發(fā)布時間：2020-05-08 22:16

【摘要】：隨著電力負荷波動性的不斷增加,電力市場交易的放開,以及可再生能源在世界范圍內(nèi)日益廣泛。電力系統(tǒng)對控制的靈活性提出越來越高的要求。可變速抽水蓄能系統(tǒng)的推廣與應(yīng)用可在解決上述問題中發(fā)揮作用。抽水蓄能機組并網(wǎng)具有諸多優(yōu)勢,可協(xié)調(diào)峰谷負荷、減少負荷不均,改善穩(wěn)定性控制,提高新能源的滲透率,提高—次頻率和交流調(diào)壓能力。本文將對可變速抽水蓄能機組的建模、仿真、控制和應(yīng)用進行研究。抽水蓄能系統(tǒng)將電網(wǎng)互聯(lián)電能在非高峰時段轉(zhuǎn)換為水力勢能(價格較低的電能),然后在高峰時段轉(zhuǎn)換回水力勢能(價格較高的電能)。在異步電機、雙饋感應(yīng)電機和永磁同步電機的應(yīng)用中,可以實現(xiàn)Variable Speed Pumped Storage(VSPS)控制,從而實現(xiàn)對電機的變頻調(diào)速控制。然而,由于其方便的特點,Doubly-Fed Induction Machine(DFIM)得到了廣泛的應(yīng)用。對于變換器,即使在VSPS實現(xiàn)中已經(jīng)應(yīng)用了交交變頻器,直流鏈變換器由于其優(yōu)越的特性,特別是本文所用的三電平電壓源變換器Voltage Sourced Converter(VSC)類型,也具有廣泛的應(yīng)用前景。VSC使DFIM的操作更加靈活多樣。系統(tǒng)中電力電子器件的建模與仿真大多采用離散化方法,該方法對變流器進行詳細表示,需要在—個小的時間尺度內(nèi)進行離散化,然而,由于計算時間和數(shù)據(jù)存儲的局限性,該方法在大型電力系統(tǒng)仿真中及其復(fù)雜,此外,它不適合研究大型電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。在含有可變速抽水蓄能系統(tǒng)的大型電力系統(tǒng)仿真中需要準確、有效和快速的技術(shù),相量模型仿真的提出是解決該問題的一種途徑,該方法可應(yīng)用于電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性以及任意線性系統(tǒng)分析研究,在仿真和控制方面具有明顯優(yōu)勢�；�于相量模型技術(shù),在MATLAB/Simulink平臺上搭建含有水輪機以及三電平變流器的仿真系統(tǒng)。經(jīng)驗證,可變速抽水蓄能系統(tǒng)的相量模型仿真結(jié)果與詳細模型一樣,具有良好的精度,可對系統(tǒng)的暫態(tài)變化過程進行準確描述。矢量控制在交流電機控制中得到了廣泛的應(yīng)用,該方法將三相交流電機的定子電流轉(zhuǎn)化為為兩個正交分量,并用矢量進行可視化,本文控制策略在dq-變換技術(shù)的基礎(chǔ)上進行設(shè)計。換流器分別用于控制有功功率和無功功率,從而將頻率和交流電壓保持為額定值。然而,本文面臨的主要挑戰(zhàn)是由相量模型技術(shù)所引起的電網(wǎng)頻率精度較低得問題,這是由于頻率與功率控制類似,然而電網(wǎng)頻率是開環(huán)的,且忽略了鎖相環(huán)的影響。基于此,本文提出了一種下垂矢量控制方法,并將其應(yīng)用于可變速抽水蓄能機組的有功功率控制回路。此外,交流電壓下垂控制還可實現(xiàn)無功控制,以在緊急情況下支持交流電壓調(diào)節(jié)。對可變速抽水蓄能機組進行頻譜分析以驗證所提出的控制策略的響應(yīng)速度。仿真結(jié)果表明,該控制策略對動態(tài)干擾和穩(wěn)態(tài)性能有較好的控制效果,在應(yīng)急情況下,有下垂控制和無下垂控制的矢量控制有顯著差異。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生功率波動時,頻譜帶寬可滿足快速響應(yīng)的要求。本文對可變速抽水蓄能機組在穩(wěn)定控制、風(fēng)電功率平滑控制、電網(wǎng)頻率和交流電壓控制等方面的應(yīng)用進行了驗證和研究。建立含有300MW/18kV可變速抽水蓄能機組、兩個水電站和一個柴油發(fā)電廠組成的電網(wǎng)(且含有同步發(fā)電機、一個風(fēng)電場和負荷),進行實例研究。算例分析結(jié)果表明,在電壓、頻率和有功功率的穩(wěn)定控制方面,可變速抽水蓄能機組具有良好性能,即使當(dāng)水電站失去一臺發(fā)電機時,可變速抽水蓄能機組仍能避免電網(wǎng)頻率崩潰;通過對風(fēng)電場的實例研究,可變速抽水蓄能機組可實現(xiàn)精確穩(wěn)定的功率控制,可變速抽水蓄能機組能夠有效地補償風(fēng)電場的功率波動,平滑電網(wǎng)功率變化;此外,還驗證了通過可變速抽水蓄能機組可以實現(xiàn)頻率和交流電壓的精確控制�？偠�言之,相量模型仿真對于含有可變速抽水蓄能機組的大型電網(wǎng)的分析和控制設(shè)計是非常有效的。在基于雙饋式可變速抽水蓄能機組中實施頻譜分析和下垂矢量控制策略是實現(xiàn)穩(wěn)定控制、平滑風(fēng)電波動和其他間歇性可再生能源的一個很好的解決方案,且可實現(xiàn)異常擾動時的電網(wǎng)頻率和交流電壓控制。
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TV743

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