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双馈变速抽水蓄能机组分岔特性分析

张艳春  
【摘要】:随着风电、光伏等可再生能源大规模并入电网,电网对抽水蓄能电站的需求与日俱增,因此针对抽水蓄能机组的稳定性研究就显得尤为重要。由于抽水蓄能机组在运行过程当中频繁启停机和工况转换的稳定性问题成为了制约抽蓄电站发展的关键,而双馈变速机组因其良好的响应特性已广泛应用于抽蓄电站,因此本文针对双馈变速抽水蓄能机组在水轮机运行工况以及水泵运行工况下的数学模型进行建立并对其稳定规律性展开研究和分析,主要完成了以下三方面的工作:(1)模型建立。采用双馈电机作为抽水蓄能机组的发电/电动机。在分别建立引水系统模型、调速器模型、水泵水轮机模型、双馈电机及其控制模型的基础上,建立完整的可变速抽水蓄能机组在水轮机运行工况及水泵运行工况下的数学模型。(2)水轮机工况及水泵工况下系统的分岔判定。通过运用hopf分岔高阶判定定理,对双馈可变速抽蓄机组进行分岔判定,若系统的jacobi矩阵系数满足分岔判定定理的条件,则系统参数会在某一状态下发生分岔。由分岔定理的临界条件可以计算出系统PID参数的分岔临界值,从而可以得到系统关于PID参数的三维稳定域。并可以通过对机组动态参数的时域仿真及相空间图像进一步验证计算的准确性。(3)在固定功率控制器参数的条件下,考虑水泵水轮机的非线性特性,与线性水泵水轮机调节系统的稳定域进行对比分析;考虑弹性水击效应分别对机组在水轮机运行工况和水泵运行工况下稳定域的影响。为了进一步完善对双馈变速抽蓄机组的稳定性分析,分析机组惯性时间常数对系统PID参数的稳定域的影响。研究发现,在考虑水泵水轮机非线性特性模型时系统关于转速控制器参数的稳定域要明显小于水泵水轮机线性模型时系统关于控制器参数的稳定域大小;在考虑弹性水击效应对于双馈可变速抽蓄机组的稳定域时,在水轮机运行工况与水泵运行工况时系统受到的影响也不相同,弹性水击效应会对系统在水轮机运行工况下的稳定域产生恶化的效应,但在水泵工况下运行时,系统并不会受到太大影响。同时在考虑分析机组惯性时间常数变化对PID参数稳定域的影响时,发现机组惯性时间常数越大转速控制器参数稳定域也就越大,说明Ta的增大,使系统有更大的稳定可调范围,对系统的稳定性产生正向效应。


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