双馈抽水蓄能机组中双向DC/DC变换器研究

为解决双馈抽水蓄能电机低电压穿越的问题,加入双向DC/DC与超级电容保护支路,其中双向DC/DC变换器采用两相交错式双向半桥拓扑结构。本文采用软开关技术有效解决变换器中开关损耗高的问题,对变换器在Buck和Boost模式下分别进行软开关技术分析。在MATLAB中搭建DC/DC效率模块、瞬态响应调整模块、工作范围模块和硬件电路模型,采用双电流内环和电压外环的控制方式。仿真结果表明在软开关的作用下,开关管实现了零电压导通和零电压关断,有效降低了开关损耗,提高大功率电力电子设备利用效率,具有一定的实用性和研究价值。

双馈抽水蓄能机组参与电网调频的改进虚拟惯性控制策略

为了提高双馈抽水蓄能机组参与电网调频的能力,提出一种带比例—微分(PD)环节的双馈抽水蓄能机组改进虚拟惯性控制策略。首先,基于双馈抽水蓄能机组运行特点,分别建立了可逆水泵水轮机和双馈感应电机的数学模型及双馈抽水蓄能机组控制模型。其次,根据机组虚拟转动惯量与转速调节及电网频率变化的关系,提出一种带PD环节的双馈抽水蓄能机组改进虚拟惯性控制策略,并给出了改进虚拟惯性控制相关参数的整定方法。最后,通过对含双馈抽水蓄能机组的3机系统的仿真分析,验证了所述策略可有效提升双馈抽水蓄能机组在发电、电动工况下的频率响应能力,提高了电力系统的频率稳定性。

含风电的双馈抽水蓄能机组协调调频策略

双馈抽水蓄能机组解耦控制使得其转子无法响应系统频率变化。为提高双馈抽水蓄能机组参与系统调频能力,提出一种转子动能与导叶开度协调控制的控制策略。首先建立水泵水轮机和双馈电机的数学模型,分析双馈抽水蓄能机组进行导叶开度寻优的过程。其次在水泵水轮机的导叶开度控制中加入频率控制环节,同时根据机组可用转子动能整定可变调差系数,确保机组转速始终运行在安全范围内。最后结合两种控制的调频优势,依据频率变化协调两种控制参与调频的比例系数,实现二者平滑切换。在含风机的系统中仿真分析,结果表明所提控制策略在抽水蓄能机组发电、电动工况下均能够提高机组频率响应能力和电网的风电消纳能力。

双馈抽水蓄能机组用三电平变流器器件损耗分析及其改进调制策略

提出一种降低NPC三电平变流器发热严重功率器件损耗的改进调制策略。首先,基于双馈抽水蓄能机组机侧变流器单相桥臂功率模块,研究不同运行工况下功率器件开关动作和电流通路,理论分析器件损耗分布不均现象及发热严重功率器件;其次,在传统调制策略的基础上,对不同合成电压矢量工作区域通过降低发热严重功率器件作用时间,获得改进调制策略;最后,对双馈抽水蓄能机组在发电和电动工况下机侧变流器热性能进行仿真分析。仿真获得发热严重功率器件,且与传统空间矢量调制策略相比,该调制策略能有效降低NPC三电平变流器发热严重功率器件的损耗和结温。

双馈抽水蓄能机组用中点箝位式三电平变流器损耗与结温分布

针对双馈抽水蓄能机组(DFPSU)运行工况转换频繁,分析不同运行工况下中点箝位式(NPC)三电平变流器功率器件损耗及结温分布。基于DFPSU运行特点,以机侧变流器单相桥臂功率模块为例,研究了不同运行工况下各个功率器件开关动作和电流通路,理论上分析了器件损耗分布不均现象;基于功率器件导通损耗和开关损耗计算模型,建立其热网络等效电路和结温计算模型,考虑DFPSU控制策略,并基于PLECS平台建立了NPC三电平变流器功率器件电热耦合仿真模型;对机组在发电、电动和调相运行工况下的器件损耗和结温分布进行仿真。理论分析与仿真结果表明,不同运行工况下器件损耗不同,变流器中间位置的主开关和箝位二极管的损耗和平均结温最大,且机组在同步转速点附近器件结温波动最大。

基于动态实验的双馈抽水蓄能机组空载特性与变速演化

可变速抽水蓄能具备调节速动性、高效性、灵活性、可靠性等优势,是全球抽水蓄能发展的新方向。然而,国内暂无已投运的双馈抽水蓄能电站,对变速机组动态特性和控制策略研究多依赖数值仿真,并且严重缺乏运行数据支持和真机验证。该文依托国内首台可变速抽水蓄能动态特性实验台,通过不同水头不同转速下模型实验分析变速机组的空载特性,揭示空载变速运行背后的演化规律。提出迁移里程和工况点斜率等量化指标,并纳入到可变速机组空载性能评估中,进一步提出适用于可变速机组的发电快速启动策略并集成于监控系统。运行结果表明,变速机组可以突破反“S”特性区和并网同期带的约束,节约常规启动时间47.87%,最大可降低空载无叶区压力脉动幅值45.54%,有望从根本上解决低水头条件由空载频率波动导致的并网难问题。

双馈式抽水蓄能机组功率调节参数的敏感性分析

为了研究双馈式抽水蓄能机组功率调节控制器参数对系统控制性能的影响,基于功率调节控制策略,采用正交试验设计方法分析功率调节控制器参数的敏感性。针对功率调节控制器中的4个参数(每个参数分别选取4个水平)进行正交设计,选取ITAE作为优化目标,筛选出稳定工况,通过极差分析,量化参数的敏感程度,区分出对系统控制性能产生影响的主要参数和次要参数。计算结果表明,较小的ITAE指标值代表系统动态响应品质高,误差更小且收敛速度更快。电流调节模块的比例系数对系统控制性能影响较大,而功率调节模块的积分系数、电流调节模块的积分系数功以及电流调节模块的比例系数对系统控制性能影响较小。功率调节控制器参数的敏感性分析,为双馈式抽水蓄能机组在电力系统中的可靠运行提供了理论依据。

远端电网故障下双馈式变速抽水蓄能机组平衡点存在性研究

双馈式变速抽水蓄能机组(DF-VSPSU)作为电力系统柔性可控电源,在系统功率平衡、无功支撑方面发挥重要作用。然而,在远端电网故障时采用典型低电压穿越控制的DF-VSPSU可能会因平衡点不存在,而出现运行失稳现象。因此,以单DF-VSPSU无穷大系统为对象,建立了准稳态下DF-VSPSU机侧特性和网侧特性方程,刻画了不同电网条件下DF-VSPSU稳定运行边界及其可行域,并分别从远端电压跌落深度、电网短路比、电网阻抗角、机组无功支撑系数4个因素分析对其运行平衡点存在性的影响。基于MATLAB/Simulink仿真验证了理论分析的合理性。

深度强化学习驱动的双馈抽蓄抽水工况下调频控制

为改善新型电力系统的频率特性,利用抽水工况下双馈抽水蓄能机组功率可调的特点,提出基于多智能体深度确定性策略梯度算法的系统频率控制方法。首先,基于抽水工况下双馈抽水蓄能的频率控制策略,构建多能互补系统的频率控制模型;其次,以提高各区域控制性能标准指标为目标,利用改进的多智能体深度确定性策略梯度算法优化各机组的自动发电控制指令。算例分析表明,抽水工况下双馈抽水蓄能参与调频可显著改善系统的频率特性,且所提频率控制方法的鲁棒性和可靠性优于传统控制。

风电场与多分布式变速抽水蓄能协同调频控制

针对单个变速抽蓄调频容量不足和风电场调频后转子转速恢复容易引发频率二次跌落的问题,提出一种风电场与多分布式变速抽水蓄能协同调频控制策略。首先,当电网发生频率事件时,该策略根据风电场风速和区域内多分布式变速抽水蓄能可调节容量对电网频率提供支撑。然后,针对风电调频后转子转速恢复过程容易引发系统频率二次跌落的问题,在风电转子转速恢复时通过多分布式变速抽蓄提供功率支撑来缓解系统频率二次跌落。最后,以含风电场与分布式变速抽蓄的四机两区域系统为例,通过Matlab/Simulink仿真验证了所提控制策略相比风电场和多分布式变速抽水蓄能独立调频对于系统具有更好的调频效果。

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无功特性分析

分析双馈式可变速抽水蓄能机组的无功输出特性,对于提高机组并网运行能力及电力系统电压稳定性具有重要意义。提出了一种基于V形曲线分析机组定子侧无功特性及调节机理的方法。建立双馈电机等效电路及数学模型,分析不同运行工况下双馈电机各电气量的相量关系,得到定子电流随转子电压变化的V形曲线。研究了不同运行工况下V形曲线变化情况,重点分析了有功功率、转差率对V形曲线变化影响。基于Matlab/Simulink平台分别进行稳态和动态仿真验证,仿真结果表明双馈异步电机具备类似于同步电机的无功调节特性,证明了V形曲线法对于系统无功特性分析结果的正确性和有效性。

双馈调速抽水蓄能机组的建模及动态仿真

本文推导电力系统用双馈调速抽水蓄能机组的数学模型。采用绕线转子交流励磁感应电机的改进模型及磁场定向控制理论,对双馈调速抽水蓄能机组模型进行了研究和分析。首先将转子励磁电压分解成两个分量,即q轴电压和d轴电压,以便分别控制有功功率和无功功率。然后,采用旋转电机的方程和转子旋转质量的运动方程,导出双馈调速抽水蓄能机组的动态模型。最后,进行计算机仿真,将动态特性仿真结果与实例进行比较,证实推荐模型的正确性。