双馈式可变速抽水蓄能机组建模与电网频率控制

发布时间：2020-09-21 13:28

　　 抽水蓄能电站是解决电网调峰问题、保障电网运行安全、促进各类电源经济运行的重要手段。双馈式可变速抽水蓄能(Doubly fed variable-speed pumped storage,DFVSPS)机组采用双馈电机(Doubly fed induction generator,DFIG)替代传统抽水蓄能机组所采用的同步电机,双馈电机定子侧连接电网,转子上采用对称分布的三相励磁绕组,并由变流器提供励磁电流。通过变流器调节转子侧电压或电流的幅值、频率和相位,可以快速调节机组的有功功率和无功功率,提高机组的效率,增强系统稳定性。与常规水电站相比,抽水蓄能电站具有工况变换繁多、启停频繁的特点。在电力系统中,抽水蓄能电站既要作为电源发电运行,又要作为负荷电动运行,同时还需要由一种工况切换另一种工况运行。抽水蓄能电站工况切换过程对于研究抽水蓄能电站并网运行时能否安全、可靠、高效运行意义重大。本文首先介绍了双馈式可变速抽水蓄能机组的结构原理,建立了机组的数学模型,包括双馈电机模型、水泵水轮机模型、变流器及其控制系统模型,并针对机组模型提出了功率优先和转速优先两种不同的控制策略。利用MATLAB/Simulink仿真软件建立了一台容量为300MW的机组仿真模型,分别研究了机组发电工况和电动工况下的控制特性。其次,分析了机组的工况切换过程,包括从发电工况启动、增负荷、稳定运行、甩负荷、停机,再从电动工况启动、增负荷、稳定运行、甩负荷、停机的完整动态过程,利用MATLAB/Simulink对机组的工况切换过程进行了仿真研究。根据机组的工况切换过程特性,建立了机组工况切换过程输出功率的模型。最后,研究了双馈式可变速抽水蓄能机组对对电网功率波动的补偿和在电网频率控制中的作用,利用Bode图的方法分析了机组稳定运行工况下对电网功率的补偿作用,采用傅里叶变换的方法得到了机组出力的频谱特性,分析了机组工况切换过程对电网功率波动的补偿作用,并通过仿真算例研究了机组在电网频率控制中的作用。
【学位单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TV734;TM312
【部分图文】：

华北电力大学硕士学位论文逡逑用电在时间上和数量上的不一致。抽水蓄能电站上水库和下水库的水位随着抽水蓄逡逑能机组不同运行工况间的转换而发生变化，上水库和下水库的水位变化反映出抽水逡逑蓄能电站能量转换的过程，抽水蓄能电站运行过程中基本不消耗水，但会损失一部逡逑分能量ｌＲ１８］。逡逑

华北电力大学硕士学位论文逡逑２章双馈式可变速抽水蓄能机组建模与控制特双馈式可变速抽水蓄能机组数学模型逡逑双馈式可变速抽水蓄能机组由可逆式水泵水轮机、双馈电机和变流器及控成。水泵水轮机作为原动机或负荷，提供或消耗功率［４７＼双馈电机的定子极同步电机的定子相同，转子具有对称分布的三相绕组，通过变流器连接与电网进行功率交换｜４８］。变流器输出的电压或电流的幅值、频率和相位通节器控制。图２－１为双馈式可变速抽水蓄能机组的结构示意图。逡逑亦ｎ：哭逡逑

图２－１７发电工况控制框图逡逑发电工况下，机组功率由变流器进行控制，转速由调速器进行控制，机组发电逡逑工况下的控制特性仿真波形如图２－１８所示。逡逑２．２＾￣：逦，逦，逦逦逦，逦，逦，逦邋２．！＾＿，逦，逦，逦，——逦逡逑２－逦逦邋－邋＊逦＿邋．邋．邋－邋—逦－逦－邋２ｈ邋－逦－逦．．．逦？邋逦逦逦逦逦邋？逦—－－逡逑１‘８卜逦－．逦ｒ逦－邋－邋－Ｉ邋１邋８）－逦｜逦＾逦邋－－逡逑，１－逦—邋－逦－逦ｊ邋Ｊ逡逑１．４－邋－邋－邋－邋－邋－逦－邋－邋－Ｊ邋１．４邋－逡逑１２逦！逦：逦；逦１逦邋逦１逦！逦１逦１邋

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本文编号：2823542