双馈水轮发电机系统功率调节的控制策略研究

【摘要】：近年来,各种形式可再生能源越来越多地接入电网,使得电力系统稳定性问题更加突出,迫切需要提高调峰调频发电机组的功率快速响应能力。传统水力同步发电机组转速不可调,以及导叶开度调节时存在水锤效应,导致功率调节过程出现反调现象,严重制约了机组的功率调节速率和运行效率。双馈水轮发电机系统的水轮机采用常规混流式或轴流式水轮机,而电机采用双馈电机,该双馈电机定子侧接大电网,转子侧采用三相对称分布的励磁绕组,由双向变流电源提供对称励磁电流。通过对转子侧的励磁系统和水轮机侧的调节系统联合控制,可以使得双馈水轮发电机系统具有变速恒频发电能力和独立、快速地调功性能,进而增强电力系统的稳定性。双馈水轮发电机系统是一个涉及水轮机、引水系统和双馈电机等的综合系统,具有非线性、大惯性及参数时变的特点。目前,关于双馈水轮发电机系统的控制策略,国内尚没有较成熟的理论和实践技术。为综合研究该系统的控制策略,提高功率响应速度,本文对双馈水轮发电机系统的转子侧励磁控制和水轮机侧调节控制进行研究分析。主要内容包括:(1)基于传统负荷优化原理,为了简化最优转速信号生成方法,提出了改进的最优转速生成方法,并应用某电站水轮机综合特性原始数据进行验证分析;(2)为了提高发电系统的快速功率响应速度,提高水力效率,实现变速恒频运行,依据国内外关于双馈水轮发电机系统控制策略的研究成果,从励磁调节和水轮机调节两方面,研究分析快速功率响应的控制策略;(3)PIλDμ控制器较PID控制器,具有更好的控制性能,为了进一步满足双馈水轮发电机系统快速功率响应的性能要求,将PIλDμ控制器替换水轮机侧PID控制器,并应用改进的粒子群智能优化算法对控制参数进行整定寻优。