[發明專利]基于交流勵磁抽水蓄能機組運行約束的慣性調頻控制方法

在審

• 申請號: 202210723857.0
• 申請日: 2022-06-23
• 公開（公告）號: CN115173434A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 李輝;謝寧寧;姚然;向學位;周芷汀;譚宏濤;彭瀚鋒;李青和
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/46;H02J3/48;F03B13/06;F03B15/08;F03B15/16
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 廖曦

本發明涉及一種基于交流勵磁抽水蓄能機組運行約束的慣性調頻控制方法，屬于抽水蓄能技術領域。最優功率的協同控制策略包括功率調節方式選擇，用于根據機組轉速及功率參考值確定機組采用功率階躍變化方式還是功率斜坡變化進行功率調節，防止機組因快速調節而過度釋放轉子動能導致機組失速；水泵水輪機及變流器功率參考值分析計算，用于根據機組參考功率、轉速及損耗等參數確定機側變流器功率參考值機水泵水輪機功率參考值；最優轉速及最優導葉開度查表，用于根據實時水頭及水泵水輪機功率確定機組最優轉速及最優導葉開度。本發明能夠提高機組與電網功率交換的準確性及水泵水輪機效率。

技術領域

本發明屬于抽水蓄能技術領域，涉及基于交流勵磁抽水蓄能機組運行約束的慣性調頻控制方法。

背景技術

交流勵磁抽水蓄能機組轉速可調，不但可以提高發電工況水泵水輪機效率，同時，可提高抽水工況水泵水輪機功率調節范圍。極大增強了抽水蓄能電站抑制間歇性、隨機性可再生能源發電引起的電網功率波動的能力，逐漸成為抽水蓄能電站主流機型。然而，水泵水輪機功率調節速度較慢，國際電工技術委員會推薦水泵水輪機的增負荷時間為20～40秒，而變流器卻能實現毫秒級的電磁功率調節，因此，如何協調較慢的原動機機械功率調節速度和變流器毫秒級電磁功率調節速度，提高變速抽蓄機組功率調節效率及速度，以維護大量新能源并網電力系統安全穩定運行具有重要意義。交流勵磁抽水蓄能機組控制策略包括調速器控制、變流器控制。調速器控制目的是通過調節導葉開度實現機組轉速或有功功率的調節，變流器控制的目的是通過調節轉子電壓的幅值、相位和頻率進而調節機組有功功率和轉速。目前，國內外關于交流勵磁抽水蓄能機組的研究主要集中在系統建模、調速器控制及變流器控制策略上，但是對于機組功率控制研究較少，因此，為了充分挖掘交流勵磁抽水蓄能機組效率及功率調節速度，急需一種適用于交流勵磁抽水蓄能機組最有功率控制方法。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于交流勵磁抽水蓄能機組運行約束的慣性調頻控制方法，能夠提高機組與電網功率交換的準確性及水泵水輪機效率。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

基于交流勵磁抽水蓄能機組運行約束的慣性調頻控制方法，該方法包括功率調節方式選擇、水泵水輪機及變流器功率參考值分析計算以及最優轉速及最優導葉開度查表，其中：

所述功率調節方式選擇，用于根據機組轉速及功率參考值確定機組采用功率階躍變化方式還是功率斜坡變化進行功率調節，防止機組因快速調節而過度釋放轉子動能導致機組失速；

所述水泵水輪機及變流器功率參考值分析計算，用于根據機組參考功率、轉速及損耗等參數確定機側變流器功率參考值機水泵水輪機功率參考值；

所述最優轉速及最優導葉開度查表，用于根據實時水頭及水泵水輪機功率確定機組最優轉速及最優導葉開度。

可選的，所述功率調節方式選擇按照下述公式確定發電工況機組有功功率階躍變化范圍：

其中，J為機組轉動慣量，考慮接力器的傳輸延遲時間T_y＝1s，機組整體效率為η，w₀為機組初始轉子角速度，w₁為機組轉子角速度極限值，機組突增負荷時為轉子角速度最小值，機組突減負荷時為轉子角速度最大值，交流勵磁抽水蓄能機組的轉子角速度變化范圍為±10％，即w_1max＝1.1pu，w_1min＝0.9pu，a_m為水輪機輸出機械功率增加或減少最大速度，即0.05(pu/s)；t為機組轉子角速度跌落到最低值且機組實現功率平衡時所需時間，λ為機組突增或突減輸出有功功率的比例，P_N為機組容量；

按照下述公式確定發電工況機組有功功率斜坡變化范圍：