中國儲能網訊：風光儲電站地處偏遠，一旦外部電網發(fā)生故障，將對電站內的正常安全生產和日常生活造成極大影響。風光儲電站由于包含大規(guī)模的儲能設備、雙向變流設備和較為完備的功率控制系統(tǒng)，能夠為電站黑啟動提供基礎。風光儲示范電站具備黑啟動能力對風光儲公司、冀北電力公司乃至國家電網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研究院有限責任公司胡應宏等撰寫的論文《國家風光儲示范電站黑啟動中風機啟動失敗原因及對策分析》。
（以下為本文主干內容，原文詳見《電力自動化設備》2017年第37卷第2期）
國家風光儲示范電站黑啟動中風機啟動失敗原因及對策分析
Cause of generator startup failure during black-start of national wind／photovoltaic／energy-storage pilot station and its countermeasure
胡應宏，余志森，鄧春，王勁松，李雨
1
永磁直驅風機及其啟動過程
永磁直驅風機的拓撲如下圖所示。
永磁直驅風機的拓撲結構
某風機的預充電和配電回路如下圖所示。
永磁直驅風機的預充電和配電回路
2
風機參與黑啟動試驗分析
在風光儲電站進行黑啟動過程中的電壓、電流錄波如下圖所示，風機參與黑啟動的過程如下。
永磁直驅風機參與黑啟動時的電壓與電流
a. 零啟升壓過程中，電流經斷路器1Q3、緩沖電阻接電容，斷路器1Q7 處于斷開狀態(tài)，變流器沒有接入，電流中不含諧波電流。
b. 電壓上升到變流器設置工作下限時，1Q7 閉合，對變流器通過二極管不可控整流對直流電容充電。由于1Q7 閉合，濾波電容上電壓突然升高，導致無功電流突然變大，使得機端電壓也有個跳變，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荷，導致電壓降低、諧波電流變小。系統(tǒng)穩(wěn)定后，電壓恢復，諧波電流也恢復為穩(wěn)態(tài)值。
d.并網過程中，由于由不可控整流到可控整流沒有軟啟動過程，導致沖擊電流過大，使得儲能變流器過流，從而跳閘。
并網跳閘電流波形在可控整流之前，主要是無功電流，為了建立直流電壓，需要吸收有功，所以在變?yōu)榭煽卣鲿r，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。
風機跳閘時的系統(tǒng)電壓、電流波形
3
風機參與黑啟動的仿真分析與改進措施
3.1
仿真分析
仿真系統(tǒng)為單機無窮大系統(tǒng)，系統(tǒng)電壓為690 V，風機為永磁直驅風機，容量為2 MV·A。在22 s 時刻，風機端電壓滿足啟動條件，合閘啟動，但是在啟動瞬間，由于缺少軟啟動過程，導致VF 電源過流跳閘，得到的仿真波形如下圖所示。
風機參與黑啟動的仿真波形
3.2
風機軟啟的改進措施及仿真驗證
對已有的直流電壓軟啟策略進行修改，針對控制器參與以及初始化等造成的沖擊電流，將啟動的初始電壓設置為低于可控整流電壓，使得電流先流入系統(tǒng)，然后逐漸升高目標電壓，由流入系統(tǒng)轉為流入變流器，避免初始時刻的過沖。軟啟動初始時刻示意圖如下圖所示。
軟啟動初始時刻示意圖
對提出的直流側電壓軟啟的策略進行仿真驗證，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；該過程沒有沖擊電流，直流電壓也沒有異常，很好地實現(xiàn)了變流器的軟啟動。
風機軟啟動過程中的仿真波形
4
結論
本文對永磁直驅風機參與風光儲電站的黑啟動過程進行了分析，風機變流器直流側電壓缺少軟啟動過程導致風機啟動失敗，提出了風機參與黑啟動過程的修改方法，并對方法進行了仿真驗證，主要結論如下：
對試驗過程進行了分析，指出風機在黑啟動過程中存在啟動沖擊電流的問題，需要進一步對風機的啟動過程進行優(yōu)化；
提出了風機軟啟動的控制策略，將直流母線的目標電壓設置為低于整流電壓值，然后再逐漸提高直流母線的目標電壓，避免了風機啟動過程中的沖擊電流，解決了風機的軟啟動過流問題。
