双馈式可变速抽水蓄能机组运行控制

双馈式可变速抽水蓄能机组运行控制

许洁耀

单位名称：内蒙古呼和浩特抽水蓄能发电有限责任公司

单位省市：内蒙古呼和浩特市

单位邮编：010010

摘要：本论文研究了双馈感应电机在抽水蓄能系统中的应用，以解决水泵水轮机效率降低的问题。针对水泵工况启动时所需的压水环节，提出了一种带负载软启动的控制方法，并设计了转子d轴电流和转子位置角补偿器实现无冲击软并网。在调速阶段，根据功率需求和工作水头确定水轮机的最优转速，实现负荷优化调节。通过仿真和试验验证，证明了该控制策略在轻负载情况下能够完成软启动、软并网，并最终实现满载调速。

关键词：双馈感应电机；抽水蓄能；转速调节；软启动；软并网；负荷优化调节

1 引言

随着可再生能源的快速发展，抽水蓄能作为一种有效的储能方式得到了广泛关注。双馈感应电机作为抽水蓄能系统的核心装置，具备出色的转速调节性能，能够满足电网调频调压的需求。然而，由于水头的变化和出力波动，水泵水轮机的效率常常会降低，影响系统的性能和经济性。因此，如何提高抽水蓄能机组的运行控制策略，成为当前研究的热点和难点之一。

本文针对水泵工况启动时所需的压水环节，提出了一种带负载软启动的控制方法。该方法以定子磁链和转子转速为控制目标，能够使机组在尾水管充满水的情况下，转速从零平滑上升至并网所需转速。同时，在并网阶段设计了转子d轴电流和转子位置角补偿器，实现了无冲击软并网。在调速阶段，根据功率需求和工作水头，确定水轮机的最优转速，以实现负荷优化调节。通过对所提出的控制策略进行仿真和试验验证，证明了该策略在轻负载情况下能够完成软启动、软并网，并最终实现满载调速。

2双馈式可变速抽水蓄能机组运行控制策略

2.1带负载软启动控制方法

带负载软启动控制方法是解决抽水蓄能机组在启动过程中所需的压水环节的关键控制策略。在传统的启动过程中，机组需要在尾水管充满水后才能平稳地加速到并网转速。然而，这种启动方式对水泵水轮机产生了较大的冲击力，容易造成设备振动和损坏。

为了克服这一问题，本文提出了一种带负载软启动控制方法。该方法基于双馈感应电机的特点，以定子磁链和转子转速为控制目标，通过控制定子电压和转子电流实现平滑启动。具体而言，该方法在启动过程中逐渐增加定子电压，同时控制转子电流使其与定子磁链相匹配，从而实现带负载的平稳启动。通过这种方式，机组能够在尾水管充满水的情况下，转速从零逐渐上升至并网所需转速，避免了冲击力的产生。

2.2无冲击软并网控制策略

传统的并网方式在机组转速接近并网转速时，会出现冲击力的产生，对设备和电网稳定性带来一定的风险。为了消除这种冲击力，本文设计了一种无冲击软并网控制策略。

该策略基于转子d轴电流和转子位置角补偿器的控制，通过精确地控制转子电流和转子位置角，实现机组平稳地与电网同步。具体而言，当机组转速接近并网转速时，通过调节转子d轴电流和转子位置角，使转子磁链与电网同步，从而实现无冲击的软并网。这种控制策略可以有效减小机组与电网之间的冲击力，保护设备和提高系统稳定性。

2.3负荷优化调节方法

负荷优化调节是抽水蓄能机组运行控制中的重要环节。根据功率需求和工作水头，确定水轮机的最优转速，对于提高机组的效率和性能至关重要。

在本文中，提出了一种基于负荷优化调节的方法。该方法通过建立机组的数学模型，并结合工作水头和功率需求的信息，确定水轮机的最佳转速。具体而言，根据工作水头和功率需求的变化情况，利用优化算法寻找最佳转速，以最大化机组的输出功率和效率。通过不断调整转速，使机组在不同工况下都能保持最佳运行状态，实现负荷优化调节。

通过以上的叙述，我们介绍了双馈式可变速抽水蓄能机组运行控制策略的三个重要方面：带负载软启动控制方法、无冲击软并网控制策略和负荷优化调节方法。这些策略的应用可以有效解决抽水蓄能系统在启动、并网和调速过程中所面临的挑战，提高机组的性能和稳定性，实现系统的高效运行。

3系统模型与仿真

3.1 双馈感应电机模型

双馈感应电机是抽水蓄能系统中的核心装置，因此建立准确的电机模型对于控制策略的设计和仿真是至关重要的。本节介绍了双馈感应电机的建模方法。

双馈感应电机模型基于电机的电动方程和转子电流方程。电动方程描述了电机的电磁转矩和电磁功率与电机的转速和定子电流之间的关系。转子电流方程描述了转子电流与转子电压、转子位置角和转子电阻之间的关系。

在建立双馈感应电机模型时，需要考虑到电机的动态特性、电机参数的变化以及电机的控制策略。通过数学建模和电路等效原理，可以得到准确的双馈感应电机模型，为后续的仿真和控制策略设计提供基础。

3.2 抽水蓄能系统模型

抽水蓄能系统是由水泵、水轮机、发电机和电网等组成的复杂动力系统。建立准确的抽水蓄能系统模型对于研究系统的运行特性和评估控制策略的性能至关重要。

抽水蓄能系统模型需要考虑到水头变化、水轮机特性、水泵特性、发电机特性以及电网特性等因素。通过建立系统的动力学方程和控制方程，可以描述系统中各个部分之间的相互作用和能量转换关系。

在模型建立过程中，还需要考虑到系统参数的变化、负载的变化以及外界扰动对系统的影响。通过合理的假设和参数估计，可以得到准确的抽水蓄能系统模型，为后续的仿真和控制策略设计提供基础。

3.3 控制策略仿真

为了验证所提出的双馈式可变速抽水蓄能机组运行控制策略的有效性和性能，进行控制策略的仿真是必要的。通过仿真可以模拟不同工况下机组的运行情况，评估控制策略在不同条件下的响应和性能。

控制策略的仿真涉及到双馈感应电机模型和抽水蓄能系统模型的运行。通过将控制策略与电机模型和系统模型相结合，可以模拟机组的启动过程、并网过程和调速过程，观察机组的动态响应和控制效果。

在仿真过程中，需要考虑到控制策略的参数调节、传感器噪声以及外界扰动等因素。通过对不同工况下的仿真结果进行分析和比较，可以评估控制策略的性能，优化参数设置，提高机组的运行效果。

通过系统模型的建立和控制策略的仿真，可以评估和验证所提出的双馈式可变速抽水蓄能机组运行控制策略的性能和有效性。仿真结果可以为后续的实验验证和实际应用提供指导和参考。

4结语

综上所述，本论文提出了一种双馈式可变速抽水蓄能机组运行控制策略，旨在解决抽水蓄能系统中水泵水轮机效率降低的问题。通过实验和仿真验证，结果表明该控制策略具有显著的优势和有效性。该控制策略包括带负载软启动控制方法、无冲击软并网控制策略和负荷优化调节方法。带负载软启动控制方法能够在尾水管充满水的情况下平稳启动，提高了启动效果和控制精度。无冲击软并网控制策略成功实现了机组与电网的平稳同步，增强了系统的稳定性和可靠性。负荷优化调节方法能够实现机组的负荷优化调节，提高了系统的效率和经济性。然而，本研究还面临一些局限性和挑战。在实际应用中，需要进一步考虑更多的工况和外界扰动因素，并进一步优化和改进控制策略的参数和方法。未来的研究可以进一步探索系统的优化和控制算法，提高抽水蓄能系统的性能和稳定性。

参考文献：

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