电负荷，直至当前接入的黑启动电源的黑启动辅电源满发；

所述优先被启动机组启动完毕，所述黑启动电源的黑启动主电源与所述优先被启动机组同期合闸，并控制黑启动主电源及黑启动辅电源工作在下垂控制模式。

进一步的，当前接入的黑启动电源的黑启动辅电源每次向故障区域内投入一级负荷及优先被启动机组的厂用电负荷的总和不超过故障区域内电池储能电站最大出力的5％。

进一步的，若当前接入的黑启动电源的黑启动辅电源本次向故障区域内投入的负荷为t，则当前接入的黑启动电源的黑启动辅电源下一次向故障区域内投入的负荷为t+t。

优选的，在所述控制所述黑启动电源的控制模式，启动优先被启动机组之后，包括：

利用所述优先被启动机组串行恢复被启动机组的串行恢复路径上的故障机组。

进一步的，确定所述被启动机组的串行恢复路径包括：

若当前被启动机组启动完毕，则选择故障区域距离所述当前被启动机组最近的机组作为下一个被启动机组。

一种电网黑启动装置，其改进之处在于，所述装置包括：

确定模块，用于利用故障区域内的电池储能电站确定故障区域内的黑启动电源；

控制模块，用于控制所述黑启动电源的控制模式，启动优先被启动机组。

优选的，所述确定模块，包括：

确定单元，用于选择故障区域内容量最大的电池储能电站作为黑启动主电源，故障区域内其余电池储能电站作为黑启动辅电源。

优选的，所述控制模块，包括：

第一控制单元，用于控制所述黑启动电源的黑启动主电源工作在vf模式，向所述优先被启动机组的母线投入稳定电压和稳定频率；

第二控制单元，用于将所述黑启动电源的黑启动主电源作为平衡节点，逐个接入黑启动电源的黑启动辅电源，并控制当前接入的黑启动电源的黑启动辅电源工作在pq模式，向故障区域内投入一级负荷及优先被启动机组的厂用电负荷，直至当前接入的黑启动电源的黑启动辅电源满发；

第三控制单元，用于所述优先被启动机组启动完毕，所述黑启动电源的黑启动主电源与所述优先被启动机组同期合闸，并控制黑启动主电源及黑启动辅电源工作在下垂控制模式。

优选的，还包括：

串行恢复模块，用于在所述控制所述黑启动电源的控制模式，启动优先被启动机组之后，利用所述优先被启动机组串行恢复被启动机组的串行恢复路径上的故障机组。

本发明的有益效果：

传统的黑启动方案多是利用水电机组启动火电机组，可能会产生自励磁现象，且水电站本身的成功自启动是有一定概率的，很可能会由于线路问题或者操作时间过长导致送电失败，而本发明提供的技术方案，利用电池储能系统制定黑启动方案，选择合适的主电源工作在vf模式，辅电源工作在pq模式，可以提供稳定的电压频率和充足的启动功率，克服传统黑启动方案中的容易出现自励磁的缺陷，同时，储能电站随时可以参与黑启动，启动时间短，送电时间要比水电机组短，可以减少电网停电时间，尽快恢复电网正常运行，顺应了电池储能大容量化、规模化的发展趋势。

附图说明

图1是本发明一种电网黑启动方法的流程图；

图2是本发明实施例中电池储能电站的结构示意图；

图3是本发明实施例中含有电池储能电站的区域电网结构示意图；

图4是本发明一种电网黑启动装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的一种电网黑启动方法，系统恢复方式为串行恢复，即首先恢复高压及可能的中压网络的供电，最大限度地建立原网络结构，然后再逐步恢复负荷，利用电池储能系统制定黑启动方案，恢复的过程中，首先启动黑启动主电源，建立起稳定的电压和频率，给空载线路充电，此时接入辅助电源，投入被启动机组厂用负荷和重要负荷。随着负荷的增加，辅助电源优先满发，主电源起到平衡节点的作用，如图1所示，包括：

101.利用故障区域内的电池储能电站确定故障区域内的黑启动电源；

其中，电池储能电站使用lcl型滤波器并采用多个电池组并联的构架，如图2所示；

102.控制所述黑启动电源的控制模式，启动优先被启动机组；

其中，所述优先被启动机组满足：机组启动所需功率不大于故障区域内电池储能电站最大出力，机组掉电时间小于60分钟；

且在满足要求的机组中，选择距离所述黑启动电源的黑启动主电源最近的机组作为优先被启动机组。

103.利用所述优先被启动机组串行恢复被启动机组的串行恢复路径上的故障机组。

其中，确定所述被启动机组的串行恢复路径包括：

若当前被启动机组启动完毕，则选择故障区域距离所述当前被启动机组最近的机组作为下一个被启动机组。

具体的，所述步骤101，包括：

选择故障区域内容量最大的电池储能电站作为黑启动主电源，故障区域内其余电池储能电站作为黑启动辅电源。

确定黑启动电源之后，所述步骤102，包括：

控制所述黑启动电源的黑启动主电源工作在vf模式，向所述优先被启动机组的母线投入稳定电压和稳定频率；

将所述黑启动电源的黑启动主电源作为平衡节点，逐个接入黑启动电源的黑启动辅电源，并控制当前接入的黑启动电源的黑启动辅电源工作在pq模式，向故障区域内投入一级负荷及优先被启动机组的厂用电负荷，直至当前接入的黑启动电源的黑启动辅电源满发；

所述优先被启动机组启动完毕，所述黑启动电源的黑启动主电源与所述优先被启动机组同期合闸，并控制黑启动主电源及黑启动辅电源工作在下垂控制模式。

其中，电池储能电站的运行控制策略包括：pq控制，vf控制和下垂控制等，pq控制是有功无功控制，属于并网控制策略，通过控制并网电流，在主电源提供固定电压和频率的情况下，用dq变换与并网电流闭环控制的方法实现对有功和无功的解耦控制，vf控制是电压频率控制，属于离网控制策略，通过控制输出电压和频率，用电压外环，并网电流内环的双闭环控制策略，可以实现输出恒定的电压和频率，下垂控制是控制储能逆变器模拟传统电网中的有功-频率曲线即p-f曲线和无功-电压曲线即q-v曲线调节特性的控制方式，通过检测储能输出端的电压和频率，根据下垂特性曲线调节储能系统的输出有功和无功。

进一步的，当前接入的黑启动电源的黑启动辅电源每次向故障区域内投入一级负荷及优先被启动机组的厂用电负荷的总和不超过故障区域内电池储能电站最大出力的5％。

若当前接入的黑启动电源的黑启动辅电源本次向故障区域内投入的负荷为t，则当前接入的黑启动电源的黑启动辅电源下一次向故障区域内投入的负荷为t+t，即黑启动辅电源每次投入负荷之后，增加辅电源出力，增量等于该次投入负荷的大小。

本发明提供一种电网黑启动方法的实施例，如图3所示，利用三座电池储能电站制定黑启动方案，包括：

(1)设储能电站1其容量最大，则选择储能电站1作为黑启动主电源。储能电站2和3作为黑启动辅电源。储能电站1切换为vf控制模式，投入电网，给空载线路充电。

(2)投入储能电站2，工作在pq模式。缓慢投入重要负荷和厂用电，并增加储能电站2的输出功率直至满发。

(3)投入储能电站3，继续投入厂用负荷，随着负荷的增加，逐步增加储能电站3的输出功率。此时储能电站1作为平衡节点，平衡全网功率，维持电网恒定的电压和频率。

(4)当储能电站2或者3的soc小于20％时，为保护电池组，退出运行，由剩余储能电站承担全部负荷。

(5)当被启动机组启动完成之后，在和母线电压、频率、相位、相序都相同时，闭合该火电厂升压变断路器，使被启动机组和储能电站实现同期合闸，并列运行。

(6)此时储能电站切换为下垂控制模式，即pf/qv控制，通过模拟同步发电来跟踪被启动火电机组建立起来的电压和频率，保证系统内电压和频率的稳定。

(7)采用串行恢复的方式，闭合下一个被启动机组的厂用变断路器，缓慢投入该厂厂用负荷，并恢复更多重要负荷的正常运行。

(8)第二被启动机组启动成功之后，和系统同期合闸，并列运行。当储能电站1的soc小于20％时，由于已经成功启动了火电机组，系统获得了一定的功率，为保护电池组，储能电站退出运行。

(9)陆续恢复负荷的供电，采用串联恢复的方式逐渐恢复电网内全部机组的正常运行，并退出全部储能电站的运行。

本发明还提供一种电网黑启动装置，如图4所示，所述装置包括：

确定模块，用于利用故障区域内的电池储能电站确定故障区域内的黑启动电源；

其中，电池储能电站使用lcl型滤波器并采用多个电池组并联的构架，如图2所示；

控制模块，用于控制所述黑启动电源的控制模式，启动优先被启动机组。

其中，所述优先被启动机组满足：机组启动所需功率不大于故障区域内电池储能电站最大出力，机组掉电时间小于60分钟；

且在满足要求的机组中，选择距离所述黑启动电源的黑启动主电源最近的机组作为优先被启动机组。

串行恢复模块，用于利用所述优先被启动机组串行恢复被启动机组的串行恢复路径上的故障机组。

其中，确定所述被启动机组的串行恢复路径包括：

若当前被启动机组启动完毕，则选择故障区域距离所述当前被启动机组最近的机组作为下一个被启动机组。

具体的，所述确定模块，包括：

确定单元，用于选择故障区域内容量最大的电池储能电站作为黑启动主电源，故障区域内其余电池储能电站作为黑启动辅电源。

所述控制模块，包括：

第一控制单元，用于控制所述黑启动电源的黑启动主电源工作在vf模式，向所述优先被启动机组的母线投入稳定电压和稳定频率；

第二控制单元，用于将所述黑启动电源的黑启动主电源作为平衡节点，逐个接入黑启动电源的黑启动辅电源，并控制当前接入的黑启动电源的黑启动辅电源工作在pq模式，向故障区域内投入一级负荷及优先被启动机组的厂用电负荷，直至当前接入的黑启动电源的黑启动辅电源满发；

第三控制单元，用于所述优先被启动机组启动完毕，所述黑启动电源的黑启动主电源与所述优先被启动机组同期合闸，并控制黑启动主电源及黑启动辅电源工作在下垂控制模式。

进一步的，当前接入的黑启动电源的黑启动辅电源每次向故障区域内投入一级负荷及优先被启动机组的厂用电负荷的总和不超过故障区域内电池储能电站最大出力的5％。

若当前接入的黑启动电源的黑启动辅电源本次向故障区域内投入的负荷为t，则当前接入的黑启动电源的黑启动辅电源下一次向故障区域内投入的负荷为t+t，即黑启动辅电源每次投入负荷之后，增加辅电源出力，增量等于该次投入负荷的大小。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、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。