风电调频补偿水锤效应的频率特性分析

水轮机在云南电网中占比很大,为了解决水轮机的水锤效应带来的功率反调现象,提出了一种考虑风电调频特性补偿水锤效应的分析方法。首先,建立了含风、水、网、荷的简单系统数学模型。其次,使用直流潮流法得到水轮机及其调频策略、风机及其调频策略所对应的代数微分方程和系统网络方程。并在此基础上进行线性化处理,推导出负荷扰动时水轮机和风机并网节点频率响应的频域解析式。根据解析式分析调频控制参数等对系统频率的影响。最后,通过以双机系统及实际电网的仿真分析对风机补偿水轮机水锤效应的有效性和可行性进行了验证。     

水电机组有功波动分析及处理

针对水电机组普遍存在的由于输(引)水系统"水锤效应"及水轮机非线性特性而造成的负荷调节过程中机组功率反调现象,通过理论分析及仿真得出了影响水电机组功率反调的主要因素为水轮机时间常数Tw、导叶关闭时间和综合调节系数e。据此对某水电厂3号机组有功功率波动现象进行了系统检查及原因分析,进行了一系列参数敏感性分析实验,最终优化了调速器导叶关闭速率。实验结果表明,机组有功反调幅值大幅降低,调节品质大幅改善。     

换相失败后水轮发电机的频率响应特性分析

针对高压直流输电系统换相失败引发送端系统发电机频率和功角不稳定的问题,文中建立了包含发电机、调速器、水轮机等元件的频率分析模型,考虑故障后暂态过程中调速器对机械功率的调节效应,将换相失败后发电机的功角特性分为失稳模式和非失稳模式,两种模式与换相失败的持续时间和直流输送容量有关。其次,分析了非失稳模式下水锤效应时间常数对于系统频率特性的影响,由于水轮机传递函数是非最小相位系统,在调速器和水轮机的降机械功率控制中呈现出负调节效应,其水锤效应时间常数越大,负调节效应越明显,换相失败后的频率峰值越高。BPA不同模型仿真结果验证了相关结论。     

电力系统超低频率振荡模式排查及分析

近年来,在水电机组比例较高的孤网和直流孤岛送出系统中陆续出现振荡频率低于0.1 Hz的超低频率振荡现象。为查找振荡原因,文章建立了一个典型的孤岛送出系统,并用特征根分析和时域仿真的方法对超低频率振荡模式进行了排查和分析。当孤岛系统中发电机采用实测调速系统模型参数后,时域仿真中孤岛系统出现了频率振荡,同时计算系统全部特征根可查找到一对超低频率振荡特征根,该特征根根的阻尼比随着发电机调速系统调节速度的加快而降低。进一步的灵敏度计算得出:水轮机引水系统水锤效应时间常数,调速系统的频率放大倍数,以及数字控制部分积分、比例、微分系数将显著改变特征根在复平面上的位置,同时也改变了超低频率振荡模式的阻尼比,这些参数是影响超低频率模式的关键因素。分析表明超低频率振荡是调速系统引起的机械振荡模式,对调速系统进行参数优化可从根本解决振荡问题,同时也降低了机组一次调频能力。另一方面,投入直流控制系统频率限制控制(frequency limit controller,FLC)功能可快速调节直流电流或直流功率,能一定程度提高孤岛系统的频率调节性能,FLC的死区不易过大,其值可参考机组调速系统一次调频死区配置。     

云广特高压直流送端孤岛运行超低频振荡与措施

大容量特高压直流输电系统与配套大型水电站构成的直流送端孤岛运行系统存在着较严重的调速器控制稳定问题。云广特高压直流送端孤岛系统也存在水电机组调速器与直流控制不协调而出现的超低频振荡现象。分析了电网超低频振荡过程中所有机组的同调特征,提出了电网超低频振荡分析模型。基于频域分析法指出了水轮机调节系统在超低频范围内存在负阻尼频带,水轮机调节系统的时间常数越大、调速器前向通道增益越大,负阻尼越显著。提出了通过退出部分机组一次调频功能或协调机组一次调频与直流频率限制控制器(FLC)动作死区设置,以直流FLC调频为主的直流孤岛频率控制策略能有效抑制孤岛系统的超低频振荡。基于实时数字仿真器(RTDS)的机网协调控制实时仿真结果验证了该策略的有效性。     

增强型调速器对中国云南电网超低频振荡影响分析

云南电网在部分水电机组中采用增强型调速器,会引发超低频振荡,并严重威胁异步电网频率安全。为揭示水电机组增强型调速器影响云南电网频率的原因,通过对系统频率偏差从不同方向穿越一次调频死区时的动力学行为进行理论计算和时域仿真,论证了增强型调速器在水电机组一次调频死区附近没有稳定平衡点,且当系统频率偏差缓慢穿回一次调频死区时,在超低频段引入约90°的相位滞后,进而降低系统频率安全稳定裕度。最后借助小扰动分析工具计算了包含水轮机、调速器、发电机模型的单机系统特征根,通过对比仿真,说明增强型调速器不仅与水锤效应在超低频段有相似的负阻尼效应,还是引发超低频振荡的扰动源头之一,使超低频振荡持续且无法衰减。     

水轮机电动调速器电路改进方案

0引言 水轮机电动调速器是目前农村小水电站广泛应用的一种调速器,用于农村小水电网调频及非调频的水轮发电机组的有功功率调节.尤其对一些高水头电站,由于水锤现象影响机组安全而不能采用全自动调速器时,更具实用价值.     

调速系统参数对异步联网系统暂态频率稳定性的影响

结合云南电网的电源绝大部分为大、中型水轮机组的装机特点,分析水轮机调速系统对系统暂态频率稳定性的影响,并阐述调速系统的调差系数、调速器响应时间、软反馈时间以及水锤效应时间等参数与水轮机组调频能力关系。以3机9节点系统和异步联网系统为例,仿真了水轮机组调速系统参数对异步联网系统暂态频率的影响。结果表明调差系数越大,系统的稳定性较好。调差系数较小时,系统的频率快速稳定性差;调速器响应时间越大,频率的偏移值最大。调速器响应时间越小,频率变化值减小,系统频率的快速稳定性好;水锤效应时间对系统频率的影响,与调速器响应时间对频率稳定影响规律类似;软反馈时间越大,频率变化幅值越大。软反馈时间减小,频率幅值变化减小,频率恢复过程较快。     

计及负荷频率特性的风水电系统频率特性分析

随着新能源占比的升高,在水电资源丰富的云南电网中,依赖传统机组一次调频已不能满足云南异步联网系统频率稳定性的要求。针对大型水电水锤效应引起的功率反调问题,提出了一种计及负荷频率特性的风储联合调频控制策略。首先建立了传统电源(水轮机)、双馈风机、储能系统、综合负荷的频域模型传递函数;然后采用直流潮流法简化电网,得到了负荷扰动下风储节点频率响应解析式。在电力系统仿真程序PSD-BPA中搭建含风储、水机、负荷的四机系统。通过对解析式的理论分析和四机系统的仿真验证,分析了静态负荷模型比例、频率特征参数以及储能占比等因素对系统频率的影响。结果表明,计及负荷频率特性的风储联合调频能有效减小系统频率偏差。     

电网超低频振荡影响因素综合分析与抑制措施研究

近年来,国内电网发生了多起超低频振荡事件,严重影响电网的安全稳定运行。相关研究表明,水轮机调速系统在超低频段呈现明显的负阻尼是导致超低频振荡的主要原因。为进一步分析超低频振荡的影响因素,在建立单机带负荷系统模型的基础上,基于稳定域思想的综合分析表明水锤时间常数、水轮机调速器比例参数和积分参数会显著影响系统稳定性,进而引发超低频振荡。在此基础上,针对单机带负荷系统,提出了一种考虑水锤效应不确定性的调速器参数优化模型,并利用粒子群优化算法进行求解。最后,在单机带负荷系统中仿真验证了该调速器参数优化模型的有效性和鲁棒性。     

贯流式机组运行稳定域探讨

随着低水头水力资源的开发,贯流式机组占我国水电机组的比重逐步上升,由于该类型机组适用条件和结构的限制,其水流惯性时间常数较大,机组惯性时间常数较小,机组惯性时间常数与惯性比率已远超出我国现行水轮机调节系统相关标准规定的范围。为此,通过分析比较国内外水轮机调节系统标准中被控对象适用条件,调研统计我国现有典型电站的参数及运行状况,并在建立的水轮机调节系统的数学模型基础上分析了该类机组的稳定域与调节品质,表明该类机组具有较大的稳定域,能够安全稳定运行,只要合理整定调节参数能够获得较好的调节品质,且调节参数整定范围也在IEC推荐的常用范围之内,建议对现行国标中惯性比率的要求改为不大于1.5,反击式机组惯性时间常数的要求改为不小于1.5 s。     

孤网发电机调速系统参数定量调整理论分析

为了分析调速系统对孤网一次调频频率响应的影响,合理调整其工作模式及参数,以孤网一次调频的频率响应特性作为研究对象,提出了一次调频评价指标。在此基础上,利用根轨迹及主导极点分析法从理论上分析了调速系统中调差系数、参与一次调频的机组比例、油动机时间常数及发电机惯性时间常数各线性环节对孤网调频性能的影响。并以孤网静态频率特性为出发点,分析了死区、调频上下限及OPC动作定值等非线性环节对调频性能的影响,提出了相应参数定量调整的方法,为孤网调速系统参数调整提供了理论依据。     

考虑水轮机水锤效应的电网频率变化的解析方法

当水轮机容量比重较高的电网中发生较大的负荷扰动时,水锤效应的存在使得电网中有功功率缺额进一步扩大,导致系统频率偏移量恶化,威胁电网的安全稳定运行。考虑系统详细模型的全时域仿真计算量大,仿真速度慢,不利于对大型电网进行频率动态分析。为了快速分析水锤效应对电网频率动态的影响,文章基于水轮机调速器的延时模型,合理地简化了水轮机-调速器系统,将水轮机导水叶开度动作过程近似为斜坡,并推导了计及旋转备用及水锤效应的电网频率响应解析解,进一步分析了水锤效应对电网频率的影响。仿真结果表明,文中推导的电网频率响应简化解析模型能够准确反映出电网频率严重下跌段以及稳态的频率特性,适用于快速分析水锤效应对电网频率动态响应的影响。     

水轮发电机组抑制超低频振荡的阻尼控制参数优化研究

异步联网后云南电网的某直流孤岛中,出现了长时间的超低频振荡现象,严重影响了孤岛系统的安全稳定运行。电网中水轮机的水锤效应时间常数变大,阻尼比会随之减小,导致系统的稳定性得恶化。本文利用等值的单机系统模型,基于频域响应法分析了水锤效应与系统稳定性的关系。根据调速系统的阻尼特性,在实际孤岛中进行了PID参数优化仿真试验,比较了不同PID参数下的频率稳定性,给出了调速系统与直流频率限制控制器的协调控制方法。最后,运用云南电网的某实际直流孤岛作为算例,验证了本文提出的控制方法对抑制超低频振荡的有效性。     

紫坪铺电站水轮机特性及运行问题

紫坪铺电站水头变幅大,并主要担任系统调峰、调频任务,这就需要对水轮机的各项性能进行认真研究、分析,了解水轮机模型的性能特点,针对这些特点指导机组的调度和运行,以求机组在低事故率的情况下发挥更好的作用。本文主要就PO140模型转轮的性能结合紫坪铺电站的具体情况进行初步分析,并提出一些建设性的意见,以便指导机组运行。     

公伯峡水电站4号机组一次调频试验与调节参数优化调整

详细介绍了公伯峡水电站4号机组调速器参数测试、调速器调节参数优化及机组一次调频试验的试验方法和试验过程。试验和调整后，机组的一次调频性能得到了改善，能全面满足电网对机组调节性能的技术指标要求。试验中发现，调速器PID调节参数中缓冲时间常数的设定值存在较大误差，实际校验值为设定值的4倍。     

考虑系统阻尼和频率特性的机组参数优化策略

波动性、随机性风电的大规模并网降低了系统的阻尼水平和频率响应性能,制约了风电渗透率的进一步提升。高风电渗透率场景下,火电机组的惯性时间常数对系统动态稳定特性和调频特性有相矛盾的作用。为了实现系统的综合特性最佳,文中提出了一种通过需求层次分析模型确定协调优化目标函数中各指标的权重系数,进而对机组参数进行优化选择的策略。该策略能够实现对系统不同性能进行侧重性优化,可以在不降低系统动态稳定水平的前提下提高系统的调频能力。仿真结果表明该策略能不同程度地提高系统的阻尼和调频能力,并且在不同渗透率水平下优化效果稳固可靠,增强了电网的外送能力和消纳风电的能力。     

轴流转桨水轮机多指标非线性调速器设计

为了改善轴流转桨水轮机调速器的控制性能,在考虑调速系统非线性因素的基础上,提出了一种多指标非线性控制策略。通过分析轴流转桨水轮机机械特性,给出了水轮机调速系统各环节数学模型,在此基础上建立了轴流转桨水轮机调速系统的非线性模型。并基于多指标非线性控制理论,针对轴流转桨水轮机的刚性水锤效应,设计了非线性控制器。仿真结果表明,文中所建立的调速系统模型,能有效反映轴流转桨水轮机非线性特征;所提出的控制策略与工程实际中应用的PID策略相比,能更好地改善系统的稳定性和运行特性,控制目标品质更为优秀,使得系统具有很高的可靠性和抗干扰能力。     

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。     

增强型人工频率死区对一次调频响应的影响分析

针对一次调频人工频率死区设置不当可能影响机组正常运行的情况,依据普通型与增强型人工频率死区的数学模型,分析了采用不同类型人工频率死区时机组的一次调频特性,并利用PSD-BPA暂态稳定程序提供的水轮机调节系统模型进行了仿真。结果表明,增强型人工频率死区不会消减机组一次调频的调节深度,能够提升机组一次调频的响应速动性,但是当一次调频的增强型人工频率死区设值较大,且遇到系统频率在人工频率死区边界频繁波动时,机组负荷会受迫出现明显波动。