PDF《双馈抽水蓄能机组参与电网调频的改进虚拟惯性控制策略》

双馈抽水蓄能机组参与电网调频的改进虚拟惯性控制策略 李辉1 ,刘海涛1 ,宋二兵1 ,肖洪伟1 ,骆林2 ,黄智欣2 ( 1.

输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室( 重庆大学) ,重庆市

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2. 东方电气集团东方电机有限公司,四川省德阳市

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0 0 ) 摘要:为了提高双馈抽水蓄能机组参与电网调频的能力, 提出一种带比例―微分( P D) 环节的双馈 抽水蓄能机组改进虚拟惯性控制策略.首先, 基于双馈抽水蓄能机组运行特点, 分别建立了可逆水 泵水轮机和双馈感应电机的数学模型及双馈抽水蓄能机组控制模型.其次, 根据机组虚拟转动惯 量与转速调节及电网频率变化的关系, 提出一种带 P D 环节的双馈抽水蓄能机组改进虚拟惯性控 制策略, 并给出了改进虚拟惯性控制相关参数的整定方法.最后, 通过对含双馈抽水蓄能机组的 3机系统的仿真分析, 验证了所述策略可有效提升双馈抽水蓄能机组在发电、 电动工况下的频率响 应能力, 提高了电力系统的频率稳定性. 关键词:双馈抽水蓄能机组;

虚拟惯量;

惯性控制;

频率调节;

参数整定 收稿日期:

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修回日期:

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2 1. 国家自然科学基金资助项目(

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中央高校基本科研 业务费专项资金资助项目(

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0 引言 双馈抽水蓄能机组(doublyfedpumpedstorageu n i t , D F P S U) 以其转速可调的优点逐渐成 为新建抽水蓄能电站的主流机组之一[

1 G 3] .近年来, 随着可再生能源在电力系统尤其是在区域电网中渗 透率的不断增加, 要求 D F P S U 不仅具备参与电网 调峰的作用, 还要具备参与电 网频率调节的能力. 然而, 现有 D F P S U 功率解耦控制使得双馈感应电 机( d o u b l yf e d i n d u c t i o nm a c h i n e , D F I M) 转子不能 随着频率的变化自动作出快速响应, 进而对整个系 统的 频率贡献微乎其微[

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7 ] . 因此,如何通过DFPSU调频控制策略的研究, 提高机组参与电网 调频的能力, 对提高电力系统频率稳定性具有重要 意义. 目前, 国内外关于 D F P S U 方面的研究大多集 中在系统建模和功率解耦仿真分 析上[

8 G 9] , 而涉及DFPSU频率控制方面的报道较少, 如文献[

8 G 9] 分 别针对抽水蓄能机组水力机械系统和电气系统的建 模进行研究.近年来, 虽然在双馈风力发电领域已 经开展频率控制的研究, 但仅限于 D F I M 运行在发 电工况, 缺少对电动工况调频控制策略和动态性能 的研究.例如: 文献[

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1 3 ] 提出转子动能控制的方 法, 通过增加辅助频率控制环来释放/吸收转子动能 提供短时功率支撑.文献[

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1 6] 通过模拟同步发 电机一次调频的功率―频率下垂特性, 提出采用下 垂控制策略实现对双馈机组频率的控制.然而, 该 控制方法由于不能消除稳态频差 Δ f, 使得额外有 功参考信号 Δ P 始终存在, 这就可能使机组转速不 断下降以至于转速过低而产生机组失速等情况.虽 然文献[

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1 9 ] 提出采用基于 d f / d t 控制环的虚拟 惯性调频控制策略, 来模拟与同步发电机相似的惯 性响应;

然而, 在系统振荡过程中, d f / d t 控制环节 会产生负阻尼效果, 不利于该控制器参数的设计及 系统的稳定运行[ 7] .此外, 虽然上述文献所述控制 策略均能实现对系统频率的调节, 但缺乏对调频能 力, 特别是系统频率最低点( f r e q u e n c yn a d i r , F N) 、 频率最高点( f r e q u e n c yz e n i t h, F Z) , 以及机组转速 恢复稳定动态效果的深入研究.另外, 为了更好地 发挥 D F P S U 作为电网调度工具的重要作用, 要求 其在发电、 电动工况均具有调频能力;