支撐電網黑啟動的“風光儲”電站調控策略研究

顏庭煜

（國華能源投資有限公司廣西分公司，廣西欽州 535000）

隨著電力系統逐步進入大電網、高電壓和大機組時代，社會發展對電力資源的依賴性逐步加強，高風險的災害和人為的誤操作可能導致電網大停電事故頻發。黑啟動指系統因上述原因癱瘓后，不通過其他系統幫助，通過本地系統中具有自啟動能力的機組，如啟動速度快、方便的抽水蓄能電站，經過輸電線路帶動無自啟動能力的機組，逐步恢復系統發電。考慮國內許多大中城市因地理環境限制，周圍缺少能作為黑啟動電源的水電廠或抽水蓄能電站，需要在這些地區制定合理的應急與恢復措施，尋找能利用的黑啟動電源，降低大停電事故造成的損失，保護區域居民的生活安全。

1 支撐電網黑啟動風光儲新能源電站概述

在支撐電網黑啟動風光儲新能源電站發展過程中，其系統主要由儲能系統、風電機組、光伏電池、系統內部負荷和被啟動電廠的廠用異步電動機等組成，儲能配置在風電、光伏的并網母線處。

2 風光儲新能源電站協調控制模型分析

2.1 陣列建模

分析電站協調控制模型時，陣列建模屬于經常應用的模型結構，基于以往實踐經驗可以了解，電站光伏陣列的輸出功率直接受到外界環境的影響，并且在穩定的光照與溫度條件下，陣列的輸出功率和系統的端電壓/電流呈現出非常明顯的非線性關系。對此需要系統需要對運行功率進行跟蹤，同時也需要對陣列點進行實時控制，確保系統在工作期間，可以維持在最大功率附近，對穩定系統運行效率具有積極的促進意義。從目前的發展情況來看，所應用到的直達功率控制手段有恒定電壓法、電導增量法和擾動觀測法。以恒定電壓法為例，該方法在應用中，將最大功率點設置在某個電壓值附近，將系統的運行過程（MPPT）簡化成固定電壓運行模式，保持電壓系統運行過程的穩定性。

2.2 并網逆變器建模

分析電站協調控制模型時，并網逆變器建模也屬于經常應用到的模型結構，基于以往實踐經驗可以了解，在并網逆變器運行過程中，其運行過程中所產生的有功功率，只與d軸電流之間存在關聯，在穩定的d軸電流條件下，電網的輸出功率和系統電流呈現出非常明顯的非線性關系。對此需要系統需要對并網逆變器運行狀態進行監督和跟蹤，同時也需要對q軸電流進行實時控制，確保系統在工作期間，可以維持在最大功率附近，對穩定系統運行效率具有重要作用。從目前的發展情況來看，所應用到的建模方法主要以電網電壓定向控制法為主，在該方法的應用中，將并網逆變器工作狀態下的d軸電流和q軸電流控制在某個應用范圍內，將系統運行達到MPPT狀態后，一直保持該狀態下的相關內容，保持系統運行過程的穩定性[1]。

2.3 電站等效建模

除了前兩種提到的建模類型，在分析電站協調控制模型時，電站等效建模也屬于經常應用到的模型結構，基于以往實踐經驗可以了解，在電站系統運行過程中，其運行過程中所產生的有功功率，和高頻的開關器件之間存在關聯，在受控電壓源系統影響下，電網的輸出功率和系統運行電流呈現出非線性關系。對此需要系統需要對電站工作狀態進行監督和跟蹤，同時也需要對開關器件的工作狀態進行實時控制，確保系統在工作期間，可以維持穩定的工作狀態，確保系統輸出功率的穩定性。從目前的發展情況來看，應用的建模方法采用受控電壓源替代開關器件，采集相關數據信息后，利用平衡關系來完成參數計算，將該參數作為系統運行參數的控制條件，以此來保持系統運行過程的穩定性。

3 風光儲新能源電站協調控制要點

3.1 儲能系統控制

在系統協調過程中，需要加強儲能系統控制工作，在新能源電站處于自啟動狀態時，設置好的儲能系統，也可以為風電網絡、光伏并網提供非常穩定的運行電壓，母線電壓會初始狀態的0開始調增，一直到額定電壓數值后，保持頻率電壓不變，此時存儲系統便可以利用控制系統來進行系統調配。在初始狀態下的頻率輸入值設置為1，電壓輸入值設置為1，在系統控制系統中，V0表示該存儲系統運行狀態下，端口位置處的電壓數值；Vod表示存儲系統中電壓數值在d軸上的數值分量；Voq表示存儲系統中電壓數值在q軸上的數值分量；Vbref表示存儲系統中位于端口的電壓輸入值，常取數值為1；fbref表示存儲系統中位于端口的電壓頻率輸入值，常取數值為1；θb表示存儲系統中位于端口電壓和標準位置之間的相角。根據相互之間關聯性調整儲能系統的控制參數，提高數據分析結果的準確性[2]。

3.2 風電機組控制

在系統協調過程中，需要加強風電機組控制工作，在新能源電站處于自啟動狀態時，設置好的風電機組系統會自動啟動，為并網提供非常穩定的運行電壓。母線電壓會在風電機組的運行情況下，從初始狀態的0開始調增，一直到額定電壓數值后，保持頻率電壓不變，為系統穩定運行奠定基礎。在系統運行過程中，也需要對風電機組捕獲的最大風能數值進行采集。

式中：k——風電機運行過程中，風能的轉換效率系數；λ——風機運行過程的速度比；A——風電機系統中葉片單位時間內能夠掃掠的面積；ρ——該地區的空氣密度；β——風機葉片的角度值；vm——當地的運行風速；ωr——風力系統運行過程的轉子運行速度。

3.3 光伏電源控制

除了上述需要控制的內容外，在系統協調過程中，還需要加強光伏電源控制工作，在新能源電站處于自啟動狀態時，光伏電源的輸出功率直接受到外界環境的影響，并且在穩定的光照與溫度條件下，輸出功率和系統的端電壓/電流呈現出非線性關系。在系統控制過程中，需要采用可靠策略來完成運行功率的跟蹤工作，同時也需要加強系統運行過程的實時控制，提升系統工作狀態的穩定性。從目前的發展情況來看，在機組運行過程中，需要將其從初始狀態的“0”數值開始調增，一直到額定電壓數值后，維持該數值保持不變，對電源的運行功率進行有效處理，保持系統運行過程的穩定性。

4 風光儲新能源電站協調控制策略分析

4.1 慣性響應控制策略

在控制策略的設計過程中，經常使用到的控制方法是慣性響應控制策略，系統出現斷電故障之后，可以在短暫時間內提供一些慣性支撐，該策略主要針對電力系統中的儲能系統。在系統常規運行狀態下，儲能設備會一直處于供能狀態，可以為系統提供持續的有功功率。

系統在運行中還會利用虛擬同步系統來輔助工作推進。在此過程中，如果出現頻率波動的情況，會出現輸出電壓相角差的情況，對此可以借助慣性策略完成功率調整，提升系統斷電故障出現后暫態過程的穩定性和平滑性，提高系統工作頻率的穩定性。

4.2 一次調頻時序控制策略

在控制策略的設計過程中，一次調頻時序控制策略屬于經常使用到的控制方法，系統出現頻率變化較大的情況時，可以對電網的運行狀態進行一次調試，使系統可以恢復正常的工作狀態，保持最大功率狀態的順利輸出。

系統在運行中還會基于相應的數據信息，繪制特定的功率曲線，在運行過程中，通過調整減載運行過程中的控制邏輯，完成對系統運行過程的監督，頻率過大時，可以及時調整電機的工作狀態，使系統可以保持穩定的工作狀態，確保系統故障后暫態過程的穩定性和平滑性。

4.3 后備控制策略

在控制策略的設計過程中，后備控制策略屬于經常使用到的控制方法，系統出現頻率擾動情況較大的情況時，后備控制系統會做出調試動作，使系統可以恢復到正常的工作狀態，保持最大功率狀態的穩定輸出。

在系統運行過程中，為了確保電力系統工作狀態的平衡性，會利用儲能設備來完成系統缺失項補償，利用虛擬同步系統輔助系統功率的穩定輸出。但是系統在常規狀態下并不會進行工作，只有系統頻率超過穩定值后，會對其進行緊急控制，確保系統運行狀態的穩定性。

4.4 協調控制架構

除了前三種調控策略，在控制策略的設計過程中，協調控制架構也屬于經常使用到的控制方法，系統在運行控制過程中，會采用集中控制模式，如果系統運行時出現頻率擾動情況較大的情況，集中控制系統會做出相應的反饋動作，使系統可以維持協調平衡的狀態，并且可以保持最大功率狀態進行電壓/電流輸出。在協調控制架構運行過程中，具有預測功能，可以對系統運行過程進行預測，針對潛在故障內容進行及時處理，確保系統運行狀態的穩定性，提高擬定控制策略的應用效果[3]。

5 結語

綜上所述，在風光儲新能源電站運行過程中，需要采用可靠措施完成系統運行過程的協調控制，使其可以維持穩定的運行狀態。支撐電網黑啟動歐式的使用，也能夠降低斷電故障造成的負面影響，為地方居民提供更優質的服務。