大型蓄能机组运行稳定性
大型抽水蓄能机组调相运行原理的探讨杨鑫
大型抽水蓄能机组调相运行原理的探讨杨鑫发布时间：2021-12-25T05:39:40.378Z 来源：基层建设2021年第25期作者：杨鑫[导读] 根据设计要求，抽水蓄能机组均可作发电及抽水两方向调相运行，但目前国内抽水蓄能机组仅在抽水方向作调相运行，但两者在电气方面的特性是相似的，本文对抽水蓄能机组抽水调相运行有关电气方面的特征作初步的分析探讨。
华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司浙江省安吉县 313302摘要：根据设计要求，抽水蓄能机组均可作发电及抽水两方向调相运行，但目前国内抽水蓄能机组仅在抽水方向作调相运行，但两者在电气方面的特性是相似的，本文对抽水蓄能机组抽水调相运行有关电气方面的特征作初步的分析探讨。
关键词：调相运行、励磁、失磁保护、功角、压气系统等。
1机组调相运行的作用和必要性抽水蓄能机组调相运行的作用主要体现在以下方面：1.1调相工况机组抽水启动时必经工况，一般启动机组至抽水调相工况运行之后，便能快速响应总调要求，吸收电网有功功率。
1.2调相运行时可看作一个电力系统有源补偿器。
在励磁系统控制下，调相工况具有连续变化（无级调节）和迅速响应的能力以及力图使机组端电压保持在恒定的特性。
在系统发生严重的干扰情况下，调相机组能提供事故电压支持。
在电力系统事故运行中，电压的崩溃的一段时间内调相机组在励磁系统励功能的配合下，具有一定的过载能力，在这段时间内，足以保证线路重合闸和电网并列发电机组的原动机控制器发挥作用，防止事故的进一步扩大。
所以从调压的效果上看，调相机组作为同步调相机运行应该是电网最有效的调压手段。
2抽蓄机组调相运行的原理分析抽水蓄能机组均具有调相运行的能力，且无功调节的容量较大，因此抽蓄机组若发挥特有的优势，节日期间（低负荷）调相吸无功运行对改善电网无功潮流分布，减低系统电网水平，提高500KV电网电压稳定性是可取的，但几个关键的问题尚需解决，如下分析。
1.1机组调相运行的基础分析1.1.1机组抽水调相运行由于尾水管已充分压水，机组从电网吸收的有功功率很少，可基本不计，则此时，电机的运行可以看作一种旋转着的没有机械负荷的空载同步电动机，电机仅从系统中吸收感性（容性）无功电流进行电机纵轴（d轴）的增磁（去磁）电枢反应。
抽水蓄能电站的运营与维护
抽水蓄能电站的运营与维护抽水蓄能电站作为一种先进的清洁能源发电方式，已经在世界各地得到广泛应用。
它不仅可以满足电网的峰谷平衡需求，还可以提供紧急备用容量和调度调频能力。
在实际的运营与维护中，抽水蓄能电站需要遵循一系列的管理和维护措施。
本文将重点探讨抽水蓄能电站的运营和维护的重要性以及具体的应对措施。
首先，抽水蓄能电站的运营对于确保电网的稳定运行至关重要。
抽水蓄能电站是一种具有储能功能的电站，它能够将低负荷时的多余电能转化为水能，存储在高位水库中。
而在电网需要能源时，再利用储存的水能通过水轮发电机组恢复为电能，供电给电网。
这种储能转换方式使得抽水蓄能电站能够在电网负荷高峰时提供大规模的电力，并在低负荷时自行充电。
因此，对抽水蓄能电站的运营进行精确的预测和调整，能够有效地应对电网的需求变化，保持电网稳定。
其次，抽水蓄能电站的维护对于保障其长期稳定运行具有重要意义。
在日常运营中，抽水蓄能电站需要定期进行设备巡检、维护和保养。
特别是水轮发电机组、逆变器和蓄能池等关键设备，需要进行定期的润滑、清洁和检查。
在异常情况下，尤其需要及时进行故障排除，以防止进一步的损坏。
此外，对于设备和部件的磨损情况进行监测和评估，及时更换磨损严重的部分，也是保障抽水蓄能电站运行的重要措施。
通过有效的维护措施，可以最大程度地减少故障停机时间，提高电站的可靠性和稳定性。
在抽水蓄能电站的运营和维护过程中，需要注意的问题还包括以下几个方面。
首先是设备的监控与管理。
通过使用先进的远程监控系统和智能化设备，可以实时监测电站的各项参数和运行状态，以及发现和预防潜在问题。
其次是水资源管理。
抽水蓄能电站需要充分利用可再生水资源，比如河流、湖泊和地下水等。
因此，在运营过程中需要对水资源进行科学合理的管理，以保证水库的储水量和质量满足电网的需求。
同时，需要密切关注气候变化的影响，进行灵活的调整和应对。
还有一点就是环境保护。
抽水蓄能电站建设和运营过程中应该尽量减少生态破坏和对环境的污染。
大型变速抽水蓄能机组调速系统RTDS仿真及试验研究
大型变速抽水蓄能机组调速系统RTDS仿真及试验研究于㊀爽1,蔡卫江2,贾㊀鑫1,白常煜2,施海东2,初云鹏2(1.国网新源河北丰宁抽水蓄能有限公司,河北丰宁068350;2.南瑞集团有限公司(国网电力科学研究院),南京211106)[摘㊀要]㊀可变速抽水蓄能机组对改善电网运行的稳定性和灵活性有着非常重要的作用,已逐渐获得重视㊂国内的研究主要集中在理论方面,对装置及RTDS试验方面的研究很少㊂本文通过研制的可变速机组调速器设备,联合励磁㊁协调控制单元㊁监控系统设备,在RTDS系统上建立了水泵水轮机㊁液压执行机构㊁发电电动机㊁电力网络等模型,搭建了混合仿真试验平台,给出了变速机组调速器的调节模式和原理框图,研究了变速抽水蓄能机组在发电及抽水工况下,调速器开度模式㊁功率模式㊁转速模式下的功率调节和入力调节试验,分析了试验波形并给出了试验结论,为下一步变速机组国产化工程应用提供了可靠借鉴㊂[关键词]㊀变速抽水蓄能机组;转速模式;快速功率调节;RTDS仿真;调速器[中图分类号]TM622㊀㊀[文献标志码]A㊀㊀[文章编号]1000-3983(2023)04-0091-07RTDS Simulation and Experimental Study of Governing Systemof Large Variable Speed Pumped Storage UnitYU Shuang1,CAI Weijiang2,JIA Xin1,BAI Changyu2,SHI Haidong2,CHU Yunpeng2(1.State Grid Xinyuan Hebei Fengning Pumped Storage Co.,Ltd.,Fengning068350,China;2.NARI Group Co.,Ltd.(State Grid Electric Power Research Institute),Nanjing211106,China) Abstract:Variable speed pumped storage units play a very important role in improving the stability and flexibility of power gridoperatio.Domestic research is mainly in theory,but there is little research on device and RTDS test.Based on the developed variable speed unit governor equipment,combined excitation,coordinated control unit and monitoring system equipment,the models of pump turbine, hydraulic actuator,generator motor and power network are established on RTDS system.The hybrid simulation test platform is built,and the regulation mode and principle block diagram of variable speed unit governor are given.The input and output power regulation tests of variable speed pumped storage unit under turbining and pumping conditions,governor opening mode,power mode and speed mode are studied.The test waveform is analyzed and the test conclusion is given,which provides a reliable reference for the localization engineering application of variable speed unit in the next step. Key words:variable speed pumped storage unit;speed mode;fast power regulation;RTDS simulation;governor0㊀前言随着我国对新能源的大力扶持,风电㊁光伏并网给电网安全稳定带来巨大挑战,对发展变速抽水蓄能的需求日益强烈[1-3]㊂与常规抽水蓄能机组相比,可变速抽水蓄能机组由于抽水入力可调,能够更好的适应电网需求[4-5];其次其响应速度快,对由电网电源失电㊁失负荷所引起的频率变动㊁电压变动的抑制效果明显[6];同时变转速可以扩大机组的运行范围和水头适应范围,明显改善水泵水轮机的水力性能[7-8]㊂可变速机组在日本㊁德国等国家早已得到广泛应用[9],我国在可变速机组应用方面还处于起步阶段,近期在丰宁已安装2台300MW单机的可变速抽水蓄能机组,主要采用国外全套技术和设备㊂早期,国内的变速机组控制设备研究还处于理论阶段,大多是通过MATLAB/SIMULINK等软件进行建模仿真和控制理论研究[10-14]㊂近年来,我国已开展变速抽水蓄能机组试验和设备研制,武汉大学建成了国内首个100MW 级可变速抽水蓄能与可再生能源联合运行系统仿真平台 ,南瑞集团和国网新源公司开展了 大型变速抽水蓄能机组关键技术自主化工程应用研究 ,研制了调速器㊁励磁㊁协调控制单元等样机㊂哈电集团哈尔滨电机厂为四川春厂坝抽水蓄能电站研制了国内首台全功率变速恒频抽水蓄能机组,配套南瑞集团的变频器和监控系统,已开展现场应用㊂当前可变速机组控制策略和设备研发已得到广泛研究[15-17],但机组在不同工况㊁不同功率和转速控制模式下,机组高效运行控制的方法还需要进一步研究㊂RTDS(Real Time Digital Simulation System)即实时数字仿真系统,是由加拿大RTDS 公司专门开发的用于电力系统实时仿真的动模数字系统,其电力系统模型和算法已获行业认可,其仿真验证试验具有较强的权威性[18]㊂基于此,本文采用了RTDS 混合试验仿真方法对变速机组调速系统进行联调试验研究,其中调速器电气部分采用实际设备,水轮机㊁调速器液压执行机构㊁发电机㊁电网系统采用仿真模型㊂然后验证变速机组调速器的控制流程和调节策略,完成变速机组调速器开机㊁停机㊁甩负荷㊁发电调节负荷㊁抽水开度优化和调节等试验,同时验证调速㊁励磁㊁协调控制器㊁监控的联调以及调速器RTDS 数字模型参数设置的正确性㊂1㊀试验平台搭建RTDS 试验平台搭建如图1所示,包括变速机组调速器电气柜1套㊁励磁调节器1套㊁协调控制器1套㊁监控系统LCU 控制柜1套及RTDS 仿真系统等㊂各设备之间联系如图1所示㊂首先,过程校验仪将水头输给协调控制器,监控设备将功率设定给协调控制器和调速器及励磁设备,协调控制器根据变速机组运行工况曲线换算出相应的导叶最优开度和最优转速,并将最优开度和转速设定给调速器,将最优转速给励磁设备㊂其次,监控系统给出开机㊁停机㊁调相㊁发电㊁抽水等指令控制调速器进行一系列试验,调速器输出相应的PID 调节信号给RTDS 设备,RTDS 仿真水轮机㊁发电机㊁调速器液压执行机构等环节,并输出相应的导叶开度㊁有功输出㊁仿真频率给调速器,调速器将完成相应的闭环控制㊂图1㊀变速机组调速器RTDS 试验平台2㊀仿真对象建模2.1㊀水泵水轮机及液压执行机构执行机构数字模型由综合放大环节㊁主配压阀以及主接力器等环节构成,该模型中另有部分速度限制㊁限幅等非线性环节㊂RTDS 模型如图2所示,执行机构参数见表1㊂水泵水轮机模型采用理想水轮机模型,如图2所示,其中比例系数G 设定为1;T 1,T 2为理想水轮机模型传递系数,一般T 1取1,T 2取水流惯性时间常数的一半,取T w /2㊂图2㊀液压执行机构及水泵水轮机模型图表1㊀执行机构及水泵水轮机模型参数参数名称数值原动机额定输出功率P/MW336导叶关闭时间T c/s10.6导叶开启时间T o/s17.6导叶关闭系数V close-1.0导叶开启系数V open 1.0原动机最大输出功率,导叶最大行程P MAX 1.0原动机最小输出功率,导叶最小行程P MIN0.0导叶变送器反馈环节时间常数T/s0.2水流惯性时间常数T w/s2理想水轮机模型传递系数T1 1.0理想水轮机模型传递系数T2(T w/2) 1.0 2.2㊀发电机㊁交流励磁㊁电力网络模型本试验采用双馈电机,双馈电机也称交流励磁电机,它包括电机本身和交流励磁自动控制系统㊂电机本身是绕线转子感应电机或专门设计的无刷电机㊂双馈电机的定子接50Hz工频电网,转子接自动调节频率的交流电源㊂随着交流励磁自动控制系统对转子励磁电流的频率㊁幅值大小和相位的调节,双馈电机在电动工况或发电工况下运行,转速都可以调节变化,而定子输出电压和频率可以维持不变,既可以调节电网的功率因数,又可以提高系统的稳定性㊂发电机的有关参数见表2,发电机㊁变流器㊁变压器㊁电力网络模型整体电路图如图3所示㊂表2㊀双馈电机参数参数名称数值额定容量/MW336额定电压/kV15.75定子电阻/p.u.0.002定子电感/p.u.0.112转子电阻/p.u.0.003转子电感/p.u.0.143励磁电感/p.u. 2.701转动惯性时间常数/s 4.2从图3可以看出,变频器把从电网侧经过励磁变压器得到的50Hz交流电先整流成直流,再根据电机运行工况的要求,逆变成频㊁幅值㊁相位都可控的交流电提供给电机转子㊂图3㊀发电机电路图㊀㊀图3中的电力网络㊁变压器㊁变流器的有关参数见表3㊁表4㊁表5㊂表3㊀电力网络参数参数名称数值电阻相电压幅值/kV500内阻/Ω0.0001直流电压源直流电压值/V 2100内阻/Ω0.0001表4㊀变压器参数参数名称数值额定容量/MVA400降压变压器变比500/15.75电抗/p.u.0.1额定容量/MVA60励磁变压器变比15.75/3电抗/p.u.0.01表5㊀电阻电感参数名称参数数值定子侧并网电阻/Ω0.0001网侧变换器交流侧电阻/Ω0.0001网侧交换器交流侧电感/μH 200机侧变换器交流侧电阻/Ω0.0001机侧变换器交流侧电感/μH503㊀调速器控制模式分析变速机组调速器调节模式及原理框图如图4所示,与常规机组比较,除了开度模式㊁功率模式外,增加了相应的转速模式,相应的调节控制参数见表6㊂图4㊀变速机组调速器模式及调节原理框图表6㊀不同工况下调速器调节参数㊀㊀㊀参数设置调节模式㊀㊀㊀㊀比例系数积分系数微分系数频率死区/Hz调差系数功率死区空载调节模式10.1100-功率调节模式5400.050.040.005开度调节模式5400.050.04-转速调节模式20.100.10-导叶副环参数101---4㊀调速器仿真试验分析本次试验主要通过调速器㊁监控㊁励磁的联合调节,开展了机组在各个工况下的开机㊁停机㊁甩负荷㊁发电调节负荷和转速㊁抽水调节负荷和转速等试验,通过与国家电力行业最新标准进行对比,验证试验指标优于国家电力行业标准,证明了试验的正确性㊂这里主要介绍比较典型的变速机组转速㊁功率㊁开度调整试验㊂4.1㊀发电工况开度调节模式试验发电工况,调速器处于开度模式,励磁处于转速模式,机组初始功率为200MW,监控系统下发负荷调整指令到300MW,调速器按照协调控制器给出的开度指令进行调节,将负荷调节到300MW,励磁按照协调控制器给出的最优转速进行调节㊂过程记录如图5所示,负荷调节速度约为6.7MW /s,功率最大反调为1.5MW,导叶控制略有波动,功率无波动㊂图5㊀发电工况开度模式负荷调节试验4.2㊀发电工况功率调节模式试验发电工况,调速器处于功率调节模式,励磁处于转速调节模式,机组处于并网带负荷状态,功率为240MW,监控系统下发负荷调整指令从240MW 到300MW,调速器按照监控给出的负荷调节指令进行功率调节,逐渐开启导叶将负荷调节到300MW,励磁按照协调控制器给出的最优转速进行调节㊂试验模拟过程记录如图6所示㊂负荷调节速度约为4.1MW /s,功率最大反调为1.0MW,导叶控制平滑,功率无波动㊂图6㊀发电工况功率模式负荷调节试验4.3㊀发电工况转速调节模式试验(功率快速调节)发电工况,调速器处于转速调节模式,励磁处于功率调节模式,机组功率为270MW,监控系统下发负荷调整指令到290MW,励磁按照监控系统指令快速(100ms 内)将负荷提升到290MW,由于电磁功率突然变化,机械功率来不及改变造成转速扰动,调速器则按照协调控制器给出的转速指令及机组转速突变调节机组转速到最优㊂过程记录如图7所示,导叶控制信号5s 时刻有一个扰动,主要是受到功率信号波动影响,所以有些变化,实际真正功率阶跃是在13s 时刻㊂转速调节过程约15s,导叶变化约8%,转速变化约2%㊂4.4㊀水泵工况开度调节模式试验水泵工况,调速器处于开度模式,励磁处于转速调节模式,机组水泵抽水状态,功率为 260MW,监控系统下发入力调整指令到 300MW,调速器按照协调控制器给出的开度指令将负荷调节到 300MW,励磁按照协调控制器给出的最优转速进行调节㊂试验模拟过程记录如图8所示,负荷调节速度约为8.0MW/s,功率最大反调为2.0MW,调节过程较快速㊂图7㊀发电工况转速调节模式调节试验图8㊀水泵工况调速器开度模式调节试验4.5㊀水泵工况功率调节模式试验水泵工况,调速器处于功率调节模式,励磁处于转速调节模式,机组并网抽水功率为 240MW,监控系统下发负荷调整指令到 300MW,调速器按照监控给出的负荷调节指令将负荷调节到 300MW,励磁按照协调控制器给出的最优转速进行调节㊂过程记录如图9所示,负荷调节速度约为6.0MW /s,功率最大反调为1.0MW,调节过程较平滑㊂4.6㊀水泵工况转速调节模式试验(快速入力调节)水泵工况,调速器处于转速调节模式,励磁处于功率调节模式,机组并网抽水状态,功率为 270MW,监控系统下发入力调整指令到-300MW,励磁按照监控系统指令快速(100ms 内)将负荷提升变化到 300MW,调速器则按照协调控制器给出的转速指令调节机组转速到最优㊂过程记录如图10所示㊂转速调节过程约13s,导叶变化约9%,转速变化约2.1%㊂图9㊀水泵工况调速器功率模式调节试验图10㊀水泵工况调速器转速模式调节试验5㊀结论随着我国新型电力系统的建设需求,可变速抽水蓄能机组的应用已逐步加速,但其设备制造及控制试验技术主要掌握在国外厂商手中,迫切需要我们研究自主化的变速机组控制设备和控制技术[19]㊂本文通过调速器样机RTDS 试验研究,可以得到以下结论:试验涉及两种功率调节方式,一种是功率直接下发给调速器,调速器进行功率闭环调节,励磁系统进行转速闭环调节,这种调节模式的调节精确度较高,但是调节时间较长;另一种是监控将功率下发给协调控制器,协调控制器将机组运行特性曲线换算成开度给调速器,这种模式调节时间短,但该模式在机组运行特性曲线与实际机组的一致性前提下方可实现机组功率的无差快速调节㊂考虑变速机组快速调节的要求,建议最好通过协调控制器优化调速器进行开度或有功调节,励磁系统进行转速调节㊂此外,采用励磁功率调节,调速器转速闭环调节的方式进行有功功率的 毫秒级 快速调节可适用于电网频率实时追踪方式,在高比例新能源接入场景下可对其并网脱网造成的电网有功盈缺做出快速响应㊂但该方式存在调速系统动作慢而励磁调节系统动作快的矛盾,后期的研究还需进一步完善两者的协调控制方式㊂本文模型采用理想水轮机,忽略了水泵水轮机的部分特性,在模拟水泵水轮机较大范围调节波动的动态过程时,可能影响仿真结果的精确性㊂后期还要针对丰宁现场可变速机组实际测试情况进行对比研究㊂[参考文献][1]㊀王婷婷,赵杰君,王朝阳.我国电网对抽水蓄能电站变速机组的需求分析[J].水力发电,2016,42(12):107-110.[2]㊀张慧中,崔学深,桂中华,等.双馈抽水蓄能机组无功调节极限能力研究[J].大电机技术,2023(2):1-7.[3]㊀罗远翔,范立东,王宇航,等.风-光-火-抽蓄-蓄电池联合系统两阶段鲁棒规划[J/OL].电测与仪表:1-10[2022-03-10]./kcms/detail/23.1202.TH.20220825.1600.010.html[4]㊀张高高,姜海军,徐青,等.基于运转特性曲线的变速抽水蓄能机组自适应协调控制方法[J].水力发电,2019,45(8):80.[5]㊀施一峰,闫伟,梁廷婷,等.可变速抽水蓄能机组稳态运行特性研究[J].大电机技术,2022(3):14-20.[6]㊀畅欣,韩民晓,郑超,等.全功率变流器可变速抽水蓄能机组的功率调节特性分析[J].电力建设,2016,37(4):91-97.[7]㊀蔡卫江,许栋,徐宋成,等.可变速抽水蓄能机组调速器控制策略[J].水电与抽水蓄能,2017,3(2):81-85.[8]㊀乔照威,孙玉田.可变速抽水蓄能机组水泵工况起动方式研究[J].大电机技术,2019(4):1-4.[9]㊀郭海峰.交流励磁可变速抽水蓄能机组技术及其应用分析[J].水电站机电技术,2011,34(2):1-4.[10]韩文杰.抽水蓄能机组调速系统实测建模与仿真研究[J].水电站机电技术,2018,41(4):1-5.[11]毛世昕,李捍东.基于Matlab的电力系统继电保护仿真分析[J].电子设计工程,2021,29(16):59-63.[12]周金邢,姜建国,吴玮.可变速抽水蓄能机组控制系统研究[J].电气自动化,2015,37(4):1-3.[13]苗宇,熊炜,李卓,等.基于Matlab/Simulink的三相动态负荷对实际电网动态仿真的应用[J].节能技术,2019,37(4):339-344.[14]常臻,张静,范舒羽,等.基于MATLAB的电力系统静态稳定性分析与仿真[J].电子设计工程,2023,31(6):52-56.[15]王继磊,张兴,朱乔华,等.虚拟同步发电机暂态稳定性分析与控制策略[J].电机与控制学报,2022,26(12):28-37.[16]金吉良,彭书涛,朱云峰,等.安全稳定控制装置标准化测试系统研究与开发[J].电测与仪表,2022,59(11):147-154,175.[17]方馨,王丽梅,张康.H型平台直驱伺服系统离散积分滑模平滑控制[J].电机与控制学报,2022,26(6):101-111.[18]李官军,王德顺,陶以彬,等.抽水蓄能机组SFC启动控制系统的RTDS建模及仿真[C]//中国水力发电工程学会电网调峰与抽水蓄能专业委员会.抽水蓄能电站工程建设文集(2009),北京:中国电力出版社,2009:240-245. 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高速大容量发电电动机转子的稳定性——惠州抽水蓄能电站1号机转子磁极事故的教训
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大型抽水蓄能机组一次调频性能优化黄青松
根据《南方区 域 电 厂 并 网 运 行 管 理 管 理 实 施 细则意见》（试行）［６］和《广东电网发电机组一 次 调 频运行管理规定》（征求稿意见）［７］的要求，并 参 考 《水轮机控 制 系 统 技 术 条 件》［８］等 相 关 标 准，机 组 的一次调频主要 性 能 指 标 要 求 如 下：① 投 入 监 控 自动发电控制（ＡＧＣ）功能的机组，一次调频 动 作 应能暂时 闭 锁 不 利 于 频 率 恢 复 的 ＡＧＣ 指 令，直 到 一 次 调 频 作 用 结 束 或 暂 停 时 间 超 过 ４５ｓ。 ② 一 次调频响应特性。当电网频率变化超过机组一次 调频死区时，机组响 应 时 间 应 小 于 等 于 ３ｓ；当 电 网频率变化超过 机 组 一 次 调 频 死 区 时，机 组 出 力 实际调节量应在 １５ｓ内 达 到 理 论 调 节 量 的 ６０％ 以上；在电网频率 变 化 超 过 机 组 一 次 调 频 死 区 时 开始的６０ｓ内，机组实际出力与 响 应 目 标 偏 差 的 平 均 值 应 在 理 论 调 整 幅 度 的 ±８％ 内 。
２ 调节系统模型
机组调速器采用的调节模式为在开机和空载 运 行 时 以 频 率 调 节 模 式 为 主，此 时 永 态 转 差 率 ｂｐ＝０％，人工死区为 ０ Ｈｚ，ＰＩＤ 调 节 参 数 采 用 空 载参数；机 组 并 网 后 转 换 为 功 率 调 节 模 式，ｂｐ 和 人工死区为 设 定 值，分 别 为 ４％ 和 ０．０５ Ｈｚ，ＰＩＤ 调节参数采用负载参数，此时功率调节通 过 ＡＧＣ 直接作用 于 功 率 给 定，其 调 节 系 统 模 型 见 图 １。 图中，ｂｔ 为暂态 差 值 系 数；Ｔｄ 为 缓 冲 装 置 时 间 常 数；Ｔｎ 为加速 时 间 常 数；Ｔ１ｖ为 微 分 时 间 常 数；Ｅｆ 为人 工 频 率 死 区；ｂｐ／ｅｐ 为 永 态 差 值 系 数；ＹＰＩＤ 为
抽水蓄能电站机组稳定性运行调度规则
浙江抽水蓄能电站稳定性运行调度规则
第一条机组在抽水启动过渡阶段，不宜在调相工况长时间运行;不宜直接在发电工况和抽水工况间转换运行;不宜采用机组空载运行作为发电旋转备用；不宜长时间单独调相工况运行;不宜长时间在机组m畸定区运行。
第二条发电工况：机组并网后自动升负荷至180MW,满负荷340MW,一般不允许机组低于180MW运行。
一般允许不超过两台非同流道机组同时投入AGC运行。
抽水工况：机组抽水工况稳定运行时，带有功功率-340MW。
抽水工况不能进行有功调整。
第三条机组不宜长时间在调相工况运行，一般若调相工况运行时长超过半个小时,则当班中控值守人员应向省调申请是否需要转抽水或者转停机，若省调仍要求保持调相工况继续运行,值守人员应在生产管理系统中进行相应记事，说明情况。
第四条上水库水位运行范围在615m-641m,下水库水位运行范围在166m-194m.下库水位高报警、跳机值分别为193m s194m,上库水位高报警、跳机值分别为640m、641m o
第五条机组进相深度限制：发电工况运行有功带180MW时进相深度-140MVar有功带225MW时进相深度-130MVar;有功带340MW时进相深度-IOoMVar；调相工况运行时进相深度-IOOMVar;抽水工况运行时不允许进相运行。
大型抽蓄电站SFC启动原理分析及仿真研究
大型抽蓄电站SFC启动原理分析及仿真研究摘要：静止变频器（SFC）是大型抽水蓄能电站的关键电气设备，变频启动是抽水蓄能电站的关键技术之一。
SFC带动可逆式机组作为同步电动机运行启动平稳、迅速可靠不存在失步问题，具有优异的调速性能且成功率高、维护量小、自诊断能力强。
本文主要针对交直交结构的SFC控制系统进行了研究，主要包括转速电流双闭环控制、逆变器晶闸管换流控制及转子位置和转速的检测三个部分，并使用软件对整个控制系统进行了仿真，结果证明了所设计的控制策略的有效性，为静止变频器的研究及工程应用提供了重要参考。
关键词：抽水蓄能；静止变频器；双闭环控制；转子初始位置检测Research on static frequency converter start-up principle analysis and simulation control system for large pumped storage power stationXXXX(XXX Co., Ltd, XXX 4300XX, XXX Province, China)Abstract：Static frequency converter (SFC) is the key electrical equipment of large pumped storage power station, and frequency conversion start-up is one of the key technologies of pumped storage power station. SFC drives the reversible unit as a synchronous motorto start smoothly, quickly and reliably without out-of-step problems.It has excellent speed regulation performance, high success rate,small maintenance and strong self-diagnosis ability. This paper mainly studies the SFC control system of AC-DC-AC structure, which mainly includes three parts: speed and current double closed-loop control, inverter thyristor commutation control and rotor position and speeddetection. The whole control system is simulated by software platform. The results prove the effectiveness of the designed control strategy, which provides an important reference for the research and engineering application of static frequency converter.Keywords：pumped storage; static frequency converter; dual-closed-loop control; initial position detection of rotor1 引言抽水蓄能机组启停灵活、反应迅速、调节性能强，具有调峰填谷、调频调相、紧急事故备用和黑启动等多种功能，在增强电网稳定性和提高电网的经济性方面发挥着重要作用。
电力系统运行稳定性的基本概念
判据：dMe/ds>0
实际： s=5 %左右
注意： IM失稳过程中 (n↓、s↑ → s=1、n=0 )
吸收大量Q——可能导致系统电压失稳！
15-6 电压稳定性的概念
定义：系统维持各节点电压在允许范围内的能力
1、单端供电系统的传输功率特性：
V
E2
1
zs zLD
TJ N
J2N SN
2 J2N SN
2
2H
2、时间意义：
d J dt Ma
MB MN SN / N
TJ N
d * dt
M a*
MT* M / M N 1 , Me 0
1
TJ N
0 d*
M a*
dt
0
V
ψ
Lqiq
α
δI
d轴 Ldid
δ
ψfd
b相轴线
c相轴线
15-2 发电机转子相对位置和电势相位——功角的概念 3、δ与(同步/功角)稳定性的关系
Eq
fd
G
v
N
V
G
正常稳定 运行状态
P P G.m
G.e
0 const
G N
扰动
过渡过程
P P G.m
G.e
G
t
——在c点附近若干次震荡后→ c
t
c点：SEPNew → PT = Pe 、ωG=ωN 、δ= δc
15-4 暂态稳定的初步概念 2、暂态稳定过程分析
(2) 不稳定情形：
运行点 过c后: c → c’， PT < Pe，—— c’ ：△ω >0 → δ ↑——越过c’ ——PT > Pe → ωG ↑ 、δ ↑ ↑ → Pe ↓ ↓ → ωG ↑ ↑ →----- → 运行点“ 一去不复返” ！
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第３０卷第９期２ ０ １ ２年９月水 电 能 源 科 学Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ ＰｏｗｅｒＶｏｌ．３０Ｎｏ．９Ｓｅｐ．２ ０ １ ２文章编号：１０００－７７０９（２０１２）０９－０１２５－０５大型蓄能机组运行稳定性分析李建辉１，姚 泽２（１．南方电网调峰调频发电公司惠州蓄能水电厂，广东惠州５１６１００；２．广东电网公司电力科学研究院，广东广州５１００８０）摘要：以惠州蓄能水电厂＃３蓄能机组为例，选取了机组ＳＲ（空载）工况和分别带５０、７０、９０、１１０、１３０、１５０、１７０、１９０、２００、２２０、２５０、３００ＭＷ负荷等１３个运行工况，通过现场实测５２０、５２９、５４０ｍ三个毛水头下机组在各运行工况下振动、摆度及水压力脉动的变化规律，将机组的运行工况划分为小负荷振动区、涡带工况区及大负荷稳定运行区３个运行区，确定了机组在不同毛水头下的振动区范围，进而将蓄能机组振动区定为ＳＲ工况～１７０ＭＷ。
关键词：抽水蓄能机组；运行稳定性；振动；摆度；水压力脉动中图分类号：ＴＭ３１２；ＴＶ７３７文献标志码：Ａ收稿日期：２０１２－０１－１９，修回日期：２０１２－０３－０２作者简介：李建辉（１９８０－），男，工程师，研究方向为抽水蓄能电厂自动化检修，Ｅ－ｍａｉｌ：１７９８８０２＠ｑｑ．ｃｏｍ通讯作者：姚泽（１９８０－），男，高级工程师，研究方向为水轮发电机组状态检修与故障诊断，Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｏｚｅｅｍａｉｌ＠１６３．ｃｏｍ ２００９年８月俄罗斯萨扬—舒申斯克水电站发生特别重大安全事故后，为深刻吸取该事故的惨痛教训，不断改进我国水电站运行安全管理的组织体系和工作机制，国家电力监管委员会发文［１］要求各电厂需重视并加强水电机组状态监测及稳定性测试以全面掌握机组的稳定特性，并将机组稳定性测试情况报相关电力调度机构备案，同时要求电力调度机构应考虑水电机组运行限制条件，避免水电机组长时间在振动区运行。
大型蓄能机组在电力系统中承担着调峰、填谷、调频、调相及旋转备用等重要任务，为电网管理的重要工具，因此其运行稳定性也日益受到重视。
由于蓄能机组转轮的特殊性，其在设计时需兼顾水泵和水轮机，而在水轮机的中低负荷区，蓄能机组受水力不稳定因素的影响特别大，这使机组的运行稳定性很差，严重影响了蓄能机组的安全稳定运行。
因此需对蓄能机组进行稳定性测试，以全面掌握大型蓄能机组的运行稳定特性、准确界定机组运行的振动区范围，这对优化水电机组的安全调度、确保机组的安全稳定运行和整个电网的稳定均具有重要意义。
鉴此，本文以惠州蓄能水电厂＃３蓄能机组为例，深入分析了该蓄能机组的运行稳定性，并对机组振动区进行了准确界定，以期为蓄能机组的安全稳定运行提供参考。
１ 水电机组振动区界定旋转机械在运行时一般均有振动，只是振动的大小和频率的高低不同，本文所探讨的水电机组振动区是指机组各部位的摆度、振动及水压力脉动均超过国家标准规范的负荷区域［２］。
引起水轮发电机组振动的因素包括机械、电磁力及水力三方面，其中机械因素引起振动的原因包括转子质量不平衡、机组轴线不正、导轴承缺陷等；电磁力因素引起振动的原因包括定、转子空气间隙超标、转子磁极线圈匝间短路、转子阻尼环断裂等；水力因素引起振动的原因包括转轮出流沿圆周分布不均匀、由迷宫转动部分不对称引起的迷宫间隙压力周期性变化而产生的径向力、尾水管中的涡带及混流式机组在小负荷下产生的水力振动等因素［３］。
同时，不同水头下机组的出力也不同，尤其对水头变幅大的机组。
因此水电机组振动区的界定受机组的健康状况、检修质量、动平衡情况、水头变化等多方面因素的制约，且同一电厂相同型号的机组振动区也不完全相同。
由水电机组机械和电磁力因素引起的振动一般均可通过机组检修及现场动平衡试验来消除或大幅减轻，而由于水力因素引起振动的原因错综复杂，要消除或大幅减轻难度较大。
因此在实测机组振动区中，若试验发现机组存在机械和电磁力因素引起的振动，必须通过机组检修及现场动平衡消除或大幅减轻其影响，而对水力因素引起的振动，建议电厂也采取一定的改善措施。
经上述措施处理后，机组振动、摆度及尾水管水压力脉动仍超标的负荷区方为机组真正的振动区。
２ 试验工况和试验仪器的选取惠州蓄能水电厂位于广东省博罗县罗阳镇，为高水头大容量的纯抽水蓄能电站，电站总装机容量２４０×１０４ｋＷ，是我国已投产的装机容量最大的抽水蓄能电站之一。
电站分Ａ、Ｂ两厂，每厂４台机组，共安装由法国ＡＬＳＴＯＭ公司设计的８台立式单级混流可逆式水泵水轮机—发电电动机组（其中７台由法国制造，１台由中国东方电机厂制造），单机容量（发电工况）３００ＭＷ。
发电工况下机组主要参数为：最大毛水头５５７．００ｍ、最小毛水头５１９．８４ｍ、极限最小毛水头５０９．００ｍ、额定流量６６．２ｍ３／ｓ、额定转速５００ｒｐｍ、飞逸转速７２５ｒｐｍ；抽水工况下机组主要参数为：最大扬程５６６．１２ｍ、最大入力３３０ＭＷ、额定流量４７．２ｍ３／ｓ。
惠州抽水蓄能电站在电网中担任调峰填谷、调频、调相和事故备用等任务。
本文以惠州蓄能水电厂＃３机组为研究对象，该机组于２００９年７月投产发电，于２０１０年６～７月分别在三个毛水头下对机组进行了稳定性试验（由于惠州抽水蓄能电站为周调节水库，因此根据电站水头变化情况，试验选取了５４０、５２９、５２０ｍ三个毛水头），每个试验毛水头下均对机组ＳＲ（空载）工况和分别带５０、７０、９０、１１０、１３０、１５０、１７０、１９０、２００、２２０、２５０、３００ＭＷ负荷共１３个运行工况进行分析。
试验仪器采用基于美国ＤＡＱ采集仪的３２通道水轮机综合测试系统进行测试，该仪器最大采样频率１ｋＨｚ，最大输入电压±２０Ｖ、通道精度不低于０．５％；机组摆度测量采用广州精信公司生产的ＪＸ７０型非接触式电涡流位移传感器，分别测量上、下导摆度及水导摆度＋Ｘ、＋Ｙ两个方向共六个测点；机组振动测量采用丹麦ＢＫ公司生产的４３７０型超低频振动加速度传感器，分别测量上机架水平和垂直振动、下机架水平和垂直振动、顶盖水平和垂直振动及尾水门水平振动；水压测量采用陕西宝鸡麦克公司生产的压力变送器，分别测量蜗壳、转轮与顶盖间、下迷宫环及尾水管水压脉动。
上述试验仪器和传感器均已通过检定，并处于检定有效期内，其测试精度均满足试验要求。
３ 机组运行稳定性分析３．１ 机组振动原因分析在分析＃３机组振动前，需对引起机组振动的原因进行全面分析：①对由机械和电磁力引起的机组振动进行分析。
表１为三个毛水头下机组上、下机架水平振动转频峰峰值。
由表可看出，带表１ ３个毛水头下机组上、下机架水平振动转频峰峰值Ｔａｂ．１ Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｏｔａｔｉｏｎ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆｕｐｐｅｒ ａｎｄ ｌｏｗｅｒ ｂｒａｃｋｅｔ ｕｎｄｅｒ ｔｈｒｅｅｇｒｏｓｓ ｗａｔｅｒ ｈｅａｄμｍ 工况５２０ｍ毛水头５２９ｍ毛水头５４０ｍ毛水头上机架下机架上机架下机架上机架下机架ＳＲ ４９．３ ４．８ １７．５ ４．２ ３１．７ ３．７５０ＭＷ ３９．０ ５．７ １４．４ ５．０ １２．１ ３．５９０ＭＷ １１．０ ６．１ １１．２ １．９ １１．１ １．６１３０ＭＷ １０．２ ２．６ ８．０ １．５ １１．１ １．４１７０ＭＷ ８．６ １．８ ８．９ ２．２ ８．５ ２．０２００ＭＷ ８．４ ２．６ ９．１ ２．２ ９．５ ２．６２５０ＭＷ ７．８ １．７ ７．１ ２．１ ９．３ ２．１３００ＭＷ １０．３ ０．８ ８．５ ２．１ ８．９ １．８上负荷后，机组上、下机架水平振动转频峰峰值均非常小，且在信号中均未发现转频的倍频成分。
同时在机组所有信号中均未发现有１００Ｈｚ及其谐波频率的电磁振动。
表明机械和电磁力因素对＃３机组振动的影响非常小。
②对由水力因素引起的振动进行分析。
从ＳＲ（空载）工况到１１０ＭＷ以下，机组受小负荷水力不稳定因素的影响非常大；从１１０ＭＷ到２００ＭＷ以下机组主要受尾水管涡带的影响；从２００ＭＷ到最大负荷３００ＭＷ，以上两个水力因素的影响消失。
但从ＳＲ（空载）工况到各种带负荷工况，机组均受到１５０Ｈｚ的转轮叶片过流干涉频率的影响，这也属于水力因素的影响。
以上水力因素的影响均属于水泵水轮机设计方面存在的问题，无法减轻或消除。
综上可知，本文试验能真实地反映机组的振动区。
３．２ 运行稳定性分析根据机组运行稳定性情况，可将机组运行工况划分为小负荷振动区、涡带工况区及大负荷稳定运行区３个运行区。
图１～３分别为＃３机组在３个毛水头下各部位振动、摆度及水压力脉动随负荷变化趋势。
（１）小负荷振动区。
小负荷振动区的负荷范围为ＳＲ工况～１１０ＭＷ。
由图１～３可看出：①在小负荷范围内机组蜗壳和转轮与顶盖间水压力脉动均很大，同时受水力不稳定因素的影响，机组各部位振动、摆度均很大，均超过标准的要求［４，５］。
②在不同毛水头下机组运行稳定性也有所不同，即在５２０ｍ毛水头下机组的稳定性最差，三导摆度和各部位振动均最大，５２９ｍ毛水头下的机组稳定性次之，５４０ｍ毛水头下的机组稳定性最好。
从频谱分析看（图４～９），三导摆度和上、下机架水平振动信号频谱中均存在一条由水力不稳定因素引起的频谱带，且在不同毛水头下该频率带的范围略有变化。
（２）涡带工况区。
涡带工况区的负荷范围在１１０～２００ＭＷ之间（实际在超过１７０ＭＷ后，涡·６２１·水 电 能 源 科 学 ２０１２年第３０卷第９期李建辉等：大型蓄能机组运行稳定性分析图１ ３个毛水头下三导摆度随负荷变化趋势Ｆｉｇ．１ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｓｈａｆｔ ｓｗｉｎｇ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｏａｄｓ ｕｎｄｅｒ ｔｈｒｅｅ ｇｒｏｓｓ ｗａｔｅｒ ｈｅａｄ图２ ３个毛水头下振动随负荷变化趋势Ｆｉｇ．２ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｏａｄｓ ｕｎｄｅｒ ｔｈｒｅｅ ｇｒｏｓｓ ｗａｔｅｒ ｈｅａｄ图３ ３个毛水头下水压力脉动随负荷变化趋势Ｆｉｇ．３ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｏａｄｓ ｕｎｄｅｒ ｔｈｒｅｅ ｇｒｏｓｓ ｗａｔｅｒ ｈｅａｄ图４ ５４０ｍ毛水头下５０ＭＷ时上导摆度频谱图Ｆｉｇ．４ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｕｐｐｅｒ ｇｕｉｄｅ ｂｅａｒｉｎｇｓｗｉｎｇ ａｔ ５０ＭＷ ｌｏａｄ ｕｎｄｅｒ ５４０ｍｗａｔｅｒ ｈｅａｄ带频率对机组的影响已非常小），此时机组尾水管出现不稳定流动现象，其产生的压力脉动是造成机组振动和出力摆动的主要原因［６］。