基于接力器行程固定的可变速抽水蓄能机组一次调频方法

技术领域

本发明属于抽水蓄能电站控制技术领域，具体涉及一种基于接力器行程固定的可变速抽水蓄能机组一次调频方法。

背景技术

抽水蓄能电站是电力系统的重要组成部分。在电力系统的负荷低谷时期，抽水蓄能电站能够充当电力系统的负荷，其转变为抽水机组，将低处的水能用电抽回高处并存储；在电力系统的负荷高峰时期，抽水蓄能电站则能够充当电力系统的电源，其转变为水电机组，将高处存储的水能通过水轮机组进行发电，从而为电力系统提供额外的可用电能。正是因为抽水蓄能电站的这种灵活的特性，抽水蓄能电站成为了电力系统中最重要的部分之一。

目前，传统的抽水蓄能电站一般采用的是传统的水电机组或者是定速抽水蓄能机组；这类机组虽然应用时间长，针对这类机组电力系统也积累了较好的运行经验，但是这类机组在低负荷情况下难以运行，而且在偏离设计工况点工作时存在效率明显下降的缺陷。因此，这类机组已经逐步开始不再适用于现今的电力系统的运行要求。

可变速抽水蓄能机组是近年来的创新技术，其具有运行范围宽，机组功率可调幅度大，机组稳态运行工况下运行效率极高的优点；因此，可变速抽水蓄能机组将会是未来的抽水蓄能电站的核心机组。但是，可变速抽水蓄能机组的一次调频方案并不能直接套用现有的传统机组的一次调频方案，目前我国也没有针对可变速抽水蓄能机组的一次调频方面的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可靠性高、精确性好且实用性高的基于接力器行程固定的可变速抽水蓄能机组一次调频方法。

本发明提供的这种基于接力器行程固定的可变速抽水蓄能机组一次调频方法，包括如下步骤：

S1.获取目标可变速抽水蓄能机组的实时运行参数和机组参数；

S2.根据步骤S1获取的数据，计算目标可变速抽水蓄能机组的频率偏差量；

S3.根据步骤S2计算得到的频率偏差量，计算得到目标可变速抽水蓄能机组在一次调频时所对应的电磁功率变化量；

S4.将步骤S3得到的电磁功率变化量，作为目标可变速抽水蓄能机组的一次调频的控制量，完成可变速抽水蓄能机组一次调频；

S5.在进行步骤S2～S4的一次调频过程中，保持目标可变速抽水蓄能机组的原动机侧的水轮机工作在当前水头和当前功率设定值下的最佳目标开度值，仅通过水轮机的转速变化和水轮机流量的变化改变原动机侧的出力。

步骤S2所述的根据步骤S1获取的数据，计算目标可变速抽水蓄能机组的频率偏差量，具体包括如下步骤：

采用如下算式计算得到目标可变速抽水蓄能机组的频率偏差量Δf：

Δf＝E

式中f

步骤S3所述的根据步骤S2计算得到的频率偏差量，计算得到目标可变速抽水蓄能机组在一次调频时所对应的电磁功率变化量，具体包括如下步骤：

采用如下算式计算得到目标可变速抽水蓄能机组在一次调频时所对应的电磁功率变化量m

式中Δf为步骤S2得到的目标可变速抽水蓄能机组的频率偏差量；e

本发明提供的这种基于接力器行程固定的可变速抽水蓄能机组一次调频方法，通过创新的调频方法，不仅实现了可变速抽水蓄能机组一次调频，而且本发明方法的可靠性高、精确性好且实用性高。

附图说明

图1为本发明的方法流程示意图。

图2为本发明的网频突增0.1Hz转速标幺值曲线示意图。

图3为本发明的网频突增0.1Hz接力器行程曲线示意图。

图4为本发明的网频变化±0.1Hz P

具体实施方式

如图1所示为本发明的方法流程示意图：本发明提供的这种基于接力器行程固定的可变速抽水蓄能机组一次调频方法，包括如下步骤：

S1.获取目标可变速抽水蓄能机组的实时运行参数和机组参数；

S2.根据步骤S1获取的数据，计算目标可变速抽水蓄能机组的频率偏差量；具体包括如下步骤：

采用如下算式计算得到目标可变速抽水蓄能机组的频率偏差量Δf：

Δf＝E

式中f

S3.根据步骤S2计算得到的频率偏差量，计算得到目标可变速抽水蓄能机组在一次调频时所对应的电磁功率变化量；具体包括如下步骤：

采用如下算式计算得到目标可变速抽水蓄能机组在一次调频时所对应的电磁功率变化量m

式中Δf为步骤S2得到的目标可变速抽水蓄能机组的频率偏差量；e

S4.将步骤S3得到的电磁功率变化量，作为目标可变速抽水蓄能机组的一次调频的控制量，完成可变速抽水蓄能机组一次调频；

具体实施时，将得到的电磁功率变化量m

S5.在进行步骤S2～S4的一次调频过程中，保持目标可变速抽水蓄能机组的原动机侧的水轮机工作在当前水头和当前功率设定值下的最佳目标开度值，水轮机的导叶接力器行程或水轮机导叶维持不变，仅通过水轮机的转速变化和水轮机流量的变化改变原动机侧的出力，即水轮机的原动力矩m

传统水电机组一次调频均在水轮机调速器侧来实现，本发明方法创新性的提出在变流器侧实现一次调频功能，根据电网频率的变化在变流器侧改变电磁功率输出。本发明方法的一次调频功能具有响应速度快，一次调频动作中水轮机沿着水轮机等开度线滑动，可在毫秒时间尺度内实现一次调频响应，由于一次调频频率波动幅度有限，同时能维持水轮机运行在高效率区附近。该方法尤其适用于一次调频动作频繁、接力器控制环摩擦要求严格的情况，该方法仅适用于低比转速混流式水轮机的情况。

图2为本发明的网频突增0.1Hz转速标幺值曲线示意图。图3为本发明的网频突增0.1Hz接力器行程曲线示意图。图4中的方式3为本发明方法的一次调频动态调节过程中单位功率P11-单位转速n11的迁移轨迹。方式2为基于动态目标值的可变速抽水蓄能机组控制方法及系统一次调频动态调节过程中单位功率P11-单位转速n11的迁移轨迹。方式1为基于功率设定值修正的可变速机组一次调频方法及系统一次调频动态调节过程中单位功率P11-单位转速n11的迁移轨迹。通过图2～图4可以知道，本发明方法具有较好的控制效果。

本发明提供的这种一次调频方法，电磁功率响应迅速，可在毫秒内完成电磁功率调节；而且调节过程中，一般电网频率偏离额定频率的幅度较小，因此本发明在一次调频动作初始工况和一次调频动作结束工况下水轮机均处于较高效率区域，水轮机运行效率较高；而且本发明在一次调频响应过程中使用转速调节水轮机出力和流量，具有原动机侧水轮机出力调节速度快的优点；同时，本发明中仅导叶接力器行程在一次调频动作过程中维持不变，减小了一次调频动作中接力器、控制环等机械部件的磨损，延长了机组的寿命；最后，本发明在一次调频响应过程中使用转速调节水轮机出力和流量，具有水轮机引水系统水锤小、调节过程中机组稳定性好的优点。