針對以轉(zhuǎn)速為控制目標(biāo)的雙饋式可變速抽水蓄能機組參與電網(wǎng)一次調(diào)頻問題,提出一種雙饋式可變速抽水蓄能機組與水泵水輪機協(xié)聯(lián)控制的一次調(diào)頻控制策略。建立水泵水輪機與雙饋感應(yīng)電機的數(shù)學(xué)模型,分析雙饋感應(yīng)電機根據(jù)水泵水輪機效率特性曲線進行轉(zhuǎn)速尋優(yōu)的過程。分別在雙饋感應(yīng)電機的轉(zhuǎn)速控制和水泵水輪機的導(dǎo)葉開度控制中加入頻率控制器,將電網(wǎng)頻率的偏差整定為轉(zhuǎn)速和導(dǎo)葉開度的附加指令,并分析了頻率控制器參數(shù)對雙饋式可變速抽水蓄能機組調(diào)頻效果的影響。仿真結(jié)果表明,在頻率變化初期,通過雙饋式可變速抽水蓄能機組調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,短時吸收或釋放能量,可減小頻率波動的幅值;在頻率變化后期,通過水泵水輪機調(diào)節(jié)導(dǎo)葉開度改變機械力矩,調(diào)整輸出功率,可減小頻率的穩(wěn)態(tài)偏差。 

【文章來源】：儲能科學(xué)與技術(shù). 2020,9(06)CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

圖1雙饋式可變速抽水蓄能系統(tǒng)拓撲Fig.1Topologyofdoublyfedadjustablespeedpumpedstoragesystem

特性。這里采用由Demello等[17]提出的經(jīng)典IEEE非線性水泵水輪機模型。ìíh1=(yq1)2q1=1-hs-h1TWhs=fp(q12)Pm=Ath1(q1-qnl)(7)式中，h1為水頭相對值；y為導(dǎo)葉開度；q1為引水管道的水流量相對值；hs為水頭損失相對值；Tw為水流慣性時間常數(shù)；fp為水頭損失系數(shù)；Pm為水泵水輪機輸出的機械功率；At為比例系數(shù)；qnl為空載流量的相對值[13]。其數(shù)學(xué)模型如圖2所示。1.4機組轉(zhuǎn)速尋優(yōu)電網(wǎng)頻率處于正常水平時，為了使水泵水輪機在不同水頭和出力需求下，始終運行于最高效率的轉(zhuǎn)速，選擇轉(zhuǎn)速作為DFASPSU的控制目標(biāo)，并通過調(diào)節(jié)導(dǎo)葉開度控制水泵水輪機的機械力矩，進而控制輸出的有功功率。最優(yōu)轉(zhuǎn)速和導(dǎo)葉開度的擬合過程如下。首先根據(jù)DFASPSU的有功功率P指令和當(dāng)前水頭H，計算水泵水輪機的單位出力p1p1=PD12H3/2η1(8)式中，D1為水泵水輪機的轉(zhuǎn)輪直徑；η1為雙饋式可變速抽水蓄能機組的發(fā)電功率。再根據(jù)水泵水輪機的最高出力曲線p1=f1(q1)=9.81q1η2max，擬合出水輪機單位出力p1所對應(yīng)的單位流量q1；在最高效率曲線η2max=f2(q1)上查找單位流量q1對應(yīng)的水泵水輪機效率η2max；根據(jù)效率峰頂曲線n1=f3(q1)|η2=η2max查找單位流量q1和水泵水輪機效率η2max對應(yīng)的最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速n1[18]。此時，雙饋式可變速抽水蓄能機組的最優(yōu)轉(zhuǎn)速nr為nr=n1HD1(9)圖2水泵水輪機數(shù)學(xué)模型Fig.2Mathemat

△ωc為同步旋轉(zhuǎn)角速度增量，且△ωc=2π△f。對上式做進一步變換得到JS=JD[(ω0+Δω0)2-ω02][(ωs+Δωs)2-ωs2]≈JDω0Δω02πωsΔf(15)進一步地Δω0=2πΔn060=π30(kp1dfdt+kp2Δf)(16)結(jié)合式(15)、(16)可知，DFASPSU提供頻率支撐的虛擬轉(zhuǎn)動慣量可根據(jù)頻率控制器的比例系數(shù)整定得到。綜合上述分析，提出的參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的雙饋式可變速抽水蓄能機組控制策略如圖4所示。3仿真分析為了驗證本文所提控制策略有效性，在MATLAB/SIMULINK中搭建了如圖5所示的仿真系統(tǒng)，模擬DFASPSU轉(zhuǎn)速尋優(yōu)和參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的過程。該系統(tǒng)包括一臺火力發(fā)電機組G(容量為400kVA)、一臺雙饋式可變速抽水蓄能機組(容量為200kVA)和一臺集中有功負荷L(容量為600kVA)，系統(tǒng)的額定頻率為50Hz。除電網(wǎng)頻率外，其余仿真結(jié)果均采用標(biāo)幺值，并選取各物理量的額定值作為基值。3.1突增負荷仿真仿真模擬過程為：（1）t0～t1：雙饋式可變速抽水蓄能機組從零速開始啟動；（2）t1～t2：定子并網(wǎng)；（3）t2～t3：最優(yōu)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)；（4）t3～t5：參與電網(wǎng)一次調(diào)頻。仿真得到的電網(wǎng)頻率、DFASPSU轉(zhuǎn)速、水泵水輪機機械轉(zhuǎn)矩、DFASPSU輸出有功功率波形如圖6～9所示。t0時刻起，DFASPSU在水泵水輪機的拖動下從零速開始上升，t1時刻轉(zhuǎn)速達到同步速，然后進行軟并網(wǎng)；t2時刻并網(wǎng)成功；t2～t3時間段內(nèi)，DFASPSU根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)出力需求和水頭工作在最

【參考文獻】：
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本文編號：3566636