一种全功率变速可逆式抽水蓄能机组变流器功率控制方法技术

一种全功率变速可逆式抽水蓄能机组变流器功率控制方法，所述的功率控制方法包含调度功率接收、锁相测速、异常转速控制、定子电压控制、有功电流计算五个环节。锁相测速环节采集发电电动机的定子三相电压U

【技术实现步骤摘要】
一种全功率变速可逆式抽水蓄能机组变流器功率控制方法
本专利技术涉及一种全功率变速可逆式抽水蓄能机组变流器功率控制方法。
技术介绍
抽水蓄能电站运行灵活可靠、工况转换迅速、环境压力小，是到现在为止公认的最成熟、最经济、容量最大的储能方式，可在削峰填谷、平滑规模化可再生能源输出功率方面发挥重要作用。根据《国家发展改革委关于促进抽水蓄能电站健康有序发展有关问题的意见》，到2025年，全国抽水蓄能电站总装机容量预计达到1亿kW，占全国电力总装机的4％左右。但目前，全国抽水蓄能电站装机几乎全为定速机组，还不足以应对电网近年来出现的大规模快速功率波动的迫切需求。采用可变速技术的抽水蓄能电站，不仅可以快速调节有功功率和无功功率来提高系统的稳定性和快速响应能力，实现机电系统的柔性连接，提高发电效率，还可以有效控制电网负荷频率，平衡可再生能源引起的频率波动，改善电能质量。全功率变流器(FullSizeConverter,FSC)变速可逆式抽水蓄能技术是控制电网负荷频率，平衡可再生能源发电波动的有效手段，具有调节范围宽、动态响应快的特点。但由于水锤的作用，水力发电机组调节初期存在反调特性，在支撑电网快速频率变化的同时，必须兼顾机组工作的安全。论文“李俊辉.可变速抽水蓄能机组发电工况一次调频特性研究”研究了有功功率控制器参数对功率响应的影响，通过在转速调节器中引入附加功率前馈控制实现功率响应优化，未考虑机组安全工作的转速区间；专利201910733726.9“一种基于抽水蓄能机组的风光互补发电系统”通过对抽水蓄能系统的控制，能够有效减小风力发电系统和光伏发电系统由于波动性对电网造成的冲击，从而提高风光互补发电系统频率的相对稳定，也未考虑抽蓄机组安全工作的转速区间。论文“饶成骄等.考虑水轮机水锤效应的电网频率变化的解析方法”通过合理简化的水轮机-调速器系统,将水轮机导水叶开度动作过程近似为斜坡,并推导了计及旋转备用及水锤效应的电网频率响应解析解,进一步分析了水锤效应对电网频率的影响，未考虑优化功率响应。
技术实现思路
本专利技术克服现有技术的不足，提出一种全功率变速可逆式抽水蓄能机组变流器功率控制方法，实现全功率变速可逆式抽水蓄能机组的功率控制，可有效应对水锤作用相关的反调特性对机组的不利影响，使抽水蓄能机组既能满足在正常转速区间时快速响应功率调度指令，又能满足机组转速超出正常转速区间ω＜ωLow或ω＞ωHigh后通过输出转速异常附加有功功率PAUX的方式将机组转速拉回正常转速区间，保障抽水蓄能机组工作的安全。全功率变速可逆式抽水蓄能机组，简称抽水蓄能机组，又称机组，包含水泵水轮机、发电电动机、励磁系统、全功率变流器、调速器和协同控制装置六部分。其中全功率变流器包含控制单元和主电路两部分，主电路分为网侧变换器和机侧变换器，网侧变换器连接电网，机侧变换器连接机组的发电电动机定子。本专利技术功率控制方法在全功率变流器的控制单元中实现。所述控制单元的输入为协同控制装置下发的功率调度指令PAGC、发电电动机的定子三相电压Usabc和定子三相电流Isabc，所述控制单元的输出为定子d轴电流参考IsdRef和定子q轴电流参考IsqRef。在全功率变流器控制单元中，所述输出的定子d轴电流参考IsdRef和定子q轴电流参考IsqRef经过定子电流闭环控制和脉冲宽度调制(PulseWidthModulation，PWM)后生成PWM信号SPWM，控制全功率变流器主电路中的电力电子器件开通与关断，完成机组的功率控制。本专利技术功率控制方法可有效应对水锤作用相关的反调特性对机组的不利影响，使机组既能在正常转速区间内实现功率快速调节，又能在转速超出正常转速区间后将机组转速快速拉回正常的转速区间，保障机组工作的安全。本专利技术功率控制方法包含锁相测速环节、调度功率接收环节、异常转速控制环节、定子电压控制环节和有功电流计算环节。锁相测速环节采集发电电动机的定子三相电压Usabc和定子三相电流Isabc，输出机组转速ω，输出定子d轴电压Usd和定子q轴电压Usq；调度功率接收环节输入锁相测速环节输出的机组转速ω，采用通讯方式接收协同控制装置下发的功率调度指令PAGC，输出有符号调度下发有功功率PAGCS；异常转速控制环节输入锁相测速环节输出的机组转速ω，输出转速异常附加有功功率PAUX；定子电压控制环节输入锁相测速环节输出的机组转速ω、定子d轴电压Usd和定子q轴电压Usq，输出定子d轴电流参考IsdRef；有功电流计算环节输入调度功率接收环节输出的有符号调度下发有功功率PAGCS、异常转速控制环节输出的转速异常附加有功功率PAUX、定子电压控制环节输出的定子d轴电流参考IsdRef、锁相测速环节输出的机组转速ω、定子d轴电压Usd和定子q轴电压Usq，输出定子q轴电流参考IsqRef。以下对各个环节的功能进行详细描述。(1)锁相测速环节锁相测速环节采集发电电动机的定子三相电压Usabc和定子三相电流Isabc，输入参数为发电电动机q轴电感Lq；采集的定子三相电压Usabc经3s/2r坐标变换后得到定子d轴电压Usd和定子q轴电压Usq；采集的定子三相电流Isabc经3s/2r坐标变换后得到定子d轴电流Isd和定子q轴电流Isq；定子q轴电流Isq乘以发电电动机q轴电感Lq再乘以机组转速ω得到q轴电枢反应ωLqIsq，定子d轴电压Usd减去q轴电枢反应ωLqIsq的差值进入转速环PI调节器进行闭环控制，输出机组转速ω。锁相目标为Usd＝IsqωLq。锁相测速环节输出机组转速ω，输出定子d轴电压Usd和定子q轴电压Usq。(2)调度功率接收环节调度功率接收环节采用工业总线通讯方式接收协同控制装置下发的功率调度指令PAGC，输入锁相测速环节输出的机组转速ω，输出有符号调度下发有功功率PAGCS。从功率调度指令PAGC到有符号调度下发有功功率PAGCS计算方法如公式(1)所示：公式(1)中，ω为机组转速。在公式(1)中，当机组转速ω大于等于0时，PAGCS＝-PAGC，当机组转速小于0时，PAGCS＝PAGC。公式(1)使机组满足正转发电和反转抽水两种工况功率调度需求。(3)异常转速控制环节异常转速控制环节输入机组转速ω，输入参数包含额定转速ωRate、允许最低转速ωLow、允许最高转速ωHigh，转速环PI调节器相关的抗饱和系数ω_KC、最小输出限幅ω_OLLim和最大输出限幅ω_OHLim；输出转速异常附加有功功率PAUX。异常转速控制环节实质为带滞环的抗饱和PI调节器，包含滞环和抗饱和PI调节器两部分。机组额定转速ωRate减去机组转速ω得到机组转速误差ωErr，机组转速误差ωErr进入滞环，滞环输入ωErr到滞环输出ωErrH的计算方法如公式(2)所示：式(2)中，ωLow为允许最低转速，ωHigh为允许最高转速。在公式(2)中，当机组转速ω满足时，滞环输出ωErrH为0；当机组转速ω小于允许最低转速ωLow时，滞环输出ωErrH等于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全功率变速可逆式抽水蓄能机组变流器功率控制方法，所述的全功率变速可逆式抽水蓄能机组包含水泵水轮机、发电电动机、励磁系统、全功率变流器、调速器和协同控制装置六部分；其中全功率变流器包含控制单元和主电路两部分，主电路分为网侧变换器和机侧变换器，网侧变换器连接电网，机侧变换器连接机组的发电电动机定子，其特征在于：所述的功率控制方法在全功率变流器控制单元中实现；所述的功率控制方法包含锁相测速、调度功率接收、异常转速控制、定子电压控制和有功电流计算五个环节；所述的锁相测速环节采集发电电动机的定子三相电压U

【技术特征摘要】
1.一种全功率变速可逆式抽水蓄能机组变流器功率控制方法，所述的全功率变速可逆式抽水蓄能机组包含水泵水轮机、发电电动机、励磁系统、全功率变流器、调速器和协同控制装置六部分；其中全功率变流器包含控制单元和主电路两部分，主电路分为网侧变换器和机侧变换器，网侧变换器连接电网，机侧变换器连接机组的发电电动机定子，其特征在于：所述的功率控制方法在全功率变流器控制单元中实现；所述的功率控制方法包含锁相测速、调度功率接收、异常转速控制、定子电压控制和有功电流计算五个环节；所述的锁相测速环节采集发电电动机的定子三相电压Usabc和定子三相电流Isabc，输出机组转速ω，输出定子d轴电压Usd和定子q轴电压Usq；所述的调度功率接收环节采用通讯方式接收协同控制装置下发的功率调度指令PAGC，输入锁相测速环节输出的机组转速ω，输出有符号调度下发有功功率PAGCS；所述的异常转速控制环节输入锁相测速环节输出的机组转速ω，输出转速异常附加有功功率PAUX；所述的定子电压控制环节输入锁相测速环节输出的机组转速ω、定子d轴电压Usd和定子q轴电压Usq，输出定子d轴电流参考IsdRef；所述的有功电流计算环节输入调度功率接收环节输出的有符号调度下发有功功率PAGCS、异常转速控制环节输出的转速异常附加有功功率PAUX、定子电压控制环节输出的定子d轴电流参考IsdRef，锁相测速环节输出的机组转速ω、定子d轴电压Usd和定子q轴电压Usq，输出定子q轴电流参考IsqRef；所述的功率控制方法输出的定子d轴电流参考IsdRef和定子q轴电流参考IsqRef经过定子电流闭环控制和脉冲宽度调制后生成PWM信号SPWM，控制主电路中的电力电子器件开通与关断，完成抽水蓄能机组的功率控制。


2.根据权利要求1所述的功率控制方法，其特征在于：所述的调度功率接收环节采用工业总线通讯方式接收协同控制装置下发的功率调度指令PAGC；输入锁相测速环节输出的机组转速ω，输出有符号调度下发有功功率PAGCS；从功率调度指令PAGC到有符号调度下发有功功率PAGCS的计算方法如公式(1)所示：



在公式(1)中，当抽水蓄能机组转速ω大于等于0时，PAGCS＝-PAGC；当抽水蓄能机组转速ω小于0时，PAGCS＝PAGC；公式(1)使抽水蓄能机组满足正转发电和反转抽水两种工况功率调度需求。


3.根据权利要求1所述的功率控制方法，其特征在于：所述的异常转速控制环节输入机组转速ω，包含滞环和抗饱和PI调节器两部分；机组额定转速ωRate减去机组转速ω得到机组转速误差ωErr，机组转速误差ωErr进入滞环，滞环输...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕佃顺，许洪华，王立鹏，冯莉，张彦欢，赵世雄，王朝，赵栋利，武鑫，
申请(专利权)人：北京科诺伟业科技股份有限公司，江苏国科智能电气有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11