抽水蓄能电站仿真系统的设计与开发
抽水蓄能电站背靠背启动过程的数字仿真
由于同步电动机的 Π Κ ! Π Κ 与 ΠΕ ! 而 ΠΚ ΠΚ ⁄ !ΠΚ ± ! Πι 及 Πι 有关∀ ⁄ !ΠΚ ± ! ΠΕ 分 别已由式
相轴线的相对位置
发电机电流方程 发电机电流通过式
Γ Κ ± Γ Κ
及下式可求得 由发电机状态方程
两边求导得
Δ τ
其中 Κ ⁄! Κ ± ! Κ ! Κ !Ε 求得∀
1 ι
在计算步长足够小的条件下 当对发电 机状态方程进行数值积分时 可设电动机的
Δ 不变 同理 对电动机状态方程进行数值
发电机与电动机的电流转换方程
#
#
Αβστραχτ ∏ 2 2 2 2 ∏ ∏ Κεψω ορδ σ ∏ 2 ∏ 2 2 ∏ ∏ ∏ ∏ ∏
抽水蓄能电站
×
背靠背启动
数学模型
数字仿真
2 2 ∏ ∏2 ∏ √ ∏ ∏ ∏ ∏ ∏ 2 × 2
2∏ ∏ ¬
∏
随着电网容量愈来愈大 调峰填谷! 提高 水火电站利用率! 减少系统能耗! 提高供电质 量和安全可靠度问题都愈趋重要 修建大容 量抽水蓄能电站是解决这些问题的有效措 施∀此外 大容量抽水蓄能电站还可以在系统 中担负调频! 调相! 负荷调整! 旋转备用 提高 电网运行的灵活性和可靠性∀ 抽水蓄能电站的同步电机在电动机运行 方式时 要解决同步电动机的启动问题∀启动 主要有变频器启动! 小电动机启动和背靠背 启动等∀各种启动方式各有其优缺点 但当电 网发生故障时 变频器与小电动机启动方式 已不可能 这时必须采用背靠背启动 因为它 与电网无关∀当然 这种启动方式需要一套用 于启动电动机的发电机设备∀
水电站水机电仿真系统的开发及探究
水电站水机电仿真系统的开发及探究摘要：电站水机电一体化的仿真包括了由详细水力系统、发电机组、升压站、等值电力系统构成的中小型电力系统。
对于水电厂水机电耦合问题的研究，通常采用单机无穷大系统进行代替，并非针对本厂的具体数据和参数进行研究，因而相关结论具有参考意义但一般无法对本厂的生产直接形成指导意见。
关键词：水电站水机电仿真系统；开发；水电站在实际运行中，当运行操作或因事故而改变系统的运行状态时，就会产生过渡过程，由于水体惯性的存在，就会引起系统中管道压力、流量、机组转速的剧烈变化，对水电站的运行质量以至安全将产生非常重要的影响。
因此，无论为确定电站设计参数或保证电力系统运行质量都必须对水电站进行静、动态仿真研究。
一、研究水电站水机电系统（HMES）为一类非线性耦合系统，主要包括水力系统、机械系统及电气系统3 个子系统，其动态特性取决于各子系统的共同作用。
其中，水力系统主要包含有压引水系统、调压井、蜗壳及尾水管等；机械系统主要包含水轮机、调速器等；电气系统主要包括水轮发电机、励磁系统、电力系统稳定器及负荷等。
随着水电机组装机容量逐渐增大，调峰调频任务愈发繁重，水电站水机电系统的动态特性对电力系统安全稳定运行的影响日益显现。
大型水电机组的切机或者突然甩负荷将导致电力系统失去较大功率，对系统的功角、频率及电压稳定性都会造成严重影响。
如何准确模拟出大小扰动下水电站水机电系统动态特性，并采取相关措施抑制其对电力系统造成的不良影响已成为水电站建设的主要问题。
作为对真实物理系统进行模拟的重要手段之一，数字仿真凭借成本低、不受外部环境限制等优点，现已成为电力系统研究、规划、运行、设计等各个方面不可或缺的工具。
二、水电站水机电仿真系统的开发1.监控运行系统和仿真系统的一体化。
目前的水电厂基本上都投运了计算机监控系统，监控系统和仿真系统一般都是两个独立的系统，这两个系统一般由不同的单位研制，它们之间可能会通过通讯协议来进行通讯，在两个系统设计之初就缺乏统一的规划和接口，由于存在这个缺陷，仿真系统和监控运行系统不能作到一体化运行，仿真系统一般只能作为员工的离线培训系统。
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. [19]韩民晓.可变速抽水蓄能发电技术应用与进展[J].科技导报,2013,31(16):69-73.[收稿日期]2023-03-20[作者简介]于爽(1994-),2015年7月毕业于河海大学能源与电气学院热能动力工程专业,现从事抽水蓄能电站机电设备安装及运行维护等工作,工程师㊂蔡卫江(1970-),1992年7月毕业于河海大学水电系水利水电动力工程专业,硕士,研究方向为水电厂水轮机调节与控制㊁源网协调㊁水电站自动化等,研究员级高级工程师㊂(通讯作者)。
可变速抽水蓄能机组控制系统的仿真研究
通过改变电机 的极对数所带来 的技术 问题。 在Ｍ ａ ｔ ｌ ａ ｂ ／ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ 仿 真软件平 台上搭建水泵水轮机 、 交流励磁 电机 的
仿真模型， 并采用定子磁场定 向矢量控制策略对 电机模 型进行仿真验证。仿真结果表 明应用 矢量控制策略可 以 使抽水蓄能双馈 电机 的有功功率和 无功功率解耦并快速响应。 关键词 ： 可变速抽水蓄能机组 ； 矢量控制 ； 水泵水轮机； 交流励磁 电机 ； 功率响应
ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｄ ｑ ｕ ｉ ｃ ｋ ｌ ｙ ．
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Ｉ ｎ三 仿真研 究
王之纯 ， 王德 贤， 钟才惠
（ 三峡 大 学 电气与新 能 源学 院 ， 湖北 宜昌 ４ ４ ３ ０ ０ ２ ）
摘 要： 抽水 蓄能电站采用交流励磁可变速 电机具 有提 高机 组工况运行 的效率和转换时 间等优点 ， 解决 了过去
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。
惠州蓄能水电厂计算机仿真系统的开发与应用
惠州蓄能水电厂计算机仿真系统的开发与应用作者：曹锋来源：《广东科技》 2014年第12期曹锋（惠州蓄能水电厂，广东惠州 516100）摘要：结合惠州蓄能水电厂（以下简称惠蓄电厂）计算机仿真系统的开发与应用，从仿真系统的技术构成、设计原理与系统特点，仿真系统在设备在线监视、电厂三维模型展示、数字化仿真培训功能应用上作了介绍，该仿真系统具备实用、科学、先进的特征，很好地弥补了国内计算机仿真系统在抽水蓄能电厂应用的空白。
关键词：惠蓄电厂；状态监测；三维；仿真培训0 引言惠蓄电厂位于广东省惠州市博罗县，在电网的安全稳定运行中，具有调峰填谷、事故备用、调节电网无功、配合大型机组进行甩负荷实验等巨大作用。
2011年全部8台机组建成投产，总装机容量2400万kW（8×30MW），电站为高水头大容量纯抽水蓄能电站，服务于广东省电网。
电厂抽水蓄能机组工况多且流程复杂，在运行过程中各种工况切换非常频繁，对于抽水蓄能电厂的运行和维护有着很高的要求。
作为已经并网发电的新建电厂，新老员工的培训尤为重要，然而因为蓄能电厂的特殊性，实操训练受到严重局限，亟需仿真技术的支持辅助训练。
仿真技术应用的研究在国外水电厂中，始于20世纪70年代，最初只是针对部份设备建模，例如水轮机的动态非实时计算机模拟研究，至21世纪80年代中期方有水电厂实时仿真系统的出现，以实现对员工的培训和试验研究。
国内仿真技术发展始于80年代，主要针对火电和变电应用方面，水电相关的仿真技术的发展相对滞后，早期的仿真系统只能实现水电厂部分仿真（部份设备、部份系统、部份功能），后期逐渐有了水电厂全工况、全范围仿真［1］［2］［5］，但是抽水蓄能电厂作为水电行业新的发展方向，其仿真系统在国内的应用研究基本上处于空白。
为了克服在新老员工培训中存在的局限和不足，惠蓄电厂通过和武汉大学联合攻关，开发了惠蓄电厂仿真系统。
本文分别从系统架构与设计、功能实现、应用效果对攻关研究成果进行介绍。
抽水蓄能电站系统设计与运行优化
抽水蓄能电站系统设计与运行优化抽水蓄能电站是一种能够弥补风能、太阳能等可再生能源不稳定性的电力储能系统。
其通过在低水位和高水位之间不断循环注水和抽水的方式，实现水的储存和释放，从而调节电力系统的负荷平衡。
本文将重点讨论抽水蓄能电站的系统设计和运行优化方案，旨在提高其电能转换效率和运营经济性。
一、系统设计抽水蓄能电站的设计要素包括水库、水电机组、抽水站、输水管道和电力变压器等。
其中，水库是整个系统的核心部件，其大小、形状、深度、水位高差等参数的选择将直接影响整个系统的电能转化效率和运行成本。
在水库的设计中，应考虑到周边环境的影响和保护，为此需要进行水土保持工程和环境影响评估。
同时，为了避免水库的淤积和水质污染，还需要采用一系列的水文测算和处理措施，例如注入淡水、加强循环泵送和水质监测等。
抽水蓄能电站还需要设计适合的水电机组。
水电机组是负责将水流的动能转换成电能的核心设备，因此需要考虑到功率、效率、转速、水头等多个参数，使其在高低水位状态下都能保持良好的电能转换效率。
此外，还需要注意水电机组的材料、绝缘、润滑等技术指标的选择，以提高其可靠性和使用寿命。
抽水蓄能电站的输水管道和电力变压器等设备也要按照工艺要求进行设计和选择，以尽可能地降低系统的电功率损耗和维护成本。
此外，还需考虑到设备的安全性和可扩展性，以应对未来电力市场的需求变化。
二、运行优化抽水蓄能电站的运行优化是指利用现代物联网、大数据、人工智能等技术手段，对电站进行实时监测、建模和优化，进一步提高电能转换效率和运行经济性。
在运行优化方面，首先需要建立起电站的电力模型和水文模型，对电站的水位、水流、电力负荷等参数进行实时监测，并对数据进行分析和预测。
基于模型和数据，还可以利用最优化算法和智能控制技术进行电力和水力运行的决策和调度，提高电站的运行效率。
此外，在运行优化中还可以采用一些新兴技术，例如智能合同、区块链等。
智能合同可以使电站与电力市场、用户之间实现自动化交互，并根据交易价格和负荷情况进行最优调度。
水电站水机电仿真系统的开发及研究
科学技术创新2019.29水电站水机电仿真系统的开发及研究王虎1朱建国2付险峰1廖慧敏1（1、国网湖北省电力有限公司黄龙滩水力发电厂，湖北十堰4420002、三峡大学电气与新能源学院，湖北宜昌443002）1概述对于水电厂水机电耦合问题的研究，例如，水轮发电机组在启机、突增、突减负荷或电力系统侧故障等扰动等过渡过程中,可能会发生水力系统水压上升过高等影响电站安全运行的问题；同时水力动态过程也可能对电力系统低频振荡等稳定性产生影响。
由于水文献中电厂水、机、电耦合研究的方式理论性强，对具体的机组或电厂参考意义不大。
通常采用单机无穷大系统进行代替，并非针对本厂的具体数据和参数进行研究，因而相关结论具有参考意义但一般无法对本厂的生产直接形成指导意见[1-3]。
另一方面，研究人员也并非一定是本厂技术人员，并不能大幅促进本厂相应技术水平的提高。
文献中水电站仿真培训系统一般是定位为运行人员操作或流程的培训的系统，其监控系统的仿真通常无法准确反应水电站的动态运行结果，也通常无法深入到电站众多监控装置的维护的仿真中。
（以保护装置的仿真为例，由于没有准确的故障计算数据，装置的动作或警报等不是基于故障电流等客观的故障信息的整定值，而是基于开发者人为的逻辑判断，所以无法准确反应水电站的动态运行结果；本平台的特点之一就是准确的仿真数据，因而保护装置的仿真中保护的动作是基于客观的故障信息的整定值，因而能准确反应水电站的动态运行结果，对本厂的生产形成一定的指导意见，并且能深入到诸如装置参数的整定、修改等，从而实现对装置的运行和维护的仿真。
2仿真系统整体框架图12.1监控设备画面的开发：包括电站主系统、集中监控系统、现地监控系统、主系统的控制保护装置等画面。
电站监控系统画面的绘制可以采用北京图王软件开发有限公司的Visual Graph，它已在电力等行业涉及图形的应用系统的开发中有许多成功的案例。
可以非常逼真地绘制出设备画面并实现部分操作的仿真。
抽水蓄能电站仿真系统的设计与开发
抽水蓄能电站仿真系统的设计与开发周坤;王自岭【摘要】对抽水蓄能电站仿真系统的设计与开发进行了论述,介绍了仿真机的设计原则,从电气系统、机械系统和控制系统三方面介绍了仿真范围,通过硬件构造介绍了系统的结构.仿真系统功能齐全,结构清晰简单,可扩展性好,硬件软件通用性好,培训和维护费用较低且易实现一机多模,能够满足运行人员的各种培训需要.【期刊名称】《华北电力技术》【年(卷),期】2010(000)008【总页数】4页(P25-28)【关键词】抽水蓄能;电站;仿真;设计开发【作者】周坤;王自岭【作者单位】山东泰山抽水蓄能电站有限责任公司,山东,泰安,271000;山东电力研究院,山东,济南,250000【正文语种】中文【中图分类】TM6120 引言抽水蓄能机组从1882年在瑞士苏黎世问世以来，已有100多年的历史。
截止1995年，全世界已建成抽水蓄能电站400多座。
我国自20世纪60年代开始研究开发抽水蓄能机组。
直到80年代，我国抽水蓄能电站的建设迎来了新的局面［1］。
从2000年开始，我国陆续兴建了以泰安、张河湾、桐柏等一批具有世界先进水平的抽水蓄能电站，根据全国电网的负荷特性、电源规划，我国在2010年抽水蓄能装机规模将达到1800万kW，近期在建和拟建的抽水蓄能电站有十余座。
抽水蓄能电站作为一种特殊形式的水电站，具有调峰填谷双重作用，是电力系统最理想的调峰电源［2，3］。
此外，它还可以调频、调相、调压和作为事故备用及“黑启动”等多种作用的特殊电力装置，具有运行灵活和反应快速的特点，是电力系统运行管理的重要工具，对确保电力系统安全、稳定和经济运行具有重要作用［4］。
随着电力工业的发展和技术的进步，抽水蓄能机组不断向着大容量、高参数方向发展，自动化程度越来越高，技术日益复杂，对运行操作人员的技术知识、操作水平、应变能力等方面提出了更高要求。
这就需要对运行人员进行有效的培训。
而运行人员在实际抽水蓄能机组上进行训练的机会越来越少，不仅难度大、周期长、收效微，有时甚至不可能。
抽水蓄能电站水机电系统计算仿真的若干问题分析概要
】】8抽水蓄能电站工程建设文集2008抽水蓄能电站水机电系统计算仿真的若干问题分析周建旭蔡付林胡明(河海大学【摘要】结合若干仿真问题.提出调压室局部损失系数的确定应尽可能结合实际的局部流态,以从数据输入侧实现调压室涌浪过程的实时仿真。
分析机组导叶关闭规律的仿真和调速器的可调性之间的关系,以真实再现导叶运动过程和水力一机械系统动态特性。
给出不同于常规电站的典型过渡工况的仿真要点以及一种简便易行的无功功率调节仿真实现方法。
【关键词】抽水蓄能电站仿真调压室导叶关闭规律无功功率1前言抽水蓄能电站在电力系统中的主要作用是调峰填谷、调频、调相和事故备用,包括抽水、抽水调相、发电、发电调相和静止五个基本运行工况,可逆式机组存在双向旋转,输水系统中存在双向水流,与常规机组比较,抽水蓄能机组运行工况较多,工况转换多样而复杂[1]。
因此,抽水蓄能电站水机电系统计算仿真是抽水蓄能电站仿真机的关键技术问题和难点。
抽水蓄能电站水机电系统计算仿真涉及面广,包括输水系统、可逆式机组、调速器、发电电动机和励磁机等,而水力一机械系统动态仿真是抽水蓄能电站水机电系统仿真的关键模块,要求准确实时地反映机组参量,以及输水系统中各水力元件和特征位置瞬态参数的动态过程。
因此,结合影响水力一机械系统动态仿真程度的主要影响因素——调压室阻抗孔口局部损失系数和导叶关闭规律,进行深入的仿真研究,进而分析抽水蓄能电站不同于常规电站[2]的典型过渡工况的仿真要点,以全面实现系统动态特性的准确仿真。
2调压室阻抗孔口局部损失系数2.1阻抗孔口局部损失系数的确定通常,依据DL/T 5058--1996《水电站调压室设计规范》的规定,流进/流出调压室的水头损失可按11,2式Ah--』…砭V r(u为阻抗孔口流速计算拟定,定义局部损失系数亭=1/#,阻抗孔流量系数可以在甲厶g0.60"一0.80之间选取;或者查膜板式调压室的水头损失曲线和带连接短管式调压室的水头损失曲线得到。
一种抽水蓄能电站发电机的建模仿真方法及系统[发明专利]
![一种抽水蓄能电站发电机的建模仿真方法及系统[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/cd8461abf7ec4afe05a1df2d.png)
专利名称：一种抽水蓄能电站发电机的建模仿真方法及系统专利类型：发明专利
发明人：邢继宏,左厉,王旭一,蔡建鹏,王德刚,肖海波,李博
申请号：CN202011452652.0
申请日：20201212
公开号：CN112733424A
公开日：
20210430
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种抽水蓄能电站发电机的建模仿真方法，包括以下步骤：步骤1，建立发电机数学模型，包括电压方程和磁链方程；进行派克变换，获得dq坐标系下发电机数学模型；步骤2，建立发电机直接功率控制模型；步骤3，建立水力系统模型，包括水道模型、调压井模型和水轮机模型；步骤4，建立优化目标函数和约束条件，以教与学优化算法，对定子有功功率进行仿真。
与现有技术相比，提供了一种抽水蓄能电站发电机的建模仿真方法，可以对发电机控制系统的设计进行仿真，模型结构简单，精度较高，收敛速度较快。
申请人：国网新源控股有限公司回龙分公司
地址：473005 河南省南阳市卧龙区南阳市高新路东段
国籍：CN
代理机构：北京智绘未来专利代理事务所(普通合伙)
代理人：肖继军
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全功能一机多模抽水蓄能仿真系统设计
中图分类号 TV743;TP391.9
文献标识码 A
Design of full function one machine multi-mode pumped storage simulation system
Wu Jihang1, Liu Zhengzhen1, Li Haibo2, Xu Hui3, Li Jianguang1, Zhao Qing4, Zhao Yifeng5 （1. State Grid Xinyuan Holding Co., Ltd. Beijing, 100761, China; 2. East China Yixing Pumped Storage Co., Ltd. Yixing ,Jiangsu, 214205, China; 3. Baishan Power Plant, Jilin, 132013, China; 4. Shandong Taishan Pumped Storage Power Station Co., Ltd. Taian
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Modern Scientific Instruments
No.1 Jan. 2019
计算机连接成以太局域网，该网络结构属于松散耦合 结构，可支持多渠道数据交互运行 [1]。设计结果见图 1。
,Shandong,271000, China; 5. East China Tianhuangping Pumped Storage Co., Ltd. Anji, Zhejiang, 313302, China） Abstract In order to meet the training requirements of pumped storage power station, this paper will carry out the design of a multi-mode pumped storage simulation system with full function. The design work is mainly divided into hardware and software configuration design, simulation software system configuration design and real-time communication design. At the same time, the function of analysis design results is used to verify the feasibility of this design. Through analysis, it can be seen that the design system in this paper has the characteristics of comprehensive function, stable operation and matching with the actual unit. Therefore, the design in this paper is effective, and the system can be applied to the actual simulation of users. Training work. Key words Full function; One machine multimode; Pumped storage simulation system
抽水蓄能机组调速系统动态仿真平台的设计与开发
抽水蓄能机组调速系统动态仿真平台的设计与开发
冯凌云;邱小波;吴昊
【期刊名称】《电气技术》
【年(卷),期】2015(000)012
【摘要】调速系统是抽水蓄能水电站控制系统的核心之一,然而适用于电站技术人员离线试验、培训的调速系统仿真平台并不多见.文中提出一种蓄能机组调速系统动态仿真平台设计方案,通过建立对象数学模型,设计动态仿真算法,最后使用Matlab/GUI开发工具将之开发实现.该平台可视化和动态效果好,既能完成调速系统控制原理的试验仿真,又可以进行实际系统的分析、培训及研究.
【总页数】4页(P98-101)
【作者】冯凌云;邱小波;吴昊
【作者单位】广州蓄能水电厂,广州 510950;广州蓄能水电厂,广州 510950;广州蓄能水电厂,广州 510950
【正文语种】中文
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1.基于抽水蓄能机组黑启动特性的调速系统设计 [J], 蔡卫江;许栋;孙永宾;徐宋成
2.基于抽水蓄能机组黑启动特性的调速系统设计 [J], 蔡卫江;许栋;孙永宾;徐宋成;
3.大型抽水蓄能机组调节系统建模与仿真平台开发 [J], 曾洪涛;田文刚;王智欣;林琳琳
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基于BIM 抽水蓄能电站施工进度可视化仿真的研究与探讨
基于BIM 抽水蓄能电站施工进度可视化仿真的研究与探讨文章侧重于抽水蓄能电站施工可视化进度仿真的理论研究，并在天池抽水蓄能电站筹建期的施工方案基礎上进行了基于Navisworks的施工进度可视化施工实施方法研究，提出了适合抽水蓄能电站的施工仿真方法。
鉴于当前施工仿真方法理论和施工可视化进度仿真软件还在不断发展，且当前不同的施工仿真方法侧重点不同，不存在一个公认的适合抽水蓄能电站的仿真方法和虚拟建造软件，因此文章仅为一种基于现有数学、系统论、信息化的可行方法。
标签：BIM；电站；施工进度；可视化仿真Abstract：This paper focuses on the theoretical research of visual construction schedule simulation of pumped storage power station，and studies the visual construction implementation method of construction schedule based on Navisworks on the basis of the construction scheme of Tianchi pumped storage power station during the preparation period. The simulation method for the construction of pumped storage power station is put forward. In view of the fact that the theory of construction simulation method and the simulation software of construction visual progress are still developing，and that the emphases of different construction simulation methods are different. There is no recognized simulation method and virtual construction software for pumped-storage power station，so this paper is only a feasible method based on existing mathematics，system theory and information technology.Keywords：BIM；power station；construction progress；visual simulation1 概述典型抽水蓄能电站一般由上水库、引水发电系统和下水库三部分组成。
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摘
要： 对抽 水 蓄 能 电站 仿 真 系 统 的 设 计 与 开 发 进 行 了论 述 ， 绍 了仿 真 机 的 设 计 原 则 ， 电 气 系 统 、 械 系统 介 从 机
和 控 制 系统 三 方 面介 绍 了仿 真 范 围 ， 通过 硬 件 构 造 介 绍 了 系统 的 结 构 。 仿 真 系统 功 能 齐 全 ， 构 清 晰 简 单 ， 结 可 扩 展 性 好 ， 件 软 件 通 用性 好 ， 训 和 维 护 费 用较 低 且 易 实现 一机 多模 ， 够 满足 运 行 人 员的 各 种 培 训 需要 。 硬 培 能 关键词 ： 水蓄能 ； 抽 电站 ； 真 ； 计 开 发 仿 设 中 图 分 类 号 ： Ｍ １ Ｔ ６２ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ３９ ７ （ ０ ０ ０ － ２ —４ １ ０ １ １ ２ １ ） ８０ ５ ０ ０
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华北 电 力 技 术
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抽 水 蓄 能 电站仿 真 系 统 的设 计 与开 发
周 坤 ， 自岭 王
（ ．山 东泰 山 抽 水 蓄 能 电站 有 限 责任 公 司 ， 东泰 安 ２ １０ ；．山 东 电 力研 究 院 ， 东 济 南 ２０ ０ ） １ 山 ７ ０ ０２ 山 ５ ００
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０ 引 言
抽水 蓄能 机组 从 １８ ８ ２年 在 瑞 士 苏 黎 世 问世 以来 ， 已有 １ ０多 年 的历 史 。 截 止 １９ Ｏ ９ ５年 ， 世 全 界 已建成抽 水 蓄 能 电站 ４ ０多 座 。我 国 自 ２ ０ ０世 纪６ ０年代 开始 研究 开 发 抽水 蓄能 机 组 。直 到 ８ ０ 年 代 ， 国抽 水 蓄 能 电站 的 建 设 迎 来 了新 的 局 我
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