全功率变速抽蓄机组频率支撑系统、方法、设备及介质与流程

本发明涉及抽水蓄能领域，具体涉及全功率变速抽蓄机组频率支撑系统、方法、设备及介质。

背景技术：

1、抽水蓄能技术，即利用水作为储能介质，通过电能与势能相互转化，实现电能的储存和管理。利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电。在“双碳”目标的引领下，新能源装机容量及比例逐步提高给电力系统的安全稳定灵活运行带来了诸多不利影响，发展储能技术也就成为了当务之急。而抽水蓄能作为目前技术最为成熟，经济性最好的储能技术，受到了世界各国的广泛关注，也成为了我国重点扶持的对象。

2、我国抽水蓄能电站几乎全部采用定速抽蓄机组，其工作模式较为固定，尚不足以应对电网近年来出现的大规模新能源快速功率波动的问题。相比传统的定速抽蓄机组，变速抽水蓄能机组效率更高、运行更灵活、响应更迅速。而在变速抽蓄机组中，又以全功率变速抽蓄机组调节范围最广，响应速度最快，因而其也受到了国际社会的普遍关注。

3、然而，现有全功率变速抽蓄机组出力往往只取决于电网调度指令，难以在电网频率波动时迅速做出响应。在如今新能源大量并网的背景下既无法有效提升新能源的消纳率，也难以保障电网的安全稳定运行，这制约了全功率变速抽蓄机组进一步的推广应用。因此，提升机组主动支撑电网的能力，尤其是其频率响应特性，成为抽水蓄能领域的关键问题之一。

技术实现思路

1、基于上述背景技术所提出的问题，本发明的目的在于提供全功率变速抽蓄机组频率支撑系统、方法、设备及介质，通过基于频率偏差修正转速指令来吸收或释放转子动能，能够实现机组抽水工况下长时频率支撑及发电工况下短时频率支撑，有效地优化了全功率变速抽蓄机组的频率响应特性，进而有利于新能源消纳率的提升及电网安全稳定性的增强，从而解决了既无法有效提升新能源的消纳率，也难以保障电网的安全稳定运行，从而导致现有的全功率变速抽蓄机组难以在电网频率波动时迅速做出响应的问题。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、本发明第一方面提供了全功率变速抽蓄机组频率支撑系统，包括：

4、直流电压控制环节、转速控制环节、转速寻优环节和转速修正环节；

5、所述直流电压控制环节连接全功率变速抽蓄机组的网侧变流器，所述转速控制环节连接全功率变速抽蓄机组的机侧变流器；

6、其中，所述直流电压控制环节用于将直流母线电压稳定在电压指令值；

7、所述转速寻优环节用于根据当前电网调度指令为所述转速控制环节提供转速指令；

8、所述转速修正环节用于根据当前电网频率与工频的偏差修正所述转速指令得到转速指令值，并通过调节转子动能完成电网频率的支撑；

9、所述转速控制环节用于将发电电动机转速控制在所述转速指令值。

10、在上述技术方案中，一般的采用转速优先控制策略的机组，其转速指令只取决于电网调度(即功率指令)，其无法在电网频率发生波动时进行频率的主动支撑。针对上述问题，本发明通过直流电压控制环节将直流母线电压稳定在电压指令值，转速控制环节将发电电动机转速控制在转速指令值。而其中的转速指令值是通过转速寻优环节与转速修正环节得到，通过转速寻优环节与转速修正环节所得到转速指令值可以用于在电网频率发生波动时进行频率的主动支撑。

11、全功率变速抽蓄机组处于转速优先控制策略下，即全功率变流器控制机组转速，此过程较为迅速，一般在3s内即可完成；而水轮机调速器通过调节水泵水轮机导叶开度调节机组功率，此过程较为缓慢，一般需要30s以上。相较一般转速优先控制策略下的全功率变速抽蓄机组，本发明能够通过转子动能的调节主动实现电网频率的支撑，进而有效提升电力系统的安全稳定性。

12、本发明第二方面提供了全功率变速抽蓄机组频率支撑方法，包括如下步骤：

13、获取当前电网调度指令，通过当前电网调度指令生成转速指令；

14、获取当前电网频率和工频，计算当前电网频率和工频的偏差值，根据所述偏差值计算所述转速指令的修正量；

15、根据所述修正量修正所述转速指令，得到频率支撑转速指令。

16、在上述技术方案中，一般的采用转速优先控制策略的机组，其转速指令只取决于电网调度，即功率指令，其无法在电网频率发生波动时进行频率的主动支撑。为此，本发明提供了全功率变速抽蓄机组频率支撑方法，在转速指令的基础上，通过当前电网频率和工频的偏差值对转速指令进行修正，从而为全功率变速抽蓄机组进行短时或者长时的频率支撑，克服了现有技术中无法在电网频率发生波动时进行频率的主动支撑的技术缺陷。

17、在一种可选的实施例中，通过当前电网调度指令生成转速指令包括：

18、提取所述当前电网调度指令中的机组功率指令，将所述机组功率指令与水泵水轮机的最优转速曲线进行结合，得到机组最优转速；

19、根据所述机组最优转速生成转速指令。

20、在一种可选的实施例中，根据所述偏差值计算所述转速指令的修正量包括：

21、

22、在一种可选的实施例中，根据所述偏差值计算所述转速指令的修正量还包括：当机组处于电网调度指令改变而引起的过渡过程中时，所述修正量置0。

23、在一种可选的实施例中，根据所述修正量修正所述转速指令，得到频率支撑转速指令包括：将所述转速指令与所述修正量相加得到频率支撑转速指令。

24、在一种可选的实施例中，得到频率支撑转速指令之后还包括：

25、获取发电电动机转速，计算所述发电电动机转速与所述频率支撑转速指令的转速偏差值；

26、将所述转速偏差值送入转速外环、电流电环和pwm调制环节进行计算，得到机侧变流器各开关管门极信号。

27、在一种可选的实施例中，所述支撑方法还包括：获取直流母线电压和电压指令值，计算所述直流母线电压与所述电压指令值的电压偏差值，将所述电压偏差值送入电压外环、电流内环、前馈解耦和pwm调制环节进行计算，得到机侧变流器各开关管门极信号。

28、本发明第三方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现全功率变速抽蓄机组频率支撑方法。

29、本发明第四方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现全功率变速抽蓄机组频率支撑方法。

30、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

31、本发明提出的控制策略及控制器通过基于频率偏差修正转速指令来吸收或释放转子动能，能够实现机组抽水工况下长时频率支撑及发电工况下短时频率支撑，有效地优化了全功率变速抽蓄机组的频率响应特性，进而有利于新能源消纳率的提升及电网安全稳定性的增强。

技术特征：

1.全功率变速抽蓄机组频率支撑系统，其特征在于，包括：

2.全功率变速抽蓄机组频率支撑方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的全功率变速抽蓄机组频率支撑方法，其特征在于，通过当前电网调度指令生成转速指令包括：

4.根据权利要求3所述的全功率变速抽蓄机组频率支撑方法，其特征在于，根据所述偏差值计算所述转速指令的修正量包括：

5.根据权利要求4所述的全功率变速抽蓄机组频率支撑方法，其特征在于，根据所述偏差值计算所述转速指令的修正量还包括：当机组处于电网调度指令改变而引起的过渡过程中时，所述修正量置0。

6.根据权利要求2所述的全功率变速抽蓄机组频率支撑方法，其特征在于，根据所述修正量修正所述转速指令，得到频率支撑转速指令包括：将所述转速指令与所述修正量相加得到频率支撑转速指令。

7.根据权利要求6所述的全功率变速抽蓄机组频率支撑方法，其特征在于，得到频率支撑转速指令之后还包括：

8.根据权利要求2所述的全功率变速抽蓄机组频率支撑方法，其特征在于，所述支撑方法还包括：获取直流母线电压和电压指令值，计算所述直流母线电压与所述电压指令值的电压偏差值，将所述电压偏差值送入电压外环、电流内环、前馈解耦和pwm调制环节进行计算，得到机侧变流器各开关管门极信号。

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求2至8任一所述的全功率变速抽蓄机组频率支撑方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求2至8任一所述的全功率变速抽蓄机组频率支撑方法。

技术总结
本发明公开了全功率变速抽蓄机组频率支撑系统、方法、设备及介质，通过基于频率偏差修正转速指令来吸收或释放转子动能，能够实现机组抽水工况下长时频率支撑及发电工况下短时频率支撑，有效地优化了全功率变速抽蓄机组的频率响应特性，进而有利于新能源消纳率的提升及电网安全稳定性的增强，从而解决了既无法有效提升新能源的消纳率，也难以保障电网的安全稳定运行，从而导致现有的全功率变速抽蓄机组难以在电网频率波动时迅速做出响应的问题。

技术研发人员：丁理杰,史华勃,曾雪洋,陈刚,潘鹏宇,周波,孙昕炜
受保护的技术使用者：国网四川省电力公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25