[发明专利]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

说明书

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_sabc和定子三相电流I_sabc，输出机组转速ω；调度功率接收环节根据功率调度指令P_AGC输出有符号调度下发有功功率P_AGCS；异常转速控制环节输出转速异常附加功率P_AUX；定子电压控制环节对定子电压进行闭环控制，输出定子d轴电流参考I_sdRef；有功电流计算环节输出定子q轴电流参考I_sqRef。功率控制方法输出的定子d轴电流参考I_sdRef和定子q轴电流参考I_sqRef经过定子电流闭环控制和PWM调制后输出PWM信号S_PWM，控制主电路电力电子器件的开通关断，实现机组功率快速响应的同时保障机组运行安全。

技术领域

本发明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。

背景技术

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(Full SizeConverter,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。

发明内容

本发明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＜ω_Low或ω＞ω_High后通过输出转速异常附加有功功率P_AUX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。