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。

全功率变速抽水蓄能机组控制策略与调节特性

全功率变速抽水蓄能机组协调控制中通常采用变流器控制机组功率、调速器控制机组频率(转速)的快速功率控制,其忽视了对机组频率安全与效率的影响,且控制模式单一。分析了机组多控制模式振荡特性和功频响应特性,提出了机组发电工况快速频率控制与快速功率控制相结合的协调控制策略,以及水泵工况定导叶开度变转速控制策略。设计了常规试验与性能优化试验结合的变速工况调试方法并应用于我国第一台全功率变速抽水蓄能机组启动调试中,验证了控制策略和调试方法的有效性。现场测试结果表明,调速器和变流器控制不协调易引发机组振荡,采取所提协调策略后机组安全高效运行,且具备百毫秒级的有功、无功快速调节能力。

定速与变速抽水蓄能机组联合运行一、二次调频仿真及特性研究

变速抽水蓄能机组在电网频率—功率快速调节及主动支撑等方面相较于定速机组具有独特优势,为此开展定速与变速抽水蓄能机组联合运行一、二次调频仿真及特性研究。即首先建立定速与变速机组联合运行一、二次调频数值仿真模型,然后实现一、二次调频协调仿真,最后揭示定速与变速机组联合运行一、二次调频动态特性。结果表明,频率阶跃的幅值越大,定速与变速机组出力和有功功率一次调频90%目标值响应时间、二次调频目标值响应时间越长。机组的调功指令配比越高,其出力和有功功率的二次调频目标值响应时间越短,变速机组出力和有功功率二次调频目标值响应时间对调功指令配比的变化更为敏感。定速与变速机组的调功指令配比相同时,联合运行的二次调频目标值总体响应时间更短。

全功率变速抽水蓄能机组水泵模式建模及运行特性研究

全功率变速抽水蓄能机组(FSC-VSPSU)能够为电网提供快速、灵活的调节容量,助力新能源为主体的新型电力系统快速发展,其应用逐渐广泛。为掌握实际FSC-VSPSU在水泵工作模式(抽水)时的运行特性,以及分析工程现场所出现的实际问题,建立了FSC-VSPSU水泵模式下的仿真模型。此外,FSC-VSPSU在水泵模式时通常采用直接开度控制方法,对抽水功率无法精确控制,通过外加功率控制环,就能够很好地控制抽水功率,可补充作为机组的另一种控制方法。通过仿真FSC-VSPSU在直接开度控制以及外加功率控制环两种方式下的运行,总结了其运行特性,为实际FSC-VSPSU现场运行提供仿真工具以及运行调试指导。

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。

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。

变速抽水蓄能机组运行转速对水泵断电工况的影响规律研究

【目的】变速运行技术是抽水蓄能行业重要的发展新方向,为了研究变速抽水蓄能机组不同初始运行转速对水泵断电工况的影响规律,【方法】分别对变速抽水蓄能机组在不同初始转速下发生水泵断电的导叶关闭和导叶拒动工况进行数值模拟,分析了该水力过渡过程中各关键物理量的变化规律、调节保证极值以及工况点轨迹演变规律。【结果】结果显示:变速抽水蓄能机组在允许的初始运行转速变化范围内(96%~108%)发生水泵断电。若导叶关闭,则该算例机组的蜗壳压力升高率、尾水管压力降低率、转速反转率变化范围分别在2.20%、3.28%、5.20%以内,不同初始运行转速对应的工况点轨迹线前期差别较大,而在进入水泵制动工况后的过渡过程中则接近重合。若导叶拒动,则不同初始转速对应的工况点轨迹线均与导叶初始开度的等开度线重合。【结论】结果表明:不同初始转速对应的流量和力矩在后续的过渡过程中的变化规律和变化幅值近似,蜗壳压力升高率、尾水管压力降低率、转速反转率变化范围均小于导叶关闭情况下相应的变化范围,分别在1.13%、2.98%、0.4%以内。研究成果可为我国变速抽水蓄能机组的实际投运提供一定技术支持。

大型变速抽水蓄能机组调速系统RTDS仿真及试验研究

可变速抽水蓄能机组对改善电网运行的稳定性和灵活性有着非常重要的作用,已逐渐获得重视。国内的研究主要集中在理论方面,对装置及RTDS试验方面的研究很少。本文通过研制的可变速机组调速器设备,联合励磁、协调控制单元、监控系统设备,在RTDS系统上建立了水泵水轮机、液压执行机构、发电电动机、电力网络等模型,搭建了混合仿真试验平台,给出了变速机组调速器的调节模式和原理框图,研究了变速抽水蓄能机组在发电及抽水工况下,调速器开度模式、功率模式、转速模式下的功率调节和入力调节试验,分析了试验波形并给出了试验结论,为下一步变速机组国产化工程应用提供了可靠借鉴。

变速抽水蓄能机组自启动过程控制策略

变速抽水蓄能机组在电动状态下运行时,传统启动方式存在需要额外的启动装置,以及测速编码器会降低控制系统可靠性的问题。采用定子绕组短接的控制策略,实现了机组的自启动,避免附加设备的使用,节约机组建造成本;采用模型参考自适应算法,估算机组的转子转速和位置角,实现了无位置传感器控制。仿真结果表明,采用的自启动方案是有效、可行的,转速和位置角估计误差在可接受范围内。

全功率变速抽水蓄能机组保护配置及整定方法

正确的保护配置和整定方法是全功率变速抽水蓄能机组安全运行的关键。结合典型全功率变速抽水蓄能机组接线方式,在分析机组运行特性的基础上,提出了适用于各种运行状态的保护配置方法;分析了变频器对机组短路特性的影响;在此基础上,提出了将复压过流保护作为特殊区域的主保护,并给出了适用的保护整定计算方法。所提出的保护配置和整定方法在春厂坝变速抽水蓄能示范电站得到了应用。

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。

变速抽水蓄能机组转子绕组内部短路故障保护

针对变速抽水蓄能机组转子绕组内部短路故障存在"弱保护"问题,提出一种基于定子侧分支环流的交流励磁电机转子绕组内部短路故障保护方法。根据多回路理论分析理论,从数字滤波器设计、保护判据、防误措施等方面研究了变速抽水蓄能机组转子绕组短路故障保护的关键技术,研制了保护样机,并搭建动模试验平台进行了验证。试验结果表明,该方法能可靠反映转子绕组匝间和相间短路故障,基于该原理的保护装置即将在国内某变速抽水蓄能机组上投入应用。

变速抽水蓄能机组交流励磁系统功率拓扑结构浅析

交流励磁可变速抽水蓄能机组是一种高效先进的调峰调频电源,可为电网安全稳定运行提供更有力的保障。针对交流励磁的原理及需求特点,对两电平、多电平、H桥级联、MMC以及交-交型变速器拓扑结构分别进行分析和适用性评价。结果表明,对于小容量交流励磁系统,可采用较为成熟的两电平变流器;而对于大容量交流励磁系统,则建议采用多电平变流器。

定、变速抽水蓄能机组调度决策关键技术研究

针对抽水蓄能定速和变速机组不同的运行特性进行了分析,构建了基于混合整数线性优化的抽水蓄能与其他各类型机组的联合调度模型。模型计及了机组的运行工况、水库库容、循环类型等抽水蓄能机组约束,还考虑了频繁启停和稳定区外运行给机组带来的损耗问题。利用CPLEX求解器对模型进行求解,省级电网的实证算例分析表明,模型可在考虑机组经济寿命前提下,有效安排抽水蓄能定速和变速机组调度运行出力,充分发挥机组调峰填谷和消纳新能源的作用;变速机组因其灵活的调节特性,能更好地改善系统内其他机组运行条件和促进新能源消纳。

全功率变速抽水蓄能机组快速功率模式小信号建模

小信号建模是全功率变速抽水蓄能机组(FSC-VSPSU)稳定性量化分析与多控制器参数优化的基础。由于变流器响应时间尺度为毫秒级、水轮机系统响应尺度为秒级,因此,采用快速功率模式的抽水蓄能机组在发电状态下的稳定特性在很大程度上受制于水轮机特性。针对常用经典水轮机模型不能准确反映抽水蓄能机组运行特性的问题,提出了计及初始运行工况的改进水轮机小信号模型。该模型可反映水轮机初始运行负荷和水头对稳定特性的影响,且模型参数易于获取。结合发电机、励磁系统、调速系统以及变流器模型,构建了FSC-VSPSU在发电状态下的小信号模型和电磁暂态仿真模型。采用特征值分析方法研究了抽水蓄能机组小信号稳定特性,仿真结果表明抽水蓄能机组存在超低频振荡风险。同时,提取了关键影响因素,进一步给出了调速系统参数整定原则。

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。

变速抽水蓄能机组启动与制动策略研究

针对变速抽水蓄能机组的启动与制动问题,研究了将电机定子短接,利用交流励磁系统启动与制动机组的策略。建立了定子绕组短接,电机按照定子磁场定向的数学模型,推导了定子磁通观测器,分析了电机启动和制动过程中转矩电流的电压极限、电流极限和转矩极限,提出了机组的启动和制动策略。搭建了RTDS试验平台,对1台300 MW变速抽蓄机组的启动和制动策略进行了试验研究,结果表明该方案具有良好的启动和制动性能。

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。

柔性直流输电系统的变速抽水蓄能机组直流电压辅助控制策略

柔性直流输电是新能源并网消纳的主要输电形式。由于新能源出力波动性会导致柔性直流输电系统的直流电压波动,影响其安全稳定运行。为了有效抑制柔性直流输电系统中直流电压波动,提出变速抽水蓄能机组直流电压辅助控制策略。首先建立了变速抽水蓄能机组、四端柔性直流电网、风电场及光伏电站的仿真模型。其次,以直流电压偏差乘以相应系数作为变速抽水蓄能机组有功功率参考值微增量,且通过低通滤波器滤去直流电压稳态分量对直流电压辅助控制的影响,提出基于直流电压辅助控制的变速抽水蓄能机组有功功率控制策略。最后,以变速抽水蓄能机组电动和发电工况为例,对变速抽水蓄能机组抑制柔性直流输电系统直流电压波动能力进行仿真,并与传统直接功率控制策略进行对比分析。仿真结果表明新能源出力波动引起的直流电压波动频率集中在10 Hz以下,且所提变速抽水蓄能机组控制策略可以有效抑制柔性直流系统直流电压波动。