基于改进天牛须搜索算法的抽水蓄能机组调节系统优化控制

针对抽水蓄能机组调节系统PID控制器参数整定困难问题,提出了一种基于改进天牛须搜索算法的抽水蓄能机组PID控制策略。首先,构建了小波动情况下带有时滞的抽水蓄能机组调节系统的数学模型。其次,提出了一种融合自适应分数阶微积分与自适应更新步长的改进天牛须搜索算法。然后,采用改进天牛须搜索算法、天牛须搜索算法与粒子群算法,分别设计调节系统在空载与负荷情况下的PID控制器。最后,使用各个算法优化的PID控制器进行调节系统的空载频率扰动与负荷波动工况仿真实验。结果表明:所提出算法可以整定出最为合适的PID控制器参数,在不同时滞作用下调节系统均取得更好的控制效果。该研究为抽水蓄能机组调节系统PID控制器的设计提供了新思路。

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。

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。

抽水蓄能机组新型变工况自适应模糊控制策略

针对抽水蓄能机组工况之间频繁转换、常规比例-积分-微分控制(proportional-integral-derivative control,PID)控制对不同工况变化下适应性弱及现有的新型控制方法难以应用于实时性要求较高的可编程逻辑控制器(programmable logic controller,PLC)调速系统中等问题,同时考虑到导数分量易引入高频测量噪声。结合模糊控制理论,创新地提出了一种以水头和功率作为模糊推理输入变量的新型自适应模糊PI控制器(innovative adaptive fuzzy PI,IAFPI)。首先结合所设计的控制器建立了基于弹性水击和对数投影曲线法的抽水蓄能调节系统精细化模型;然后利用多目标粒子群算法(multiple objective particle swarm optimization,MOPSO)优化该模型的控制参数;最后结合我国某实际抽水蓄能电站数据,分别与传统PI、传统模糊PI控制在不同负荷不同水头下进行对比仿真试验;验证所设计的新型自适应模糊PI控制器可有效提高机组对工况变化的自适应性。

基于改进DDPG的变速抽蓄机组参与系统调频研究

在挖掘双馈型抽水蓄能(DFIM-PSH)机组调频能力的基础上,提出一种基于改进深度确定性策略梯度(DDPG)算法的系统频率控制方法。首先,基于所确定的DFIM-PSH机组在发电与抽水工况下的频率控制环节,构建考虑风电接入的含DFIMPSH单区域系统频率控制模型。其次,在考虑机组运行约束的基础上以最小化系统频率偏差及调频出力为目标,引入DDPG算法对各机组的AGC控制指令进行优化。通过在预学习中同时引入随机外部扰动与模型参数变化,提高AGC控制器在具有强不确定性环境中的适应性。最后,在仿真验证DFIM-PSH调频优势的基础上,在不同风电接入及扰动等多场景进行仿真分析,结果表明,所提频率控制方法能有效改善新型电力系统的频率特性且具有强鲁棒性。

抽水蓄能机组空载工况动态矩阵PID串级控制

针对传统PID控制对含机械时滞抽水蓄能机组调节系统控制效果不理想的问题,提出了一种抽水蓄能机组的动态矩阵PID串级控制策略。考虑液压执行机构的机械时滞和主接力器的限幅与限速,建立了小波动情况下抽水蓄能机组调节系统的数学模型。在调节系统原PID控制作为内环控制的基础上,引入动态矩阵控制作为外环控制,通过天牛须搜索算法来整定优化PID参数,提出了一种新型抽水蓄能机组动态矩阵PID串级控制方法,并应用PID等6种控制策略对调节系统进行控制仿真。结果表明:所提出的控制方法可以在不同机械时滞作用下有效改善抽水蓄能机组调节系统在空载频率扰动时的控制性能。研究成果可为抽水蓄能机组的调节系统控制提供借鉴。

抽水蓄能机组运行稳定性研究

抽水蓄能电站是目前技术最成熟、经济性最优、最具大规模开发条件的电力系统绿色低碳清洁灵活调节电源,在电力系统中担负着调峰、填谷、调相和事故备用等多种功能。当前,我国正在加速构建新型电力系统,新能源的大规模消纳,对电网的安全稳定运行带来了一定挑战,也对抽水蓄能机组运行提出了新的要求。

抽水工况下抽水蓄能电厂风电波动调节技术

鉴于多数抽水蓄能电站安装可逆式机组的现状,该文提出一种运用双馈变速技术扩展风电波动调节范围的方案,利用电子元件实现发电机转子交流励磁,进而对机组的转速与功率进行解耦控制,达到动态调节、快速响应的目的。使用Matlab平台构建抽水蓄能机组模型并进行动态调节仿真,结果表明机组电磁功率调节的速动性良好,无论是在水轮机工况还是水泵工况下都能完成风电功率波动调节,切实提高抽水蓄能机组的调节能力。

双馈抽水蓄能机组无功调节极限能力研究

由于可变速双馈抽水蓄能机组(doubly-fed pumped storage unit, DFPSU)的运行不再受到静稳极限的限制,其吸收无功功率的进相能力相较于传统同步发电机来讲得到了增强,但整体调节能力又将受限于定子绕组温升、转子绕组温升和最大转子电压。本文采用了更有利于DFPSU功率分析的Γ型等效电路,将机组运行过程中的定转子功率、损耗功率重新组合分析,得出了限制机组运行功率极限的主要因素。根据理论推导和DFPSU机组实际参数首先画出了以定子电流和转子电流极限为边界的P-Q圆图,进而专门探究双馈电机最大转子电压极限在不同转差条件下的运行边界和无功调节极限,分析了转差率s和转子电压极限圆图之间的关系。最后通过在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型验证了DFPSU无功调节极限理论边界的正确性,根据某可变速抽水蓄能机组实际参数的仿真结果,发现当转差率较大时转子电压极限将会成为限制无功调节范围的关键因素。

面向系统功角稳定性提升的变速抽水蓄能机组故障穿越性能优化

含定、变速机组的大容量抽水蓄能电站经弱交流通道送出场景下,定速机组存在功角失稳风险,为此,通过优化变速机组故障穿越性能提出了系统功角稳定性提升方法。首先,建立了抽水蓄能电站送出系统的动态模型,推导了变速机组输出功率对系统减速面积的灵敏度,明确了变速机组故障穿越特性对系统功角稳定的影响;然后,在确保故障期间变速机组转子无超速风险的前提下,提出了变速机组故障穿越电流限值和电压阈值的整定方法,以降低故障期间变速机组有功、无功功率恢复速度,提升系统功角稳定性;最后,采用基于中国河北省丰宁抽水蓄能电站的仿真算例验证了文中方法的有效性。

长期调相运行的抽水蓄能机组技术问题及措施浅析

调相运行是指发电机不发出有功功率,只通过向电网输送感性无功功率的运行状态,从而起到调节系统无功、维持系统电压水平的作用。结合各地电力系统现状与电力系统规划,抽水蓄能机组如需满足长期调相运行要求,还面临一定技术问题。本文从设计制造阶段和运行阶段两方面对存在的技术问题和相应技术措施分别进行了分析和阐述。总结了国内外部分厂家对调相容量值、运行时长和运行稳定性等方面的主要技术对策,探究了国内电站在给气压力、流量值选择及水环厚度、水位测量装置对抽水蓄能电站长期调相运行的影响。

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-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。

利用热网蓄能辅助供热机组调频的控制研究

随着如风电、太阳能等可再生能源的并网,使得火电机组需要进行深度调峰且快速响应调度指令。然而,传统的负荷调节控制方法难以使得机组应对调度指令的频繁变化。火电机组热网包含着大量的管道与热力设备,它们均具有很强的蓄热能力,合理利用其蓄热可在短时间内提升机组负荷响应速度。针对上述问题,对利用热网蓄能辅助供热机组负荷调节进行了研究,并设计了基于调度指令与负荷响应偏差的协调控制系统。仿真结果表明,所设计的协调控制系统能够提高机组负荷响应调度指令的能力,且保证供热压力的稳定。

蓄能机组暂态工况水力特性及关键部件强度特性研究

抽水蓄能电站以其调峰填谷的独特运行特性,发挥着调节负荷、促进电力系统节能和维护电网安全稳定运行的功能,是电力系统有效的、不可或缺的调节工具。近年来,随着“双碳”目标的提出,我国的抽水蓄能电站建设进入了快车道,并且向高水头、大容量、高转速的方向发展,从而对蓄能机组关键部件的强度设计提出了更高的要求。

抽水蓄能机组调节系统建模及仿真研究

本文以 XHD 抽水蓄能电站为对象,运用全特性和状态方程相结合的方法.建立非线性抽水蓄能机组调节系统的数学模型,采用并联 PID 调速器,并引入同构变参的智能控制策略,在此基础上进行调节系统各种过渡过程的数学仿真,得出了一些有意义的结果。

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。

抽水蓄能机组振动故障诊断专家系统

根据抽水蓄能电站机组的特点,采用模块化思想,设计一个关于抽水蓄能机组振动故障诊断专家系统,并对该系统的结构、关键功能模块、推理机的设计和软件实现过程进行介绍,最后给出该专家系统的实际应用案例。抽水蓄能机组故障诊断专家系统作为一种人工智能计算机程序,能在一定程度上帮助现场故障诊断人员对机组的运行状态有较为深入的了解,比较适用于复杂的、比较规范化的大型动态系统。

抽水蓄能机组温升及通风系统分析

对某水力发电厂抽水蓄能式发电机组运行中出现定子线圈温度过高、电机线圈局部发生的击穿现象进行了分析研究,并做了相关试验,如通风试验、结构测量及流场测试,从实验数据及结果寻求到了改善机组的温升办法。

大型抽水蓄能电站调节系统通用仿真平台研究与开发

为开发一套简便、参数可调的仿真软件供抽水蓄能电站现场使用的调节系统通用仿真平台,以LabWindows/CVI为开发工具,采用多线程设计,通过解决仿真平台与Matlab/Simulink间的数据通信接口问题实现参数调用,即软件平台直接从Matlab/Simulink内置的工作空间中调用数据、运行文件及相关函数,实现与Matlab/Simulink仿真模型的同步运行。经验证,该仿真平台运行效果与实际试验曲线吻合。