[发明专利]一种用于新能源同步电机对并网的起动控制方法

说明书

本发明公开了一种用于新能源同步电机对并网的起动控制方法，其特征在于：所述起动控制方法基于变频起动技术，采用独立的励磁系统作为励磁供电电源，利用逆变器作为同步机电机对驱动变频器，控制变频器的输出频率从0Hz按恒压或频比方式在半分钟内到达50Hz；解决了解决了现有技术高比例新能源电网惯性降低导致电网稳定性降低等技术问题。

技术领域

本发明属于新能源电力系统运行与稳定性领域，尤其涉及一种用于新能源同步电机对并网的起动控制方法。

背景技术

能源在社会发展中起着重要的推动作用。电力作为清洁高效的能源形式，关乎国计民生。电力生产的过程主要是将各种类型的一次能源转换为容易输送和方便转换的电能并输送分配的过程。由于传统化石能源带来的环境问题日益严重，以及传统化石能源面临的未来枯竭的问题，风能发电、太阳能发电等新能源电力以其独特优势和近些年的发展，已经成为经济上逐步可行的替代能源，已经成为目前公认的能源电力领域的发展方向。2016年，我国风电全年新增装机容量1930万千瓦，累计并网装机容量达到1.49亿千瓦，占全部发电装机容量的9％，风电发电量2410亿千瓦时，占全部发电量的4％，全国风电平均利用小时数1742小时，同比增加14小时，全年弃风电量497亿千瓦时。2017年，新增并网风电装机1503万千瓦，累计并网装机容量达到1.64亿千瓦，占全部发电装机容量的9.2％。风电年发电量3057亿千瓦时，占全部发电量的4.8％，比重比2016年提高0.7个百分点。

“电网友好型”新能源要求其发电效率高，能够抵御一定的故障，还要积极参与电网有功-频率调节，提高系统的稳定性。当风机渗透率达到10％上时，系统的转动惯量会有明显的降低。而惯量体现新能源对频率变化的缓冲能力，保证在负荷扰动量比较大时，新能源机组有充裕时间实现有功功率的调整。对于以光伏发电为代表的不含旋转电机部件的新能源发电设备，采用电力电子换流器与电网相连，在目前的认知水平下，几乎不存在惯性响应。如图1所示某电网频率响应图，可知，随着新能源渗透率的提高，电网频率的波动范围会增加，这会对电网中频率敏感型负载造成威胁，也会使得很多并网新能源出发频率保护，而后脱网，造成更严重的后果。

为了解决上述问题，国内外学者提出了很多改进措施。变速风电机组有功备用控制指风电场放弃最大功率追踪，稳态运行时风电场预留一部分可调节的功率以便在频率变化时参与频率调节。备用功率控制策略包括直接桨距角备用控制和修改最大功率跟踪曲线控制。变速风电机组有功输出大小由当前风速决定，通过计算最大功率跟踪曲线上对应的功率值，作为变流器控制的参考指令，采用有功、无功功率解耦控制策略，这会使得风机转动惯量被＂隐藏＂起来，当大量风机接入电网后，随着渗透率提升，电网有效惯量将会减小。研究风机的频率控制方法，转速信号反馈到风机控制系统中，并且通过计算得到相应的有功功率指令。该指令与原有功功率指令相加获得变流器功率参考指令，从而实现了风电机组对系统频率变化的惯性支持能力。新能源惯性缺失对系统频率造成的负面影响是毋庸置疑的。近年来有学者提出“虚拟惯性”控制技术，或称为虚拟同步发电机技术、同步换流器技术，该方法基于同步发电机的机电暂态模型，在频率控制上模拟同步发电子的转子惯量与系统调频特性。

以上方法也不是完美的，在以下主要方面存在疑问：(1)是否具备足够的能量来源。虚拟惯性控制旨在释放风机转子或换流器直流侧电容中的能量以提供惯性，所能释放的能量和调频效果对扰动发生前风机的转速或电容储能依赖度较高，是否具备足够的能量来源是该方法需要解决的问题；(2)频率调节的可靠性。为保证扰动恢复后转子能够重新恢复最优转速，还需要将临时“借用”的动能“归还”给转子，因此需要从电网吸收有功功率，这一方面导致系统频率恢复过程变长，另一方面可能加剧电网的功率缺额，存在频率进一步下降的潜在风险。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种用于新能源同步电机对并网的起动控制方法，以解决现有技术高比例新能源电网惯性降低导致电网稳定性降低等技术问题。

本发明的技术方案是：