Research on Operation of Electrothermal Integrated Energy System Including Heat Pump and Thermal Storage Units Based on Capacity Planning

In view of the Three North areas existing wind power absorption and environment pollution problems,the previous scholars have improved the wind abandon problem by adding electrothermal coupling equipment or optimizing power grid operation.In this paper,an electrothermal integrated energy system including heat pump and thermal storage units was proposed.The scheduling model was based on the load data and the output characteristics of power units,each power unit capacity was programmed without constraints,and the proposed scheduling model was compared with the traditional combined heat and power scheduling model.Results showed that the investment and pollutant discharge of the system was reduced respectively.Wind power was fully absorbed.Compared with the traditional thermal power unit,the proportion of the output was significantly decreased by the proposed model.The proposed system could provide a new prospect for wind power absorption and environment protection.

大型抽水蓄能发电电动机变压器组保护的研发与应用

针对抽水蓄能机组的特点,本文给出了发电电动机变压器组保护的配置方案;介绍了基于采样数据源分区的全工况保护算法,满足抽水蓄能机组保护算法的需求;提出了抽水蓄能机组工况综合判别方法,引入断路器、电气隔离开关以及监控信息的双位置辅助接点,同时设计了一种状态机机制、电气量辅助判别和开关位置报警功能,保证了抽水蓄能机组工况识别的准确性和可靠性;介绍了一种电气量和开入量综合判别的相序保护方案。研制的发电电动机变压器组保护装置已在300MW抽水蓄能机组投入应用,应用效果良好。

高比例新能源并网含抽蓄的联合系统变时段日前调度

为提高高比例新能源并网电力系统中火电机组的平稳运行,提出含抽蓄联合系统变时段日前调度策略。首先,根据抽蓄机组的最优调节区间进行净负荷频谱分析,得到其频域下的波动性质;其次,将波动量与高频分量的模糊熵共同作为评价指标,划分为不同调度模式;再次,以系统总成本最小为目标,建立考虑抽蓄最优调节的变时段日前调度模型,确定调度计划;最后,通过算例分析验证所提策略的有效性。

抽水蓄能电站单机容量与机组转速选择

通过分析国内外已建抽水蓄能电站机组主要技术参数,研究抽蓄电站定转速混流式水泵水轮机水头与单机容量、参数水平的关系,提出了不同水头段抽水蓄能电站单机容量和比速系数选择原则,推荐了合适的机组额定转速范围,可提高抽水蓄能电站水泵水轮机选型设计的工作效率和成果质量。

5 MW级全功率变速恒频发电电动机调试期间发现的问题及解决方案

国内首座全功率变速恒频抽水蓄能示范电站机组在安装调试期间发现了一些问题,本文针对发电电动机方面所遇到的一些问题及解决方案进行了详细的阐述,可作为其他抽蓄电站机组调试的经验借鉴。

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。

抽水蓄能机组水轮机工况启动过程内部流场分析

本文采用CFD数值模拟的方法,模拟计算了抽水蓄能机组在水轮机工况启动过程内部流场特征。得到了在活动导叶开启过程中的速度、压力随时间的瞬态分布规律,讨论了蓄能机组开启过程中外特性的变化曲线。结果表明:活动导叶的开启规律可以大体分为五个阶段。活动导叶的开启规律是先缓慢开启,然后以较快的速度关闭,最后再保持到空载的开度,从第四阶段,导叶再逐渐打开直到额定开度。转轮扭矩和机组流量呈现出先增大后减小的趋势,当导叶逐渐打开时,转轮扭矩和机组流量再逐渐上升。本文为研究蓄能机组水轮机工况下启动过程的内部流动变化提供了参考依据,同时对提高水轮机工况的启动稳定性具有重要意义。

抽水蓄能机组水轮机工况启动过程转轮动应力特性

本文以某原型水泵水轮机组为研究对象,研究了水轮机工况启动过程中外特性的动态变化曲线,重点分析水泵水轮机转轮内流场和动应力特性。研究结果表明,在水轮机工况启动过程中,转轮扭矩呈先上升后下降的趋势,在转速达到额定值时,扭矩接近于0;流量受到导叶开度的影响非常明显,处于先上升后下降趋势;水头在430~480m左右波动。随着转速的增加,转轮流固耦合面上的整体压力值显著增加。高压区起始集中在转轮进水边的压力面一侧,随着时间的推移,高压区域逐渐扩大并移动到进水边的吸力面一侧。转轮进水边与下环交接处的应力呈现先下降后上升的趋势,应力均值下降的同时,峰峰值也有所下降,应力值一直处于较低的水平。转轮进水边与上冠交接处的应力呈现上升趋势,并与转轮转速的变化趋势一致。本文对于深入理解水泵水轮机组启动过程复杂条件下的内部流动和转轮动应力特性具有重要参考价值。

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。

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。

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。

考虑频率偏差和电压刚度约束的抽水蓄能机组与新能源场站联合调度方法

抽水蓄能机组调频和电压支撑能力能够提升新能源电力系统的安全稳定性。针对电网故障下新能源场站低电压穿越造成的大量能量缺额问题,推导出频率偏差约束的解析表达式;根据电压刚度的定义,推导出新能源场站并网点电压刚度约束表达式。利用多面体不确定集合描述新能源的不确定性,以弃风弃光量最小为优化目标,提出一种考虑频率偏差和电压刚度约束的抽水蓄能机组与新能源场站联合调度方法。在改进的IEEE 39节点系统中对所提方法进行测试,结果表明合理利用抽水蓄能机组可以有效抑制新能源波动并提高系统频率和电压稳定性。

考虑声-振模态结合的抽水蓄能机组轴承故障诊断

为解决抽水蓄能机组轴承磨损故障难以监测和识别的问题,提出一种结合声振数据的双模态神经网络机组轴承诊断模型。首先分析了抽水蓄能机组声振特性,融合相似软阈值对奇异值分解去噪方法进行改进,有效消除非接触式传感器固有噪声干扰。其次提出逆巴克频谱变换方法,并结合巴克频谱变换和格拉姆角和场变换等特征工程技术,提取机组轴承的声纹和振动特征图。通过融合相对位置编码的自注意力机制和深度可分离卷积,建立特征图传递网络。同时运用多头自注意力机制和双向长短期记忆网络搭建了时序数据传递网络,并以平行网格架构构建了机组轴承故障诊断模型。实验对比分析表明,所提方法具有较高的故障识别准确率,为抽水蓄能电站机组轴承监测问题提供了有效的解决途径。

抽水蓄能机组励磁绕组匝间短路漏磁检测研究

抽水蓄能机组定子铁心背部漏磁场可有效反应励磁绕组的运行状态,通过对励磁绕组匝间短路前后的漏磁特征进行研究,以实现对其匝间绝缘健康水平的在线监测。首先,推导励磁绕组健康状态与匝间短路状态下的漏磁表达式,得到不同状态所对应的磁密特征谐波;其次,搭建发电容量为278 MVA的抽水蓄能机组二维有限元仿真模型,据此分析匝间短路故障前后径向漏磁及切向漏磁时/频域特征的演变规律,并得到空载工况的径向、切向漏磁峰值分别为111、102μT,负载工况的径向、切向漏磁峰值分别为115、112.5μT,可为漏磁传感器选型提供参考;最后,通过在同步发电机定子铁心背部加装磁通门传感器,采集不同匝间短路程度下的径向、切向及轴向漏磁信号,获其空载工况峰值分别为51.9、40.4、28.2μT,负载工况峰值分别为56.5、47.3、38.4μT,动模机组监测结果证明了,漏磁信号时域特征波形及频谱特征谐波变化可有效表征励磁绕组匝间绝缘健康水平,为励磁绕组匝间短路状态监测拓展了新的技术路径。

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。

油田新能源配电环境微电网集群智能协控系统应用

针对采油区高比例新能源接入带来的消纳不均衡问题,结合油田井区用电负荷的特点,采用微电网集群智能协控系统,根据潮流分析将不同微电网组群,通过微电网群协控装置解决在新能源能量转换和利用的过程中供求之间、时间和空间上不匹配的矛盾。实现微电网群内能量平衡、群间能量互济,提升系统安全性和经济性。

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。

光-蓄-储混合储能系统灵活性提升与容量规划

抽水蓄能电站是当前发展最为成熟、配置容量最大的储能设施,但其功率变化速率较慢,调节灵活性较为匮乏。电化学储能是当前发展最快的储能形式,具备灵活的功率调节能力。文中的目的在于构建光-蓄-储混合储能系统,通过不同储能设施的特性互补,大幅提升抽水蓄能电站的运行灵活性。文中基于抽水蓄能的功率振荡区间描述机组的功率调节能力,并根据单台机组的功率调节能力以及多台机组的组合方式定义抽水蓄能的灵活性。考虑灵活性约束以及提升机组运行寿命的需求,建立光-蓄-储混合储能系统的容量规划模型。以山东某抽水蓄能站为例,进行实例分析。结果表明,配置额定功率等于抽水蓄能容量10%的电化学储能系统可以提升40%的蓄-储系统灵活性,减少14%的机组发电启动次数。但在当前的两部制电价下,峰谷电价差需要超过0.5元/(kW·h)时电化学储能系统才具备盈利空间。

双馈抽水蓄能机组最优功率控制策略及提升风电并网能力仿真

提出一种考虑损耗及转速影响的抽水蓄能机组最优功率控制策略。首先,对抽水蓄能机组在发电和抽水工况下的功率损耗来源进行辨析,推导计及损耗与转速影响的电磁功率与机械功率表达式。然后,计及转子动能对阶跃变化与斜坡变化的不同功率控制策略进行调节能力分析,提出最优功率协调控制策略。最后,构建半实物仿真平台对发电与抽水工况下抽水蓄能机组的不同有功功率阶跃模式进行仿真对比验证。结果表明,该文所提控制策略可优化调速器与励磁控制的协调配合,与传统方法相比,该文方法的功率调节速率更快,对电网功率指令的响应也更为准确,且有效缓解了风电等新能源所带来的消纳及一次调频问题。

不同管道布置形式抽蓄机组频率调节性能评估

为确保水电系统安全稳定运行,提高电网的安全性和多能互补能力,从抽水蓄能机组一次调频作用出发,通过考虑抽水蓄能机组水力、机械和电气子系统等多个因素,构建了不同共用管路形式的双机和三机联合发电仿真模型。综合考虑不同的控制参数、不同初始运行工况、不同的负荷扰动等多种潜在因素,应用仿真模型评价了不同管道布置形式下的机组调节性能,揭示了管路结构对机组频率调节动态特性的影响规律。基于分析结果,总结出机组在频率调节过程中存在的潜在风险。最后,将机组转速稳定性、水力系统稳定性及阻尼特性作为指标,引入直觉模糊层次分析法、因子分析法和改进的雷达图法,对抽水蓄能机组一次调频综合性能开展了评估。研究成果对确保抽蓄机组稳定运行,提高电网安全性与多能互补能力具有重要意义。