黑启动

9月6日，中关村储能产业技术联盟团体标准《构网型储能变流器技术规范》征求意见稿公开征求意见。该文件要求构网型储能变流器具备惯量响应、阻尼控制、电网频率调节、电网电压调节、高低压故障穿越、过载、并/离网切换、多机并联、功率控制、黑启动、相角突变耐受、电网强度适应、报警和保护等20余项功能。

“光储直柔”智能直流微电网技术聚合光伏、风机等绿电供应，直流户储及空调、照明、充电桩等可调负荷，协同上级能量控制平台及微网能量控制器，具有微电网平滑并/离网切换，微网系统黑启动等功能。通过直流微电网技术的实施，实现分布式电源灵活、高效的应用，内部实现能量平衡自给自足，外部汇聚分布式资源进行并网实现电网友好。“光储直柔”直流微电网实现分布式光伏+户用储能+直流设备+柔性用电，形成用户侧直流柔性供用电模式。

为了应对新型电力系统潜在的大停电风险，从源-荷-储多环节挖掘分布式资源参与配电网恢复的潜力与价值，制定安全、快速的恢复方案成为必然需求。为此，考虑多时间尺度下的黑启动恢复过程对灵活性需求的不同，提出一种考虑多异质分布式资源参与的配电网自我恢复方案。首先，针对含有多类型分布式资源的配电系统，以最大化可用发电量和有功负荷恢复量为目标，构建分布式资源启动顺序优化模型。其次，基于节点重要度和路径恢复时间，构建综合路径评价指标，实现待启动机组的恢复路径优化，进而分时步投入停电负荷，以降低停电损失。第三，考虑恢复过程中的分布式资源黑启动能力与使用度，提出包含能力补偿费与使用补偿费的黑启动激励机制，有效促进服务费公平、合理分配。最后，以改进的IEEE33节点系统为例，通过对多个停电场景进行分析，结果表明所提方法可有效调配恢复资源，提升配电系统恢复的快速性与稳定性。

基于构网型控制的电网友好型风电机组具有黑启动、电网支撑和弱电网运行等优势，近年来逐渐被广泛研究。为探究不同电网友好型控制在不同场景下的运行性能，以全功率直驱风机为研究对象，总结归纳了4种典型的电网友好型风电机组控制策略。基于不同控制策略的架构和特点，在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了相应电网友好型风电机组模型。分别在黑启动、风速变化、功率减载、频率支撑、电压支撑、故障恢复以及故障限流7种工况下探究不同控制策略的运行性能。最后，综合不同工况下的仿真结果，得到了总体性能最优的控制策略。

科学合理的黑启动电源及方案是应对电网灾变停电的最有效策略，可加快其系统恢复进程，大幅减少停电损失。双极型换相换流器型高压直流系统（LCC-HVDC）具有调节灵活输电容量大的优势，但其作为黑启动电源存在一定的困难。提出了以双极型LCC-HVDC为黑启动电源的黑启动方法及完整过程，实现向受端无源网络恢复供电，以加速其恢复进程。首先给出了双极型LCC-HVDC作为黑启动电源时所面临的问题及相应的解决策略；进而给出了双极型LCC-HVDC作为黑启动电源恢复向受端无源网络恢复供电的实现过程。该过程包括2个阶段，第1阶段实现双极型LCC-HVDC的仿融冰模式启动；第2阶段为从仿融冰模式过渡到向受端无源网络恢复供电过程。算例证实了该启动方法的有效性和正确性。该方法使双极型LCC-HVDC具备了黑启动能力，并利用直流系统为受端电网的系统恢复过程提供了电压和频率支撑。

液流电池具有充放电循环次数大、容量高及寿命长等优点，是长时大规模储能的理想选择，但是其复杂的结构对电池控制系统的要求较高，传统开发方式难以满足其多样的控制需求，因此提出精准度更高、实时性更好的基于事件驱动技术的液流电池控制系统开发方法。首先针对液流电池稳定性需求高、内部损耗大等问题，提出了主/辅助电堆协同架构，并对该架构系统进行建模分析；然后基于事件驱动技术对控制系统进行模块化设计，包括柔性充放电控制、辅助电堆参与的黑启动控制、基于卡尔曼滤波的电池荷电状态(state of charge，SOC)估计等；最后搭建半实物仿真平台，对所提架构和策略进行验证，证明了该架构和策略能提高系统的能量转换效率和稳定性。

当前新能源大量引入至电力系统，为了使其代替传统的水电、燃气机组作为黑启动电源，文中研究了基于光储联合系统的电网分段恢复策略。首先，根据光储系统的结构和控制方式，提出由储能系统建立稳定的并网母线线电压，光伏系统分步并网的启动方式；其次，为了增强光伏发电系统的惯性阻尼支撑，提出在光伏系统逆变器侧加入虚拟同步控制；最后，在待启动机组和系统负荷并网过程中，利用储能系统配置附加阻尼控制器抑制电网黑启动产生的次同步振荡，保证电网稳定恢复。在PSCAD/EMTDC中搭建光储联合系统黑启动的电磁暂态仿真模型并进行分析，结果表明系统恢复过程中母线线电压偏差不超过0.65%、系统频率偏差不超过1%，满足黑启动要求，验证了文中所提启动策略的可行性。

本议题选取新疆典型场景巴音布鲁克镇区开展镇域末端保供型微电网建设运行模式探索，基于就近的小水电、光伏等分布式绿色资源，整合移动发电、台区储能等新型电力设施，构建兆瓦级“水、光、柴、储、充”自适应灵活组网的微电网系统，实现了微网并离网的“零感知”切换、外部电网故障时的黑启动及微网内部的电力电量平衡，有效提高了镇域民生负荷供电可靠性，同时为偏远地区的可靠供电搭建新的供电模式。

为提升新型电力系统的非常规安全防御能力，提出了计及新能源场站黑启动时空支撑能力的分区目标网架优化方法。首先，基于新能源场站黑启动时空支撑能力定义了扩展黑启动电源；其次，以最小化分区内电气距离之和和分区间联络线数目为优化目标，将扩展黑启动电源转化为分区数量约束，并同时计及功率平衡、分区连通性、灵活性资源等约束，建立了计及扩展黑启动电源的分区目标网架整数线性规划模型；最后通过仿真系统验证了所提方法有助于新能源场站黑启动分区恢复决策。