变速抽水蓄能机组功率优先控制模式的运行稳定域分析

变速机组相较于传统定速机组在运行和调节中具有快速、高效、灵活和可靠等优点。然而变速抽水蓄能电站刚刚起步,其在有功功率调节过程中的运行稳定性需要进一步研究。本文中基于MATLAB和Simulink作为主要工具研究变速抽水蓄能电站在有功功率调节中的动态稳定性。首先,建立了一个变速抽水蓄能电站的水-机-电耦合的数学模型。然后,建立13阶状态矩阵用于理论研究系统的动态稳定性,并进行时域模拟进一步验证和分析,验证了理论矩阵和数学模型的有效性和合理性。结果表明,变速抽水蓄能机组在并网条件下的有功功率调节的过程中,可能面临失去稳定性的风险,这是定速机组不会出现的新问题。因此,在变速抽水蓄能电站的设计和运行过程中,需要重点关注系统特性参数与控制参数的匹配问题。研究结果可为提高变速抽水蓄能电站调节稳定性提供技术参考。

变速抽蓄用双馈发电电动机速度传感器故障容错控制

变速抽蓄机组作为重要调节电源,在系统功率平衡、频率调节方面发挥重要作用,同时变速抽蓄机组双馈发电电动机运行可靠性越来越受到人们的重视。因此,本文提出了应对双馈发电电动机速度传感器故障的容错控制策略,以增强变速抽蓄机组的运行可靠性。该策略利用定子磁链模型参考自适应估算转速,并与光码盘实测转速相比较,而后通过滞环、SR触发器构成速度传感器故障检测与隔离,完成速度传感器故障情形下双馈发电电动机转速信号的主动切换,保障双馈发电电动机不间断运行。最后,通过MATLAB仿真,验证所提容错控制策略的有效性。

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。

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。

交流变速抽蓄机组单通道电力系统稳定器设计研究

为了弥补交流变速抽蓄机组涉网环节的不足,依据我国对大型发电机组并网的技术要求,提出了一种适用于交流变速抽蓄机组的单通道电力系统稳定器(power system stabilizer, PSS)设计方法,同时还给出了变速机组与定速机组的协同响应策略。在励磁系统特性方面,对比分析了变速机组与定速机组的差异,改进了PSS的传递函数结构,提出了相关参数的估算方法,能够适应交流变速抽蓄机组的并网要求。在厂内协调方面,针对变速机组与定速机组的协同控制需求,研究了基于变模态分解技术的协同响应方案,并对比了抽蓄电厂的整体反应效果,能够用于指导首台变速机组投产的工程实际。为了进行仿真分析,搭建了IEEE 9节点系统,并利用真实风电场数据,构建了电网功率扰动场景,验证了所提方法的有效性。

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。

抽水工况双馈可变速抽蓄机组机电暂态建模及有功–频率耦合特性

传统定速抽蓄机组在抽水工况下输入功率无法连续调节,不具备参与电网调频能力。双馈式可变速抽蓄机组是一种新型的水电系统,由于抽水工况下转速连续可调,在保证静态扬程的前提上,通过变速运行,机组输入功率调节范围拓宽。为挖掘机组参与电网调频潜能,首先建立抽水工况可变速机组的简化机电暂态模型,该模型以抽水工况可逆水泵水轮机运行特性为基础,考虑了流体在过流管道内的动态特性,并计及导叶的附加摩擦效应;然后从水力的角度揭示了抽水工况机组具备调频能力的本质原因;阐明了抽水工况机组改善电网频率特性的机理,并给出了控制器参数的推荐范围。最后,仿真和实验结果验证所提抽水工况机组改善电网频率特性的能力。

双馈式变速抽水蓄能电厂的机电暂态建模及模型预测控制

目前双馈式变速抽水蓄能电厂(doubly-fedinductionmachinebasedvariable-speedpumpedstorage,DFIM-VSPS)的研发仍处于起步阶段,其系统建模、稳定性分析及控制需要进一步研究。为此,研究了DFIM-VSPS的机电暂态模型,考虑了机组变速运行对效率的影响,并对比了采用不同水动态模型时DFIM-VSPS模型的动态响应,提出将模型预测控制用于DFIM-VSPS的功率控制,并且研究了各个工况下模型预测控制的控制效果及延时对控制效果的影响。结果表明:与常规控制相比,模型预测控制在系统发生大扰动及平抑风电功率波动时具有更好的控制性能,并且具有较好的鲁棒性。研究可为DFIM-VSPS的控制提供一定的参考。

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。

大型泵站双调机组的工况调节优化计算

为了更好地推广应用双调机组运行工况调节技术,介绍了大型泵站双调机组的技术特点,采用数值计算方法优化确定其运行工况调节方案,以实现运行节能。通过求装置效率特性曲线的最大极值点,获得给定的装置扬程下的最佳转速和最优叶片角度。结合操作可行性,拟定了不同装置扬程下双调机组的变速、调角运行方案。实例应用结果表明,双调机组运行工况调节技术简单有效,优化后双调机组具有可观的节能效果。

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。

变速抽水蓄能用双馈发电电动机的无功V形曲线研究

变速抽水蓄能用双馈发电电动机在维持有功功率输出的同时,可充分利用其功率裕量,成为稳定无功源,灵活参与系统调压调相。为研究双馈发电电动机的无功特性,在分析双馈发电电动机电气量关系的基础上,建立基于转子电流-定子电流的双馈发电电动机V形曲线,可简单直观地反映变速抽水蓄能用双馈发电电动机无功特性。研究了不同工况下双馈发电电动机V形曲线的变化规律。最后,基于RTLAB平台进行硬件在环测试,测试结果表明双馈式变速抽水蓄能机组具备类似同步电机的无功特性,同时也证明了所提分析方法的正确性和有效性。

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。

交流励磁可变速蓄能机组技术及应用

抽水蓄能机组采用可变转速电机可获得最佳性能指标。介绍了交流励磁可变速蓄能机组的基本原理、技术优势、运行应用情况及发展趋势,重点分析日本可变速机组运行情况、技术和经济合理性。指出可变速机组是一种高效的先进调峰调频电源,可为电网安全稳定运行提供更有力的保障,是电力系统管理的必要工具。

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。

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。

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。