[發明專利]一種抽蓄機組機電暫態模型的有功-頻率耦合控制方法

有效

• 申請號: 202110735315.0
• 申請日: 2021-06-30
• 公開（公告）號: CN113471988B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 鄧長虹;陳亞紅;徐正華;劉玉杰
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/28;H02J3/48
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魯力

雙饋式可變速抽蓄機組是一種新型的水電系統，由于抽水工況下轉速連續可調，在保證靜態揚程的前提上，通過變速運行機組輸入功率調節范圍拓寬。為挖掘機組參與電網調頻的潛能，本發明涉及一種基于抽水工況下雙饋可變速抽蓄機組機電暫態模型的有功?頻率耦合控制方法,首先建立了抽水工況可變速機組的簡化機電暫態模型，該模型以抽水工況可逆水泵水輪機運行特性為基礎，考慮了流體在過流管道內的動態特性，并計及了導葉的附加摩擦效應；然后從水力的角度揭示了抽水工況機組具備調頻能力的本質原因；闡明了抽水工況機組改善電網頻率特性的機理，并給出了控制器參數的推薦范圍。最后，仿真和實驗結果，驗證了所提抽水工況機組改善電網頻率特性的能力。

技術領域

本發明涉及抽水蓄能領域，具體是指抽水工況下雙饋可變速抽蓄機組機電暫態建模及有功-頻率耦合特性。

背景技術

抽水蓄能是解決當前電網面臨的頻率穩定問題最重要的工具之一。由于電網的峰谷特性，抽蓄機組夜間通常運行在抽水工況。常規抽蓄機組由于采用直流勵磁同步電機，轉速固定(或分幾檔)，在該工況下輸入功率無法連續調節，不具備參與電網調頻能力。

而雙饋式可變速抽蓄機組，采用交流勵磁異步電機，由背靠背變流器對轉子進行三相交流勵磁。通過在-5Hz～5Hz范圍內改變勵磁電流的頻率，即可在0.9p.u.～1.1p.u.范圍內連續調節機組轉速，克服了傳統機組轉速不可調的缺點。由于抽水工況下可逆水泵水輪機(reversible?pump-turbine,RPT)的輸入機械功率與轉速的三次方近似成正比，因此在保證要求的靜態揚程基礎上，利用轉速的可控能力，機組輸入功率可在0.7p.u.～1.3p.u.范圍內連續調節。由此，通過變速恒頻運行，抽水工況VSPS具備了額外的調頻容量和一定的調頻潛能。在電網調頻壓力與日俱增的背景下，利用抽水工況的VSPS承擔電網調峰調頻任務，應對電網頻率惡化問題，這對于改善電網頻率特性、增強頻率穩定水平，具有極高的研究和應用價值。

然而，雖然利用抽水工況下的VSPS進行電網頻率控制，國外已有應用被報道，但在長時間尺度下，抽水工況VSPS機電暫態模型的數學描述、機組的動態響應特性研究，仍十分匱乏；抽水工況VSPS改善電網頻率特性的本質機理，仍不明確；進而，進行電力系統頻率響應計算時，含抽水工況VSPS有功-頻率耦合的電網SFR(system?frequency?response)模型適用性，仍不甚清晰。

發明內容

本發明針對抽水工況VSPS的建模及有功-頻率耦合特性研究領域空白的補充，開展相關研究工作。

發明的目的是這樣實現的：

首先在機電暫態時間尺度范圍內，建立了抽水工況VSPS的簡化模型，包括水力系統模型和電氣系統模型；闡明了抽水工況VSPS具備調頻潛能的本質原因；重點研究了抽水工況VSPS參與電網調頻控制的動態響應特性(主要包含慣性響應和一次調頻響應)；基于此，針對傳統電網單機等值SFR模型的不足，提出了改進型電網SFR模型，該模型能反映含抽水工況VSPS有功-頻率耦合作用的電網動態頻率響應特性；然后，剖析了抽水工況VSPS改善電網頻率特性的機理；并利用廣義根軌跡法給出了微分和調差控制參數的推薦范圍。最后，采用IEEE標準算例的仿真結果和基于硬件在環仿真平臺的實驗結果，證明了抽水工況VSPS改善電網頻率特性的作用。

具體采用如下技術方案：

一種基于抽水工況下雙饋可變速抽蓄機組機電暫態模型的有功-頻率耦合控制方法，其特征在于，包括：

步驟1：建立抽水工況雙饋可變速抽蓄機組水力系統模型；

步驟2：建立抽水工況雙饋可變速抽蓄機組電氣系統模型；

步驟3：在步驟1和步驟2所建立的抽水工況雙饋可變速抽蓄機組水力系統模型和電氣系統模型基礎上，提出了抽水工況雙饋可變速抽蓄機組有功-頻率耦合控制方法，使該機組能夠參與所接入電網的有功-頻率控制，增強電網的頻率穩定性；具體包括: