双馈变速抽水蓄能机组建模及仿真

【摘要】：随着环境问题和能源危机日益严峻,充分发展和利用可再生能源已经成为全球的共同目标。但是随着风电、光伏等间歇性电源在电网中的占比不断加大,随之而来的新能源功率波动、新能源并网弃风弃光问题也日益突出,电网稳定运行和频率控制面临巨大的挑战。因此,电网需配置大容量的抽水蓄能电站以参与系统调峰调频,保障电网运行稳定。然而,传统的抽水蓄能电站主要采用同步电机,具有运行效率低、响应速度较慢等缺点。与之相较,本文中变速抽水蓄能机组采用双馈感应电机,能够在额定转速附近的一定范围内实现无级变速运行,机组的运行效率得以提升,同时较快参与系统调节,增强了系统的稳定性。本文首先阐述了双馈变速抽水蓄能机组的工作原理,分别针对双馈感应电机、可逆式水泵水轮机及其调速器和变频器建立数学模型。其中重点分析其转差静稳特性、功角静稳特性、功率因数特性以及不同运行工况下的能量流动方向,为之后的建模奠定了理论基础。其次,介绍了双馈变速抽水蓄能机组网侧变频器和转子侧变频器的控制策略。同时为了提高机组的运行效率,基于机组的最优运行曲线,根据当前实测的功率指令和水头值,计算得到机组的最优转速和最佳导叶开度,并提出励磁系统与调速系统配合的机电协调控制策略,对机组运行效率进行优化。最后,为了实现对双馈变速抽水蓄能机组转子位置的准确观测和实时跟踪,提出一种基于电气量的转子观测方法;考虑到设备的运行安全,基于双馈感应电机的功率极限图,提出励磁系统网源协调控制策略,建立了励磁辅助限制控制方法,并分析了励磁系统控制器参数对小干扰稳定性的影响。