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。     

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。     

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。     

五种抽蓄运行特点的区域能源系统灵活性评估EI北大核心CSCD

为对比定速、双馈变速、全功率变频、三元式、分离式抽蓄机组在区域能源系统中的灵活性优势。该文首先综合考虑运行区、机组效率、启动时间、爬坡速度等技术特点,在能源系统模型Dispa-set的基础上建立不同抽蓄模型。其次,对比运行区、机组效率、启动时间、爬坡速度对机组出力影响。最后,建立多种指标综合评估不同风光配比下抽蓄类型对区域能源系统的影响。结果表明:三元式与分离式机组发电工况灵活性更高,而全频变速机组抽水工况灵活性更高,这导致定速机组的年发电量和年抽水量均高于其他4种抽蓄技术。因此,充分考虑抽蓄技术特点在该系统中的适用性在可行性论证阶段是非常必要的。     

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。     

发电工况可变速抽蓄机组模式切换过程多阶段柔性协调控制

可变速抽蓄机组运行工况多,工况转换频繁,转换过程复杂,合理的工况转换控制对于机组安全稳定运行至关重要。然而,与常规抽蓄机组不同,可变速机组受调速器和变流器共同的控制。调速器控制的导叶-水泵水轮机系统相对缓慢的机械转矩响应与变流器快速的电磁转矩响应之间的不匹配,导致工况转换控制更加困难。为此,提出了柔性工况转换控制策略。通过协调调速器和变流器,使可变速机组安全、快速而又柔和地实现工况转换,并且各转换阶段间衔接平滑。首先,建立了机组的简化机电暂态模型;其次,针对工况转换不同阶段的特点和控制目标,分别提出了相应的协调控制策略,包括柔性自启动、切入控制、稳态运行和切出控制等;最后,仿真和实验结果验证了所提策略的有效性。     

基于PSCAD的变速抽水蓄能机组 励磁系统仿真研究

本文研究了基于PSCAD的变速抽水蓄能机组励磁控制系统。根据变速抽水蓄能机组的工作原理,建立了发电机及其励磁控制系统的数学模型,研究了包括发电和抽水两种工况下的启动、建压、并网运行各阶段的励磁控制策略。通过PSCAD仿真平台,对所建立的变速抽水蓄能机组协调控制系统进行了仿真研究,仿真结果表明,文中提出的控制系统能够实现变速抽水蓄能机组各工况的控制且具有较好的性能。     

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。     

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。     

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。     

考虑可变速抽水蓄能机组运行特性的低碳调度

针对恒速抽水蓄能机组在调度过程中调节范围小的缺点,当扬程偏离额定值时造成抽水效率降低,提出采用可变速抽水蓄能机组投入电力系统低碳调度,发挥可变速抽蓄机组的运行范围宽效率高的优点。在含有风、火和水电及抽水蓄能机组的系统短期优化调度中,采用图论中的最小费用流算法,建立以系统CO2排放量最小为目标的模型,考虑网络损耗和可变速抽蓄机组运行特性,采用扩展水电调峰法进行负荷分配,利用LINGO11软件对含有二次约束的目标函数进行求解。算例分析表明,考虑可变速抽水蓄能机组的运行特性,能更好地发挥抽蓄机组调峰作用,对实现电力系统的低碳调度具有一定的现实意义。     

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SCADA及时域最小二乘法的抽水蓄能电站发电机多工况参数辨识

为了辨识抽水蓄能电站发电机多种运行工况下的模型参数,通过建立发电机的微分方程模型,并经过数学推导建立了发电机实测数据变量与发电机待辨识参数数学关系。基于时域最小二乘法的原理,给出了发电机各工况下适用的参数辨识方法,并通过抽水蓄能电站的SCADA(supervisory control and data acquisition)数据采集系统获得运行数据并对各工况参数进行辨识。仿真验算运用南方电网某抽水蓄能在发电和抽水两种工况下的实际运行数据,通过编制C++程序分析计算得到发电工况和抽水工况下的抽水蓄能整个发电机系统的参数值。将参数值与实际铭牌值相比,误差不超过5%。仿真结果表明,运用高采样速度的实时运行数据,能够激发抽水蓄能机组的暂态和次暂态过程。这种经过采样数据和公式推导相结合的辨识方法比通过传统做实验的辨识方法更简单、方便、有效,且适合抽水蓄能机组多工况运行的特点。     

可变速抽水蓄能机组稳态运行特性研究

可变速抽水蓄能机组由于在发电和抽水工况下,均可以实现大范围的功率调节,因此具有较好的应用前景。为了研究可变速抽水蓄能机组的稳态运行特性,本文从变速电机的旋转同步数学模型出发,深入分析定子侧功率与转子电流、转子电压之间的关系,并绘制出机组的稳态运行特性图。针对300MW机组的运行特性进行了实时数字仿真(Real Time Digital Simulation, RTDS),仿真结果验证了机组运行特性曲线的正确性,为今后大容量变速抽水蓄能机组的设计运行提供了经验。     

变速抽水蓄能和直驱风电系统的阻抗建模及稳定性分析

变速抽水蓄能和直驱风电联合运行系统中存在多种电力电子装置,且运行工况复杂,亟须对该类系统的稳定性进行深入研究.在构造双馈感应电动机小信号模型时,把双馈感应电动机转速作为变量,并引入水泵水轮机小信号模型,建立了d-q-0坐标系下联合运行系统的宽频段阻抗模型;同时对不同工况、不同参数下的系统稳定性进行了相应的分析.分析结果表明:系统在快速转速控制方式下稳定性受电气侧参数影响更大;对于变速抽水蓄能机组与直驱风电机组,前者锁相环阻尼比的减小会增大后者锁相环阻尼比的稳定域,二者控制器积分参数间也存在一定程度的耦合.最后,通过仿真验证了理论分析的正确性.     

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。     

Parameters＇ Identification of Generator in Pumped Storage Station Based on SCADA Data

为了辨识抽水蓄能电站发电机多种运行工况下的模型参数,通过建立发电机的微分方程模型,并经过数学推导建立了发电机实测数据变量与发电机待辨识参数数学关系。基于时域最小二乘法的原理,给出了发电机各工况下适用的参数辨识方法,并通过抽水蓄能电站的SCADA（supervisory control and data acquisition）数据采集系统获得运行数据并对各工况参数进行辨识。仿真验算运用南方电网某抽水蓄能在发电和抽水两种工况下的实际运行数据,通过编制C＋＋程序分析计算得到发电工况和抽水工况下的抽水蓄能整个发电机系统的参数值。将参数值与实际铭牌值相比,误差不超过5%。仿真结果表明,运用高采样速度的实时运行数据,能够激发抽水蓄能机组的暂态和次暂态过程。这种经过采样数据和公式推导相结合的辨识方法比通过传统做实验的辨识方法更简单、方便、有效,且适合抽水蓄能机组多工况运行的特点。     

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。     

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。     

考虑动态频率约束的风-光-抽蓄互补发电系统短期优化调度模型

该文研究考虑动态频率约束的风-光-抽蓄互补发电系统短期优化调度模型。在考虑风电场和光伏电站提供虚拟惯量、下垂控制以及备用的情况下,首先推导了抽蓄电站抽水工况和发电工况下系统的动态频率指标。其次,对比抽蓄电站抽水工况和发电工况下各频率指标的异同并进行聚合,以系统上网电量最大为目标,建立了考虑动态频率约束的风-光-抽蓄互补发电系统短期优化调度模型。最后,仿真分析表明,随着抽蓄机组装机容量的增加,系统上网电量增加,弃风弃光电量大幅减少,提高了风电和光伏的消纳水平;另外,验证了所提模型在增强风-光-抽蓄互补发电系统动态频率响应能力方面的有效性。