抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台及仿真系统的制作方法

抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台及仿真系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力设备仿真领域，尤其涉及抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台及仿真系统。
【背景技术】
[0002]抽水蓄能电站兼具有发电、抽水等多种运行工况，通过工况间的转换，抽水蓄能电站能够实现调峰填谷、调频调相、电压调整等多项重要功能，抽水蓄能电站的各种运行工况都需要与电力系统并网运行，但是不同工况下抽水蓄能机组对同期并网的要求各不相同。
[0003]抽水蓄能机组并网是十分重要的操作，且操作比较频繁。并网过程会产生一定的冲击电流，如果冲击电流过大，不仅会使发变组保护装置误动作，导致并网失败，而且冲击电流所产生的电动力会给水轮机和发电机设备的安全运行带来不利影响，严重时会损坏发电设备，带来巨大的经济损失。因此开展抽水蓄能机组不同运行工况下的同期并网研宄，对提高抽水蓄能机组和电站的安全稳定运行，具有重要意义。

【发明内容】

[0004]本发明的目的就是为了解决上述问题，提供抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台及仿真系统，该平台能够较好的仿真抽水蓄能机组、机组不同的运行工况、同期并网的各控制环节以及从机组启动到完成并网的完整动态过程。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台，包括:
[0007]无穷大电网模块，用来模拟无穷大电网；
[0008]抽水蓄能机组模块，实现对抽水蓄能机组的建模与仿真功能，采用可逆式的同步电机模型，能兼作电动机和水轮发电机，实现对多种运行工况的仿真；抽水蓄能机组的励磁电流和频率两个参数是能调节的，能够接受来自励磁控制模块和频率控制模块的调节信号，并对调节信号做出响应；
[0009]第一电压监测模块，用于采集或监视抽水蓄能机组机端电压信息，并将信息提供给励磁控制模块和同期调节模块；
[0010]第二电压监测模块，用于采集或监视无穷大电网的电压信息，并将信息提供给同期调节模块和静止变频器SFC模块；
[0011]监测系统模块，包括量测模块、记录模块及显示模块，根据仿真的需要，提供所需电气量的测量结果，形成由有效值、标么值或曲线图形式表示的仿真结果，为研宄人员对仿真结果和数据分析提供依据；
[0012]同期调节模块，仿真开始前，在该模块中能预先设定好并网参数，准同期过程中，该模块将依照预先设定的参数要求对并网过程相关的电气量进行调节，当各电气量满足预设并网条件时发出合闸信号；采集抽水蓄能机组的机端和无穷大电网侧的电压幅值、频率和相角信息，当机端电压和机组转速到达一定的值时，即抽水蓄能机组的机端电压达到额定电压，抽水蓄能机组转速达到额定转速的97 %时，同期调节模块开始对抽水蓄能机组电压和频率进行调节，使抽水蓄能机组满足并网条件，并当抽水蓄能机组与电网间相角差满足预设并网要求时发出并网信号；所述并网参数能够根据需要进行修改，以考察不同并网参数下的同期并网过程；
[0013]并网断路器模块，用来连接抽水蓄能机组模块和无穷大电网模块，完成机组的并网操作；
[0014]励磁控制模块，对抽水蓄能机组的励磁电流大小进行控制；励磁控制模块采集抽水蓄能机组机端电压，根据采集抽水蓄能机组机端电压大小调节励磁电压进而改变励磁电流，并能接受来自于外部的励磁调节信号，如来自同期调节模块的励磁调节信号，达到调节机组的机端电压的目的；
[0015]转速测量模块，在抽水蓄能机组模块不能够直接提供实时转速时用于测量抽水蓄能机组转速；
[0016]主变压器模块，对发电机端口电压进行升压，实现发电机与无穷大电网的电气连接;
[0017]水轮机调速模块，用于抽水蓄能机组转速的调节；采集抽水蓄能机组的转速信息，通过改变抽水蓄能机组模型的输入转矩来调节转速，并能接受来自于外部的频率调节信号，如来自同期调节模块的频率调节信号，实现对抽水蓄能机组转速的调节；或
[0018]背靠背启动电源模块组，包括背靠背启动电源模块、背靠背启动调速模块和启动断路器模块，用于搭建背靠背启动并网仿真模型；或
[0019]SFC启动电源模块组，包括降压变压转速器模块、静止变频器SFC模块、SFC输出变压器模块和启动断路器模块，用于搭建SFC启动并网仿真模型；
[0020]基于上述模块，可以根据仿真实验要求搭建出不同的仿真模型，模拟抽水蓄能机组的不同运行工况以及不同工况下的同期并网仿真模型。
[0021]所述无穷大电网模块采用容量为抽水蓄能机组容量的10倍以上的同步发电机模型。
[0022]所述第一电压监测模块和第二电压监测模块采集或监视的电压信息包括幅值、频率和相角信息。
[0023]所述背靠背启动电源模块组包括:
[0024]启动断路器模块，连接抽水蓄能机组模块和启动电源，用于通断启动线路；
[0025]背靠背启动调速模块，完成背靠背启动机组的转速控制，采集抽水蓄能机组的转速信息，通过改变抽水蓄能机组模型的输入转矩来调节转速，实现对抽水蓄能机组频率的调节；
[0026]背靠背启动机组模块，用于实现抽水蓄能机组的背靠背启动，在背靠背启动过程中，作为启动电源向抽水蓄能机组提供启动电流，并能在启动阶段接受背靠背启动调速模块的控制信号，在并网阶段接受同期调节模块的控制信号，调节启动电流的大小和频率，完成抽水蓄能机组的启动。
[0027]所述背靠背启动机组模块采用同步发电机模型代替。
[0028]所述SFC启动电源模块组包括:
[0029]静止变频器SFC模块，其中，SFC是Static Frequency Converter的缩写，是完成抽水蓄能机组变频启动的核心设备，不仅能为机组启动提供频率变化的启动电流，还能够对抽水运行工况下的机组频率进行控制；
[0030]SFC输出变压器模块，将静止变频器SFC模块输出的变频电压进行升压，供抽水蓄能机组启动使用；
[0031]降压变压器模块，为静止变频器SFC模块提供工作电压，降压变压器模块的高压侧与无穷大电网连接，低压侧与静止变频器SFC模块连接；
[0032]所述静止变频器SFC模块，包括主电路和控制电路；主电路包括网侧整流器、直流电抗器和机侧逆变器；控制电路包括网侧整流器控制模块和机侧逆变器控制模块；网侧整流器控制模块接受第二电压监测模块采集到的网侧电压信息和电流监测模块采集到的直流电抗器输出的直流电流信息，静止变频器SFC模块基于该信息控制电机电磁转矩；网侧整流器控制模块向网侧整流器提供控制信号，控制整流器输出电流，；机侧逆变器控制模块接受同期调节模块采集到的抽水蓄能机组的机端和无穷大电网侧的电压幅值、频率和相角信息，还接受转速测量模块采集到的当前转速，还有给定的转速信息，向机侧逆变器提供控制信号，主要作用为给定逆变器的触发器，控制输出频率；通过主电路和控制电路的配合，仿真出脉冲换相启动、负载换相启动和同期调节过程中静止变频器SFC模块的动态特性。
[0033]基于抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台的抽水蓄能机组发电运行工况并网仿真系统，
[0034]抽水蓄能机组发电运行工况并网仿真系统的电能传输关系如下:
[0035]无穷大电网模块依次连接并网断路器模块、主变压器模块及抽水蓄能机组模块；第二电压监测模块连接无穷大电网模块；第一电压监测模块连接到主变压器模块和抽水蓄能机组模块的连线上。
[0036]抽水蓄能机组发电运行工况并网仿真系统的信号流转关系如下:第一电压监测模块和第二电压监测模块都连接同期调节模块，第一电压监测模块还与励磁控制模块连接，第二电压监测模块将采 集到的无穷大电网的电压信息传送到同期调节模块，第一电压监测模块将采集到的抽水蓄能机组机端电压信息提供给励磁控制模块和同期调节模块；
[0037]励磁控制模块和并网断路器模块都与同期调节模块连接，同期调节模块还与水轮机调速模块连接，励磁控制模块和水轮机调速模块都与抽水蓄能机组模块连接，转速测量模块连接抽水蓄能机组模块和水轮机调速模块；转速测量模块将采集到的抽水蓄能机组转速信息送到水轮机调速模块；同期调节模块采集抽水蓄能机组的机端和无穷大电网侧的电压幅值、频率和相角信息，当机端电压达到额定电压，机组转速达到额定转速的97%时，同期调节模块开始借助励磁控制模块对抽水蓄能机组电压进行调节，借助水轮机调速模块对抽水蓄能机组频率进行调节，使机组满足并网条件，并当机组与电网间相角差满足预设并网要求时向并网断路器模块发出并网信号。
[0038]并网前，并网断路器断开，抽水蓄能机组在励磁控制模块和水轮机调速模块的作用下启动，运行在空载发电机状态，使其电压和转速达到额定值，达到投入同期调节模块的要求，随后，同期调节模块将通过励磁控制模块调节机组电压，通过水轮机调速模块调节发电机同步频率，
[0039]经过同期调节，抽水蓄能机组和电网间的电压差和频率差满足并网要求，并根据相角差条件发出并网信号，经过同期断路器出口回路动作时间和同期断路器合闸动作时间两个固定延时后，并网断路器合闸，完成并网过程，整个仿真过程中，利用监测系统模块记录电气量数据。
[0040]基于抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台的抽水蓄能机组抽水运行工况下背靠背启动并网仿真系统，
[0041]抽水蓄能机组抽水运行工况下背靠背启动并网仿真系统的电能传输关系如下:
[0042]无穷大电网模块依次连接并网断路器模块、主变压器模块及抽水蓄能机组模块；第二电压监测模块连接无穷大电网模块；第一电压监测模块连接到主变压器模块和抽水蓄能机组模块的连线上，背靠背启动电源模块通过启动断路器模块连接抽水蓄能机组模块。
[0043]抽水蓄能机组抽水运行工况下背靠背启动并网仿真系统的信号流转关系如下:
[0044]第一电压监测模块和第二电压监测模块都连接同期调节模块，第一电压监测模块还与励磁控制模块连接，第二电压监测模块将采集到的无穷大电网的电压信息传送到同期调节模块，第一电压监测模块将采集到的抽水蓄能机组机端电压信息提供给励磁控制模块和同期调节模块；
[0045]励磁控制模块和并网断路器模块都与同期调节模块连接，同期调节模块还与启动断路器模块连接，励磁控制模块与抽水蓄能机组模块连接，转速测量模块连接抽水蓄能机组模块和背靠背启动调速模块；转速测量模块将采集到的抽水蓄能机组转速信息送到背靠背启动调速模块；同期调节模块采集抽水蓄能机组的机端和无穷大电网侧的电压幅值、频率和相角信息，当机端电压达到额定电压，机组转速达到额定转速的97%时，同期调节模块开始利用励磁控制模块对抽水蓄能机组电压进行调节，利用背靠背启动调速模块对抽水蓄能机组频率进行调节，使机组满足并网条件，并当机组与电网间相角差满足预设并网要求时向并网断路器模块发出并网信号。
[0046]抽水蓄能机组在抽水运行工况下启动，首先启动断路器闭合，并网断路器断开，由背靠背启动调速模块调节背靠背启动电源模块，使背靠背启动电源模块输出电能的频率逐步上升，抽水蓄能机组模块的同步转速随之逐步上升，使抽水蓄能机组转速逐步达到同步转速，同时励磁调节模块调节抽水蓄能机组的机端电压，使之达到额定值，投入同期调节模块；
[0047]同期调节模块进行电压和频率调节，通过背靠背启动调速模块进行频率调节，同时，同期调节模块发出的并网信号首先经过同期断路器出口动作时间和背靠背启动电源切除时间后，将启动断路器断开，抽水蓄能机组处在依靠惯性的空载电动机运行状态，再经过断路器合闸动作延时后，闭合并网断路器，完成并网过程，整个仿真过程中，利用监测系统模块记录电气量数据。
[0048]基于抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台的抽水蓄能机组抽水运行工况下SFC启动并网仿真系统，
[0049]抽水蓄能机组抽水运行工况下SFC启动并网仿真系统的电能传输关系如下:
[0050]无穷大电网模块依次连接并网断路器模块、主变压器模块及抽水蓄能机组模块；第二电压监测模块连接无穷大电网模块；第一电压监测模块连接到主变压器模块和抽水蓄能机组模块的连线上；无穷大电网模块通过降压变压器模块依次连接静止变频器SFC模块、SFC输出变压器模块、启动断路器模块及抽水蓄能机组模块。
[0051]抽水蓄能机组抽水运行工况下SFC启动并网仿真系统的信号流转关系如下:
[0052]第一电压监测模块和第二电压监测模块都连接同期调节模块，第一电压监测模块还与励磁控制模块连接，第二电压监测模块将采集到的无穷大电网的电压信息传送到同期调节模块和静止变频器SFC模块，第一电压监测模块将采集到的抽水蓄能机组机端电压信息提供给励磁控制模块和同期调节模块；
[0053]励磁控制模块和并网断路器模块都与同期调节模块连接，同期调节模块还与启动断路器模块和静止变频器SFC模块连接，励磁控制模块与抽水蓄能机组模块连接，转速测量模块连接抽水蓄能机组模块和静止变频器SFC模块；转速测量模块将采集到的抽水蓄能机组转速信息送到静止变频器SFC模块；电流监测模块采集的电流幅值提供给静止变频器SFC模块的网侧整流器控制模块；同期调节模块采集抽水蓄能机组的机端和无穷大电网侧的电压幅值、频率和相角信息，当机端电压达到额定电压，机组转速达到额定转速的97%时，同期调节模块开始借助励磁控制模块对抽水蓄能机组电压进行调节，借助SFC启动电源模块组对抽水蓄能机组频率进行调节，使机组满足并网条件，并当机组与电网间相角差满足预设并网要求时向并网断路器模块发出并网信号。
[0054]抽水蓄能机组在抽水运行工况下启动，首先启动断路器闭合，并网断路器断开，静止变频器SFC模块内的控制电路控制静止变频器SFC模块输出电能的频率逐步上升，使得抽水蓄能机组转速逐步达到同步转速，同时励磁调节模块调节抽水蓄能机组的机端电压，使之达到额定值，投入同期调节模块；
[0055]同期调节模块频率调节借助静止变频器模块投入同期调节模块进行，此时，发出的并网信号首先经过同期断路器出口动作时间和静止变频器SFC模块停止和切除延时后，将启动断路器断开，机组依靠惯性短时间空载运行，经过断路器合闸动作延时后，闭合并网断路器，完成并网过程，整个仿真过程中，利用监测系统模块记录电气量数据。
[0056]本发明的有益效果:
[0057](I)利用本仿真平台能够仿真抽水蓄能机组独立运行、并网发电或并网抽水不同运行工况，观察励磁控制模块和水轮机调速模块工作对抽水蓄能机组运行特征的影响，能够通过监测系统模块获得机组转速(频率)、机端电压、输出电流、输出有功和无功功率等数据，对抽水蓄能机组不同运行工况下的特征进行分析；
[0058](2)可以仿真抽水蓄能机组抽水工况下的背靠背启动过程和并网过程，通过监测系统模块获得启动过程的机组转速、转矩曲线、机端电压、并网冲击电流等参数，便于考察背靠背启动和并网过程中抽水蓄能机组运行参数的变化规律；
[0059](3)可以仿真抽水蓄能机组抽水工况下的静止变频器SFC启动过程和并网过程，通过监测系统模块获得启动过程的转速和转矩随时间变化曲线、机端电压、机组转速、并网冲击电流等参数，便于考察SFC启动和并网过程中抽水蓄能机组运行参数的变化规律；
[0060](4)可以仿真抽水蓄能机组发电工况下的同期并网过程。通过监测系统模块获得机端电压、机组频率、并网冲击电流和冲击转矩等参数，对不同并网参数下的并网冲击进行分析，便于检验不同并网参数 的并网效果，取得最优并网参数。
[0061](5)采用仿真的方式开展抽水蓄能机组不同运行工况下的同期并网研宄，具有建模过程便捷、模型修改方便、计算精度高、模拟对象类型多样等优点，对于研宄抽水蓄能机组运行特点、分析同期并网冲击电流具有重要作用。
【附图说明】
[0062]图1为抽水蓄能机组发电运行工况下的并网仿真系统；
[0063]图2为抽水蓄能机组抽水运行工况下的背靠背启动并网仿真系统；
[0064]图3为抽水蓄能机组抽水运行工况下的SFC启动并网仿真；
[0065]图4为静止变频器SFC模块的模块示意图。
【具体实施方式】
[0066]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0067]如图1-3所示，抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台，包括:
[0068]抽水蓄能机组模块，该模块实现对抽水蓄能机组的建模与仿真功能，采用可逆式的同步电机模型，可兼作电动机和水轮发电机，实现对多种运行工况的仿真。
[0069]此外，抽水蓄能机组的励磁电流和频率(即发电机转速)两个参数是可以调节的，能够接受来自励磁控制模块、频率控制模块的调节信号，并对调节信号做出响应。
[0070]无穷大电网模块，该模块用来模拟无穷大电网，采用容量足够大的同步发电机模型(其容量为抽水蓄能机组容量的10倍以上)作为无穷大电网模型。
[0071]静止变频器SFC模块，SFC是Static Frequency Converter的简称，是完成抽水蓄能机组变频启动的核心设备，静止变频器SFC模块不仅能够提供机组启动过程中频率逐步升高的交流电，还能够完成抽水运行工况并网时的机组频率调节。
[0072]静止变频器SFC模块，包括主电路和控制电路；主电路包括网侧整流器、直流电抗器和机侧逆变器；控制电路包括网侧整流器控制模块和机侧逆变器控制模块；网侧整流器控制模块接受第二电压监测模块采集到的网侧电压信息和电流监测模块采集到的直流电抗器输出的直流电流信息，静止变频器SFC模块基于该信息控制电机电磁转矩；网侧整流器控制模块向网侧整流器提供控制信号，控制整流器输出电流，；机侧逆变器控制模块接受同期调节模块采集到的抽水蓄能机组的机端和无穷大电网侧的电压幅值、频率和相角信息，还接受转速测量模块采集到的当前转速，还有给定的转速信息，向机侧逆变器提供控制信号，主要作用为给定逆变器的触发器，控制输出频率；通过主电路和控制电路的配合，仿真出脉冲换相启动、负载换相启动和同期调节过程中静止变频器SFC模块的动态特性。
[0073]背靠背启动机组模块，该模块用来实现抽水蓄能机组的背靠背启动功能。在背靠背启动过程中，该模块作为启动电源向抽水蓄能机组提供电流，并能按照同期装置的信号调节输出电流的频率，该模块采用同步发电机模型代替。
[0074]主变压器模块，主变压器又称为并网变压器，其作用是对发电机端口电压进行升压，实现发电机与无穷大电网的电气连接。
[0075]SFC输出变压器模块，该模块的作用是将静止变频器SFC模块输出的变频电压进行升压，供抽水蓄能机组启动使用。
[0076]降压变压器模块，该模块为静止变频器SFC模块提供工作电压，降压变压器模块的高压侧与无穷大电网连接，低压侧与静止变频器SFC模块连接。
[0077]同期调节模块，该模块的作用是在准同期过程对并网参数进行调节，当各参数满足并网条件时发出合闸信号。
[0078]同期调节模块采抽集水蓄能机组的机端和无穷大电网侧的电压幅值、频率和相角信息，当机端电压和机组转速到达一定的值(机端电压达到额定电压，机组转速达到额定转速的97%时)，同期调节模块开始对抽水蓄能机组电压和频率进行调节(采用PID调节方式，但也可以根据需要采取其它调节方式)，使机组满足并网条件，并当机组与电网间相角差满足预设并网要求时发出并网信号。上述并网参数能够根据需要进行修改，以便考察不同并网参数下的同期并网过程。
[0079]励磁控制模块，该模块的作用是对抽水蓄能机组的励磁电流大小进行控制。励磁控制模块采集机端电压，根据机端电压大小调节励磁电压进而改变励磁电流，并可接受外来控制信号如来自同期调节模块的励磁调节信号，达到调节机组的机端电压的目的。
[0080]水轮机调速模块，该模块主要完成机组频率的调节功能。水轮机调速模块采集抽水蓄能机组的转速信息，通过改变抽水蓄能机组模型的输入转矩来调节转速，并可接受其他频率调节模型的调频信号，实现对机组频率的调节功能。
[0081]背靠背启动调速模块，该模块的功能是完成背靠背启动机组的转速控制，其调节过程和方法与水轮机调速模块类似。
[0082]并网断路器模块，并网断路器模块连接抽水蓄能机组模块和无穷大电网模块，完成机组的并网操作。
[0083]启动断路器模块，该模块用来连接抽水蓄能机组模块和启动电源，用于通断启动线路。
[0084]第一电压监测模块，该模块用于采集、监视机端电压信息(包括幅值、频率和相角信息)，并将信息提供给励磁控制和同期调节等模块，该模块可并入下文所述的监测系统模块。
[0085]第二电压监测模块，该模块用于采集、监视无穷大电网的电压信息(包括幅值、频率和相角信息)，并将信息提供给同期调节模块和SFC模块，该模块可并入监测系统模块。
[0086]转速测量模块，该模块用于测量抽水蓄能机组转速。如果抽水蓄能机组模块能够直接提供实时转速，可不设置该模块。
[0087]监测系统模块，该模块包含全部或部分仿真试验中的量测、记录和显示模块，根据仿真的需要，提供所需电气量的测量结果，可以由效值、标么值或曲线图等形式表示，方便研宄人员对仿真结果和数据进行分析。
[0088]如图1所示，基于抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台的抽水蓄能机组发电运行工况并网仿真系统:
[0089]并网前，并网断路器断开，抽水蓄能机组在励磁控制模块和水轮机调速模块的作用下启动，运行在空载发电机状态，使其电压和转速达到额定值，达到投入同期调节模块的要求，随后，同期调节模块将通过励磁控制模块调节机组电压，通过水轮机调速模块调节发电机同步频率，经过同期调节，抽水蓄能机组和电网间的电压差和频率差满足并网要求，并根据相角差条件发出并网信号，经过同期断路器出口回路动作时间和同期断路器合闸动作时间两个固定延时后，并网断路器合闸，完成并网过程，整个仿真过程中，利用监测系统模块记录机端电压、机组频率、并网冲击电流等电气量数据。
[0090]抽水蓄能机组发电运行工况并网仿真系统的电能传输关系如下:
[0091]无穷大电网模块依次连接并网断路器模块、主变压器模块及抽水蓄能机组模块；第二电压监测模块连接无穷大电网模块；第一电压监测模块连接到主变压器模块和抽水蓄能机组模块的连线上。
[0092]抽水蓄能机组发电运行工况并网仿真系统的信号流转关系如下:第一电压监测模块和第二电压监测模块都连接同期调节模块，第一电压监测模块还与励磁控制模块连接，第二电压监测模块将采集到的无穷大电网的电压信息传送到同期调节模块，第一电压监测模块将采集到的抽水蓄能机组机端电压信息提供给励磁控制模块和同期调节模块；
[0093]励磁控制模块和并网断路器模块都与同期调节模块连接，同期调节模块还与水轮机调速模块连接，励磁控制模块和水轮机调速模块都与抽水蓄能机组模块连接，转速测量模块连接抽水蓄能机组模块和水轮机调速模块；转速测量模块将采集到的抽水蓄能机组转速信息送到水轮机调速模块；同期调节模块采集抽水蓄能机组的机端和无穷大电网侧的电压幅值、频率和相角信息，当机端电压达到额定电压，机组转速达到额定转速的97%时，同期调节模块开始借助励 磁控制模块对抽水蓄能机组电压进行调节，借助水轮机调速模块对抽水蓄能机组频率进行调节，使机组满足并网条件，并当机组与电网间相角差满足预设并网要求时向并网断路器模块发出并网信号；
[0094]如图2所示，基于抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台的抽水蓄能机组抽水运行工况下背靠背启动并网仿真系统:
[0095]抽水蓄能机组在抽水运行工况下启动，首先启动断路器闭合，并网断路器断开，由背靠背启动调速模块调节背靠背启动电源模块，使背靠背启动电源模块的输出电能频率逐步上升，抽水蓄能机组模块的同步转速随之逐步上升，使抽水蓄能机组转速逐步达到同步转速，同时励磁调节模块调节抽水蓄能机组的机端电压，使之达到额定值，投入同期调节模块；
[0096]同期调节模块进行电压和频率调节，通过背靠背启动调速模块进行频率调节，同时，同期调节模块发出的并网信号首先经过同期断路器出口动作时间和背靠背启动电源切除时间后，将启动断路器断开，抽水蓄能机组处在依靠惯性的空载电动机运行状态，再经过断路器合闸动作延时后，闭合并网断路器，完成并网过程，整个仿真过程中，利用监测系统模块记录机端电压、机组频率、并网冲击电流等电气量数据。
[0097]抽水蓄能机组抽水运行工况下背靠背启动并网仿真系统的电能传输关系如下:
[0098]无穷大电网模块依次连接并网断路器模块、主变压器模块及抽水蓄能机组模块；第二电压监测模块连接无穷大电网模块；第一电压监测模块连接到主变压器模块和抽水蓄能机组模块的连线上，背靠背启动电源模块通过启动断路器模块连接抽水蓄能机组模块。
[0099]抽水蓄能机组抽水运行工况下背靠背启动并网仿真系统的信号流转关系如下:
[0100]第一电压监测模块和第二电压监测模块都连接同期调节模块，第一电压监测模块还与励磁控制模块连接，第二电压监测模块将采集到的无穷大电网的电压信息传送到同期调节模块，第一电压监测模块将采集到的抽水蓄能机组机端电压信息提供给励磁控制模块和同期调节模块；
[0101]励磁控制模块和并网断路器模块都与同期调节模块连接，同期调节模块还与启动断路器模块连接，励磁控制模块与抽水蓄能机组模块连接，转速测量模块连接抽水蓄能机组模块和背靠背启动调速模块；转速测量模块将采集到的抽水蓄能机组转速信息送到背靠背启动调速模块；同期调节模块采集抽水蓄能机组的机端和无穷大电网侧的电压幅值、频率和相角信息，当机端电压达到额定电压，机组转速达到额定转速的97%时，同期调节模块开始借助励磁控制模块对抽水蓄能机组电压进行调节，借助背靠背启动调速模块对抽水蓄能机组频率进行调节，使机组满足并网条件，并当机组与电网间相角差满足预设并网要求时向并网断路器模块发出并网信号。
[0102]如图3所示，基于抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台的抽水蓄能机组抽水运行工况下SFC启动并网仿真系统:
[0103]抽水蓄能机组在抽水运行工况下启动，首先启动断路器闭合，并网断路器断开，静止变频器SFC模块内的控制电路控制静止变频器SFC模块输出电能的频率逐步上升，使得抽水蓄能机组转速逐步达到同步转速，同时励磁调节模块调节抽水蓄能机组的机端电压，使之达到额定值，投入同期调节模块；
[0104]同期调节模块频率调节通过借助静止变频器SFC模块中的控制电路进行，此时，发出的并网信号首先经过同期断路器出口动作时间和静止变频器SFC模块停止和切除延时后，将启动断路器断开，机组依靠惯性短时间空载运行，经过断路器合闸动作延时后，闭合并网断路器，完成并网过程，整个仿真过程中，利用监测系统模块记录机端电压、机组频率、并网冲击电流等电气量数据。
[0105]抽水蓄能机组抽水运行工况下SFC启动并网仿真系统的电能传输关系如下:
[0106]无穷大电网模块依次连接并网断路器模块、主变压器模块及抽水蓄能机组模块；第二电压监测模块连接无穷大电网模块；第一电压监测模块连接到主变压器模块和抽水蓄能机组模块的连线上；无穷大电网模块通过降压变压器模块依次连接静止变频器SFC模块、SFC输出变压器模块、启动断路器模块及抽水蓄能机组模块。
[0107]抽水蓄能机组抽水运行工况下SFC启动并网仿真系统的信号流转关系如下:
[0108]第一电压监测模块和第二电压监测模块都连接同期调节模块，第一电压监测模块还与励磁控制模块连接，第二电压监测模块将采集到的无穷大电网的电压信息传送到同期调节模块和静止变频器SFC模块，第一电压监测模块将采集到的抽水蓄能机组机端电压信息提供给励磁控制模块和同期调节模块；
[0109]励磁控制模块和并网断路器模块都与同期调节模块连接，同期调节模块还与启动断路器模块和静止变频器SFC模块连接，励磁控制模块与抽水蓄能机组模块连接，转速测量模块连接抽水蓄能机组模块和静止变频器SFC模块；转速测量模块将采集到的抽水蓄能机组转速信息送到静止变频器SFC模块；电流监测模块采集的电流幅值提供给静止变频器SFC模块的网侧整流器控制模块；同期调节模块采集抽水蓄能机组的机端和无穷大电网侧的电压幅值、频率和相角信息，当机端电压达到额定电压，机组转速达到额定转速的97%时，同期调节模块开始借助励磁控制模块对抽水蓄能机组电压进行调节，借助静止变频器SFC模块对抽水蓄能机组频率进行调节，使机组满足并网条件，并当机组与电网间相角差满足预设并网要求时向并网断路器模块发出并网信号。
[0110]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1.抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台，其特征是，包括: 无穷大电网模块，用来模拟无穷大电网； 抽水蓄能机组模块，实现对抽水蓄能机组的建模与仿真，能兼作电动机和水轮发电机，实现对多种运行工况的仿真；抽水蓄能机组的励磁电流和频率是能调节的，接受来自励磁控制模块和频率控制模块的调节信号，并对调节信号做出响应； 第一电压监测模块，用于采集或监视抽水蓄能机组机端电压信息，并将信息提供给励磁控制模块和同期调节模块； 第二电压监测模块，用于采集或监视无穷大电网的电压信息，并将信息提供给同期调节模块和静止变频器SFC模块； 监测系统模块，包括量测模块、记录模块及显示模块，根据仿真的需要，提供所需电气量的测量结果，形成由有效值、标么值或曲线图形式表示的仿真结果，为研宄人员对仿真结果和数据分析提供依据； 同期调节模块，仿真开始前，在该模块中能预先设定好并网参数，准同期过程中，该模块将依照预先设定的参数要求对并网过程相关的电气量进行调节，当各电气量满足预设并网条件时发出合闸信号； 并网断路器模块，用来连接抽水蓄能机组模块和无穷大电网模块，完成机组的并网操作； 励磁控制模块，对抽水蓄能机组的励磁电流大小进行控制；励磁控制模块采集抽水蓄能机组机端电压，根据采集抽水蓄能机组机端电压大小调节励磁电压进而改变励磁电流，并能接受来自于外部的励磁调节信号，达到调节机组的机端电压的目的； 转速测量模块，在抽水蓄能机组模块不能够直接提供实时转速时用于测量抽水蓄能机组转速； 主变压器模块，对发电机端口电压进行升压，实现发电机与无穷大电网的电气连接； 水轮机调速模块，用于抽水蓄能机组转速的调节；采集抽水蓄能机组的转速信息，通过改变抽水蓄能机组模型的输入转矩来调节转速，并能接受来自于外部的励磁调节信号，实现对抽水蓄能机组转速的调节；或 背靠背启动电源模块组，用于搭建背靠背启动并网仿真模型；或 SFC启动电源模块组，用于搭建SFC启动并网仿真模型； 基于上述模块，能够根据仿真实验要求搭建出不同的仿真模型，模拟抽水蓄能机组的不同运行工况 以及不同工况下的同期并网仿真模型。2.如权利要求1所述抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台，其特征是，所述无穷大电网模块采用容量为抽水蓄能机组容量的10倍以上的同步发电机模型。3.如权利要求1所述抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台，其特征是，所述第一电压监测模块和第二电压监测模块采集或监视的电压信息包括幅值、频率和相角信息。4.如权利要求1所述抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台，其特征是，所述背靠背启动电源模块组包括: 启动断路器模块，连接抽水蓄能机组模块和启动电源，用于通断启动线路； 背靠背启动调速模块，完成背靠背启动机组的转速控制，采集抽水蓄能机组的转速信息，通过改变抽水蓄能机组模型的输入转矩来调节转速，实现对抽水蓄能机组频率的调-K-T ； 背靠背启动机组模块，用于实现抽水蓄能机组的背靠背启动，在背靠背启动过程中，作为启动电源向抽水蓄能机组提供电流，并背靠背启动调速模块的控制信号，在并网阶段接受同期调节模块的信号调节输出电流的频率。5.如权利要求4所述抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台，其特征是，所述背靠背启动机组模块采用同步发电机模型代替。6.如权利要求1所述抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台，其特征是，所述SFC启动电源模块组包括: 静止变频器SFC模块，是完成抽水蓄能机组变频启动的核心设备，不仅能为机组启动提供频率变化的启动电流，还能够对抽水运行工况下的机组频率进行控制； SFC输出变压器模块，将静止变频器SFC模块输出的变频电压进行升压，供抽水蓄能机组启动使用； 降压变压器模块，为静止变频器SFC模块提供工作电压，降压变压器模块的高压侧与无穷大电网连接，低压侧与静止变频器SFC模块连接。7.如权利要求6所述抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台，其特征是，所述静止变频器SFC模块，包括主电路和控制电路；主电路包括网侧整流器、直流电抗器和机侧逆变器；控制电路包括网侧整流器控制模块和机侧逆变器控制模块；网侧整流器控制模块接受第二电压监测模块采集到的网侧电压信息和电流监测模块采集到的直流电抗器输出的直流电流信息，静止变频器SFC模块基于该信息控制电机电磁转矩；网侧整流器控制模块向网侧整流器提供控制信号，控制整流器输出电流，；机侧逆变器控制模块接受同期调节模块采集到的抽水蓄能机组的机端和无穷大电网侧的电压幅值、频率和相角信息，还接受转速测量模块采集到的当前转速，还有给定的转速信息，向机侧逆变器提供控制信号，主要作用为给定逆变器的触发器，控制输出频率；通过主电路和控制电路的配合，仿真出脉冲换相启动、负载换相启动和同期调节过程中静止变频器SFC模块的动态特性。8.基于权利要求1所述抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台的抽水蓄能机组发电运行工况并网仿真系统，其特征是，包括: 无穷大电网模块依次连接并网断路器模块、主变压器模块及抽水蓄能机组模块；第二电压监测模块连接无穷大电网模块；第一电压监测模块连接到主变压器模块和抽水蓄能机组模块的连线上； 第一电压监测模块和第二电压监测模块都连接同期调节模块，第一电压监测模块还与励磁控制模块连接，第二电压监测模块将采集到的无穷大电网的电压信息传送到同期调节模块，第一电压监测模块将采集到的抽水蓄能机组机端电压信息提供给励磁控制模块和同期调节模块； 励磁控制模块和并网断路器模块都与同期调节模块连接，同期调节模块还与水轮机调速模块连接，励磁控制模块和水轮机调速模块都与抽水蓄能机组模块连接，转速测量模块连接抽水蓄能机组模块和水轮机调速模块；转速测量模块将采集到的抽水蓄能机组转速信息送到水轮机调速模块；同期调节模块采集抽水蓄能机组的机端和无穷大电网侧的电压幅值、频率和相角信息，当机端电压达到额定电压，机组转速达到额定转速的97%时，同期调节模块开始借助励磁控制模块对抽水蓄能机组电压进行调节，借助水轮机调速模块对抽水蓄能机组频率进行调节。9.基于权利要求4所述抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台的抽水蓄能机组抽水运行工况下背靠背启动并网仿真的系统，其特征是，包括: 无穷大电网模块依次连接并网断路器模块、主变压器模块及抽水蓄能机组模块；第二电压监测模块连接无穷大电网模块；第一电压监测模块连接到主变压器模块和抽水蓄能机组模块的连线上，背靠背启动电源模块通过启动断路器模块连接抽水蓄能机组模块； 第一电压监测模块和第二电压监测模块都连接同期调节模块，第一电压监测模块还与励磁控制模块连接，第二电压监测模块将采集到的无穷大电网的电压信息传送到同期调节模块，第一电压监测模块将采集到的抽水蓄能机组机端电压信息提供给励磁控制模块和同期调节模块； 励磁控制模块和并网断路器模块都与同期调节模块连接，同期调节模块还与启动断路器模块连接，励磁控制模块与抽水蓄能机组模块连接，转速测量模块连接抽水蓄能机组模块和背靠背启动调速模块；转速测量模块将采集到的抽水蓄能机组转速信息送到背靠背启动调速模块；同期调节模块采集抽水蓄能机组的机端和无穷大电网侧的电压幅值、频率和相角信息，当机端电压达到额定电压，机组转速达到额定转速的97%时，同期调节模块开始利用励磁控制模块对抽水蓄能机组电压进行调节，利用背靠背启动调速模块对抽水蓄能机组频率进行调节。10.基于权利要求7所述抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台的抽水蓄能机组抽水运行工况下SFC启动并网仿真系统，其特征是，包括: 无穷大电网模块依次连接并网断路器模块、主变压器模块及抽水蓄能机组模块；第二电压监测模块连接无穷大电网模块；第一电压监测模块连接到主变压器模块和抽水蓄能机组模块的连线上；无穷大电网模块通过降压变压器模块依次连接静止变频器SFC模块、SFC输出变压器模块、启动断路器模块及抽水蓄能机组模块； 第一电压监测模块和第二电压监测模块都连接同期调节模块，第一电压监测模块还与励磁控制模块连接，第二电压监测模块将采集到的无穷大电网的电压信息传送到同期调节模块和静止变频器SFC模块，第一电压监测模块将采集到的抽水蓄能机组机端电压信息提供给励磁控制模块和同期调节模块； 励磁控制模块和并网断路器模块都与同期调节模块连接，同期调节模块还与启动断路器模块和静止变频器SFC模块连接，励磁控制模块与抽水蓄能机组模块连接，转速测量模块连接抽水蓄能机组模块和静止变频器SFC模块；转速测量模块将采集到的抽水蓄能机组转速信息送到静止变频器SFC模块；电流监测模块采集的电流幅值提供给SFC的网侧整流器控制模块；同期调节模块采集抽水蓄能机组的机端和无穷大电网侧的电压幅值、频率和相角信息，当机端电压达到额定电压，机组转速达到额定转速的97%时，同期调节模块开始借助励磁控制模块对抽水蓄能机组电压进行调节，借助SFC启动电源模块组对抽水蓄能机组频率进行调节。
【专利摘要】本发明公开了抽水蓄能机组不同工况下同期并网仿真平台及仿真系统，为开展抽水蓄能机组的同期并网研究提供仿真功能。该平台包含抽水蓄能机组模块、无穷大电网模块、静止变频器、背靠背启动机组模块、主变压器模块、SFC输出变压器模块、降压变压器模块、同期调节模块、励磁控制模块、水轮机调速模块、背靠背启动调速模块、并网断路器模块、启动断路器模块、第一电压监测模块、第二电压监测模块、转速测量模块、监测系统模块。通过对功能模块进行组合和调整，可搭建抽水蓄能机组不同工况下的仿真模型，能实现包括发电工况、水泵工况背靠背启动、水泵工况SFC启动等多种运行工况、多种启动方式下的抽水蓄能机组并网仿真功能。
【IPC分类】H02J3/00, H02J3/38, G06F9/455
【公开号】CN104881317
【申请号】CN201510341692
【发明人】何一纯, 张永会, 郝国文, 刘传东, 赵青
【申请人】山东泰山抽水蓄能电站有限责任公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月18日