可变速抽蓄机组改善系统电压稳定性的应用研究

发布时间：2020-06-22 22:30

【摘要】：对于负荷波动较为严重、短路频发的受端系统而言,电压稳定问题日益凸显,电网的安全稳定运行面临巨大挑战。位于受端电网的可变速抽水蓄能机组的容量大、调节速度快且可四象限运行,可以作为动态无功电源灵活地参与受端系统调压调相。本文将对双馈式可变速抽水蓄能机组的无功特性基础理论进行研究,针对并网运行机组提高受端电网的电压稳定性这一问题进行理论分析和仿真验证。本文首先在论述双馈式可变速抽水蓄能机组的运行原理及控制方案的基础上,建立了水泵水轮机数学模型、双馈电机的机电暂态模型以及变流器和调速器的控制模型,详细分析了水泵水轮机与机组之间的动态变化过程。基于MATLAB/Simulink建立双馈式可变速抽水蓄能机组仿真模型,分析研究了转速、电网电压和频率变化时机组和电网的运行特性,验证了该系统的机电暂态特性和调频、调速及调压特性。本文探讨了一种基于V形曲线分析双馈式可变速抽水蓄能机组定子侧无功特性及调节机理的方法,并分别讨论负荷波动及三相短路故障时可变速抽水蓄能机组的无功补偿作用对受端电网的暂态电压稳定性影响。根据双馈电机的等效电路和数学模型,分析了不同运行工况下可变速机组各电气量的相量关系,得到了定子电流随转子电压变化的V形曲线。基于V形曲线法分别讨论了发电模式及电动模式下无功功率的输出特性,并分析了转差率变化对双馈机组无功功率输出的影响。最后,基于MATLAB/Simulink搭建受端系统仿真平台,分别通过设置短路以及负荷突变暂态变化,模拟系统的电压暂态变化,对比双馈式可变速抽水蓄能机组并网前后对受端系统暂态电压的变化情况。仿真结果表明,V形曲线法分析双馈异步电机无功特性直观有效,可变速抽水蓄能机组的无功补偿作用在改善受端电网暂态电压稳定性方面具有重要作用。
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM712;TV743
【图文】：

拓扑结构图,可变速,双馈,抽水蓄能电站

并建立其在同步旋转坐标系下的数学模型，为后续研究奠定理论基础。逡逑２．１运行原理逡逑双馈式可变速抽水蓄能的系统结构如图２－１所示。双馈电机与水泵水轮机机逡逑械连接，实现机械功率传动。双馈电机的定子侧和转子侧均能与电网进行能量交逡逑换：双馈电机的定子侧与电网直接相连，转子侧经幅值、相位、频率均可调节的逡逑ＡＣ／ＤＣ／ＡＣ三相电压源变流器（励磁电源）与电网相连。变流器仅承担转差功率，逡逑是双馈电机电气控制的核心，使机组机械与电气之间的刚性连接变为柔性连接，逡逑因而机组具有较快的响应速度和变速恒频运行能力［４１＿４３］。逡逑电动／发电机逡逑Ｒ＋ｊｃ0Ｌ邋ｊ邋＾ｎ逦￣￣ｊ—１逦ｖ邋Ｐｒ邋Ｑｒ逡逑Ｌ邋ＡＴＴ邋Ａ逡逑ｙ邋ｔ逦ｙ邋￣￣逡逑网侧变流器逦机侧变流器逡逑图２－１双馈可变速抽水蓄能电站拓扑结构逡逑可逆式水泵水轮机是目前抽水蓄能电站中最为常用的两机式机组，可作为变逡逑速机组中机电能量转换的核心设备。传统抽水蓄能中的可逆式水栗水轮机在发电逡逑模式下运行于活动导叶，在电动模式下则运行于固定导叶，在系统中可以看做一逡逑个固定负荷，因此常速抽水蓄能电站的运行效率低、调速范围小。可变速抽水蓄逡逑能机组中的可逆式水泵水轮机均可根据实际情况对导叶开度和转速进行调节

电动模式,控制方案,转速

２．２．２电动模式逡逑当可变机组工作于电动模式下，双馈电机带动水泵旋转，将电能转换为机械逡逑能，由电网提供转子旋转动能，其总体控制方案如图２－３所示。逡逑电动模式与发电模式的差异在于机组转速变化的旋转动能由电网提供，因此逡逑电机有功控制时需要考虑转速偏差的影响。首先将转速偏差补偿到原有功率参考逡逑值上，然后将其与电网实际值相比较送入自动电流调节器，使可变机组根据转速逡逑要求及功率指令迅速调整。另一方面，根据水泵的最优功率特性曲线，得到转速逡逑参考值，通过水泵调速器将该转速与实际转速相比较，经导叶开度调整，水泵的逡逑机械转速达到指令值。逡逑上述动态变化过程中，机组转速变化所需动能由电网提供，电机通过电磁功逡逑率改变优先调整转速，转速实现稳定后通过转子电流迅速调整机组电磁功率，因逡逑此电动模式采用转速优先原则［２（）］。逡逑９逡逑

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