中国储能网讯：风光储电站地处偏远，一旦外部电网发生故障，将对电站内的正常安全生产和日常生活造成极大影响。风光储电站由于包含大规模的储能设备、双向变流设备和较为完备的功率控制系统，能够为电站黑启动提供基础。风光储示范电站具备黑启动能力对风光储公司、冀北电力公司乃至国家电网公司都具有重要意义。
在此课题背景下，今天将为您介绍华北电力科学研究院有限责任公司胡应宏等撰写的论文《国家风光储示范电站黑启动中风机启动失败原因及对策分析》。
（以下为本文主干内容，原文详见《电力自动化设备》2017年第37卷第2期）
国家风光储示范电站黑启动中风机启动失败原因及对策分析
Cause of generator startup failure during black-start of national wind／photovoltaic／energy-storage pilot station and its countermeasure
胡应宏，余志森，邓春，王劲松，李雨
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永磁直驱风机及其启动过程
永磁直驱风机的拓扑如下图所示。
永磁直驱风机的拓扑结构
某风机的预充电和配电回路如下图所示。
永磁直驱风机的预充电和配电回路
2
风机参与黑启动试验分析
在风光储电站进行黑启动过程中的电压、电流录波如下图所示，风机参与黑启动的过程如下。
永磁直驱风机参与黑启动时的电压与电流
a. 零启升压过程中，电流经断路器1Q3、缓冲电阻接电容，断路器1Q7 处于断开状态，变流器没有接入，电流中不含谐波电流。
b. 电压上升到变流器设置工作下限时，1Q7 闭合，对变流器通过二极管不可控整流对直流电容充电。由于1Q7 闭合，滤波电容上电压突然升高，导致无功电流突然变大，使得机端电压也有个跳变，具体波形如上图中椭圆部分所示。随着系统电压升高，充电电流变大，导致系统电压畸变，电流放大后的波形如下图所示。
变流器接入后的电流波形
c. 中间电压变化是由于投电加热等负荷，导致电压降低、谐波电流变小。系统稳定后，电压恢复，谐波电流也恢复为稳态值。
d.并网过程中，由于由不可控整流到可控整流没有软启动过程，导致冲击电流过大，使得储能变流器过流，从而跳闸。
并网跳闸电流波形在可控整流之前，主要是无功电流，为了建立直流电压，需要吸收有功，所以在变为可控整流时，主要为有功电流，具体录波波形如下图所示，从波形可以看出可控整流前后相位的变化。
风机跳闸时的系统电压、电流波形
3
风机参与黑启动的仿真分析与改进措施
3.1
仿真分析
仿真系统为单机无穷大系统，系统电压为690 V，风机为永磁直驱风机，容量为2 MV·A。在22 s 时刻，风机端电压满足启动条件，合闸启动，但是在启动瞬间，由于缺少软启动过程，导致VF 电源过流跳闸，得到的仿真波形如下图所示。
风机参与黑启动的仿真波形
3.2
风机软启的改进措施及仿真验证
对已有的直流电压软启策略进行修改，针对控制器参与以及初始化等造成的冲击电流，将启动的初始电压设置为低于可控整流电压，使得电流先流入系统，然后逐渐升高目标电压，由流入系统转为流入变流器，避免初始时刻的过冲。软启动初始时刻示意图如下图所示。
软启动初始时刻示意图
对提出的直流侧电压软启的策略进行仿真验证，仿真条件同3.1 节，修改直流电压参考值，得到的仿真波形如下图所示。从图中可以看出，直流电压从低于整流电压值逐渐增大；该过程没有冲击电流，直流电压也没有异常，很好地实现了变流器的软启动。
风机软启动过程中的仿真波形
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结论
本文对永磁直驱风机参与风光储电站的黑启动过程进行了分析，风机变流器直流侧电压缺少软启动过程导致风机启动失败，提出了风机参与黑启动过程的修改方法，并对方法进行了仿真验证，主要结论如下：
对试验过程进行了分析，指出风机在黑启动过程中存在启动冲击电流的问题，需要进一步对风机的启动过程进行优化；
提出了风机软启动的控制策略，将直流母线的目标电压设置为低于整流电压值，然后再逐渐提高直流母线的目标电压，避免了风机启动过程中的冲击电流，解决了风机的软启动过流问题。
