功率方向电力系统稳定器在抽水蓄能同步电机上的应用

基于阻尼绕组作用的单机无穷大系统线性化c1-c12模型,分析了常规PSS（电力系统稳定器）附加磁阻尼力矩的符号与抽水蓄能同步电机运行工况的关系,提出了功率方向PSS的设计思想,并对功率方向PSS在抽水蓄能同步电机各种运行方式下的作用进行了研究。功率方向PSS可辨别抽水蓄能电机的发电和抽水工况并相应改变PSS增益的符号。常规PSS在抽水工况下将产生负的电磁阻尼力矩,不能直接用于抽水蓄能同步电机;抽水蓄能同步电机宜采用可辨别发电和抽水工况的功率方向PSS;针对迟相发电重载工况设计的功率方向PSS对抽水蓄能电机的各种工况具有良好的适应性。     

变速抽水蓄能电机在发电工况不同转速下磁场和损耗研究

本文对变速抽水蓄能发电电动机的电压方程、磁链方程、电磁转矩方程和运动方程进行了推导，并建立了10MW变速抽水蓄能发电电动机二维电磁场的数学方程和物理模型，对变速抽水蓄能发电电动机的电磁场数学方程进行了计算，得到了变速抽水蓄能电机在发电机工况下超同步速时定子电压和定子电流的波形，分析了变速抽水蓄能电机在发电机工况下不同转速时磁密的分布规律，研究了不同转速下定子铁芯损耗和转子铁芯损耗占总铁芯损耗比例的变化规律。搭建了10MW变速抽水蓄能发电电动机样机试验测试平台，通过试验测试得到的结果与计算结果较为接近。     

交流励磁抽水蓄能机组暂态特性仿真分析

不同于常规抽水蓄能机组,基于交流励磁电机的抽水蓄能机组可实现变速,具有提高机组工况运行效率和增强系统暂态运行稳定性的优点。本文通过建立其仿真模型,重点对其负荷扰动特性及电网侧故障的暂态特性进行仿真分析,为该机组的实际应用提供理论支撑。首先,结合交流励磁抽水蓄能机组运行特点,根据可逆水泵水轮机运行模式;分别建立了水轮机模式和水泵模式下的数学模型;结合交流励磁电机的数学模型,建立交流励磁抽水蓄能机组的联合仿真模型。其次,结合可逆水泵水轮机和交流励磁控制策略,给出了交流励磁抽水蓄能机组发电工况采用功率励磁、电动工况采用转速+功率励磁的系统控制框图。最后,基于Matlab/Simulink仿真平台搭建系统仿真模型,并对交流励磁抽水蓄能机组发电、电动工况下负荷扰动特性以及电网侧故障的暂态运行性能进行仿真分析。     

抽水蓄能电站发电电动机端部磁场及结构件损耗分析计算

发电电动机是抽水蓄能机组的关键设备,机组频繁的变工况运行提高了对发电电动机端部绕组和结构件的电磁、机械性能要求,增加了其设计难度。准确计算其端部磁场及结构件损耗是绕组和结构件设计的前提,也是预判机组能否稳定运行的依据。针对抽水蓄能机组发电电动机整机数值分析困难的现状,提出2D-3D耦合、运动-电磁耦合的时步有限元法,并以一台280MW抽水蓄能发电电动机为例进行了端部磁场及结构件损耗的计算分析。首先采用2D运动-电磁耦合时步有限元法,结合运行工况的端点迭代法求取发电电动机工作点,并将计算结果与实测值进行对比。在此基础上,建立发电电动机端部2D-3D耦合、运动-电磁耦合时步有限元模型,将2D计算结果作为约束条件,计算分析了额定发电和额定电动工况下发电电动机端部磁场及结构件损耗的分布规律,并进一步讨论端部结构参数变化对端部结构件中涡流损耗的影响,为抽水蓄能发电电动机端部绕组及结构件的设计提供了理论依据。     

双馈变速抽水蓄能全工况转换过程建模与仿真

双馈变速抽水蓄能机组具有运行范围宽、功率调节速度快并能兼顾发电、抽水工况最优效率的优点,同时也赋予了其运行工况多、工况转换频繁的特点。然而,现有双馈变速抽蓄的仿真建模仅以单一发电或抽水工况为主,并未充分体现变速抽蓄工况转换的特性和优势。因此,文章建立了可在发电与抽水工况间转换的双馈变速抽水蓄能机组机电暂态模型。该模型不仅可以在稳态运行时实现有功无功解耦控制和最佳导叶开度及最优转速的跟踪,还可以平滑地实现发电工况和抽水工况下的转换过渡过程。基于Matlab/Simulink建立了双馈变速抽水蓄能机电暂态模型,以停机、发电、抽水等工况间转换等场景为例,仿真验证了所建模型的有效性和正确性。     

基于时步有限元的抽水蓄能电机瞬态参数计算方法的对比

为准确计算抽水蓄能电机分别运行于发电及电动工况时的瞬态参数,本文基于单元电机建立了抽水蓄能电机的场路耦合时步有限元模型。采用包络线法得到空载突然三相短路时电机的瞬态参数(简称包络线法),同时用冻结磁导率法得到空载突然三相短路时定转子绕组漏抗及电枢反应电抗,由各瞬态参数定义式得到瞬态参数(简称冻结磁导率法)。将冻结磁导率法计算值与设计值分别代入短路电流解析式中得到短路电流波形,与时步有限元仿真波形相比,冻结磁导率法计算波形与之更为接近。将这两种瞬态参数计算方法应用于实验室6极反装水轮发电机,与实验结果对比验证了两种计算方法的有效性和可行性。     

抽水蓄能机组电动工况下进相运行特性研究与实测分析

抽水蓄能机组可运行在发电及电动工况,其静态稳定极限及功角计算与火电隐极机组不同,本文从静态稳定极限角度出发,对比发电工况下隐极机与凸极机功角的计算结果,分析电动工况下功角特性,最终提出电动工况下进相运行功角计算方法。通过对抽水蓄能机组电动工况下进相运行数据实测及现场校核,验证了计算方法的正确性。本文的研究结论可为调度部门对该类型机组多工况无功平衡和系统电压调整提供参考和数据支持。     

基于SCADA及时域最小二乘法的抽水蓄能电站发电机多工况参数辨识

为了辨识抽水蓄能电站发电机多种运行工况下的模型参数,通过建立发电机的微分方程模型,并经过数学推导建立了发电机实测数据变量与发电机待辨识参数数学关系。基于时域最小二乘法的原理,给出了发电机各工况下适用的参数辨识方法,并通过抽水蓄能电站的SCADA(supervisory control and data acquisition)数据采集系统获得运行数据并对各工况参数进行辨识。仿真验算运用南方电网某抽水蓄能在发电和抽水两种工况下的实际运行数据,通过编制C++程序分析计算得到发电工况和抽水工况下的抽水蓄能整个发电机系统的参数值。将参数值与实际铭牌值相比,误差不超过5%。仿真结果表明,运用高采样速度的实时运行数据,能够激发抽水蓄能机组的暂态和次暂态过程。这种经过采样数据和公式推导相结合的辨识方法比通过传统做实验的辨识方法更简单、方便、有效,且适合抽水蓄能机组多工况运行的特点。     

Parameters＇ Identification of Generator in Pumped Storage Station Based on SCADA Data

为了辨识抽水蓄能电站发电机多种运行工况下的模型参数,通过建立发电机的微分方程模型,并经过数学推导建立了发电机实测数据变量与发电机待辨识参数数学关系。基于时域最小二乘法的原理,给出了发电机各工况下适用的参数辨识方法,并通过抽水蓄能电站的SCADA（supervisory control and data acquisition）数据采集系统获得运行数据并对各工况参数进行辨识。仿真验算运用南方电网某抽水蓄能在发电和抽水两种工况下的实际运行数据,通过编制C＋＋程序分析计算得到发电工况和抽水工况下的抽水蓄能整个发电机系统的参数值。将参数值与实际铭牌值相比,误差不超过5%。仿真结果表明,运用高采样速度的实时运行数据,能够激发抽水蓄能机组的暂态和次暂态过程。这种经过采样数据和公式推导相结合的辨识方法比通过传统做实验的辨识方法更简单、方便、有效,且适合抽水蓄能机组多工况运行的特点。     

抽水蓄能机组和主变保护闭锁逻辑研究

抽水蓄能机组具有发电、抽水、发电方向调相、抽水方向调相等多种工况,因为各工况运行方式不尽相同,抽水蓄能机组和主变保护设置也与常规水电厂有所区别,为了保证电网安全和供电质量,以广州蓄能水电厂为例,分析了抽水蓄能机组和主变保护在不同工况下保护配置及闭锁逻辑设定上所采取的策略,介绍了当机组处于不同工况运行时各保护的闭锁情况,为其它抽水蓄能机组的运行提供借鉴。     

抽水蓄能机组孤网运行稳定特性分析

由于抽水蓄能机组抽水调相转为抽水工况,后加负荷速度不可控,启停过程中负荷跃变剧烈,孤网期间容易影响电网频率稳定.为着力解决长期以来困扰海南电网"大机小网"下的频率稳定问题以及排查可能存在的安全稳定威胁,文章依据抽水蓄能机组同步机、水轮机及其调速器的数学模型,构建了水轮机调速器环节与同步机转子运动环节的动态反馈线性化模型.通过BPA仿真计算,研究了水轮机调速器动态对抽水蓄能机组的频率稳定性的影响.通过计算海南电网频率稳定性与机组功角稳定性,确定了抽水蓄能机组单机最大容量.该研究为未来海南电网稳定运行、抽水蓄能机组孤网运行提供了可靠的借鉴.     

抽水蓄能电机调相运行时的动态稳定性能分析

文章针对抽水蓄能电机调相运行时的动态稳定性进行了分析,并以单机－无限大系统为例给出了计算结果。研究表明：抽水蓄能电机调相运行时,主要是阻尼绕组产生的阻尼转矩抑制低频振荡,保持其运行的动态稳定性。     

抽水蓄能电站发电-电动机转子磁极引线强度的有限元分析及改进措施

针对抽水蓄能电站发电-电动机转子磁极引线易发生故障的问题,利用有限元法对现有一台222MVA发电-电动机转子磁极引线在不同工况下的强度进行了系统分析,在此基础上,提出了改进的磁极引线结构并对其强度进行了对比分析。结果表明:采用改进的磁极引线结构可以优化应力在引线上的分布,明显改善发电-电动机转子磁极引线易发生故障的现象。通过实验验证了文中仿真分析结果及改进磁极引线结构的有效性。     

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。     

变速抽水蓄能和直驱风电系统的阻抗建模及稳定性分析

变速抽水蓄能和直驱风电联合运行系统中存在多种电力电子装置,且运行工况复杂,亟须对该类系统的稳定性进行深入研究.在构造双馈感应电动机小信号模型时,把双馈感应电动机转速作为变量,并引入水泵水轮机小信号模型,建立了d-q-0坐标系下联合运行系统的宽频段阻抗模型;同时对不同工况、不同参数下的系统稳定性进行了相应的分析.分析结果表明:系统在快速转速控制方式下稳定性受电气侧参数影响更大;对于变速抽水蓄能机组与直驱风电机组,前者锁相环阻尼比的减小会增大后者锁相环阻尼比的稳定域,二者控制器积分参数间也存在一定程度的耦合.最后,通过仿真验证了理论分析的正确性.     

大功率缺失下抽水蓄能机组分阶段有功控制方法与实现

为了提高大功率缺失下抽水蓄能机组参与故障恢复的能力,提出了抽水蓄能机组分阶段有功控制方法。首先,基于抽水蓄能电站运行特点,构建了抽水蓄能机组参与有功控制的数学模型;其次,为满足大功率缺失下断面和频率的控制需求,提出了考虑机组安全运行约束的抽水蓄能机组分阶段有功控制方法;最后,结合在特高压受端省级电网的应用实践,验证了所述方法在大功率缺失下提升抽水蓄能机组响应能力的有效性。     

美国电力市场环境下抽水蓄能调度模式分析及启示

抽水蓄能在促进发电资源优化配置、维持电网安全稳定运行方面发挥着重要的作用,合理的抽水蓄能调度模式能够最大化运营商的运行收益和系统效益。美国在电力市场机制和抽水蓄能调度模式方面有成熟的经验,文中主要梳理了美国电力市场环境下抽水蓄能的3种调度模式:自调度、半调度和全调度,比较并分析了优化目标、运行约束、优化效益等主要环节的具体实践及应用区域。此外,以给定地区内抽水蓄能和火电机组联合调度为例,分析了3种调度模式下优化结果的差异及原因。最后,在总结美国抽水蓄能调度模式的基础上,提出了对中国电力市场环境下抽水蓄能调度模式的建议。     

深圳抽水蓄能电站一次系统设计

大型抽水蓄能电站以其工况转换多、运行方式灵活、反应速度快等优点,作为保证电力系统安全稳定运行和灵活经济调度的一种发电方式,其一次系统的设计及设备选型,是抽水蓄能电站设计的重点,存在诸多不同于常规电站之处。通过技术、经济分析比较,采用合适的电气主接线与起动方式,并完成机压设备选型,能保证抽水蓄能电站可靠、安全的运行。     

汽轮发电机小扰动特性及静态稳定性的时步有限元分析

为了研究阻尼绕组和磁场饱和对汽轮发电机小扰动特性及静态稳定性的影响,分别采用经典派克(Park)方程模型与时步有限元(time-stepping finite element method,T-SFEM)模型,对发电机不同工况下发生的小扰动进行仿真计算。在此基础上,结合小信号分析法与普罗尼(Prony)方法,对比分析了不同模型下发电机小扰动过程的动态特性以及系统静态稳定性等相关问题。结果表明,在不考虑阻尼绕组与磁场饱和的情况下,2种模型所得的小扰动特性基本一致,而当计及阻尼绕组或磁场饱和作用时则差别显著;采用派克方程模型计算所得的静态稳定极限功角比时步有限元模型的计算结果偏大。研究结果为系统仿真分析提供了合理参考。