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申请/专利权人：国网湖北省电力有限公司电力科学研究院;国网湖北省电力有限公司

摘要：本发明公开了一种用于风储系统黑启动的控制与优化方法，属于电气工程技术领域，包括底层双馈异步风力发电机DFIG矢量控制和储能系统ESS双闭环控制。底层控制确保风机和储能系统的正常运行，上层控制进行各储能系统的功率分配，基于下垂控制确保储能系统能够根据其不同的容量分配功率输出；同时，本发明通过优化电场启动次序的方法，配合风机的空载并网技术，能够尽可能的减小黑启动期间风电场对储能电站的冲击，因此本发明能够有效地启动各风电场形成稳定的风储孤网系统，并保证母线电压和频率的波动在允许的范围内。

主权项：1.一种用于风储系统黑启动的控制与优化方法，其特征在于，包括以下步骤：1各储能电站采用下垂控制策略，且零升压启动至额定电压Un，为系统建立稳定的频率和电压，同时给系统中的空载线路和变压器充电；2投入风电场辅助设备，双馈异步风力发电机在步骤1中外部电压Un的支撑下进行转子并网，并对双馈异步风力发电机的转子电流ird、irq进行控制，使定子绕组的空载电动势E0与母线电压Un完全相同，即电压跟踪，以实现后续风机的平滑并网；3将双馈异步风力发电机的定子并网，同时切换转子侧变流器从步骤2中空载并网模式到MPPT控制模式，以捕获最大风能，定子侧变流器稳定直流侧电容电压UC和并网的无功功率Qwind，使风电场完成自启动并以恒定功率输出；4待风电场完成自启动后，投入相应负荷，形成稳定的风储孤岛系统为当地负荷供电；5建立待研究供电网络的数学模型，计算每座风电场到储能电站的等效电气距离，用于优化各风电场的黑启动次序；6按照步骤5中确定的黑启动次序对每座风电场依次执行步骤2-4，完成黑启动过程；步骤3中MPPT控制模式具体为：采用功率反馈法控制风机机械功率Pmech运行于风机最佳功率—转速曲线Poptω上，控制对象是定子输出有功功率P1；将传动机构近似看做一个刚体，稳态时系统的功率平衡：Pmech-ωTf＝P1+PCu+PFe式中：P1为DFIG定子输出有功功率；J和Tf分别为传动机构惯性时间常数和摩擦转矩；PFe和PCu分别为双馈异步风力发电机铁耗和定、转子铜耗；在一定风速范围内连续改变风机定子功率指令P*1ω，使Pmech按照Poptω规律变化，实现最大功率跟踪；步骤5中建立待研究供电网络的数学模型，用电气距离来优化风电场的启动次序，具体包括：将系统中的阻抗网络变换为风电场与储能电站之间仅存在直连阻抗的网络，用于确定系统的n阶节点阻抗矩阵Znet，即节点导纳矩阵Ynet的逆矩阵，其中n为网络的节点数；网络中的各电气元件用如下模型等效：将变压器用电抗XT等效，忽略其励磁支路Rm+jXm和绕组电阻R；输电线路用阻抗ZL等效，忽略对地电容；储能电站采用v-f控制策略，用无穷大电压源串联等效电抗模型等效，在标幺值系统中，其等效电压源的电势Eesi和阻抗xesi分别表示为：Eesi＝1 其中SB为系统的容量基值，Sesi为接于节点i的储能电站容量；风电场采用P-Q控制策略，假设电网电压恒定时，用无穷大电流源并联等效电抗模型等效，其等效阻抗表示为： 其中Swi为接于节点i的风电场容量；步骤5中计算每座风电场到储能电站的等效电气距离，具体包括：计算节点i处的风电场到储能电站之间的转移阻抗，具体计算公式为： 其中A为与储能相连的节点编号组成的集合，Zi,j表示整个网络的节点阻抗矩阵Znet中第i行第j列的元素，xesj表示第j座储能电站的等效阻抗；根据转移阻抗计算节点i处风电场并网节点的电压，即所述等效电气距离，具体计算公式为： 其中Eesi为第i座储能电站的等效电势，xwi为第i座风电场的等效阻抗，Zwi为上式计算出的转移阻抗，风电场的并网节点电压Uwi越大，表明储能电站对风机的无功供应能力越强，储能电站到风电场的无功电气距离越近，在黑启动过程中应越早启动，由此确定各风电场的启动次序。

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