全功率变流变速抽蓄机组水泵入力调节特性

基于全功率变流器的变速抽水蓄能机组具有调节范围广、控制性能优等特点，是全球抽水蓄能行业研发的前沿技术，相关精细化数值模型亟待建立，水泵工况入力调节动态特性及调节指令优化亦亟待研究。本文运用MATLAB/Simulink构建了全功率变流变速抽水蓄能电站水-机-电系统耦合的过渡过程数值仿真模型，建立了基于功率反馈的机组入力调节控制策略，并通过数值仿真，揭示了全功率变流变速抽水蓄能机组的能量转换特性，对机组在水泵工况入力调节时的动态特性进行了研究。结果表明：当入力减小时，机组的入力调节速度和主要参数的超调量与功率指令变化速率呈正相关，但超过一定变化速率之后该影响逐渐降低。本文可为我国全功率变流变速抽蓄机组的未来实际投运提供技术支持。     

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。     

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。     

风电机组一次调频特性研究

针对目前流行的风力发电机组(定速风电机组和变速风电机组)的一次调频特性进行比较分析,并与常规火力同步发电机组进行比较,从而更全面地分析风电机组的一次频率控制特性。基于以上分析,设计出变速风电机组(主要针对双馈风电机组)一次调频辅助频率控制器,从而提高了变速风电机组的频率控制能力。基于PSCAD/EMTDC平台搭建仿真系统模型,对常规火电机组、定速风电机组、以及变速风电机组的调频特性进行了仿真验证和比较,证明了所设计的变速风电机组一次调频辅助频率控制器的有效性。     

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。     

基于广义相位补偿法的抽水蓄能电站双馈机组PSS设计

抽水蓄能电站正应用变速双馈机组来替代传统定速同步机组。对于变速机组,其本身应具有类似于定速机组电力系统稳定器(PSS)的功能。为满足抽蓄电站变速机组入网要求,对此类机组对电力系统小扰动稳定性的影响进行了探讨,并由此提出了一种相关的阻尼控制策略。首先,在相关多机系统模型的基础上,对典型四机系统小扰动稳定性进行分析。然后,根据分析结果中的低频振荡问题,采用广义相位补偿法设计了应用于双馈机组的PSS,有效协调双馈机组和同步机组PSS的阻尼效果。最后,通过系统算例仿真来证明双馈机组加入PSS的有效性和实用性,并在RTDS涉网试验中予以验证。     

可变速抽水蓄能机组大波动工况转速上升规律

可变速抽水蓄能技术已经成为近年来抽水蓄能行业新兴的发展与研究方向,可变速抽水蓄能电站运行的动态特性研究意义显著。本文利用可变速抽水蓄能电站的非线性数学模型,重点对其中的水力-机械子系统进行了研究。通过将模型在事故甩负荷工况下的计算仿真结果与真实电站的实测结果对比,验证了模型的准确性。本文对可变速抽水蓄能机组在事故甩负荷工况时不同起始转速下的动态响应进行了仿真分析,研究了机组转速上升规律,并分析了该规律产生的原因在于机组的力矩特性与机组的动量转换关系。结果表明：对于可变速抽水蓄能机组的事故甩负荷工况,起始转速在一定范围内增加时,机组最大转速并不会显著增加。     

变速抽蓄机组频率响应机理模型与性能研究

变速抽蓄机组是潜在的大容量、灵活可靠、清洁一次调频资源。缺乏频率响应机理模型和性能研究导致定量表达、挖掘、充分发挥该机组一次调频优势遇到瓶颈。提出了一种变速抽蓄机组频率响应机理模型，并基于该模型量化分析了变速抽蓄机组较常规机组、定速抽蓄机组在调频稳定性与动态性能两方面的优势。首先基于调频物理本质，建立了变速机组发电和抽水2种工况下的频率响应模型；其次利用根轨迹法分析了频率下垂系数对3种机组调频稳定性的影响；然后推导了3种机组对应的调频性能指标，并比较了一次调频动态性能；最后通过PSCAD/EMTDC时域仿真验证了机理模型和性能分析的正确性。该研究结果为充分利用变速机组来保障新型电力系统频率稳定提供了有益的理论参考。     

大型变速抽水蓄能机组的转速及开度寻优策略研究

变速抽水蓄能机组由于效率高、适应水头范围宽、调节性能优越,具有广泛应用前景,但核心控制技术一直处于国外垄断,资料匮乏。本文从可获得的水泵水轮机模型综合特性曲线入手,以效率优化为目标,通过设定的水泵水轮机出力和工作水头,提出了在水轮机工况下变速抽水蓄能机组的转速和开度寻优方法。同样,从水泵模型能量特性曲线入手,基于水泵入力和扬程,提出了水泵工况下变速机组的转速和开度寻优方法。可供抽水蓄能电站变速机组的控制和研究提供一定参考。     

抽水蓄能电站建设发展历程及前景展望

介绍了我国抽水蓄能电站建设经历的探索与试验、总结与提高、快速发展、谨慎发展4个阶段历程,提出了我国抽水蓄能电站经营、技术、政策方面面临的问题,认为未来我国抽水蓄能技术将向可变速抽水蓄能方向发展,且旧机组改造较新建可变速机组更具可行性。此外,其他大规模储能技术的发展也将挑战抽水蓄能电站的地位。     

基于可变速抽水蓄能技术提升区域电网新能源消纳水平的研究

可变速抽蓄机组相较于传统恒速运行抽蓄机组在抽水工况下的有功调节、无功补偿方面有明显优势，能够更好地匹配新能源出力波动并进行消纳。基于可变速抽水蓄能技术对比总结了交流励磁、全功率变频2种技术路线的系统配置、工作机理和技术特点，以某省级电网9大地区为节点搭建简化网架模型进行8 760 h时序生产模拟仿真，结果表明可变速抽水蓄能技术可提高区域电网新能源消纳水平、减少火电调峰，对未来变速抽蓄项目在电网应用的技术经济效益评估提供了参考。     

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。     

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。     

基于模型预测控制的新型电力系统光储电站调频控制策略

光伏渗透率的不断提高降低了新型电力系统的转动惯量,给系统频率稳定性带来了新的挑战,储能出力灵活且迅速,将储能与光伏结合构成光储电站参与电网调频能够提高新型电力系统频率稳定性。光储电站参与系统调频的有功出力受到光照强度、储能荷电系数等多因素的影响,然而现有的与光储电站调频控制有关的研究大多对这些多约束的处理能力较差。在此背景下,提出一种基于模型预测控制的新型电力系统光储电站调频控制策略。该控制策略以最小化系统频率偏差与频率变化率之和为目标,计及光储电站有功出力及总发电量约束,优化光储电站有功出力,并通过控制光储电站有功输出参与系统频率调节。最后,通过仿真算例说明了所提方法相比传统控制策略调频效果更优,能够在考虑多约束的情况下快速精准确定光储电站出力,提高系统频率稳定性。     

基于模型预测控制的新型电力系统光储电站调频控制策略

光伏渗透率的不断提高降低了新型电力系统的转动惯量,给系统频率稳定性带来了新的挑战,储能出力灵活且迅速,将储能与光伏结合构成光储电站参与电网调频能够提高新型电力系统频率稳定性。光储电站参与系统调频的有功出力受到光照强度、储能荷电系数等多因素的影响,然而现有的与光储电站调频控制有关的研究大多对这些多约束的处理能力较差。在此背景下,提出一种基于模型预测控制的新型电力系统光储电站调频控制策略。该控制策略以最小化系统频率偏差与频率变化率之和为目标,计及光储电站有功出力及总发电量约束,优化光储电站有功出力,并通过控制光储电站有功输出参与系统频率调节。最后,通过仿真算例说明了所提方法相比传统控制策略调频效果更优,能够在考虑多约束的情况下快速精准确定光储电站出力,提高系统频率稳定性。     

促进调峰的大规模风电调频备用容量动态配置策略

针对当前风电调频备用容量长期闲置、未充分服务于电网运行的问题,深化研究大规模风电调频备用容量优化配置方法,对于电网调频能力、风力发电经济性、电网调峰方面均具有重要影响。基于此,研究大规模风电参与一次调频的备用容量优化配置策略。根据日负荷预测曲线,在波峰时段设置较大调频基点功率、波谷时段设置较小基点功率,其他时段按照与波峰负荷比例设置基点功率,从而可在一日各时段配置风电调频动态备用容量;根据确定的各时段动态备用容量,求解基于转速控制或桨距控制一次调频策略的参考转速和参考桨距角,使风电机组在任意风速下(额定风速以上/下)动态调整一次调频备用容量。算例分析结果表明,在大规模风电并网场景中,所提策略不仅能保证电网调频需求,还能有效促进削峰填谷效果和提高风力发电经济性。     

电化学储能应用于电网频率安全防御三道防线的探讨

随着特高压直流的推广应用及新能源发电占比的不断提高,电网暂态频率安全保障技术面临着严峻挑战。电化学储能作为一种潜力巨大的灵活控制资源引起了广泛关注。从中国电网频率安全防御的三道防线着眼,基于储能的快速功率调节特性,分析了储能在频率稳定预防控制、紧急控制和校正控制中的定位,以不同场景下电网运行频率的控制目标为依据,探讨了面向暂态频率安全保障的电化学储能的容量配置技术要点,包括时域仿真中的计算条件选择、与传统控制措施的协调配合等方面,然后针对推动储能技术规模化应用中面临的主要问题,指出应在适应多应用场景的储能优化配置、储能电站优化运行模式研究、储能全生命周期的效益分析等研究方向开展深入研究。     

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。     

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.