变速抽蓄机组频率响应机理模型与性能研究

变速抽蓄机组是潜在的大容量、灵活可靠、清洁一次调频资源。缺乏频率响应机理模型和性能研究导致定量表达、挖掘、充分发挥该机组一次调频优势遇到瓶颈。提出了一种变速抽蓄机组频率响应机理模型，并基于该模型量化分析了变速抽蓄机组较常规机组、定速抽蓄机组在调频稳定性与动态性能两方面的优势。首先基于调频物理本质，建立了变速机组发电和抽水2种工况下的频率响应模型；其次利用根轨迹法分析了频率下垂系数对3种机组调频稳定性的影响；然后推导了3种机组对应的调频性能指标，并比较了一次调频动态性能；最后通过PSCAD/EMTDC时域仿真验证了机理模型和性能分析的正确性。该研究结果为充分利用变速机组来保障新型电力系统频率稳定提供了有益的理论参考。     

全功率变速抽水蓄能机组无功优先控制策略研究

全功率变速抽水蓄能机组具有功率快速可调、响应速度快、有功无功独立解耦的优点,可为电网运行提供调峰、调频、无功电压支撑、需求侧响应等多种服务,是现阶段抽水蓄能技术发展的主要技术方向之一。但受变流器过流能力限制,全功率变速抽蓄在任何时候的最大电流不能超过变流器过载能力。而电网侧在故障期间及故障恢复期间对有功、无功的需求有所不同,本文比较了变速抽蓄机组的几种有功、无功电流分配策略,提出了变速抽蓄机组的无功电流优先控制策略可满足弱电网在故障期间对无功电压的需求。最后通过变速抽水蓄能机组在实际电网中的仿真分析,验证了该策略的正确性。     

抽水工况双馈可变速抽蓄机组机电暂态建模及有功–频率耦合特性

传统定速抽蓄机组在抽水工况下输入功率无法连续调节,不具备参与电网调频能力。双馈式可变速抽蓄机组是一种新型的水电系统,由于抽水工况下转速连续可调,在保证静态扬程的前提上,通过变速运行,机组输入功率调节范围拓宽。为挖掘机组参与电网调频潜能,首先建立抽水工况可变速机组的简化机电暂态模型,该模型以抽水工况可逆水泵水轮机运行特性为基础,考虑了流体在过流管道内的动态特性,并计及导叶的附加摩擦效应;然后从水力的角度揭示了抽水工况机组具备调频能力的本质原因;阐明了抽水工况机组改善电网频率特性的机理,并给出了控制器参数的推荐范围。最后,仿真和实验结果验证所提抽水工况机组改善电网频率特性的能力。     

五种抽蓄运行特点的区域能源系统灵活性评估EI北大核心CSCD

为对比定速、双馈变速、全功率变频、三元式、分离式抽蓄机组在区域能源系统中的灵活性优势。该文首先综合考虑运行区、机组效率、启动时间、爬坡速度等技术特点,在能源系统模型Dispa-set的基础上建立不同抽蓄模型。其次,对比运行区、机组效率、启动时间、爬坡速度对机组出力影响。最后,建立多种指标综合评估不同风光配比下抽蓄类型对区域能源系统的影响。结果表明:三元式与分离式机组发电工况灵活性更高,而全频变速机组抽水工况灵活性更高,这导致定速机组的年发电量和年抽水量均高于其他4种抽蓄技术。因此,充分考虑抽蓄技术特点在该系统中的适用性在可行性论证阶段是非常必要的。     

变速风力发电机提供调频备用容量研究

提出一种新的调频控制策略,它利用变速风力发电机快速功率控制能力主动提供一次调频备用容量.该策略通过风力发电机的卸载运行,即使在风速大范围变化,也能够确保一次调频备用容量.在低风速时风电机组作为飞轮(旋转备用)电机运行,利用存储在涡轮叶片的旋转能量提供短期有功电力支持;在中风速时根据卸负荷最佳功率提取曲线运行风力发电机,建立电力储备;在高风速时采用桨距控制或修改转速设定点保持在满负荷时合适的电力储备.仿真实验证明该策略能有效地控制备用容量,实现变速风力发电机对系统频率的控制.     

基于可变速抽水蓄能技术提升区域电网新能源消纳水平的研究

可变速抽蓄机组相较于传统恒速运行抽蓄机组在抽水工况下的有功调节、无功补偿方面有明显优势，能够更好地匹配新能源出力波动并进行消纳。基于可变速抽水蓄能技术对比总结了交流励磁、全功率变频2种技术路线的系统配置、工作机理和技术特点，以某省级电网9大地区为节点搭建简化网架模型进行8 760 h时序生产模拟仿真，结果表明可变速抽水蓄能技术可提高区域电网新能源消纳水平、减少火电调峰，对未来变速抽蓄项目在电网应用的技术经济效益评估提供了参考。     

基于RTDS的变速抽水蓄能机组阻抗测量及并网稳定性研究

随着能源转型发展和新型电力系统建设的推进,抽水蓄能电站的规划和建设数量不断增长。相比传统定速抽水蓄能机组,大容量变速抽水蓄能机组具有更优异的调节性能和运行经济性。本文针对正在建设的丰宁抽水蓄能电站300MW变速抽水蓄能机组,以机组实际参数构建的RTDS仿真模型和推导得到的变速抽蓄机组阻抗模型为基础,设计了RTDS平台变速抽蓄机组阻抗测量流程和扫频程序,完成了机组模型一次侧和二次侧注入扰动信号的阻抗测量与结果分析,并结合二次侧阻抗测量结果完成了变速抽蓄机组经串补接入电网的稳定性分析。     

考虑可变速抽水蓄能机组运行特性的低碳调度

针对恒速抽水蓄能机组在调度过程中调节范围小的缺点,当扬程偏离额定值时造成抽水效率降低,提出采用可变速抽水蓄能机组投入电力系统低碳调度,发挥可变速抽蓄机组的运行范围宽效率高的优点。在含有风、火和水电及抽水蓄能机组的系统短期优化调度中,采用图论中的最小费用流算法,建立以系统CO2排放量最小为目标的模型,考虑网络损耗和可变速抽蓄机组运行特性,采用扩展水电调峰法进行负荷分配,利用LINGO11软件对含有二次约束的目标函数进行求解。算例分析表明,考虑可变速抽水蓄能机组的运行特性,能更好地发挥抽蓄机组调峰作用,对实现电力系统的低碳调度具有一定的现实意义。     

大容量变流器中IGBT关断过电压抑制技术研究

随着抽蓄机组向着更大系统容量方向的发展,需要大容量的变流器与之配套,大容量变流器对高压、大容量绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块的封装特性和电气性能也提出了更高要求,压接式IGBT具有高功率等级、易于功率阀组的搭建等优点,在大容量变流器中得到了成熟应用。受功率阀组主回路中杂散电感及IGBT反并联二极管浪涌电压的影响,IGBT在关断过程中会产生电压过冲,针对应用于300 MW级变速抽蓄机组的大容量变流器,通过双脉冲和仿真估算变流器功率阀组主回路中的杂散电感,提出了一种综合抑制IGBT关断过电压的方法,并在实际系统上验证了该方法的可行性。     

可变速抽蓄机组与直驱风电机组联合运行系统的小信号稳定分析

可变速抽蓄机组与直驱风电机组联合运行系统含有大量电力电子装置,将引发系统稳定性问题.对此,基于水泵水轮机刚性管道模型与两电平变流器的平均值模型,在同步旋转dq0坐标系下,建立了二者交流并网联合运行系统的详细数学模型,采用特征值法进行系统的小信号稳定分析,并基于参与因子分析得到了影响不同振荡模态的相应参数,并进一步根据系统特征根轨迹,研究了不同工况下系统电气参数、控制器锁相环参数以及控制器比例积分参数变化对系统稳定性的影响规律.结果表明,水泵工况快速转速控制方式系统的稳定性受电气侧参数影响更大;可变速抽蓄机组锁相环阻尼比的减小会增大直驱风电机组锁相环阻尼比的稳定域;可变速抽蓄机组功率控制器积分参数与直驱风电机组直流电压控制器积分参数存在耦合.     

抽水蓄能电站无级调速机组的特殊功能

抽水蓄能电站具有调峰、填谷、事故备用等功能,作为电力系统的重要环节。由于无级调速机组的种种优点而在国外被广泛的应用,在新建抽水蓄能电站中,无级调速机组应用的比例越来越大。其主要形式是交流励磁机组,而国内抽水蓄能电站目前还全部是直流励磁机组。根据交流励磁和抽水蓄能的特点并结合国外实际应用情况对在抽水蓄能电站中采用交流励磁机组应当具备的功能进行整理归纳,为国内抽水蓄能电站中交流励磁机组的推广提供一些参考。     

多元电力系统中抽水蓄能的经济性问题研究

提出了从多元电力系统的角度对抽水蓄能进行经济性分析的方法。基于混合整数规划构建了含火电、CCGT、水电、风电、核电、抽水蓄能等各类电源的多元电力系统机组组合模型。采用该模型计算抽水蓄能单位容量的收益现值,并与单位容量的投资成本比较以分析其经济性。算例测试的结果证明了模型和方法的可行性。在此基础上,进一步研究了负荷侧的峰谷差率、电源侧的风电容量、水火电比例、核电容量和火电调节范围变化对抽水蓄能经济性的影响。算例结果显示,水火电比例、风电容量以及核电容量的变化对抽水蓄能的经济性的影响较大。     

大规模压缩空气储能系统发电方式与运行控制分析与构想

压缩空气储能是一种充放电循环次数多、使用寿命长、可大规模储存电能的清洁环保的物理储能技术,适合于电网级大规模应用场合。文中分析了大规模压缩空气储能系统常规定速发电方式特点,提出了基于全控器件励磁的定速恒频同步储能机组控制策略,以获得更强的励磁能力和抑制系统振荡的能力,实现提升储能机组辅助服务能力。为了提高综合能效,提出了基于变速恒频双馈发电机组和变速变频直驱发电机组的大规模压缩空气储能变速发电方案构想,并分析了其典型运行控制策略,该变速发电方案具有提升储能机组控制功能及辅助服务能力的潜力。最后,分析了大规模压缩空气储能发电运行控制面临的挑战。     

风电—抽水蓄能联合日运行优化调度模型

基于日前负荷预测和风电出力预测,研究了风电—抽水蓄能联合日运行的优化方法,提出了电网消纳风电出力的新模式。以风电—抽水蓄能联合运行的效益最大化为目标,考虑抽水蓄能机组的启停限制和发电—抽水工况转换限制,以二次约束表征机组启停约束和抽水蓄能电站运行工况约束,建立了含全天96个时段的混合整数规划模型,并采用商业优化软件求解。基于实际抽水蓄能电站参数设计了算例系统。测试结果表明,抽水蓄能电站与风电场配合可大大降低风电出力随机性对电网运行的负面影响,经济和社会效益显著。     

福建电网建设抽水蓄能电站的必要性论证

分析了福建电网电源结构的特点和调峰现状。根据典型日和典型周尖峰负荷需求与尖峰容量平衡分析了福建电网对抽水蓄能电站的需求;并详细分析了抽水蓄能电站在福建电网中的作用及经济性。结果表明,抽水蓄能电站在2010年福建电网中的替代作用比较显著,在电力平衡中可充分发挥作用;建设抽水蓄能电站可增加调峰和各用容量,改善福建水电的供电质量,提高水电电能的利用,还可作为电网的调频、调相、事故备用、黑启动电源,对电力市场的安全和电网经营起重要作用。因此,福建电网建设抽水蓄能电站是必要的。     

储能电站安全参与电网一次调频的优化控制策略

为安全实现储能系统对电网准确快速调频,对于系统频率偏移引起的有功率需求,提出一种考虑荷电状态(state of charge,SOC)、健康状态(state of health,SOH)的储能辅助调频自适应优化控制策略,该策略依据储能单元实时状态决定多组储能单元参与电网一次调频的最优投切情况,在频率变化初期多组储能单元...     

A coordinated dispatch method with pumped-storage and battery-storage for compensating the variation of wind power

Growing penetration of wind power challenges to power system security, since the conventional generators may not have sufficient capacity to compensate wind power fluctuation plus the reverse peak regulation. In this paper, the high-capacity pumped-storage and fast-response battery-storage are coordinated to compensate the variation of both wind power and load, aiming at shifting peak load, responding to wind power ramping, reducing the curtailment of wind and stabilizing the output of thermal units. A practical framework is designed for optimizing the operation of the hybrid system consisting of the wind, pumped-storage, and battery storage, which can take full advantages of pumped-storage and battery-storage. The detailed mathematical formulations of the pumpedstorage and battery-storage are built. Three cases are studied to demonstrate the advantages of the proposed coordination method.     

火电机组一次调频性能分析及优化

介绍了电网调度对机组一次调频功能的考核方法,以此明确了机组一次调频功能的性能目标。叙述了目前国内火电机组一次调频功能的实现方式,并分析了影响机组一次调频性能的主要因素,包括自动发电控制(AGC)指令与一次调频动作反向、汽机转速的测量精度、调频死区和不等率参数的设置、汽机调门特性、一次调频功能的逻辑实现过程、机组与调度数据通讯等。在此基础上提出了相应的优化方法,以有效改善机组一次调频性能。     

用于火电机组二次调频的混合储能系统容量配置优化方法

随着大量可再生能源并入电网,火电机组越来越频繁地参与到电网调频中。针对火电机组自身二次调频能力不足的问题,采用由飞轮储能阵列和锂离子电池储能阵列组成的混合储能系统来辅助火电机组的二次调频。首先根据火电机组功率和自动发电控制(automatic generation control, AGC)指令获得混合储能系统的充放电功率指令,然后提出了基于小波包分解(wavelet packet decomposition,WPD)方法的各储能阵列充放电指令分配方法。接着根据各储能阵列充放电指令分配方法,以火电机组二次调频综合指标提升二倍为目标,提出了一种混合储能系统容量配置优化方法。 最后,通过某额定装机容量250 MW的火电机组实际输出功率数据,仿真验证了本文提出的混合储能系统容量配置优化方法的有效性。     

基于分布式计算技术的火电厂辅助调频储能系统容量及功率规划方法

随着大量新能源并网,传统火电机组调频响应时间长、爬坡速率慢等缺点带来的反向效果越来越明显。储能系统可以用来缓解调频压力,大量研究证明储能系统可以应用于发电厂中火电机组的辅助调频。文章提出了一种基于分布式计算技术的火电厂辅助调频储能系统容量和功率规划方法。首先基于电网的“2个细则”建立电厂的收益模型。其次基于全寿命周期理论,建立储能系统成本模型,最后以电厂在全寿命周期内的综合收益最大化为目标函数,基于大量历史运行数据,采用基于分布式计算技术的粒子群优化算法进行仿真寻优,得到准确性较高的储能系统最优配置容量和功率。最后通过算例说明了储能系统辅助调频的效果以及分布式计算技术应用的必要性。