[发明专利]全功率变频水轮机工况快速有功功率响应运行方法和系统

说明书

本发明属于抽水蓄能技术领域，涉及一种全功率变频水轮机工况快速有功功率运行方法、系统和可读介质，包括：根据水轮机模型综合特性曲线，确定导叶开度；保持导叶开度不变，确定水轮机转速变化的限定范围，根据限定范围，确定水轮机功率限定变化幅值；允许全功率变频器输出功率在水轮机功率限定变化幅值内发生阶跃变化，使水轮机组转速快速变化，引起机组转动部分储存能量与水轮机有功功率输出能量相对电网而言发生同向增减的快速变化，从而实现有功功率快速响应。其解决了现有抽水蓄能机组水轮机工况和常规水轮机组运行方法之不足，为电力系统提供了一种具有毫秒级快速有功功率响应能力的抽水蓄能机组运行方法。

技术领域

本发明涉及一种全功率变频水轮机工况快速有功功率运行方法、系统和可读介质，属于抽水蓄能技术领域，特别属于全功率变频抽水蓄能技术领域。

背景技术

目前，电力系统呈现出高比例新能源、高比例电力电子化的特点，电力系统在供需平衡、系统调节、控制保护和建设成本等方面都将面临一系列新的挑战。开展“新能源+调节性电源”模式研究以提高电源侧出力的可靠性和稳定性显得尤为重要。

抽水蓄能电站是公认的寿命周期长、容量大、可靠性高、较为经济、技术成熟且环境友好的储能方法。传统的定速抽水蓄能机组在水轮机工况运行时，由于受活动导叶动态特性的限制，有功功率调节速度相对较慢，并且实际定速运行区域偏离最优效率区，从而导致运行效率相对较低。20世纪90年代发展起来的交流励磁变速抽水蓄能机组，通过改变机组转速，使得水轮机有功功率调节的响应速度有所提升，但交流励磁变速抽水蓄能机组的变速范围一般不超±10％额定转速，从而使其运行方法和调节范围受到了限制。

常规水轮发电机组不配备变频装置，参与电网调峰依靠调速器增加或者减少导叶开度调节机组出力来实现，同样不具备为电力系统提供类似电化学储能设备的快速有功功率调节的功能。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种全功率变频水轮机工况快速有功功率运行方法、系统和可读介质，其解决了上述现有水轮发电机组运行方法之不足，为电力系统提供了一种具有毫秒级快速有功功率响应能力的抽水蓄能机组运行方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种全功率变频水轮机工况快速有功功率响应运行方法，包括：根据水轮机模型综合特性曲线，确定导叶开度；保持导叶开度不变，确定水轮机转速变化的限定范围，根据限定范围，确定水轮机功率限定变化幅值；允许全功率变频器输出功率在水轮机功率限定变化幅值内发生阶跃变化，使机组转速快速变化，引起机组转动部分储存能量与水轮机有功功率输出能量相对电网而言发生同向增减的快速变化，从而实现有功功率快速响应。

进一步，有功功率快速响应最终使有功功率的变化幅值等于选定导叶开度下，且在限定水轮机转速变化的范围内，水轮机实际转速变化引起的水轮机功率的变化幅值。

进一步，确定导叶开度的方法为：获取水轮机模型综合特性曲线，在水轮机模型综合特性曲线上，根据允许的最低水轮机模型效率和允许的最大压力脉动相对幅值选定水轮机的单位转速范围，根据单位转速范围确定最低单位转速和最高单位转速，计算各等开度线上最低单位转速和最高单位转速分别对应的单位流量与模型效率的乘积Q₁₁*η_M*值，计算二者的差值，选择二者差值最大的等开度线对应的导叶开度，该导叶开度即为最终确定的导叶开度，其中，Q₁₁是单位流量，η_M*是水轮机模型效率。

进一步，转速变化限定范围的计算公式为：