[发明专利]一种基于工况寻优的变转速抽水蓄能机组协调控制方法

说明书

本发明公开了一种基于工况寻优的变转速抽水蓄能机组协调控制方法，根据水轮机综合特性曲线确定不同转速时的功率、水头关系曲线，寻找最优效率曲线，η_imax＝f(P,H,N_i)，利用最大效率曲线和采集的当前水头和当前功率给定，确定当前工况时的最优转速n_o＝f(P,H)|η_max，最优转速n_o即为变速机组在当前水头H和功率给定P下的最优转速，调速系统依此进行闭环调节，保证变速机组处于最优转速；本发明减少机组过渡过程调节时间，提高机组运行稳定性。

技术领域

本发明属于变转速抽水蓄能，尤其涉及一种基于工况寻优的变转速抽水蓄能机组协调控制方法。

背景技术

变转速抽水蓄能由于其高度可控性以及迅速的有功、无功对电网稳定运行的支撑能力越来越受到人们的重视，我国变转速抽水蓄能机组研究起步较晚，已投运的几座变速机组都属于变极调速机组，机组只能在两种转速之间切换，不是真正意义上的变速抽蓄机组。虽然国外变速机组研究起步较早，欧洲和日本也有大量变速抽蓄机组投运，但其控制策略基本分为两种控制方式：一种是交流励磁转速控制调速系统功率控制（转速优先的控制策略），另一种是交流励磁功率控制调速系统转速控制（功率优先的控制策略）。这两种控制策略都存在自身固有的局限。

转速优先控制策略，其优点是转速控制非常迅速，但电气部分快速变转速时，机械转速也迅速变化，由于飞轮效应的存在该过程经常伴随有功率注入和抽取，其方向和转速调节方向正好相反，这种调节方式实际上对系统稳定有害，对机组冲击也比较大，因此第一种控制策略应用较少！

功率优先的控制策略，其优点是交流励磁系统统一负责机组有功、无功的控制，可以对电网进行迅速的有功、无功支持，功率控制可以达到百毫秒级；其缺点是过渡过程伴随机组转速反调，例如，交流励磁系统瞬时增加机组出力时，由于机组机械部分输出功率不能瞬时改变，因此机组将通过迅速降低转速，利用飞轮效应提供需要的功率输出，但这与机组高效率转速方向正好相反，从而给转速调节引入扰动；如果调速器控制系统只采用传统PID控制时，转速反调及快速波动时容易引起导叶开度的大幅度调整，从而引起引水系统波动，容易引起机组转速快速振荡，不利于机组稳定运行。

从上面可以看出，现有的控制策略中交流励磁系统和调速系统之间是相互独立的，由于交流励磁部分无论是有功、无功还是转速调节都非常迅速，而调速器控制的机械部分由于水力特性和机械特性的限制其动作相对较慢，如果不进行交流励磁和调速器的协调控制，水力机械部分将很难稳定，水流流动特性的迅速改变会导致水锤现象的加剧，另一方面，变转速抽水蓄能机组变速范围一般在±10%左右，而不是任何频率范围变速运行，因此，交流励磁在不同机组运行点对飞轮效应的利用限制条件也不一样，否则变速抽水蓄能机组将偏离变速范围，这将对机组运行稳定性产生影响，这也需要一个装置来协调交流励磁和调速系统；最后，水泵水轮机存在反水泵特性，如果按照传统控制策略调速系统只以转速为控制变量，也将加重过渡过程的不稳定性。综上，需要一种装置来协调交流励磁系统和调速系统，以保证水泵水轮机的稳定运行，同时保证变速机组具有良好调度性能。

发明内容

为了克服上述现有的缺陷，本发明提供了一种基于工况寻优的变转速抽水蓄能机组协调控制方法，其目的是减少机组过渡过程调节时间，提高机组运行稳定性。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于工况寻优的变转速抽水蓄能机组协调控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1) 根据变转速水泵水轮机的综合特性曲线获取机组不同转速时的水头-功率-效率曲线和水头-开度-效率曲线；并把曲线变成两个三维表格，作为基础数据存储在协调控制器内；

(2) 根据水泵水轮机在水泵工况时的水头-转速-效率曲线和水头-转速-开度曲线，生成水头-转速-效率二维表格和水头-转速-开度二维表格，也作为基础数据存储在协调控制器内；