双馈式可变速抽水蓄能机组运行控制

双馈感应电机(Doubly Fed Induction Machine, DFIM)具有出色的转速调节性能,应用到抽水蓄能中,可满足电网调频调压的需求,解决由水头变化、出力波动导致的水泵水轮机效率降低的问题。为了减少水泵工况启动时所需的压水环节,本文提出了一种带负载软启动的控制方法,该方法以定子磁链和转子转速为控制目标,可使机组在尾水管充满水的情况下,转速从零平滑上升至并网所需转速。在并网阶段设计了转子d轴电流和转子位置角补偿器,以实现无冲击软并网;在调速阶段根据功率需求、工作水头确定水轮机的最优转速,以实现负荷优化调节。上述算法共同构成了双馈式可变速抽水蓄能机组运行控制策略。同时对所提出的控制策略进行了仿真和试验验证,结果表明该策略能够使机组在带轻负载的情况下完成软启动和软并网,并最终实现满载调速。     

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。     

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。     

双馈抽水蓄能机组无功调节极限能力研究全文替换

由于可变速双馈抽水蓄能机组(doubly-fed pumped storage unit, DFPSU)的运行不再受到静稳极限的限制，其吸收无功功率的进相能力相较于传统同步发电机来讲得到了增强，但整体调节能力又将受限于定子绕组温升、转子绕组温升和最大转子电压。本文采用了更有利于DFPSU功率分析的Γ型等效电路，将机组运行过程中的定转子功率、损耗功率重新组合分析，得出了限制机组运行功率极限的主要因素。根据理论推导和DFPSU机组实际参数首先画出了以定子电流和转子电流极限为边界的P-Q圆图，进而专门探究双馈电机最大转子电压极限在不同转差条件下的运行边界和无功调节极限，分析了转差率s和转子电压极限圆图之间的关系。最后通过在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型验证了DFPSU无功调节极限理论边界的正确性，根据某可变速抽水蓄能机组实际参数的仿真结果，发现当转差率较大时转子电压极限将会成为限制无功调节范围的关键因素。     

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。     

双馈调速抽水蓄能机组的建模及动态仿真

本文推导电力系统用双馈调速抽水蓄能机组的数学模型。采用绕线转子交流励磁感应电机的改进模型及磁场定向控制理论,对双馈调速抽水蓄能机组模型进行了研究和分析。首先将转子励磁电压分解成两个分量,即q轴电压和d轴电压,以便分别控制有功功率和无功功率。然后,采用旋转电机的方程和转子旋转质量的运动方程,导出双馈调速抽水蓄能机组的动态模型。最后,进行计算机仿真,将动态特性仿真结果与实例进行比较,证实推荐模型的正确性。     

双馈式抽水蓄能机组零速自起动控制技术

针对传统抽水蓄能系统所采用的同步水轮机组效率低、转速适应能力弱的情况,设计了一种基于双馈方式的抽水蓄能系统。通过分析双馈电机数学模型,采用基于定子磁链定向的矢量控制方法,提出基于转子侧变流器的双馈电机零速自起动控制策略,对机组的零速起动及同步并网过渡过程进行了仿真和实验研究。仿真实验结果表明,该系统在由零速起动至同步并网的整个过程,转速变化平稳,定、转子电流波动小,且控制简单,运行可靠,有较高的实用价值。     

变速抽水蓄能机组启动与制动策略研究

针对变速抽水蓄能机组的启动与制动问题,研究了将电机定子短接,利用交流励磁系统启动与制动机组的策略。建立了定子绕组短接,电机按照定子磁场定向的数学模型,推导了定子磁通观测器,分析了电机启动和制动过程中转矩电流的电压极限、电流极限和转矩极限,提出了机组的启动和制动策略。搭建了RTDS试验平台,对1台300 MW变速抽蓄机组的启动和制动策略进行了试验研究,结果表明该方案具有良好的启动和制动性能。     

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。     

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。     

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水泵模式建模及运行特性研究

全功率变速抽水蓄能机组（FSC VSPSU）能够为电网提供快速、灵活的调节容量,助力新能源为主体的新型电力系统快速发展,其应用逐渐广泛。为掌握实际FSC VSPSU在水泵工作模式（抽水）时的运行特性,以及分析工程现场所出现的实际问题,建立了FSC VSPSU水泵模式下的仿真模型。此外,FSC VSPSU在水泵模式时通常采用直接开度控制方法,对抽水功率无法精确控制,通过外加功率控制环,就能够很好地控制抽水功率,可补充作为机组的另一种控制方法。通过仿真FSC VSPSU在直接开度控制以及外加功率控制环两种方式下的运行,总结了其运行特性,为实际FSC VSPSU现场运行提供仿真工具以及运行调试指导。     

可变速抽水蓄能机组在抽水工况下的自启动方案

研究了可变速抽水蓄能机组在抽水工况下采用定子绕组短接方式的零速自启动方案及其启动特性。文中分析并建立了在定子绕组短接情况下变速机组的数学模型、相量图以及机械特性。在此基础上,以转子电流与定子磁链为状态变量构建了状态观测器,提出了基于状态观测器的闭环自启动方案,并通过仿真对该方案在启动时间、转矩特性、估计精度等方面的性能进行了定量的分析,结果表明该方案具有良好的启动性能以及鲁棒性。     

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。     

可变速抽水蓄能机组交流励磁系统自抗扰控制

研究了基于自抗扰技术的可变速抽水蓄能机组交流励磁控制系统。文中考虑逆变器对输出电压的影响,建立了变速机组的数学模型,以此为基础设计了二阶自抗扰控制器,并提出了基于自抗扰技术的交流励磁控制系统。文中通过仿真对所提励磁系统的可行性以及控制性能进行了定量的分析,结果表明,该励磁系统能够很好地控制可变速机组的发电以及抽水两种工况,且较传统比例—积分(PI)控制器具有更好的动态性能以及鲁棒性。     

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。