一种大型燃机储能系统黑启动方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113991731A(43)申请公布日2022.01.28(21)申请号202111073285.8H02J3/32(2006.01)(22)申请日2021.09.14(71)申请人中国大唐集团科学技术研究总院有限公司华东电力试验研究院地址236000安徽省合肥市高新区创新大道666号赛为智能大厦申请人大唐锅炉压力容器检验中心有限公司(72)发明人何智龙陈延云王晓辉许英才江彬胡罡汪兴魏家柱(74)专利代理机构合肥市浩智运专利代理事务所(普通合伙)34124代理人丁瑞瑞(51)Int.Cl.H02J3/38(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图6页(54)发明名称一种大型燃机储能系统黑启动方法(57)摘要本发明提供了一种大型燃机储能系统黑启动方法，利用蓄电池作为燃机黑启动电源，实现机组的启动与并网，其蓄电池输出电压为直流电压，通过PCS实现蓄电池直流输出电压的逆变功能，随后通过升压变压器，将PCS输出的电压接入厂用高压母线，并带燃机辅机启动，随后启动任意一台燃机﹐最后机组并网通过架空线路送出负荷﹐恢复电网供电。本发明首次提出基于VSG环、电流环和电压环控制的PCS综合控制策略，控制精度更高、系统鲁棒性更强。CN113991731ACN113991731A权利要求书1/3页1.一种大型燃机储能系统黑启动方法，利用蓄电池作为燃机黑启动电源，实现机组的启动与并网，其蓄电池输出电压为直流电压，通过PCS实现蓄电池直流输出电压的逆变功能，随后通过升压变压器，将PCS输出的电压接入厂用高压母线，并带燃机辅机启动，随后启动任意一台燃机﹐最后机组并网通过架空线路送出负荷﹐恢复电网供电，其特征在于：所述PCS的控制方法如下：通过采样PCS的逆变模块输出的电压、电流、电角速度控制逆变模块的PMW晶闸管导通占空比为ε，假设蓄电池是一个虚拟同步发电机VSG，所述PCS的控制是基于VSG控制环、电流环和电压环控制的PCS综合控制；在VSG外环中，根据有功和电角度等参数得到实时相位θ，同时VSG环将给定无功功率作为控制对象，依此控制输出电压Ud和Uq，具体算法见式(3)：式中，Ud为极坐标中的直轴电压，Uq为极坐标中的交轴电压，Xd为直轴电抗，Xq为交轴电抗，Dq为Q‑U下垂系数，Qset为设定无功功率，e0为虚拟发电机电抗产生的电势，Q0为实际无功输出；在电压环中，以VSG环中输出电压为控制对象，通过经典PI控制环节，确定电流输出；在电流环中，以电压环输出的电流为被控对象，通过PI控制算法，最终确定直角坐标电压Uid，Uiq，再通过极坐标变换成Uiα，Uiβ，通过电压外环、电流内环实现输出端口电压的控制，加系统的控制精度并限制过流，最终生成PWM的参考值。2.如权利要求1所述的一种大型燃机储能系统黑启动方法，其特征在于：所述基于VSG控制环、电流环和电压环控制的PCS综合控制方法基于如下分析：同步发电机虚拟直轴同步电抗为Xd，虚拟交轴同步电抗为Xq，同步发电机有功功率P与频率f呈现下垂关系，无功功率Q与频率U也呈现下垂关系，根据P‑f下垂关系，得到同步发电机运动方程如下：式中，Pf为给定有功功率，Dp为P‑f下垂系数，P为实际有功，J为发电机惯性系数，ω为电角速度，ω0为同步电角速度；根据Q‑U下垂关系，得到如下：Us＝Ue+Dq(Qset‑Q0)+e0(2)式中，Us为输出电压，Ue为额定电压，Dq为Q‑U下垂系数，Qset为设定无功功率，e0为虚拟发电机电抗产生的电势，Q0为实际无功输出；根据电力系统分析，得到式(3)；根据(1)式，在稳态情况之下，电角速度变化率为零，在有功功率和频率下垂因素影响之下，系统频率变化量为：根据(2)(3)式，在无功功率和电压下垂因素影响之下，系统电压变化量为：2CN113991731A权利要求书2/3页3.如权利要求1所述的一种大型燃机储能系统黑启动方法，其特征在于：所述机组并网控制并网时刻的方法如下：Xd为发电机的同步电抗，XB为变压器阻抗，Xl为线路阻抗，为线路两端对地电容。Eq为发电机q轴电动势，Ug为母线电压。令：Xs＝Xd+XB(6)将上式表达式画在U‑I直角坐标系中，第一曲线开始为线性直线，曲线斜率为Xs，第二曲线始终为一条线性直线，斜率为X'c，两条曲线的交点B即为实际运行点；影响实际运行B点位置的是发电机q轴电动势Eq，Eq越大，发电机暂态和稳态的机端电压也就越高；联合上式，得到：令Ug<130％，得到：当Xs<X'c，Xs+X'c呈现容性，为去磁效应，会出现暂态和稳压过电压现象；当Xs>X'c，Xs+X'c呈现感性，为助磁效应，不会出现暂态和稳压过电压现象。4.如权利要求1所述的一种大型燃机储能系统黑启动方法，其特征