参与一次调频的双馈式可变速抽水蓄能机组运行控制
发布时间：2022-01-03 16:59
针对以转速为控制目标的双馈式可变速抽水蓄能机组参与电网一次调频问题,提出一种双馈式可变速抽水蓄能机组与水泵水轮机协联控制的一次调频控制策略。建立水泵水轮机与双馈感应电机的数学模型,分析双馈感应电机根据水泵水轮机效率特性曲线进行转速寻优的过程。分别在双馈感应电机的转速控制和水泵水轮机的导叶开度控制中加入频率控制器,将电网频率的偏差整定为转速和导叶开度的附加指令,并分析了频率控制器参数对双馈式可变速抽水蓄能机组调频效果的影响。仿真结果表明,在频率变化初期,通过双馈式可变速抽水蓄能机组调节转速,短时吸收或释放能量,可减小频率波动的幅值;在频率变化后期,通过水泵水轮机调节导叶开度改变机械力矩,调整输出功率,可减小频率的稳态偏差。
【文章来源】：储能科学与技术. 2020,9(06)CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图1双馈式可变速抽水蓄能系统拓扑Fig.1Topologyofdoublyfedadjustablespeedpumpedstoragesystem
特性。这里采用由Demello等[17]提出的经典IEEE非线性水泵水轮机模型。ìíh1=(yq1)2q1=1-hs-h1TWhs=fp(q12)Pm=Ath1(q1-qnl)(7)式中，h1为水头相对值；y为导叶开度；q1为引水管道的水流量相对值；hs为水头损失相对值；Tw为水流惯性时间常数；fp为水头损失系数；Pm为水泵水轮机输出的机械功率；At为比例系数；qnl为空载流量的相对值[13]。其数学模型如图2所示。1.4机组转速寻优电网频率处于正常水平时，为了使水泵水轮机在不同水头和出力需求下，始终运行于最高效率的转速，选择转速作为DFASPSU的控制目标，并通过调节导叶开度控制水泵水轮机的机械力矩，进而控制输出的有功功率。最优转速和导叶开度的拟合过程如下。首先根据DFASPSU的有功功率P指令和当前水头H，计算水泵水轮机的单位出力p1p1=PD12H3/2η1(8)式中，D1为水泵水轮机的转轮直径；η1为双馈式可变速抽水蓄能机组的发电功率。再根据水泵水轮机的最高出力曲线p1=f1(q1)=9.81q1η2max，拟合出水轮机单位出力p1所对应的单位流量q1；在最高效率曲线η2max=f2(q1)上查找单位流量q1对应的水泵水轮机效率η2max；根据效率峰顶曲线n1=f3(q1)|η2=η2max查找单位流量q1和水泵水轮机效率η2max对应的最优单位转速n1[18]。此时，双馈式可变速抽水蓄能机组的最优转速nr为nr=n1HD1(9)图2水泵水轮机数学模型Fig.2Mathemat
△ωc为同步旋转角速度增量，且△ωc=2π△f。对上式做进一步变换得到JS=JD[(ω0+Δω0)2-ω02][(ωs+Δωs)2-ωs2]≈JDω0Δω02πωsΔf(15)进一步地Δω0=2πΔn060=π30(kp1dfdt+kp2Δf)(16)结合式(15)、(16)可知，DFASPSU提供频率支撑的虚拟转动惯量可根据频率控制器的比例系数整定得到。综合上述分析，提出的参与电网一次调频的双馈式可变速抽水蓄能机组控制策略如图4所示。3仿真分析为了验证本文所提控制策略有效性，在MATLAB/SIMULINK中搭建了如图5所示的仿真系统，模拟DFASPSU转速寻优和参与电网一次调频的过程。该系统包括一台火力发电机组G(容量为400kVA)、一台双馈式可变速抽水蓄能机组(容量为200kVA)和一台集中有功负荷L(容量为600kVA)，系统的额定频率为50Hz。除电网频率外，其余仿真结果均采用标幺值，并选取各物理量的额定值作为基值。3.1突增负荷仿真仿真模拟过程为：（1）t0～t1：双馈式可变速抽水蓄能机组从零速开始启动；（2）t1～t2：定子并网；（3）t2～t3：最优转速调节；（4）t3～t5：参与电网一次调频。仿真得到的电网频率、DFASPSU转速、水泵水轮机机械转矩、DFASPSU输出有功功率波形如图6～9所示。t0时刻起，DFASPSU在水泵水轮机的拖动下从零速开始上升，t1时刻转速达到同步速，然后进行软并网；t2时刻并网成功；t2～t3时间段内，DFASPSU根据当前系统出力需求和水头工作在最
【参考文献】：
期刊论文
[1]双馈式可变速抽水蓄能机组无功特性分析[J]. 王欣竹,韩民晓,Bitew Girmaw Teshager. 电网技术. 2019(08)
[2]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[J]. 李辉,刘海涛,宋二兵,肖洪伟,骆林,黄智欣. 电力系统自动化. 2017(10)
[3]可变速抽水蓄能机组在抽水工况下的自启动方案[J]. 邵宜祥,纪历,袁越,高苏杰. 电力系统自动化. 2016(24)
[4]能源互联网背景下的电力储能技术展望[J]. 李建林,田立亭,来小康. 电力系统自动化. 2015(23)
[5]中国实现高比例可再生能源发展路径研究[J]. 白建华,辛颂旭,刘俊,郑宽. 中国电机工程学报. 2015(14)
[6]抽水蓄能机组无位置传感器静止变频器启动控制策略[J]. 王德顺,杨波,李官军,陶以彬,姬联涛. 电力系统自动化. 2012(23)
博士论文
[1]双馈水轮发电机系统建模与仿真及其智能控制策略的研究[D]. 李辉.重庆大学 2004
硕士论文
[1]可变速抽水蓄能机组发电工况一次调频特性研究[D]. 李俊辉.西安理工大学 2019
[2]双馈式可变速抽水蓄能机组建模与电网频率控制[D]. 赵强.华北电力大学(北京) 2019
本文编号：3566636
【文章来源】：储能科学与技术. 2020,9(06)CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图1双馈式可变速抽水蓄能系统拓扑Fig.1Topologyofdoublyfedadjustablespeedpumpedstoragesystem
特性。这里采用由Demello等[17]提出的经典IEEE非线性水泵水轮机模型。ìíh1=(yq1)2q1=1-hs-h1TWhs=fp(q12)Pm=Ath1(q1-qnl)(7)式中，h1为水头相对值；y为导叶开度；q1为引水管道的水流量相对值；hs为水头损失相对值；Tw为水流惯性时间常数；fp为水头损失系数；Pm为水泵水轮机输出的机械功率；At为比例系数；qnl为空载流量的相对值[13]。其数学模型如图2所示。1.4机组转速寻优电网频率处于正常水平时，为了使水泵水轮机在不同水头和出力需求下，始终运行于最高效率的转速，选择转速作为DFASPSU的控制目标，并通过调节导叶开度控制水泵水轮机的机械力矩，进而控制输出的有功功率。最优转速和导叶开度的拟合过程如下。首先根据DFASPSU的有功功率P指令和当前水头H，计算水泵水轮机的单位出力p1p1=PD12H3/2η1(8)式中，D1为水泵水轮机的转轮直径；η1为双馈式可变速抽水蓄能机组的发电功率。再根据水泵水轮机的最高出力曲线p1=f1(q1)=9.81q1η2max，拟合出水轮机单位出力p1所对应的单位流量q1；在最高效率曲线η2max=f2(q1)上查找单位流量q1对应的水泵水轮机效率η2max；根据效率峰顶曲线n1=f3(q1)|η2=η2max查找单位流量q1和水泵水轮机效率η2max对应的最优单位转速n1[18]。此时，双馈式可变速抽水蓄能机组的最优转速nr为nr=n1HD1(9)图2水泵水轮机数学模型Fig.2Mathemat
△ωc为同步旋转角速度增量，且△ωc=2π△f。对上式做进一步变换得到JS=JD[(ω0+Δω0)2-ω02][(ωs+Δωs)2-ωs2]≈JDω0Δω02πωsΔf(15)进一步地Δω0=2πΔn060=π30(kp1dfdt+kp2Δf)(16)结合式(15)、(16)可知，DFASPSU提供频率支撑的虚拟转动惯量可根据频率控制器的比例系数整定得到。综合上述分析，提出的参与电网一次调频的双馈式可变速抽水蓄能机组控制策略如图4所示。3仿真分析为了验证本文所提控制策略有效性，在MATLAB/SIMULINK中搭建了如图5所示的仿真系统，模拟DFASPSU转速寻优和参与电网一次调频的过程。该系统包括一台火力发电机组G(容量为400kVA)、一台双馈式可变速抽水蓄能机组(容量为200kVA)和一台集中有功负荷L(容量为600kVA)，系统的额定频率为50Hz。除电网频率外，其余仿真结果均采用标幺值，并选取各物理量的额定值作为基值。3.1突增负荷仿真仿真模拟过程为：（1）t0～t1：双馈式可变速抽水蓄能机组从零速开始启动；（2）t1～t2：定子并网；（3）t2～t3：最优转速调节；（4）t3～t5：参与电网一次调频。仿真得到的电网频率、DFASPSU转速、水泵水轮机机械转矩、DFASPSU输出有功功率波形如图6～9所示。t0时刻起，DFASPSU在水泵水轮机的拖动下从零速开始上升，t1时刻转速达到同步速，然后进行软并网；t2时刻并网成功；t2～t3时间段内，DFASPSU根据当前系统出力需求和水头工作在最
【参考文献】：
期刊论文
[1]双馈式可变速抽水蓄能机组无功特性分析[J]. 王欣竹,韩民晓,Bitew Girmaw Teshager. 电网技术. 2019(08)
[2]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[J]. 李辉,刘海涛,宋二兵,肖洪伟,骆林,黄智欣. 电力系统自动化. 2017(10)
[3]可变速抽水蓄能机组在抽水工况下的自启动方案[J]. 邵宜祥,纪历,袁越,高苏杰. 电力系统自动化. 2016(24)
[4]能源互联网背景下的电力储能技术展望[J]. 李建林,田立亭,来小康. 电力系统自动化. 2015(23)
[5]中国实现高比例可再生能源发展路径研究[J]. 白建华,辛颂旭,刘俊,郑宽. 中国电机工程学报. 2015(14)
[6]抽水蓄能机组无位置传感器静止变频器启动控制策略[J]. 王德顺,杨波,李官军,陶以彬,姬联涛. 电力系统自动化. 2012(23)
博士论文
[1]双馈水轮发电机系统建模与仿真及其智能控制策略的研究[D]. 李辉.重庆大学 2004
硕士论文
[1]可变速抽水蓄能机组发电工况一次调频特性研究[D]. 李俊辉.西安理工大学 2019
[2]双馈式可变速抽水蓄能机组建模与电网频率控制[D]. 赵强.华北电力大学(北京) 2019
本文编号：3566636
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