[发明专利]一种可变速抽蓄机组在工况转换过程中调速器和变流器的协调控制方法

说明书

本发明涉及一种可变速抽蓄机组在工况转换过程中调速器和变流器的协调控制方法。可变速抽蓄机组运行工况多，工况转换频繁，转换过程复杂，合理的工况转换控制对于机组安全稳定运行至关重要。然而，与常规抽蓄机组不同，可变速机组受调速器和变流器共同的控制。调速器控制的导叶‑水泵水轮机系统相对缓慢的机械转矩响应特性与变流器快速的电磁转矩响应特性之间的不匹配，导致工况转换控制更加困难。为此，本发明一共一种相应的柔性工况转换协调控制策略，包括柔性自启动、切入控制、稳态运行和切出控制四个主要阶段。在工况转换过渡过程中，通过协调调速器和变流器，使机组安全、快速而又柔和地实现工况转换，并且转换各阶段之间衔接平滑。

技术领域

本发明涉及抽水蓄能领域，具体是指一种可变速抽蓄机组在工况转换过程中调速器和变流器的协调控制方法

背景技术

双馈式可变速抽水蓄能机组是一种新型的水力储能-发电系统，具备经济性高、容量大、功率调节范围宽和速度快的特点。在大规模可再生能源接入电网的背景下，可变速机组能承担调峰、填谷、调频等任务，助力清洁能源消纳，维持电网频率稳定和提高电网安稳水平。

可变速抽蓄机组工况种类繁多，例如典型的静止、启动、发电、抽水、同步调相和旋转备用等。通常还要求机组能根据电网的需要，频繁、迅速、灵活地在不同工况间转换。因此，合理的工况转换控制是机组安全、稳定工作的前提。

然而，与传统机组不同，可变速机组转子的转速独立于电网频率。机组转速受调速器-导叶-水泵水轮机系统和变流器-交流励磁系统的双重控制。由于调速器系统和变流器系统响应的时间尺度相差百倍(前者为秒级，后者为几十毫秒级)，在机组运行过程中，任一方的响应必然导致机组转速的波动，严重时造成机组运行失稳。由此，调速器系统和变流器系统之间响应的不匹配，使可变速机组的工况转换控制更加复杂，难度更高。此外，可变速机组的水力-机械部分和电气-电子部分的耦合程度相对较弱，两部分的控制相对传统机组更加独立。并且，工况转换过程中，机组各机械、电气部件的运行状态改变剧烈，若两部分的控制不协调，更易导致机组失稳。

随着可变速机组容量的不断加大(最高500MW级)，机组失稳对运营商和电网的损失越来越大。在工况转换过程中，如何对调速器系统和变流器系统进行协调的控制，使机组安全、可靠、快速地由一种工况过渡到另一种工况，已经成为必须探讨的重要课题。

当前，虽然已有少量文献报道了可变速机组的工况转换研究，如文献[2]提出了一种基于恒电压/频率比的可变速机组平滑启动和再生制动方法。文献[3]提出了抽水工况下可变速机组的开环VF启动控制及基于状态观测器的闭环自启动方法。但总体而言，目前已有的关于可变速机组工况转换的研究，仅局限于工况转换过程的单一阶段，未从该过程的全局对机组控制方法、动态响应特性以及不同阶段之间的平滑衔接进行考虑。这将导致单一的控制策略无法使机组整体的性能较佳。

尽管传统抽蓄机组完整的工况转换控制已有报道，但可变速机组与传统机组在结构、励磁方式和控制方法上差异均较大，传统机组的控制方法无法适应该机组。总而言之，针对可变速机组在整个工况转换过渡过程中，调速器系统和变流器系统之间的协调控制研究，仍然十分缺乏。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提出了可变速抽蓄机组在工况转换过渡过程中，调速器和变流器间的多阶段柔性协调控制策略。目的是实现可变速机组安全、可靠、迅速的工况转换控制，并且工况转换的各阶段间衔接平滑。

发明的目的是这样实现的：

一种可变速抽蓄机组在工况转换过程中调速器和变流器的协调控制方法，其特征在于，针对水泵水轮机模式下由静止转发电和发电转静止2种工况，包括柔性自启动、柔性切入控制、柔性模式切换、负载率提升、稳态运行和柔性切出控制。

柔性自启动：用于对调速器进行控制，将导叶的开度逐渐调至空载开度，将机组转子的转速快速而以很小的超调量拉至同步转速附近。过程中，通过自启动算法，使机组的转速以近似恒定的加速度线性地增大；