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