一种风储孤网系统的柔性自启动方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种风储孤网系统的柔性自启动方法，特别涉及一种基于Petri网络 控制机制的风储孤网系统的柔性自启动方法，属于电网运行与控制技术领域。
【背景技术】
[0002] 传统电网在新能源集中接入和运行等问题上面临巨大挑战，一方面受电网输送容 量和稳定运行要求等因素的限制，电网对新能源的接纳能力不足；同时新能源的接入改变 了电网综合负荷特性，影响电网安全，目前尚无有效应对策略。孤网运行是新能源分散和小 规模应用的有效形式，也是实现电网灵活控制和故障后快速恢复的有效支撑。
[0003] 风储孤网系统在运行中具有较大的技术互补优势，通过配置一定的储能容量和二 者间功率的协调控制，可以实现对负荷的连续、平稳供电。目前国内外对风储系统联合运行 的研究主要集中风储系统的稳定运行机理、运行方式、控制策略、风储系统建模和仿真等方 面，对于大容量风储系统自启动研究开展较少。风储孤网系统稳定运行及自启动实现的核 心技术在于风机出力、风机及储能逆变器、储能充/放电转换三者间控制策略。目前，双馈风 机采用的控制技术是磁场定向控制或直接转矩控制，两种控制方法的目标是机组的优化运 行，但同时都具有无功调节能力，可将机群视为出力波动的大容量同步发电机。储能装置功 率的跟踪和响应策略是风储联合系统能够成为实现自启动、稳定运行的重要支撑，储能单 元在风储系统运行过程的不同阶段中分别承担风储孤网系统基准、风机启动电源、风机并 网接纳、平抑风速变化、调节小系统频率、电压波动、空载设备充电无功平衡、负荷投切震荡 等需求，同时储能单元通过吸纳风机出力进行充电。
[0004] 电网正常运行条件下，风力发电机与电网之间是一种柔性连接关系，通过对发电 机转子电流的适当控制，就可在变速运行中的任何转速下实现成功并网；而由风、储两种能 源组成的孤立电网，由储能逆变器来担当大电网的功能，实现风电启动和并网，这是一种刚 性连接，能否并网运行成功取决于储能逆变器的控制方式。传统的控制方式中，对储能装置 的逆变器单元实施了恒频恒压控制。在上述控制方式下，风储系统的运行比较脆弱，对扰动 比较敏感，在恶劣的条件下存在启动失败的可能，应用具有较大局限性，不利于风储系统的 商业化运行，实用性差。
[0005] 解决问题的关键是如何跟踪和响应交流系统对储能单元的功率需求，进行柔性控 制。该控制的复杂性在于，一方面，控制策略要适应多种运行工况的变动，如储能状态、风机 变频器调节状态、风机启动状态等等，运行工况不同，要求储能控制提供的功率特性也不 同，而且其特性还与风储系统的运行状态有关。另一方面，储能系统还需要响应和平抑风储 系统各种扰动，如风速的变化、风机运行状况的改变、孤立系统负荷的变化等。如何实现适 应各种复杂工况的储能系统柔性控制是一个关键问题。
[0006] 本发明的目的在于解决现有技术存在的上述问题，基于Petri网络，实现风储系统 启动过程中功率需求量的预测，从而提供一种有效和实用化的风储孤网系统的柔性自启动 方法。本发明采用的方法，能够更有效和可靠的进行风储孤网系统的自启动，为风储孤网系 统的运行和控制提供技术依据和实用化方法。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于解决现有技术存在的上述问题，提供一种可靠且有效的风储孤 网系统的柔性自启动方法。本发明采用的这种自启动方法，考虑启动过程中风电机组有功 功率的输出特性，能够更有效和可靠的进行风储孤网系统的自启动，为风储孤网系统的自 启动提供技术依据和实用方法。
[0008] 本发明提出的这种风储孤网系统柔性自启动方法的基本思想是：基于时间Petri 网络理论，考虑风储系统启动过程中各种运行条件，建立风储孤网系统功率偏差预测模型， 并在考虑功率偏差条件下实施功率和电压调节，从而较大的提高了风储孤网系统自启动的 可靠性和实用性。
[0009] 本发明给出的技术方案是：在由风电机组和储能装置组成的孤立电网供电系统 中，由储能装置提供启动电源和基准电压，进行风电机组的启动，通过储能系统逆变器的柔 性控制，来实现风电机组启动过程中风储孤网系统的稳定运行。其特点是包括以下步骤：
[0010] 步骤1)获取风储孤网系统的运行参数；
[0011] 步骤2)获取风储孤网系统的运行参数；
[0012] 步骤3)建立基于Petri网的风储孤网系统功率偏差预测模型；
[0013] (1)把风储孤网系统功率偏差确定为系统的预测目标；
[0014] (2)把影响预测目标主要因素的历史数据作为模型的输入量；
[0015] (3)把原始数据、中间预测值和最终预测值定义为Petri网模型中的库所集合；
[0016] (4)根据库所集合元素间的关联关系，定义Petri网模型中的变迀集合；
[0017] (5)确定Petri网模型中流关系上的权函数；
[0018] (6)经Petri网模型计算得到风储孤网系统功率偏差预测值.
[0019]步骤4)储能逆变器实施主从控制；
[0020]步骤5)功率偏差控制加入到频率控制环节；
[0021 ]步骤6)通过储能装置对风电机组的变频器进行充电；
[0022] 步骤7)变频器开始工作，供给风电机组励磁电流，控制定子电压和变频器直流电 压到达额定值；
[0023] 步骤8)风电机组并入风储孤网系统的交流母线。
[0024] 风储孤网系统是指由风电机组和储能系统组成的独立的交流供电系统。
[0025] 步骤1)获取风储孤网系统的运行参数是指风速、风电机组的浆距角、风电机组输 出的有功功率、无功功率、储能系统的荷电状态、风储孤网系统的负荷功率、交流母线电压、 频率等电网计算和控制所需要的参数。
[0026] 步骤2)中确定风电机组启动数量是指按如下公式计算风电机组的启动数量：
[0027] a.PGN = Pa+PD+PL
[0028] b.PGN/Pco<N
[0029] 其中，Pa为储能剩余容量;Pd风储孤网系统负荷;P?为双馈风电机组的最小启动功 率;Pl为风储孤网系统的网络损耗;Pcn为风储孤网系统允许的风电机组最大启动功率;N为 风电机组的启动数量。
[0030] 步骤3)中所述的影响预测目标主要因素的历史数据指风速、浆距角、并网时间、负 荷功率、储能系统的荷电状态；
[0031] 步骤3)中所述的中间预测值指风速预测值、风功率预测值、风电机组启动功率预 测值、负荷预测值、储能功率预测值。
[0032] 所述最终预测值指风储孤网系统功率偏差预测值。
[0033 ]步骤3)中所述的确定Pe tr i网模型中流关系上的权函数指：
[0034] (1)确定风速预测函数，其输入量是风速，输出量是风速预测值；
[0035] (2)确定风电功率预测函数，其输入量是历史风速数据和风电机组浆距角，输出量 是风电功率预测值；
[0036] (3)确定风电启动功率计算函数，其输入量是风电机组并网时间、风速和浆距角， 输出量是风电启动功率预测值；
[0037] (4)确定负荷预测函数，其输入量是历史负荷数据，输出量是负荷预测值；
[0038] (5)确定储能功率预测函数，其输入量是储能系统的荷电状态数据，输出量是储能 功率预测值；
[0039] (6)确定功率偏差计算函数，其输入量是风功率预测值、风电机组启动功率预测 值、负荷预测值和储能功率预测值，输出量是风储孤网系统功率偏差值。
[0040] 步骤4)中所述的储能逆变器实施主从控制指在风储孤网启动过程中，由储能逆变 器担当孤网系统的调节电源，实施恒电压和恒频率控制；
[0041] 步骤5)所述的功率偏差控制加入到频率控制环节指在储能逆变器的频率调节环 节中，把孤网系统功率偏差预测值作为输入信号，使储能系统的功率控制既能响应系统频 率的变化，也能响应系统功率偏差的变化；
[0042] 与现有技术相比，本发明的优点是：
[0043] 1.本风储孤网系统柔性自启动方法，能够提高该系统自启动的可靠性。传统的自 启动方法，仅由储能系统实施恒频和恒压控制，不能对风电机阻启动过程中的各种因素进 行提前预测，造成启动过程中不匹配功率较大，暂态冲击也较大，甚至出现启动失败。本发 明通过风机启动过程中不匹配功率的预测，来减小不平衡功率的冲击，提高了系统自启动 的可靠性。
[0044] 2.本方法易于实施。本方法是在原有储能控制的基础上，加入反映风储系统功率 偏差预测环节，使得储能功率调节能够对系统功率的不匹配更加灵敏。从控制上易于实施； 同时，各预测函数有现成的算法或软件，控制策略也易于实施。
[0045] 3.本方法便于商业化开发。随着风储孤网系统应用的增多，该系统的自启动控制 器和控制策略的开发必然具有较大需求，本