可变速抽水蓄能机组协调控制设计与功能研究

可变速抽水蓄能机组的控制研究愈发成为热点,由于其转速可调、功率和转速耦合、功率快速响应等特点,需要专门的协调控制单元进行配合分工,本文对协调控制单元的输入输出、功能性能、控制方法及控制模式进行了研究,提出了协调控制单元的硬件接口及功能设计要求、协调控制单元的转速和功率解耦策略、一次调频算法、不同控制模式的分类以及不同应用场景,最后给出了可变速机组适应电网不同频差以及调整负荷的灵活调节策略。本文可供大型可变速机组的协调控制提供一定参考。

可变速抽水蓄能机组控制系统的仿真研究

抽水蓄能电站采用交流励磁可变速电机具有提高机组工况运行的效率和转换时间等优点,解决了过去通过改变电机的极对数所带来的技术问题。在Matlab/Simulink仿真软件平台上搭建水泵水轮机、交流励磁电机的仿真模型,并采用定子磁场定向矢量控制策略对电机模型进行仿真验证。仿真结果表明应用矢量控制策略可以使抽水蓄能双馈电机的有功功率和无功功率解耦并快速响应。

可变速抽水蓄能机组调速器的控制策略

可变速机组由于其转换效率高、适应水头和出力范围宽、调节性能优越等特点越来越受到研究重视。本文从可变速机组的系统组成、调节原理出发,针对机组水泵、水轮机不同工况,提出了机组效率寻优、功率调节、一次调频控制、调速励磁的联合控制等方面的控制策略,对于可变速机组的控制调节做出了一些有益探索,可供大型抽水蓄能电站可变速机组的控制研究提供一定参考。

参与一次调频的双馈式可变速抽水蓄能机组运行控制

针对以转速为控制目标的双馈式可变速抽水蓄能机组参与电网一次调频问题,提出一种双馈式可变速抽水蓄能机组与水泵水轮机协联控制的一次调频控制策略。建立水泵水轮机与双馈感应电机的数学模型,分析双馈感应电机根据水泵水轮机效率特性曲线进行转速寻优的过程。分别在双馈感应电机的转速控制和水泵水轮机的导叶开度控制中加入频率控制器,将电网频率的偏差整定为转速和导叶开度的附加指令,并分析了频率控制器参数对双馈式可变速抽水蓄能机组调频效果的影响。仿真结果表明,在频率变化初期,通过双馈式可变速抽水蓄能机组调节转速,短时吸收或释放能量,可减小频率波动的幅值;在频率变化后期,通过水泵水轮机调节导叶开度改变机械力矩,调整输出功率,可减小频率的稳态偏差。

双馈式可变速抽水蓄能机组运行控制

双馈感应电机(Doubly Fed Induction Machine, DFIM)具有出色的转速调节性能,应用到抽水蓄能中,可满足电网调频调压的需求,解决由水头变化、出力波动导致的水泵水轮机效率降低的问题。为了减少水泵工况启动时所需的压水环节,本文提出了一种带负载软启动的控制方法,该方法以定子磁链和转子转速为控制目标,可使机组在尾水管充满水的情况下,转速从零平滑上升至并网所需转速。在并网阶段设计了转子d轴电流和转子位置角补偿器,以实现无冲击软并网;在调速阶段根据功率需求、工作水头确定水轮机的最优转速,以实现负荷优化调节。上述算法共同构成了双馈式可变速抽水蓄能机组运行控制策略。同时对所提出的控制策略进行了仿真和试验验证,结果表明该策略能够使机组在带轻负载的情况下完成软启动和软并网,并最终实现满载调速。

可变速抽水蓄能机组模型预测控制

可变速抽水蓄能机组较于常规抽水蓄能机组不仅提升了控制性能,还大大降低了选址水库选址难度。研究了一种基于可变速机组的先进控制算法,实现了多目标控制,通过一种快速的电压矢量选择方法,优化在线计算量,最后通过仿真验证了方法的有效性。

初始转速与导叶控制策略对变速抽水蓄能机组泵断电过程影响规律研究

在可变速抽水蓄能机组泵断电暂态过程中,因导叶关闭引起的压力波动、回流、转速双峰等不利现象,极大影响了机组及压力管道系统的安全运行;初始转速作为影响机组动态特性的重要参数,其对泵断电过程中转速、流量的影响规律尚不明晰。针对以上问题,基于一维瞬变流理论特征线法和改进Suter变换法,构建可变速抽水蓄能机组调节系统模型。通过对可变速抽水蓄能机组泵断电过程进行模拟,分析了导叶关闭时间对特征参数的影响规律,阐明了初始运行转速与倒流流量、反转转速极值之间的内在联系。结果表明,正转正流阶段和正转逆流阶段的初期各特征参数时域响应趋势极为相近;与此同时,对比不同导叶关闭时间的结果,得出由反转逆流阶段进入停机能够增强机组及压力管道系统安全性的结论;此外,在同一扬程和入力条件下,采用不同初始运行转速对泵断电过程进行模拟,得出流量、转速极值特性与初始运行转速呈负相关的结论。

提升双馈变速抽水蓄能机组频率响应特性的控制策略

采用双馈电机(DFIM)的可变速抽水蓄能机组具备出色的全工况调速性能和综合效率,是未来电网调峰调频的一种重要手段。然而,传统的频率控制方法通常将电网频率偏差整定为有功功率修正量,导致该环节与电机固有转速控制环节的控制目标相异,进而使得变速抽蓄机组无法充分发挥其动态调频特性。鉴于此,该文提出一种基于附加转速修正量的频率响应特性优化控制策略。首先,采用转速优先控制作为基本控制策略,以发挥机组可快速调速的优势。然后,引入频率响应环节,通过电网频率偏差及其变化率得到转速修正量,并限制机组转速的修正范围。同时,为更加合理地调控转子动能,结合电网频率波动过程中的特点,对频率响应环节的参数进行动态调整。通过与同容量同步电机的对比研究发现,在该文控制策略下,DFIM转子动能具有更大的调整范围。在系统投切负载仿真中,该策略与现有频率-有功控制策略相比,不仅减小了频率的变化幅度及稳态误差,而且抑制了过渡过程中的频率波动。

变-定速抽水蓄能机组混合式布置对甩负荷过渡过程的影响

目前尚缺少较复杂的多洞多机输水系统下变-定速机组混合式布置对甩负荷过渡过程影响的研究。基于一维管道瞬变流理论,采用特征线法建立了“引水两洞四机、尾水四机一洞”的变-定速抽水蓄能机组水力过渡过程数学模型,并结合实际工程算例探讨了甩负荷工况下变-定速机组混合式布置对调节保证参数的影响。结果表明,相比于变速机组分布于不同引水主洞的布置方案,两台变速机组布置于同一引水主洞方案下甩负荷过渡过程中的调节保证参数在发电效率较高区内更为安全。

快速功率波动下大型定/变速机组的响应特性研究

本文对定速机组和变速机组应对快速功率波动时的响应情况进行了对比仿真,研究了九种不同大小、不同频率的功率波动下定速机组和变速机组的响应情况,并利用功率差的平均值、标准值、功率上升(下降)响应时间的平均值、功率延迟时间这四个量化评估指标对定速机组和变速机组的功率响应特性进行了具体分析。结果表明变速机组不仅能有效应对秒级时间内快速波动的新能源出力,对快速新能源出力波动的响应能力也远优于传统定速机组,进一步说明了变速机组应对新能源波动的有效性。

浅谈可变速抽水蓄能机组的控制策略

可变速机组由于其转换效率高、适应水头和出力范围宽、调节性能优越等特点越来越受到研究重视。本文通过对可变速机组的系统组成、调节原理介绍,针对机组水泵、水轮机不同工况,提出了机组效率寻优、功率调节、一次调频控制策略、调速励磁的联合控制等方面的控制策略,对于可变速机组的控制做出了一些有益探索,可供大型抽水蓄能电站可变速机组的控制研究提供一定参考。

大规模风电并网下抽水蓄能参与电网调频的模型预测控制策略

变速抽水蓄能机组在高比例风电并网的电力系统中具有深度参与频率调节的能力。针对短时风电功率波动引起电力系统频率扰动的问题,根据抽水蓄能机组不同的运行工况,提出抽水蓄能参与频率调节的模型预测控制策略。在发电运行时,利用风机的减载备用改善抽蓄机组因水锤效应引起的调频效果不佳的问题;在电动运行时,利用抽蓄机组快速响应的特点,有效平抑风电功率波动,提高风电机组的风能利用率。该策略在考虑抽蓄机组和风电机组各自约束条件的前提下,通过求解滚动时域内最优控制问题,协调各机组之间的有功出力分配,提高电网的调频性能。最后在Matlab/Simulink仿真平台对所提策略进行仿真验证,结果表明该策略能够有效改善抽水蓄能机组平抑风电功率波动时的调频效果。

基于内部故障仿真的可变速抽水蓄能发电电动机定子侧主保护优化配置研究

大型可变速抽水蓄能机组具有交流励磁和变速恒频发电的特点,研究其内部故障仿真建模方法对明确其主保护最优配置方案有实用意义。首先,基于分支电压方程和磁链方程建立可变速抽水蓄能发电电动机的通用数学计算模型,能够实现对并网满载工况下定子绕组内部短路故障和开焊断线故障的暂态仿真。仿真结果中两类故障的故障特征与理论分析一致,验证了该数学计算模型的正确性。然后,根据定子绕组的绕线规律分析可能发生的短路故障和断线故障情况,利用所建立的数学模型对所有故障情况进行仿真计算。最后,经定量化分析比较,发现主保护配置方案为:“零序横差电流保护+裂相横差电流保护+完全纵差电流保护”时保护覆盖范围最大。

大功率变换器在可变速抽水蓄能电站中的应用

可变速抽水蓄能技术是电网运行控制中最具商业价值的储能方式。首先阐述可变速抽水蓄能技术的基本原理,建立双馈异步电机的数学模型。其次介绍双馈异步电机在定子磁链定向下的预测电流控制策略,以AC/AC变频变换器作为可变速抽水蓄能机组励磁系统,对可变速抽水蓄能机组的运行工况进行仿真研究。最后搭建基于VME总线的可变速抽水蓄能机组励磁控制系统实验平台,实验结果验证了其可行性和有效性。

双馈式抽水蓄能机组功率调节仿真与控制

为了研究双馈式抽水蓄能机组在电网功率调节中的作用,该文建立了抽水蓄能电站水-机-电耦合的水力过渡过程计算模型,并基于定子电压定向矢量控制策略,建立了双馈感应电机(DFIM)功率控制系统,对300 MW双馈式可变速抽水蓄能机组并无穷大电网运行时功率调节过程进行了研究,与采用电励磁同步电机的常规定速机组进行了比较。仿真结果表明:可变速机组双馈感应电机可以通过调节励磁电流直接对定子有功功率进行调节,定子有功功率可以快速跟随功率指令的变化;而定速机组电机输出功率为水泵水轮机的机械功率,依靠导叶开度对流量进行调节来实现功率控制,由于引水、尾水管道较长,流量变化需要较长时间,导致定速机组输出功率调节所需时间较长。