CN111355260B - 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 - Google Patents

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 Download PDF

Info

Publication number
CN111355260B
CN111355260B CN202010086386.8A CN202010086386A CN111355260B CN 111355260 B CN111355260 B CN 111355260B CN 202010086386 A CN202010086386 A CN 202010086386A CN 111355260 B CN111355260 B CN 111355260B
Authority
CN
China
Prior art keywords
stator
power
rotating speed
omega
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010086386.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111355260A (zh
Inventor
吕佃顺
许洪华
王立鹏
冯莉
张彦欢
赵世雄
王朝
赵栋利
武鑫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu Guoke Intelligent Electric Co ltd
Beijing Corona Science and Technology Co Ltd
Original Assignee
Jiangsu Guoke Intelligent Electric Co ltd
Beijing Corona Science and Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu Guoke Intelligent Electric Co ltd, Beijing Corona Science and Technology Co Ltd filed Critical Jiangsu Guoke Intelligent Electric Co ltd
Priority to CN202010086386.8A priority Critical patent/CN111355260B/zh
Publication of CN111355260A publication Critical patent/CN111355260A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111355260B publication Critical patent/CN111355260B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B15/00—Controlling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • H02J3/48—Controlling the sharing of the in-phase component
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/22—Current control, e.g. using a current control loop
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/04—Control effected upon non-electric prime mover and dependent upon electric output value of the generator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2101/00—Special adaptation of control arrangements for generators
    • H02P2101/10—Special adaptation of control arrangements for generators for water-driven turbines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

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Usabc和定子三相电流Isabc，输出机组转速ω；调度功率接收环节根据功率调度指令PAGC输出有符号调度下发有功功率PAGCS；异常转速控制环节输出转速异常附加功率PAUX；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IsdRef；有功电流计算环节输出定子q轴电流参考IsqRef。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PWM调制后输出PWM信号SPWM，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。

Description

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
Figure BDA0002382197020000021
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。
本发明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(Pulse Width Modulation，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。本发明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。
本发明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：
Figure BDA0002382197020000031
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：
Figure BDA0002382197020000041
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
Figure BDA0002382197020000042
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ωErr+ωRate-ωLow；当机组转速ω大于允许最高转速ωHigh时，滞环输出ωErrH等于ωErr+ωRate-ωHigh。
滞环输出ωErrH进入抗饱和PI调节器，当滞环输出ωErrH为0时，转速异常附加有功功率PAUX以基于抗饱和系数ω_KC的指数曲线衰减，最终衰减到0；当机组转速ω小于允许最低转速ωLow时，抗饱和PI调节器控制转速异常附加有功功率PAUX减小，防止机组堵转；当机组转速ω大于允许最高转速ωHigh时，抗饱和PI调节控制转速异常附加有功功率PAUX增加，防止机组飞车。转速异常附加有功功率PAUX最小值限幅和最大值限幅分别为ω_OLLim和ω_OHLim。
异常转速控制环节使机组既能满足在正常转速区间
Figure BDA0002382197020000043
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，保障机组工作的安全。异常转速控制环节使机组同时具备抽水工况零转速起动能力。
(4)定子电压控制环节
定子电压控制环节输入机组转速ω、定子d轴电压Usd和定子q轴电压Usq，输入参数为设定磁链ψSet，输出为定子d轴电流参考IsdRef。
根据定子d轴电压Usd和定子q轴电压Usq求取定子电压有效值UsRms，计算公式为
Figure BDA0002382197020000044
机组转速ω的绝对值乘以设定磁链ψSet，得到定子电压参考USet；定子电压参考USet减去定子电压有效值UsRms得到定子电压误差UsErr，采用电压环PI调节器对定子电压误差UsErr进行闭环控制，输出定子d轴电流参考IsdRef。
(5)有功电流计算环节
有功电流计算环节输入有符号调度下发有功功率PAGCS、转速异常附加有功功率PAUX、定子d轴电流参考IsdRef、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。
有符号调度下发有功功率PAGCS加上转速异常附加有功功率PAUX得到最终执行有功功率PRef。最终执行有功功率PRef根据机组转速ω进行符号处理，得到有符号最终执行有功功率PRefS。从最终执行有功功率PRef到有符号最终执行有功功率PRefS的转化关系为
Figure BDA0002382197020000051
当机组转速ω大于等于0时，PRefS＝PRef，当机组转速ω小于0时，PRefS＝-PRef。
根据有符号最终执行有功功率PRefS计算定子q轴电流参考IsqRef，计算公式方法如公式(3)所示：
Figure BDA0002382197020000052
公式(3)中，定子d轴电压Usd乘以定子d轴电流参考IsdRef得到定子d轴有功分量Psd，有符号最终执行有功功率PRefS减去定子d轴有功分量Psd得到定子q轴有功分量Psq，定子q轴有功分量Psq除以定子q轴电压Usq得到定子q轴电流参考IsqRef。有功电流计算环节使机组具备正转发电和反转抽水两种工况时响应功率调度指令和异常转速控制的能力。
本发明的优点在于采用全功率变换器实现全功率变速恒频可逆式抽水蓄能机组的功率控制，使机组在正常的转速区间时，快速响应功率调度指令，快速补偿电网的有功功率缺失，实现一次调频等应用对于快速功率调节的需求。在满足功率快速响应的同时，可有效应对水锤作用相关的反调特性的对机组的不利影响，当快速功率响应过程中转速超出正常的转速区间后，异常转速控制环节输出异常转速附加有功功率，将机组的转速拉回正常转速区间，保障机组工作的安全。
附图说明
图1全功率变速可逆式抽水蓄能机组构成框图；
图2本发明功率控制方法及各环节信号连接框图；
图3本发明锁相测速环节原理图；
图4本发明调度下发功率接收环节和异常转速控制环节原理图；
图5本发明定子电压控制环节原理图；
图6本发明有功电流计算环节原理图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
应用本发明的全功率变速可逆式抽水蓄能机组如图1所示，包含水泵水轮机、发电电动机、全功率变流器、励磁系统、调速器、协同控制装置六部分。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100连接电网，如图1中102，机侧变换器101连接发电电动机定子，如图中103。本发明功率控制方法在全功率变流器的控制单元中实现。所述的控制单元接收协同控制装置下发的功率调度指令PAGC，如图1中110；控制单元采集发电电动机的定子三相电压Usabc和定子三相电流Isabc，如图1中111、112；控制单元输出PWM信号SPWM到主电路，如图1中120。
本发明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，既能实现机组在正常转速区间内的功率快速响应，又能在机组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。
本发明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、有功电流计算五个环节，如图2所示。
如图2所示，锁相测速环节采集发电电动机的定子三相电压Usabc，如图中200；采集定子三相电流Isabc，如图2中201；输出机组转速ω，如图2中202；输出定子d轴电压Usd和定子q轴电压Usq，如图2中203、204；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，如图2中211，调度功率接收环节的输入为锁相测速环节输出的机组转速ω，如图2中210；调度功率接收环节的输出为有符号调度下发有功功率PAGCS，如图2中212。
如图2所示，异常转速控制环节的输入为锁相测速环节输出的机组转速ω，如图2中220，异常转速控制环节的输出为转速异常附加有功功率PAUX，如图2中221。
如图2所示，定子电压控制环节的输入为锁相测速环节输出的机组转速ω，如图2中230，定子d轴电压Usd和定子q轴电压Usq，如图2中231、232；定子电压控制环节的输出为定子d轴电流参考IsdRef，如图2中233。
如图2所示，有功电流计算环节的输入为调度功率接收环节输出的有符号调度下发有功功率PAGCS，如图2中245、异常转速控制环节输出的转速异常附加有功功率PAUX，如图2中244、定子电压控制环节输出的定子d轴电流参考IsdRef，如图2中240、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，如图2中243、242、241；有功电流计算环节的输出为定子q轴电流参考IsqRef，如图2中246。
在全功率变流器控制单元中，本发明功率控制方法输出的定子d轴电流参考IsdRef和q轴电流参考IsqRef经过定子电流闭环控制，如图2中250、251、252、253、254，再经过脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)后生成PWM信号SPWM，如图2中260、261，控制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。
本发明功率控制方法包含以下步骤：
步骤1：全功率变流器控制单元上电读取运行需要的控制参数：机组额定转速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、设定磁链ψSet、发电电动机d轴电感Ld、发电电动机q轴电感Lq；
步骤2：锁相测速环节采集发电电动机的定子三相电压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，如图3中300；采集定子三相电流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，如图中301；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，如图3中302、303；图3中300、301、302、303称之为锁相测速环节的锁相环，锁相目标为Usd＝IsqωLq。
锁相测速环节输出机组转速ω，如图3中312，输出定子d轴电压Usd和定子q轴电压Usq，如图3中310、311；
步骤3：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，如图4中400；输入锁相测速环节输出的机组转速ω，如图4中401；输出有符号调度下发有功功率PAGCS，如图4中403。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。
Figure BDA0002382197020000081
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，如图4中402所示。调度功率接收环节输出有符号调度下发有功功率PAGCS，如图4中的403；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；
步骤4：异常转速控制环节输入机组转速ω，如图4中的410；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进入图4中的滞环411，滞环输入ωErr到滞环输出ωErrH的计算方法如公式(2)所示：
Figure BDA0002382197020000082
在公式(2)中，当机组转速ω满足
Figure BDA0002382197020000083
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ωErr+ωRate-ωLow；当机组转速ω大于允许最高转速ωHigh时，滞环输出ωErrH等于ωErr+ωRate-ωHigh。
图4中，412、413、414、415组成抗饱和PI调节器，其中412为减法器、413为PI调节器、414为抗饱和反馈、415为输出限幅；PI调节器413输出乘以抗饱和系数ω_KC得到抗饱和反馈，如图4中414；在412减法器中，滞环输出ωErrH减去抗饱和反馈的差值进入PI调节器413；当滞环输出ωErrH为0时，转速异常附加有功功率PAUX以基于抗饱和系数Kc的指数曲线衰减，最终衰减到0，如图4中的414；当机组转速ω小于允许最低转速ωLow时，抗饱和PI调节器控制转速异常附加有功功率PAUX减小，防止机组堵转；当机组转速ω大于允许最高转速ωHigh时，抗饱和PI调节器控制转速异常附加有功功率PAUX增加，防止机组飞车。转速异常附加有功功率PAUX最小值限幅和最大值限幅分别为ω_OLLim和ω_OHLim，如图4中的415。异常转速控制环节输出转速异常附加有功功率PAUX，如图4中的416。异常转速控制环节使机组既能满足在正常转速区间
Figure BDA0002382197020000091
时快速响应功率调度指令，又能在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，保障机组工作的安全。异常转速控制环节使机组同时具备抽水工况零转速起动能力。
步骤5：定子电压控制环节输入机组转速ω，如图5中的500；输入定子d轴电压Usd和定子q轴电压Usq，如图5中503、504；机组转速ω绝对值乘以设定磁链ψSet得到定子电压参考USet，如图5中502；根据定子d轴电压Usd和定子q轴电压Usq求取定子电压有效值UsRms，计算公式为
Figure BDA0002382197020000092
如图5中505；定子电压参考USet减去定子电压有效值UsRms得到定子电压误差UsErr，如图5中506；定子电压误差进入电压环PI调节器进行闭环控制，输出定子d轴电流参考IsdRef，如图5中507。定子电压控制环节输出为定子d轴电流参考IsdRef，如图5中508。
步骤6：有功电流计算环节输入有符号调度下发有功功率PAGCS、转速异常附加有功功率PAUX、定子d轴电流参考IsdRef、机组转速ω、定子d轴电压Usd和定子q轴电压Usq；有符号调度下发有功功率PAGCS加上转速异常附加有功功率PAUX得到最终执行有功功率PRef，如图6中600；最终执行功率根据机组转速ω进行符号处理得到有符号最终执行有功功率PRefS，如图6中601；从最终执行有功功率PRef到有符号最终执行有功功率PRefS转化公式为
Figure BDA0002382197020000093
在公式中，当机组转速ω大于等于0时，PRefS＝PRef，当机组转速ω小于0时，PRefS＝-PRef；从有符号最终执行有功功率PRefS到定子q轴电流参考IsqRef计算方法如公式(3)所示：
Figure BDA0002382197020000101
公式(3)中，定子d轴电压Usd乘以定子d轴电流参考IsdRef得到定子d轴有功分量Psd，如图6中602；有符号最终执行有功功率PRefS减去定子d轴有功分量Psd得到定子q轴有功分量Psq，如图6中603；定子q轴有功分量Psq除以定子q轴电压Usq得到定子q轴电流参考IsqRef，如图6中604；有功电流计算环节输出定子q轴电流参考IsqRef，如图6中605。有功电流计算环节使机组具备正转发电和反转抽水两种工况时响应功率调度指令和异常转速控制的适应能力。
步骤7：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，如图2中250、251、252、253、254，再经过脉冲宽度调制(Pulse WidthModulation，PWM)后生成PWM信号SPWM，如图2中260、261，控制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。

Claims (4)

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：
Figure FDA0002382197010000021
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，滞环输入ωErr到滞环输出ωErrH的计算方法如公式(2)所示：
Figure FDA0002382197010000022
在公式(2)中，当抽水蓄能机组转速ω满足
Figure FDA0002382197010000023
时，滞环输出ωErrH为0；当抽水蓄能机组转速ω小于允许最低转速ωLow时，滞环输出ωErrH等于ωErr+ωRate-ωLow；当抽水蓄能机组转速ω大于允许最高转速ωHigh时，滞环输出ωErrH等于ωErr+ωRate-ωHigh；
滞环输出ωErrH进入抗饱和PI调节器，当滞环输出ωErrH为0时，转速异常附加有功功率PAUX以基于抗饱和系数ω_KC的指数曲线衰减，最终衰减到0；当机组转速ω小于允许最低转速ωLow时，抗饱和PI调节器控制转速异常附加有功功率PAUX减小，防止抽水蓄能机组堵转；当机组转速ω大于允许最高转速ωHigh时，抗饱和PI调节器控制转速异常附加有功功率PAUX增加，防止抽水蓄能机组飞车；转速异常附加有功功率PAUX最小值限幅和最大值限幅分别为ω_OLLim和ω_OHLim；异常转速控制环节使机组既能满足在正常转速区间
Figure FDA0002382197010000024
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时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，保障机组工作的安全；异常转速控制环节使机组同时具备抽水工况零转速起动能力。
4.根据权利要求1所述的功率控制方法，其特征在于：所述的有功电流计算环节输入有符号调度下发有功功率PAGCS、转速异常附加有功功率PAUX、定子d轴电流参考IsdRef、机组转速ω、定子d轴电压Usd和定子q轴电压Usq；有符号调度下发有功功率PAGCS加上转速异常附加有功功率PAUX得到最终执行有功功率PRef；最终执行有功功率PRef根据机组转速ω进行符号处理，得到有符号最终执行有功功率PRefS；从最终执行有功功率PRef到有符号最终执行有功功率PRefS的转化关系为
Figure FDA0002382197010000031
当机组转速ω大于等于0时，PRefS＝PRef，当机组转速ω小于0时，PRefS＝-PRef；
根据有符号最终执行有功功率PRefS计算定子q轴电流参考IsqRef，计算公式方法如公式(3)所示：
Figure FDA0002382197010000032
公式(3)中，定子d轴电压Usd乘以定子d轴电流参考IsdRef得到定子d轴有功分量Psd，有符号最终执行有功功率PRefS减去定子d轴有功分量Psd得到定子q轴有功分量Psq，定子q轴有功分量Psq除以定子q轴电压Usq得到定子q轴电流参考IsqRef；有功电流计算环节输出定子q轴电流参考IsqRef；有功电流计算环节使机组具备正转发电和反转抽水两种工况时响应功率调度指令和异常转速控制的适应能力。
CN202010086386.8A 2020-02-11 2020-02-11 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 Active CN111355260B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010086386.8A CN111355260B (zh) 2020-02-11 2020-02-11 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

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010086386.8A CN111355260B (zh) 2020-02-11 2020-02-11 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

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111355260A CN111355260A (zh) 2020-06-30
CN111355260B true CN111355260B (zh) 2022-06-07

Family

ID=71194244

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010086386.8A Active CN111355260B (zh) 2020-02-11 2020-02-11 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

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111355260B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113507239B (zh) * 2021-07-16 2022-05-27 中南大学 一种无物理刹车爬壁机器人用驱动系统及方法
CN115693724B (zh) * 2022-11-09 2024-01-26 阿坝水电开发有限公司 一种用于双并网模式变速恒频抽水蓄能电站的控制方法
CN115996009B (zh) * 2022-11-24 2024-03-08 苏州艾利特机器人有限公司 一种协作机器人电机环路控制系统及制动方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8693220B2 (en) * 2011-10-26 2014-04-08 General Electric Company System for improved wind turbine generator performance
CN203101509U (zh) * 2012-11-02 2013-07-31 国家电网公司 一种抽水蓄能电站智能频率表
CN104242768B (zh) * 2014-09-11 2016-01-20 天津大学 一种应用于多电机控制系统的有限状态模型预测控制方法
CN108539779A (zh) * 2018-02-09 2018-09-14 南瑞集团有限公司 基于mmc的全功率可变速抽水蓄能系统
CN109308005B (zh) * 2018-09-10 2022-01-28 东方电气自动控制工程有限公司 一种基于工况寻优的变转速抽水蓄能机组协调控制方法
CN110165702B (zh) * 2019-05-16 2021-01-19 科诺伟业风能设备（北京）有限公司 全功率变速抽水蓄能机组一次调频协调控制系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN111355260A (zh) 2020-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111355260B (zh) 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
EP2315345B1 (en) Grid fault ride-through for current source converter-based wind energy conversion systems
CN110165702B (zh) 全功率变速抽水蓄能机组一次调频协调控制系统
CN101123352B (zh) 风力发电系统的背靠背变流器及其环流控制方法
US8030791B2 (en) Current source converter-based wind energy system
CN110071531B (zh) 一种大规模储能与永磁风力发电协调控制系统及方法
CN110994685B (zh) 一种基于自适应虚拟惯性参数的优化控制方法
CN110611331B (zh) 一种并网电力电子设备对电网频率的支撑方法
CN109980670B (zh) 一种双馈风电变流器直流母线电压控制方法
Liu et al. Control design of the brushless doubly-fed machines for stand-alone VSCF ship shaft generator systems
KR20110009072A (ko) 풍력 발전 장치 및 그 제어 방법
EP2926002A1 (en) Power plant generation system, method for controlling wind turbine generators, power plant controller and wind turbine generator
CN106877402A (zh) 双馈风力发电机组双pwm变换器系统的协调控制方法
CN111969649B (zh) 弱电网下提升双馈风机功率传输极限的控制方法及系统
CN110867894B (zh) 一种自主惯量响应的动态分频风力发电系统
CN112968471B (zh) 一种新能源发电装备对电网频率的主动支撑控制方法
CN112436766B (zh) 一种无刷双馈发电机抗负载扰动控制装置及方法
EP2017953A2 (en) Variable speed drive system
CN112039090B (zh) 一种变速恒频抽蓄机组频率控制及功率响应性能提升方法
Yan et al. A novel converter system for DFIG based on DC transmission
CN112217238A (zh) 一种无刷双馈发电机系统及其控制方法
CN105162168A (zh) 风力发电系统并网控制方法
CN112186814B (zh) 一种双馈风机有功功率输出速降控制系统及方法
CN112134308B (zh) 一种风电变流器并联系统的控制方法和控制装置
CN114421498A (zh) 基于能量路由器的中压风电系统波动功率平抑方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant