含定速与变速机组的抽水蓄能电站一次调频动态特性研究

鉴于含定速与变速机组的抽水蓄能电站安全、稳定、高效联合运行是充分发挥变速机组技术优势的关键,基于数值仿真方法,开展含定速与变速机组的抽水蓄能电站一次调频动态特性研究。首先建立含定速与变速机组的抽水蓄能电站一次调频仿真模型,然后分析定速与变速机组单独运行一次调频动态特性,最后分析定速与变速机组联合运行一次调频动态特性。结果表明,相同的调速器和变频器参数下,变速机组频率阶跃减的幅值越大,动态响应时间越长、速度越快;频率阶跃增幅值越大,动态响应时间越短、速度越快;定速与变速机组联合运行可提高定速机组的出力和有功功率动态响应速度及变速机组的出力动态响应速度,但对变速机组的有功功率动态响应速度的影响较小。

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。

变速机组转子绕组金属护环热套施工浅析

河北丰宁抽水蓄能电站是在建世界最大容量抽水蓄能电站,也是首次在国内采用大型变速抽水蓄能机组技术,变速机组由于采用双馈电机机型,转动部分与定子部分具有一样的铁心和绕组,金属护环是保证大尺寸、高线速度下的转动铁心和绕组动态稳定的关键技术。本文对转子绕组金属护环热套施工过程进行总结,浅析大型变速机组转子绕组金属护环热套工艺的重点、难点及建议,为后续大型变速机组转子绕组金属护环热套施工提供借鉴作用。

我国电网对抽水蓄能电站变速机组的需求分析

变速抽水蓄能机组具有更好的稳定性和变速恒频发电能力、更优的调节性能、更广的调节范围等优势。以变速抽水蓄能机组的优势为基础,从未来电网的特点和需求出发,探索变速机组对电网建设、提高资源利用率以及电站自身运行等方面的积极影响,并参照国外已建变速机组的相关运行指标和我国电网调节性能补偿相关规定,就我国变速机组在未来电网的经济性进行预判。

抽水蓄能电站可变速机组启动技术研究

建立定子绕组短接时ACE-VSPSU的数学模型,提出了便于实现的定子磁链定向ACE-VSPSU自启动矢量控制策略以及自适应的偏移量检测方法,对转子位置传感器偏差进行校正。通过ACE-VSPSU动模仿真系统,对提出的策略及方法进行的仿真验证结果表明,该方案可获得良好的启动性能。

变速机组对我国抽水蓄能规划选点的影响分析

以变速机组的运行特点为切入点,分析其在抽水蓄能建设方面的优势,并通过有无选取变速机组进行工程设计对比分析,旨在从机组建设可行性、能量指标、经济指标等方面例证变速机组对我国抽水蓄能电站规划和建设的积极影响,为推动变速机组在我国的建设进程提供决策依据。

抽水蓄能变速机组前期规划策略初探

介绍了抽水蓄能变速机组在电网中的优势,并分析探讨了变速机组在负荷集中区域、新能源集中区域以及特高压受端区域电网中所起的作用。通过对抽水蓄能变速机组的规划研究发现,负荷集中区域、新能源集中区域以及特高压集中区域,由于其特殊性对电网的安全稳定要求更高,更需要抽水蓄能变速机组的加入。以京津及冀北电网为典型电网,选取尚义抽水蓄能电站作为典型案例,对电网对变速机组的需求进行了验证,结果表明,可变速抽蓄机组调节精度高、响应速度快、调节幅度大,有利于促进京津及冀北电网坚强智能电网的建设,且从系统经济性及长远看,变速机组还是比较经济的。

丰宁二期抽水蓄能电站应用可变速机组的必要性分析

随着电网中新能源的加入,导致电网的稳定运行尤其是夜间频率控制变得尤为困难。定速机组水泵工况运行情况下,不能调节输入功率,无法满足电网快速准确进行电网频率调节的要求,可变速机组可有效解决负荷突变所引发的无功功率过剩、工频过电压等系统安全运行隐患。文章论证了丰宁二期抽水蓄能电站二期引入可变速机组的必要性。

大型抽水蓄能变速机组交流励磁系统功率回路研究

针对大型抽水蓄能变速机组交流励磁系统,对主回路拓扑结构进行了详细的对比分析,最终选用NPC三电平交直交结构。针对该拓扑结构,详细研究了其矢量控制策略。搭建一台5 MW的功率柜样机,采用NPC三电平拓扑,进行了功率回路测试,充分验证了拓扑结构和矢量控制策略的正确性。对200 MW大型变速抽蓄机组的交流励磁系统的功率单元设计具有重要的借鉴意义。

风速波动下变速机组风电场的单机等值建模方法

由于风电机组的输出功率滞后于风速波动,等值风计算不能反映实际工况,采用DIgSILENT/Powerfactory搭建变速机组风电场详细模型和单机等值模型,研究风速波动下双馈机组和直驱永磁机组风电场模型的并网点输出特性。研究表明:对于双馈机组风电场,与详细模型相比,单机等值模型会出现一定误差;对于直驱永磁机组风电场,使用等值风的优于使用平均风的等值模型。利用单机表征法建立的风电场等值模型与详细模型的动态响应基本一致。该研究验证了单机等值方法的有效性和适用性。

抽水蓄能变速机组抽水和发电工况运行范围简析

抽水蓄能电站在电力系统中承担着削峰填谷、调频、调相、事故备用等作用,对保障电网平稳运行意义重大。随着泛在电力物联网的战略推进,电网提高了对电力系统各环节的性能要求。抽水蓄能机组通过改变转速,可显著提高其发电能力和调节性能,可更充分地发挥抽水蓄能电站的作用,电网对抽水蓄能变速机组的需求愈发强烈。

基于系统运行模拟的抽水蓄能变速机组容量配比优化研究

抽水蓄能机组对于保障电力系统安全、稳定、高效运行作用显著,特别是抽水蓄能变速机组,具有抽水功率可调、运行效率提升和调节范围加宽等优势。考虑到抽水蓄能变速机组投资成本相比恒速机组较高,进行变速机组容量配比优化研究十分必要。本文建立基于电力系统安全约束机组组合的抽水蓄能变速机组容量配比优化模型,可以在给定的区域电源规划方案下,给出新建变速机组占所有新建抽水蓄能机组的经济最优比例。针对西部某区域的算例分析表明,新建抽水蓄能变速机组容量配比在33%左右时,系统运行效益最优。

抽水蓄能变速机组应用技术概述

抽水蓄能变速机组具有抽水工况可进行自动频率控制、瞬时有功功率和无功功率的高速调节、发电工况时效率更高、交流励磁装置可代替SFC装置实现自启动以及更宽的水轮机运行范围等优点,本文从抽水蓄能变速机组合理容量配比、运维成本分析、调度策略研究,交流励磁系统控制及保护技术研制等方面进行了阐述,可为未来变速机组在抽水蓄能系统中的装机容量配比决策及相关技术应用提供理论参考.

抽水蓄能电站采用可变速机组的优越性

本文通过具体方案的比较，证明可变速抽水蓄能机组与常规蓄能机组相比，具有许多优越性，并预言这种机组在２１世纪必将有较大的发展。

大型交流励磁变速抽水蓄能机组技术特征与研制框架

交流励磁变速抽水蓄能是国际上应用最广泛成熟的变速机组技术路线,是中国抽水蓄能发展需要重点攻克的关键技术。当前,国内大型交流励磁变速抽水蓄能技术自主化工程研制和应用仍处于起步阶段,从电机设计、变频系统设计到机网协调控制策略等方面关键技术都亟待突破。为进一步攻克交流励磁变速抽水蓄能关键技术、理清研发重点,该文首先从抽水蓄能技术基本原理出发,概括不同抽水蓄能技术路线的特点和适用条件。然后,重点分析了交流励磁变速抽水蓄能机组的技术特征,提出了交流励磁变速发电电动机、水泵水轮机、变频器等核心装备的研制框架和重点。最后,给出交流励磁变速机组研制的思考和总体方法。

基于时域动态过程的变速抽蓄机组外部故障短路电流计算方法

变速抽蓄机组(VSPSU)采用特殊的交流励磁结构及控制方式,导致其外部故障短路特性与常规定速机组相比差异巨大。为此,提出了一种基于时域动态过程的外部故障短路电流计算方法。根据VSPSU外部故障下的励磁及控制特点,将外部故障下的VSPSU分为持续励磁和跨接器动作这2种情况,并基于空间矢量分析分别建立2种情况下的时域动态电路模型。在此基础上,结合2种情况的过渡边界条件和定子磁链动态特性推导得到VSPSU外部故障短路电流的解析表达式。与PSCAD/EMTDC仿真结果的对比表明,所提出的VSPSU外部故障短路电流计算方法具有较高的准确性及实用价值,能满足变速抽水蓄能电站一次设备选型以及继电保护等工作的需要。

考虑不对称转速边界约束的变速抽蓄机组综合惯量调频控制

当系统出现频率跌落时,变速抽蓄机组可大幅降低转速、迅速释放转子动能,从而为系统提供惯量支撑,但目前已有的调频方案未能有效发挥变速抽蓄机组的这一优势。为充分利用转子动能,提出一种考虑不对称转速边界约束的变速抽蓄机组综合惯量调频控制策略。首先,从变速抽蓄机组的有功支撑特性和不对称转速约束条件出发,得出适用于变速抽蓄机组的最优频率控制结构,该结构中包含两个时间常数不同的虚拟惯量控制环节。然后,分析各惯量控制环节的作用并整定相关参数。在此基础上,计及变速抽蓄机组运行特性与电力系统调频需求,设计了变速抽蓄机组不对称综合惯量控制策略,使得机组转速降低时可以为系统提供更大的惯量支撑。仿真结果表明,所提调频策略能够充分发挥变速抽蓄机组的优势,维持系统频率稳定。

变速抽蓄机组失磁故障分析及保护研究

变速抽蓄机组(VSPSU)的励磁及控制方式复杂且易发生失磁故障,配置针对性的失磁保护对保障其安全运行至关重要。该文基于直流励磁系统和交流励磁系统的差异分析,将VSPSU的失磁故障划分为对称失磁和不对称失磁两种故障形式,并主要针对对称失磁故障开展研究。首先,分别从故障位于机侧和网侧角度出发分析VSPSU发生对称失磁故障后的电气量变化特性及其故障危害;然后,推导证明了传统失磁阻抗圆保护判据在VSPSU中应用时不具有可靠性,VSPSU缺乏具有针对性的保护方案;最后,基于VSPSU的失磁故障特性,提出了针对机侧对称失磁故障的下抛阻抗圆判据和针对网侧对称失磁故障的直流电压判据,两者结合形成了对VSPSU对称失磁故障的保护方案。仿真结果表明,该文所提方案可有效地检测VSPSU在各种运行工况下的对称失磁故障,以满足VSPSU对失磁保护可靠性的要求。

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。

可变速抽蓄机组转子绕组新型主保护方案性能分析

丰宁可变速抽蓄机组的投运使得其转子绕组保护方案的配置备受关注。运用多回路分析法,对湘潭电机厂制造的12 kW交流励磁样机所有实际可能发生的转子绕组内部故障进行了仿真,在此基础上对基于定子分支谐波环流的转子绕组新型主保护方案的性能进行了分析,并进一步明确了新型转子绕组主保护方案不能动作故障类型及相应的改进措施,为后续国产化示范项目中可变速抽蓄机组的稳定运行奠定基础。