双馈式变速抽水蓄能电厂的机电暂态建模及模型预测控制
发布时间：2022-01-09 11:13
目前双馈式变速抽水蓄能电厂（doubly-fedinductionmachinebasedvariable-speedpumpedstorage,DFIM-VSPS）的研发仍处于起步阶段,其系统建模、稳定性分析及控制需要进一步研究。为此,研究了DFIM-VSPS的机电暂态模型,考虑了机组变速运行对效率的影响,并对比了采用不同水动态模型时DFIM-VSPS模型的动态响应,提出将模型预测控制用于DFIM-VSPS的功率控制,并且研究了各个工况下模型预测控制的控制效果及延时对控制效果的影响。结果表明:与常规控制相比,模型预测控制在系统发生大扰动及平抑风电功率波动时具有更好的控制性能,并且具有较好的鲁棒性。研究可为DFIM-VSPS的控制提供一定的参考。
【文章来源】：高电压技术. 2020,46(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
DFIM-VSPS模型框图
DFIM的有功控制在发电工况和水泵工况下有区别，发电工况下换流器主要控制功率，转速由调速器进行控制，在换流器的有功控制中引入了转速回拉控制，以防止转速偏差过大；水泵工况下换流器对转速进行精确控制。此外，为了提升VSPS对频率的支撑能力，还引入了辅助频率控制，辅助频率控制可以对VSPS的功率进行调制，从而起到惯量支撑及调频的作用。DFIM的有功控制框图如图6所示。图4 转子及发电机/换流器模型
矩阵换流器、周波变换器和背靠背换流器是DFIM中采用的主要变频方案。其中，背靠背换流器与其他2种方案相比，其使用更加广泛[17]。与风机不同，DFIM应用于VSPS时需要更大的容量，目前的换流器解决方案主要是采用多电平及多模块并联技术，如ABB公司在100 MW换流器中采用了由2个并联的三相三电平单元组成的双相模块，换流器系统总共包含24个双相模块[12]。在DFIM-VSPS中，变速操作可以通过如下3种方式实现：1）电功率由换流器控制，转速由涡轮调速器通过调节阀门位置来控制。2）转速由换流器控制，电功率由涡轮调速器控制。3）以上2种方式的结合。在目前的变速抽水蓄能电厂中，如日本的Yagisawa[8]，常采用第3）种控制方式，即发电工况下由换流器控制功率，水泵工况下由换流器控制转速。不同工况下的控制目标由水泵水轮机的特性决定，在发电工况下，水轮机的功率主要取决于导叶开度，可以通过换流器来充分发挥快速功率控制的优势；而在水泵工况下，水泵的效率和功率与转速密切相关，对转速进行精确和快速控制成为水泵工况下的首要目标。这种控制方式减少了导叶的运动和水轮机组转速的调节，同时能继续保持VSPS在其他条件下快速响应的能力，DFIM-VSPS的模型框图如图2所示。图2中Pset和H0分别为功率设定点和静态水头(扬程)，G为导叶开度，ωref和Gref分别为转速和导叶开度的参考值，Pmech为机械功率，dω为滑差，Ubus是母线电压，Qord代表无功指令，Eqcmd和Ipcmd分别代表换流器出口电压和电流指令，Isorc代表注入电网的电流，Uterm代表机端电压，Pgen和Qgen是发电机输出的有功和无功功率，fbus代表母线频率，X″是电机的次暂态电抗。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于风电波动平抑的储能配置影响因素[J]. 孙玉树,张国伟,唐西胜,苗福丰,王平. 高电压技术. 2018(10)
[2]虚拟同步发电机的暂态稳定性分析[J]. 朱蜀,刘开培,秦亮. 电力系统自动化. 2018(09)
[3]含风电的交直流互联电网AGC两级分层模型预测控制[J]. 廖小兵,刘开培,汪宁渤,马彦宏,陈钊,丁坤,周强,秦亮. 电力系统自动化. 2018(08)
[4]区域电动汽车协调优化的充放电策略[J]. 侯慧,柯贤彬,王成智,樊浩,罗俊阳. 高电压技术. 2018(02)
[5]基于状态空间的双馈风力发电机模型预测控制[J]. 张靖,李博文,余珮嘉,石帮松,何宇. 电网技术. 2017(09)
[6]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)
[7]用于提高风电场可调度性的储能系统预测控制策略[J]. 杨德友,温佳鑫,陈家荣,蔡国伟. 高电压技术. 2017(03)
[8]新能源消纳关键因素分析及解决措施研究[J]. 舒印彪,张智刚,郭剑波,张正陵. 中国电机工程学报. 2017(01)
[9]全功率变流器可变速抽水蓄能机组的功率调节特性分析[J]. 畅欣,韩民晓,郑超. 电力建设. 2016(04)
[10]不再陌生的DNA——纪念DNA双螺旋结构发现60周年[J]. 付雷. 科技导报. 2013(18)
本文编号：3578608
【文章来源】：高电压技术. 2020,46(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
DFIM-VSPS模型框图
DFIM的有功控制在发电工况和水泵工况下有区别，发电工况下换流器主要控制功率，转速由调速器进行控制，在换流器的有功控制中引入了转速回拉控制，以防止转速偏差过大；水泵工况下换流器对转速进行精确控制。此外，为了提升VSPS对频率的支撑能力，还引入了辅助频率控制，辅助频率控制可以对VSPS的功率进行调制，从而起到惯量支撑及调频的作用。DFIM的有功控制框图如图6所示。图4 转子及发电机/换流器模型
矩阵换流器、周波变换器和背靠背换流器是DFIM中采用的主要变频方案。其中，背靠背换流器与其他2种方案相比，其使用更加广泛[17]。与风机不同，DFIM应用于VSPS时需要更大的容量，目前的换流器解决方案主要是采用多电平及多模块并联技术，如ABB公司在100 MW换流器中采用了由2个并联的三相三电平单元组成的双相模块，换流器系统总共包含24个双相模块[12]。在DFIM-VSPS中，变速操作可以通过如下3种方式实现：1）电功率由换流器控制，转速由涡轮调速器通过调节阀门位置来控制。2）转速由换流器控制，电功率由涡轮调速器控制。3）以上2种方式的结合。在目前的变速抽水蓄能电厂中，如日本的Yagisawa[8]，常采用第3）种控制方式，即发电工况下由换流器控制功率，水泵工况下由换流器控制转速。不同工况下的控制目标由水泵水轮机的特性决定，在发电工况下，水轮机的功率主要取决于导叶开度，可以通过换流器来充分发挥快速功率控制的优势；而在水泵工况下，水泵的效率和功率与转速密切相关，对转速进行精确和快速控制成为水泵工况下的首要目标。这种控制方式减少了导叶的运动和水轮机组转速的调节，同时能继续保持VSPS在其他条件下快速响应的能力，DFIM-VSPS的模型框图如图2所示。图2中Pset和H0分别为功率设定点和静态水头(扬程)，G为导叶开度，ωref和Gref分别为转速和导叶开度的参考值，Pmech为机械功率，dω为滑差，Ubus是母线电压，Qord代表无功指令，Eqcmd和Ipcmd分别代表换流器出口电压和电流指令，Isorc代表注入电网的电流，Uterm代表机端电压，Pgen和Qgen是发电机输出的有功和无功功率，fbus代表母线频率，X″是电机的次暂态电抗。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于风电波动平抑的储能配置影响因素[J]. 孙玉树,张国伟,唐西胜,苗福丰,王平. 高电压技术. 2018(10)
[2]虚拟同步发电机的暂态稳定性分析[J]. 朱蜀,刘开培,秦亮. 电力系统自动化. 2018(09)
[3]含风电的交直流互联电网AGC两级分层模型预测控制[J]. 廖小兵,刘开培,汪宁渤,马彦宏,陈钊,丁坤,周强,秦亮. 电力系统自动化. 2018(08)
[4]区域电动汽车协调优化的充放电策略[J]. 侯慧,柯贤彬,王成智,樊浩,罗俊阳. 高电压技术. 2018(02)
[5]基于状态空间的双馈风力发电机模型预测控制[J]. 张靖,李博文,余珮嘉,石帮松,何宇. 电网技术. 2017(09)
[6]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)
[7]用于提高风电场可调度性的储能系统预测控制策略[J]. 杨德友,温佳鑫,陈家荣,蔡国伟. 高电压技术. 2017(03)
[8]新能源消纳关键因素分析及解决措施研究[J]. 舒印彪,张智刚,郭剑波,张正陵. 中国电机工程学报. 2017(01)
[9]全功率变流器可变速抽水蓄能机组的功率调节特性分析[J]. 畅欣,韩民晓,郑超. 电力建设. 2016(04)
[10]不再陌生的DNA——纪念DNA双螺旋结构发现60周年[J]. 付雷. 科技导报. 2013(18)
本文编号：3578608
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