雙饋式變速抽水蓄能電廠的機電暫態(tài)建模及模型預測控制
發(fā)布時間：2022-01-09 11:13
目前雙饋式變速抽水蓄能電廠（doubly-fedinductionmachinebasedvariable-speedpumpedstorage,DFIM-VSPS）的研發(fā)仍處于起步階段,其系統(tǒng)建模、穩(wěn)定性分析及控制需要進一步研究。為此,研究了DFIM-VSPS的機電暫態(tài)模型,考慮了機組變速運行對效率的影響,并對比了采用不同水動態(tài)模型時DFIM-VSPS模型的動態(tài)響應,提出將模型預測控制用于DFIM-VSPS的功率控制,并且研究了各個工況下模型預測控制的控制效果及延時對控制效果的影響。結(jié)果表明:與常規(guī)控制相比,模型預測控制在系統(tǒng)發(fā)生大擾動及平抑風電功率波動時具有更好的控制性能,并且具有較好的魯棒性。研究可為DFIM-VSPS的控制提供一定的參考。
【文章來源】：高電壓技術(shù). 2020,46(07)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：12 頁
【部分圖文】：
DFIM-VSPS模型框圖
DFIM的有功控制在發(fā)電工況和水泵工況下有區(qū)別，發(fā)電工況下?lián)Q流器主要控制功率，轉(zhuǎn)速由調(diào)速器進行控制，在換流器的有功控制中引入了轉(zhuǎn)速回拉控制，以防止轉(zhuǎn)速偏差過大；水泵工況下?lián)Q流器對轉(zhuǎn)速進行精確控制。此外，為了提升VSPS對頻率的支撐能力，還引入了輔助頻率控制，輔助頻率控制可以對VSPS的功率進行調(diào)制，從而起到慣量支撐及調(diào)頻的作用。DFIM的有功控制框圖如圖6所示。圖4 轉(zhuǎn)子及發(fā)電機/換流器模型
矩陣換流器、周波變換器和背靠背換流器是DFIM中采用的主要變頻方案。其中，背靠背換流器與其他2種方案相比，其使用更加廣泛[17]。與風機不同，DFIM應用于VSPS時需要更大的容量，目前的換流器解決方案主要是采用多電平及多模塊并聯(lián)技術(shù)，如ABB公司在100 MW換流器中采用了由2個并聯(lián)的三相三電平單元組成的雙相模塊，換流器系統(tǒng)總共包含24個雙相模塊[12]。在DFIM-VSPS中，變速操作可以通過如下3種方式實現(xiàn)：1）電功率由換流器控制，轉(zhuǎn)速由渦輪調(diào)速器通過調(diào)節(jié)閥門位置來控制。2）轉(zhuǎn)速由換流器控制，電功率由渦輪調(diào)速器控制。3）以上2種方式的結(jié)合。在目前的變速抽水蓄能電廠中，如日本的Yagisawa[8]，常采用第3）種控制方式，即發(fā)電工況下由換流器控制功率，水泵工況下由換流器控制轉(zhuǎn)速。不同工況下的控制目標由水泵水輪機的特性決定，在發(fā)電工況下，水輪機的功率主要取決于導葉開度，可以通過換流器來充分發(fā)揮快速功率控制的優(yōu)勢；而在水泵工況下，水泵的效率和功率與轉(zhuǎn)速密切相關，對轉(zhuǎn)速進行精確和快速控制成為水泵工況下的首要目標。這種控制方式減少了導葉的運動和水輪機組轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，同時能繼續(xù)保持VSPS在其他條件下快速響應的能力，DFIM-VSPS的模型框圖如圖2所示。圖2中Pset和H0分別為功率設定點和靜態(tài)水頭(揚程)，G為導葉開度，ωref和Gref分別為轉(zhuǎn)速和導葉開度的參考值，Pmech為機械功率，dω為滑差，Ubus是母線電壓，Qord代表無功指令，Eqcmd和Ipcmd分別代表換流器出口電壓和電流指令，Isorc代表注入電網(wǎng)的電流，Uterm代表機端電壓，Pgen和Qgen是發(fā)電機輸出的有功和無功功率，fbus代表母線頻率，X″是電機的次暫態(tài)電抗。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于風電波動平抑的儲能配置影響因素[J]. 孫玉樹,張國偉,唐西勝,苗福豐,王平. 高電壓技術(shù). 2018(10)
[2]虛擬同步發(fā)電機的暫態(tài)穩(wěn)定性分析[J]. 朱蜀,劉開培,秦亮. 電力系統(tǒng)自動化. 2018(09)
[3]含風電的交直流互聯(lián)電網(wǎng)AGC兩級分層模型預測控制[J]. 廖小兵,劉開培,汪寧渤,馬彥宏,陳釗,丁坤,周強,秦亮. 電力系統(tǒng)自動化. 2018(08)
[4]區(qū)域電動汽車協(xié)調(diào)優(yōu)化的充放電策略[J]. 侯慧,柯賢彬,王成智,樊浩,羅俊陽. 高電壓技術(shù). 2018(02)
[5]基于狀態(tài)空間的雙饋風力發(fā)電機模型預測控制[J]. 張靖,李博文,余珮嘉,石幫松,何宇. 電網(wǎng)技術(shù). 2017(09)
[6]雙饋抽水蓄能機組參與電網(wǎng)調(diào)頻的改進虛擬慣性控制策略[J]. 李輝,劉海濤,宋二兵,肖洪偉,駱林,黃智欣. 電力系統(tǒng)自動化. 2017(10)
[7]用于提高風電場可調(diào)度性的儲能系統(tǒng)預測控制策略[J]. 楊德友,溫佳鑫,陳家榮,蔡國偉. 高電壓技術(shù). 2017(03)
[8]新能源消納關鍵因素分析及解決措施研究[J]. 舒印彪,張智剛,郭劍波,張正陵. 中國電機工程學報. 2017(01)
[9]全功率變流器可變速抽水蓄能機組的功率調(diào)節(jié)特性分析[J]. 暢欣,韓民曉,鄭超. 電力建設. 2016(04)
[10]不再陌生的DNA——紀念DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)60周年[J]. 付雷. 科技導報. 2013(18)
本文編號：3578608
【文章來源】：高電壓技術(shù). 2020,46(07)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：12 頁
【部分圖文】：
DFIM-VSPS模型框圖
DFIM的有功控制在發(fā)電工況和水泵工況下有區(qū)別，發(fā)電工況下?lián)Q流器主要控制功率，轉(zhuǎn)速由調(diào)速器進行控制，在換流器的有功控制中引入了轉(zhuǎn)速回拉控制，以防止轉(zhuǎn)速偏差過大；水泵工況下?lián)Q流器對轉(zhuǎn)速進行精確控制。此外，為了提升VSPS對頻率的支撐能力，還引入了輔助頻率控制，輔助頻率控制可以對VSPS的功率進行調(diào)制，從而起到慣量支撐及調(diào)頻的作用。DFIM的有功控制框圖如圖6所示。圖4 轉(zhuǎn)子及發(fā)電機/換流器模型
矩陣換流器、周波變換器和背靠背換流器是DFIM中采用的主要變頻方案。其中，背靠背換流器與其他2種方案相比，其使用更加廣泛[17]。與風機不同，DFIM應用于VSPS時需要更大的容量，目前的換流器解決方案主要是采用多電平及多模塊并聯(lián)技術(shù)，如ABB公司在100 MW換流器中采用了由2個并聯(lián)的三相三電平單元組成的雙相模塊，換流器系統(tǒng)總共包含24個雙相模塊[12]。在DFIM-VSPS中，變速操作可以通過如下3種方式實現(xiàn)：1）電功率由換流器控制，轉(zhuǎn)速由渦輪調(diào)速器通過調(diào)節(jié)閥門位置來控制。2）轉(zhuǎn)速由換流器控制，電功率由渦輪調(diào)速器控制。3）以上2種方式的結(jié)合。在目前的變速抽水蓄能電廠中，如日本的Yagisawa[8]，常采用第3）種控制方式，即發(fā)電工況下由換流器控制功率，水泵工況下由換流器控制轉(zhuǎn)速。不同工況下的控制目標由水泵水輪機的特性決定，在發(fā)電工況下，水輪機的功率主要取決于導葉開度，可以通過換流器來充分發(fā)揮快速功率控制的優(yōu)勢；而在水泵工況下，水泵的效率和功率與轉(zhuǎn)速密切相關，對轉(zhuǎn)速進行精確和快速控制成為水泵工況下的首要目標。這種控制方式減少了導葉的運動和水輪機組轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，同時能繼續(xù)保持VSPS在其他條件下快速響應的能力，DFIM-VSPS的模型框圖如圖2所示。圖2中Pset和H0分別為功率設定點和靜態(tài)水頭(揚程)，G為導葉開度，ωref和Gref分別為轉(zhuǎn)速和導葉開度的參考值，Pmech為機械功率，dω為滑差，Ubus是母線電壓，Qord代表無功指令，Eqcmd和Ipcmd分別代表換流器出口電壓和電流指令，Isorc代表注入電網(wǎng)的電流，Uterm代表機端電壓，Pgen和Qgen是發(fā)電機輸出的有功和無功功率，fbus代表母線頻率，X″是電機的次暫態(tài)電抗。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于風電波動平抑的儲能配置影響因素[J]. 孫玉樹,張國偉,唐西勝,苗福豐,王平. 高電壓技術(shù). 2018(10)
[2]虛擬同步發(fā)電機的暫態(tài)穩(wěn)定性分析[J]. 朱蜀,劉開培,秦亮. 電力系統(tǒng)自動化. 2018(09)
[3]含風電的交直流互聯(lián)電網(wǎng)AGC兩級分層模型預測控制[J]. 廖小兵,劉開培,汪寧渤,馬彥宏,陳釗,丁坤,周強,秦亮. 電力系統(tǒng)自動化. 2018(08)
[4]區(qū)域電動汽車協(xié)調(diào)優(yōu)化的充放電策略[J]. 侯慧,柯賢彬,王成智,樊浩,羅俊陽. 高電壓技術(shù). 2018(02)
[5]基于狀態(tài)空間的雙饋風力發(fā)電機模型預測控制[J]. 張靖,李博文,余珮嘉,石幫松,何宇. 電網(wǎng)技術(shù). 2017(09)
[6]雙饋抽水蓄能機組參與電網(wǎng)調(diào)頻的改進虛擬慣性控制策略[J]. 李輝,劉海濤,宋二兵,肖洪偉,駱林,黃智欣. 電力系統(tǒng)自動化. 2017(10)
[7]用于提高風電場可調(diào)度性的儲能系統(tǒng)預測控制策略[J]. 楊德友,溫佳鑫,陳家榮,蔡國偉. 高電壓技術(shù). 2017(03)
[8]新能源消納關鍵因素分析及解決措施研究[J]. 舒印彪,張智剛,郭劍波,張正陵. 中國電機工程學報. 2017(01)
[9]全功率變流器可變速抽水蓄能機組的功率調(diào)節(jié)特性分析[J]. 暢欣,韓民曉,鄭超. 電力建設. 2016(04)
[10]不再陌生的DNA——紀念DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)60周年[J]. 付雷. 科技導報. 2013(18)
本文編號：3578608
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