东芝的可变速技术为中国绿色能源发展和电网稳定运行做贡献

正京极水电站的可变速抽水蓄能发电系统,与以往的可变速发电系统相比,运行范围更广,可实现从零到最大输出之间的调整。本刊讯日前,由日本东芝公司向日本北海道电力公司京极水电站交付的2号可变速抽水蓄能机组(200兆瓦)正式投入商业运行。抽水蓄能电站是利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库,在电力负荷高峰期再放水至下水库发电的水电站,可承担储能的重任。它可将电网负荷低时的多余     

大河内400MW调速发电电动机

安装于日本大河内电站(属关西电力公司所有,并由其营运)的世界上最大的调速抽水蓄能机组(400MW)已经投运。本文对该工程及其若干重点课题作了简介。     

抽水蓄能技术的发展趋势

美国和日本在发展抽水蓄能技术领域走在世界的前列。文中简要介绍了美国哈扎公司，日本关西电力公司和日立公司对于下一代抽水蓄能技术的发展趋势的看法；变速抽水蓄能机组，改进的模拟模型，改进的水泵水轮机设计，湖水掺气，湿地形式，在电网中的各种作用以及成本和效益分析。     

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。     

可变速抽水蓄能发电电动机功率特性分析

可变速抽水蓄能发电电动机采用双馈电机,兼具异步电机与同步电机双重电磁特性。本文首先提出了适用于可变速抽水蓄能发电电动机的数学模型,继而对其建立了电磁功率及电磁转矩表达式,并以此分析了可变速抽水蓄能发电电动机兼具异步特性与同步特性的运行机理。在此基础上,进一步探讨了可变速抽水蓄能发电电动机静态稳定问题,提出了静态稳定运行的必要条件。最后,提出了可变速抽水蓄能发电电动机有功功率及无功功率分析模型,揭示了有功功率及无功功率随励磁电压的变化规律。     

可变速抽水蓄能发电电动机非正弦励磁时间谐波分析及其影响

可变速抽水蓄能发电电动机转子采用三相绕组,通过变频器实现交流励磁。可变速抽水蓄能发电电动机关键技术研究对国内企业实现自主研发具有重要意义。本文从可变速抽水蓄能发电电动机基本数学模型出发,建立了转子绕组非正弦励磁谐波分析模型,获得了该模型基本方程,在此基础上对谐波磁势进行了讨论分析,研究了时间谐波磁势对可变速抽水蓄能发电电动机运行性能的影响。分析表明,可变速抽水蓄能发电电动机设计时需要考虑非正弦励磁的影响,从而增强机组运行安全可靠性。     

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。     

变速抽水蓄能电机在发电工况不同转速下磁场和损耗研究

本文对变速抽水蓄能发电电动机的电压方程、磁链方程、电磁转矩方程和运动方程进行了推导，并建立了10MW变速抽水蓄能发电电动机二维电磁场的数学方程和物理模型，对变速抽水蓄能发电电动机的电磁场数学方程进行了计算，得到了变速抽水蓄能电机在发电机工况下超同步速时定子电压和定子电流的波形，分析了变速抽水蓄能电机在发电机工况下不同转速时磁密的分布规律，研究了不同转速下定子铁芯损耗和转子铁芯损耗占总铁芯损耗比例的变化规律。搭建了10MW变速抽水蓄能发电电动机样机试验测试平台，通过试验测试得到的结果与计算结果较为接近。     

大型变速抽水蓄能机组调速系统RTDS仿真及试验研究

可变速抽水蓄能机组对改善电网运行的稳定性和灵活性有着非常重要的作用，已逐渐获得重视。国内的研究主要集中在理论方面，对装置及RTDS试验方面的研究很少。本文通过研制的可变速机组调速器设备，联合励磁、协调控制单元、监控系统设备，在RTDS系统上建立了水泵水轮机、液压执行机构、发电电动机、电力网络等模型，搭建了混合仿真试验平台，给出了变速机组调速器的调节模式和原理框图，研究了变速抽水蓄能机组在发电及抽水工况下，调速器开度模式、功率模式、转速模式下的功率调节和入力调节试验，分析了试验波形并给出了试验结论，为下一步变速机组国产化工程应用提供了可靠借鉴。     

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。     

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。     

世界抽水蓄能发电之最

世界上抽水蓄能发电厂最多的国家是西班牙，共36座；发电总容量最大的是美国，共13571Mw；电厂容量最大的是俄罗斯的Kanev，有3600MW；容量最小的在捷克DolniJelence，仅0．91MW；毛水头最高的是意大利SanFiorano，1417m；毛水头最低的是巴西Tralcao，仅4m。亚洲抽水蓄能发电厂最多的国家是日本，有12座，总容量最多的也是日本，共9229MW；电厂容量最大的是日本Takase，有1280MW；毛水头最高的是日本Okuyoshino，505m。世界抽水蓄能发电之最@赵旺初$中国电力信息中心…     

含分布式变速抽水蓄能的新能源发电系统灵活性资源规划

针对含分布式变速抽水蓄能和多灵活性资源的新能源发电系统,在分析定、变速抽水蓄能运行特性差异的基础上,提出含分布式变速抽水蓄能的灵活性资源规划模型。该模型详细考虑了定、变速抽水蓄能的运行约束和库容约束,以及电池储能、需求响应、火电机组资源配置。通过松弛变速抽水蓄能的双线性约束,将所建立模型转化为以期望成本最小为目标的混合整数线性规划问题,通过两阶段随机优化方法求解得到最优的规划方案。通过与定速抽水蓄能规划方案对比,分析验证了所提分布式变速抽水蓄能规划方案的可行性以及在经济性和灵活性方面的优越性。     

日本一台大型水泵水轮发电电动机组制成投运

<正> 日本九州电力公司的天山抽水蓄能电厂1号机最近建成投运。该电厂计划装机2台,总计最大出力600MW,是当前日本最大规模的抽水蓄能电厂。机组抽水扬程601.7米,是当前日本国内扬程最高的水泵水轮机。为了提高运行效率和出力,在水泵水轮机和发电电动机上采用了一些最新技术。抽     

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。     

面向新型电力系统的输电网与分布式变速抽水蓄能联合规划

针对高比例新能源场景下分布式变速抽水蓄能的容量配置及其在电网中的位置接入问题,提出了输电网和分布式变速抽水蓄能的联合规划方案。首先,考虑了各类抽水蓄能的运行和库容约束、火电机组的出力和爬坡约束以及输电网的传输能力,以分布式新能源的经济消纳为优化目标,建立了分布式变速抽水蓄能和输电网间的联合规划模型。然后,通过凸松弛方法将该模型转化为混合整数线性规划模型,以两阶段优化方法求解得到了分布式变速抽水蓄能与输电网的联合规划方案。最后,采用两个标准测试系统对比验证了所提含分布式变速抽水蓄能的联合规划相较于定速抽水蓄能的规划方案,能更好地与其他灵活性资源相协调以消纳风光可再生能源,总体上可降低约20%的成本。     

交流励磁可变速蓄能机组技术及应用

抽水蓄能机组采用可变转速电机可获得最佳性能指标。介绍了交流励磁可变速蓄能机组的基本原理、技术优势、运行应用情况及发展趋势,重点分析日本可变速机组运行情况、技术和经济合理性。指出可变速机组是一种高效的先进调峰调频电源,可为电网安全稳定运行提供更有力的保障,是电力系统管理的必要工具。     

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。     

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。