含大规模风电的电力系统抽水蓄能最优切泵策略

为解决大规模风电接入电网后可能引起的紧急低频问题,提出一种抽水蓄能机组的低频切泵策略。传统的切泵策略没有考虑大规模风电接入后的影响,而该策略推导了风电接入后电网动态频率轨迹的计算方法。基于最优频率轨迹的方法建立目标函数并给出约束条件,采用外点罚函数法优化求解。利用PSASP软件对某个省电网进行仿真,结果显示:大规模风电接入后渗透率能对电网频率动态轨迹产生影响进而会影响到切泵的方案,但在不同渗透率下优化方案的各项性能指标均好于未经优化的。这表明,不同渗透率的风电接入电网后,经过所提优化的方案均能获得良好的控制效果,这为首次利用抽水蓄能解决大规模风电带来的紧急低频问题提供了理论的依据和现实的手段。     

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。     

基于惩罚函数法的低频切泵与低频减载协调方案

摘要：传统的低频减载一般不考虑抽水蓄能的调节作用,抽水蓄能在抽水工况下相当于负荷。本文提出在电网发生大规模功率缺额导致频率急剧下降情况下,在特定频率段采用低频切泵配合低频减载的方法来抑制电网频率下降,减小切负荷量;重点研究了低频切泵和低频减载的协调,给出了两者优化目标函数及其约束条件;运用惩罚函数法优化计算结果,得到最佳低频切泵方案;最后利用仿真软件模拟故障场景进行仿真分析,仿真结果表明本文提出的方法能有效抑制电网频率崩溃。     

抽水蓄能机组孤网运行稳定特性分析

由于抽水蓄能机组抽水调相转为抽水工况,后加负荷速度不可控,启停过程中负荷跃变剧烈,孤网期间容易影响电网频率稳定.为着力解决长期以来困扰海南电网"大机小网"下的频率稳定问题以及排查可能存在的安全稳定威胁,文章依据抽水蓄能机组同步机、水轮机及其调速器的数学模型,构建了水轮机调速器环节与同步机转子运动环节的动态反馈线性化模型.通过BPA仿真计算,研究了水轮机调速器动态对抽水蓄能机组的频率稳定性的影响.通过计算海南电网频率稳定性与机组功角稳定性,确定了抽水蓄能机组单机最大容量.该研究为未来海南电网稳定运行、抽水蓄能机组孤网运行提供了可靠的借鉴.     

大功率缺失下抽水蓄能机组分阶段有功控制方法与实现

为了提高大功率缺失下抽水蓄能机组参与故障恢复的能力,提出了抽水蓄能机组分阶段有功控制方法。首先,基于抽水蓄能电站运行特点,构建了抽水蓄能机组参与有功控制的数学模型;其次,为满足大功率缺失下断面和频率的控制需求,提出了考虑机组安全运行约束的抽水蓄能机组分阶段有功控制方法;最后,结合在特高压受端省级电网的应用实践,验证了所述方法在大功率缺失下提升抽水蓄能机组响应能力的有效性。     

抽水蓄能机组调速器智能启动策略研究

为解决以偏差为基础的PID控制策略不能满足抽水蓄能机组在不同水头下有较好启动特性的问题,研究了抽水蓄能机组调速器智能启动策略,启动过程的控制目标以机组转速的微分与转速偏差的比值为常数,采用闭环开机控制方式,将机组开机时的转速上升期望特性设置为频率给定,使机组转速变化的动态过程强制转变为按照指数衰减的过程,可实现抽水蓄能机组快速平稳开机并网。     

抽水蓄能机组调速系统非线性预测控制方法研究

调速系统是抽水蓄能机组频率及出力控制的主要部件,其控制性能及控制品质对于工况变化频繁,在电网中担任削峰填谷任务的抽水蓄能机组尤为重要。本文针对传统抽蓄机组的PID控制器中控制参数受工况影响大,控制器缺乏状态预测能力等缺点,提出一种适用于抽蓄机组调速系统不同工况的快速非线性预测控制方法。该方法应用抽蓄机组全特性曲线作为水泵水轮机模型,考虑压力引水管道的水击现象,利用模糊PID控制与预测控制的滚动状态预测原理计算得到调速器控制信号,使得调速器在根据运行工况精确控制机组频率与出力的同时,保证了控制计算的实时性。通过以某抽水蓄能电站实际资料进行抽水蓄能机组发电方向开机和负荷调节动态过程仿真,结果表明该预测控制方法较传统控制方式效果优越。     

交流励磁抽水蓄能机组变下垂系数调频控制策略

针对固定下垂系数控制存在抑制频率波动的阻尼不足的问题,提出一种基于惯性环节的交流励磁抽水蓄能机组变下垂系数调频控制策略。首先,基于交流励磁抽水蓄能机组运行特点,分别建立了可逆水泵水轮机和交流励磁电机的数学模型以及交流励磁抽水蓄能机组控制模型;然后,考虑频率变化率和频率偏差值对系统频率动态调节影响,引入下垂系数-系统频率变化率(R-df/dt)函数,并通过检测电网频率变化和机组转速,获得幅值随频率变化率动态变化的下垂系数,基于此,提出一种基于惯性环节的变下垂系数调频控制策略,并给出了参数整定方法。基于MATLAB/Simulink平台,搭建含交流励磁抽水蓄能机组的电力系统3机仿真模型,并进行系统频率特性的仿真分析。仿真结果表明,所提控制策略可有效提升机组在发电、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。     

全功率变流器可变速抽水蓄能机组的功率调节特性分析

全功率变流器（full size converter, FSC）可变速抽水蓄能技术是控制电网负荷频率,平衡可再生能源发电波动的有效手段。在介绍三电平FSC可变速抽水蓄能机组整体结构的基础上,给出了机侧变流器和网侧变流器的模型和控制策略。在确定由于电网需求而产生的参考功率的基础上,提出了FSC可变速抽水蓄能机组在发电模式和电动模式时有功功率和无功功率的控制策略。针对所建立的FSC可变速抽水蓄能机组模型,采用冲击响应傅立叶变换法,给出了机组的频谱特性,对照风电波动频谱特性,阐述了全功率机组对可再生能源引起的电网波动控制的有效性。最后对抽水蓄能机组在抑制风电出力波动中的作用进行了仿真验证。     

大规模风电并网下的抽水蓄能机组调频控制研究

大规模风电接入对电力系统的频率造成影响。抽水蓄能机组由于其出力响应迅速、调节灵活等特性,在风电功率波动的调节中具有重要作用。该文针对短时风电功率波动对电力系统造成的频率扰动问题,提出抽水蓄能机组频率调节的鲁棒控制策略。通过建立电力系统整体状态方程,并考虑风电功率波动特性和抽水蓄能电站动态特性,采用基于线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)的H∞鲁棒控制算法,对抽水蓄能机组一次调频控制方程进行求解。利用IEEE39节点系统进行仿真验证,结果表明提出的鲁棒控制策略能有效地减小风电功率波动造成的系统频率偏差,提高了抽水蓄能机组对短时风电功率波动的调节响应性能。     

含抽水蓄能电网安全约束机组组合问题的混合整数线性规划算法

抽水蓄能机组的投运对电网发电调度计划的制定具有很大影响,建立了含抽水蓄能机组电网的安全约束机组组合模型。以考虑了抽水蓄能机组启停费用的所有机组总运行费用为目标函数,根据抽水蓄能机组的不同运行工况给出旋转备用容量的解析表达式,同时在系统功率平衡约束中考虑了网络损耗的影响,并考虑了抽水蓄能机组的运行调度约束及网络安全约束。为了保证模型求解的可靠性和提高模型求解的计算效率,将目标函数进行分段线性化,并根据抽水蓄能机组的运行特点将其旋转备用容量约束等价转化为线性表达式。同时采用一种动态分段线性化方法近似逼近网络损耗,从而将机组组合模型转化为混合整数线性规划模型,并采用成熟的数学优化求解器CPLEX进行求解。对某实际23机306节点电网算例的计算结果表明,所提出的混合整数线性规划调度模型的网损逼近效果合理正确,算法求解速度快,具有较好的工程实用价值。     

抽水蓄能机组分数阶PID控制及参数优化研究

由于抽水蓄能机组水泵水轮机调节系统结构复杂,工况类型多且转换频繁,容易受水泵水轮机全特性曲线反"S"特性的影响,因此其运行稳定问题比一般机组更加严峻,严重时甚至会影响到电网的供电质量和安全稳定。本文针对传统PID控制在抽水蓄能机组应用中的不足,提出了抽水蓄能机组的分数阶PID(FOPID)控制及其参数优化方法。为提高FOPID控制参数优化效果,提出了一种模糊引力搜索算法(FGSA),该算法在迭代搜索过程中,对引力衰减指数进行动态的模糊推理,使之随搜索代数的改变不断自适应调整,从而通过控制引力常数的大小实现对算法局部和全局搜索进行动态调整,提高算法优化能力。以我国某抽水蓄能电站机组为研究对象建立其调节系统仿真模型,运用不同优化方法和控制规律的组合控制策略进行控制,对比试验结果表明,本文提出的FGSA-FOPID控制策略能有效改善抽水蓄能机组水泵水轮机调节系统在空载工况下频率扰动时的动态性能。     

交流励磁抽水蓄能机组暂态特性仿真分析

不同于常规抽水蓄能机组,基于交流励磁电机的抽水蓄能机组可实现变速,具有提高机组工况运行效率和增强系统暂态运行稳定性的优点。本文通过建立其仿真模型,重点对其负荷扰动特性及电网侧故障的暂态特性进行仿真分析,为该机组的实际应用提供理论支撑。首先,结合交流励磁抽水蓄能机组运行特点,根据可逆水泵水轮机运行模式;分别建立了水轮机模式和水泵模式下的数学模型;结合交流励磁电机的数学模型,建立交流励磁抽水蓄能机组的联合仿真模型。其次,结合可逆水泵水轮机和交流励磁控制策略,给出了交流励磁抽水蓄能机组发电工况采用功率励磁、电动工况采用转速+功率励磁的系统控制框图。最后,基于Matlab/Simulink仿真平台搭建系统仿真模型,并对交流励磁抽水蓄能机组发电、电动工况下负荷扰动特性以及电网侧故障的暂态运行性能进行仿真分析。     

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。     

基于最优频率轨迹的电力系统低频切泵方案

抽水蓄能电站在大电网调峰调频中具有重要的作用。它具有响应速度快、爬坡能力强等特点,可以作为正常运行的调频手段,也可以同时作为电网事故备用,提供紧急支援。文中研究了在电网发生大功率缺额而导致低频条件下,如何通过切泵来达到抑制频率跌落的最佳效果。基于此,文中提出一种基于频率最优轨迹的低频切泵方案,建立系统最优频率轨迹变化曲线的目标函数,采用基于拉格朗日最优化算法获取低频切泵每轮的最佳频率动作值,给出了低频切泵的最优整定方案。通过PSASP软件进行仿真计算,验证了不同对比方案下的频率恢复效果,并给出了充分的证据说明了该方法的有效性和优越性。     

基于广州抽水蓄能厂机组全停的电网调度运行策略分析

广州抽水蓄能厂机组全停将极大威胁电网的安全稳定运行,同时也给调度实时运行带来很大困难。就此,分析了在广州蓄能厂机组全停下的广东电网调度运行策略,提出相应的调峰调频策略,对电网调度实际运行有一定指导意义。     

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。     

全功率变速抽水蓄能机组无功优先控制策略研究

全功率变速抽水蓄能机组具有功率快速可调、响应速度快、有功无功独立解耦的优点,可为电网运行提供调峰、调频、无功电压支撑、需求侧响应等多种服务,是现阶段抽水蓄能技术发展的主要技术方向之一。但受变流器过流能力限制,全功率变速抽蓄在任何时候的最大电流不能超过变流器过载能力。而电网侧在故障期间及故障恢复期间对有功、无功的需求有所不同,本文比较了变速抽蓄机组的几种有功、无功电流分配策略,提出了变速抽蓄机组的无功电流优先控制策略可满足弱电网在故障期间对无功电压的需求。最后通过变速抽水蓄能机组在实际电网中的仿真分析,验证了该策略的正确性。     

抽水蓄能电站发电调相运行至发电运行控制策略

抽水蓄能电站一般都具有同步调相运行的能力，但抽水蓄能机组的全特性曲线上却有一个不稳定区，容易引起工况转换失败，且在快速转换时，机组将产生有害的起始逆功率，进而产生有害的电网电压和频率下降。文中根据抽水蓄能机组的水力特性，对机组控制流程进行研究和优化，以尽可能避开运行不稳定区域，提高机组运行的稳定性，并减少逆功率。     

基于MATLAB/xPC Target的抽水蓄能机组调速实时仿真系统

利用MATLAB软件提供的Simulink,RTW,xPC Target等工具箱建立了抽水蓄能机组的实时仿真模型,并通过输入/输出接口电路将实时仿真模型与实际抽水蓄能机组调速器相连接,构成了一个半物理实时仿真系统。利用某电站抽水蓄能机组参数对该系统进行了测试验证,结果表明,该实时仿真系统建模方便、能自动生成高效仿真程序、参数调整灵活、试验曲线与原型机组试验曲线吻合度高,可作为调速器开发设计阶段的试验平台,以及试验验收阶段机组动态特性的测试系统。