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。

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。

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。

双馈电机在抽水蓄能电站的PI整定

抽水蓄能电站作为新能源入网的重要环节,是新能源行业发展必不可少的。双馈电机是抽水蓄能电站的主要设备,本研究针对主要使用于抽水蓄能行业双馈电机中的PI控制器整定工作,利用该PI整定技术,实现双馈电机平稳地工作以及工作状态的无缝切换。

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。

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。

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。

基于RTDS的变速抽水蓄能机组阻抗测量及并网稳定性研究

随着能源转型发展和新型电力系统建设的推进,抽水蓄能电站的规划和建设数量不断增长。相比传统定速抽水蓄能机组,大容量变速抽水蓄能机组具有更优异的调节性能和运行经济性。本文针对正在建设的丰宁抽水蓄能电站300MW变速抽水蓄能机组,以机组实际参数构建的RTDS仿真模型和推导得到的变速抽蓄机组阻抗模型为基础,设计了RTDS平台变速抽蓄机组阻抗测量流程和扫频程序,完成了机组模型一次侧和二次侧注入扰动信号的阻抗测量与结果分析,并结合二次侧阻抗测量结果完成了变速抽蓄机组经串补接入电网的稳定性分析。

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。

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。

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。

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。

双馈变速同步电机的工作特性及在蓄能机组的应用

本文阐述了变速同步电机的稳态等值电路及Ｖ形工作特性，并对它在大型蓄能电站的应用进行了分析。

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。

采用双馈电机的抽水蓄能机组技术概述

传统的可逆式水泵水轮机和同步发电电动机组成的二机式抽水蓄能机组,存在一些固有的缺点,例如无法兼顾水轮机工况和水泵工况的最优效率、水泵工况下不能灵活调节吸收的有功功率,这些缺点都与机组转速不可调节有关。采用双馈电机的抽水蓄能机组技术,机组转速可在一定范围内调节,便可以解决上述问题。双馈电机的转子采用了交流励磁,转子提供到气隙的合成旋转磁场仍保持与定子旋转磁场保持同步。交流励磁电源采用电压源型变流器,变流元件为全控型电力电子元件绝缘柵级晶体管(IGBT)或注入增强柵级晶体管(IEGT),采用脉宽调制技术获得幅值和频率可调节的交流输出电压。电压源型变流器不仅是机组的励磁电源,还可以用作机组在水泵工况启动时的电源。

基于三电平双馈电机的共模电压特性分析

随着电力电子设备的广泛运用,在现代交流驱动系统中,轴电压成为交流发电机和交流电机的一个缺点。这种电压是控制系统调制策略和电机结构相互作用的结果,其大小影响着电机的可靠性。针对双馈电机系统机端共模电压问题,比较了两电平变流器和三电平变流器输出共模电压的区别。考虑到双馈电机对整个系统的影响,首先对双馈电机进行了建模分析。在此基础上从理论上分析了三电平变流器几种基本调制策略的优缺点,并进行了仿真验证,比较了它们输出共模电压的差异。几种基本调制策略各有优缺点,而统一电压矢量调制策略结合了SPWM和SVPWM调制的优势,具有很好的实际运用前景。针对共模电压这一特性,对统一电压矢量调制策略做出改进,并验证了所提出方法的有效性,同时借助Plecs软件分析了不同策略损耗的差异。