計(jì)及電網(wǎng)頻率穩(wěn)定的抽水蓄能電站控制策略研究

羅 胤，常玉紅，趙 穎，王慶華，尤 蘭，姚麗娟

（1.河南天池抽水蓄能有限公司，河南南陽(yáng) 473000；2.國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司，北京 100032；3.華北電力大學(xué)控制與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，北京 102206；4.華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，北京 102206）

0 引言

“雙碳”目標(biāo)下構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)有助于實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和[1-3]，然而清潔能源具有隨機(jī)性強(qiáng)和抗干擾能力弱的特性，給新型電力系統(tǒng)的建設(shè)運(yùn)營(yíng)帶來(lái)了新的困難。電網(wǎng)是典型的“供給—需求”時(shí)域強(qiáng)匹配的系統(tǒng)，保障供需平衡的傳統(tǒng)辦法是建立儲(chǔ)能系統(tǒng)（如飛輪儲(chǔ)能[4]），其缺點(diǎn)是成本高且靈活性低[5]。隨著中國(guó)新型電力系統(tǒng)的加速建設(shè)，“十四五”期間抽水儲(chǔ)能電站新增開(kāi)工裝機(jī)容量2×104MW 以上，抽水儲(chǔ)能電站具備削峰填谷、頻率調(diào)節(jié)、調(diào)相、事故備份等功能，可利用工況轉(zhuǎn)換或狀態(tài)調(diào)節(jié)參與發(fā)電系統(tǒng)調(diào)度工作，是一個(gè)大容量、高靈敏度的儲(chǔ)能調(diào)節(jié)設(shè)備[6]。

目前研究人員已經(jīng)進(jìn)行了不少將抽水蓄能電站用于電網(wǎng)調(diào)節(jié)的研究。文獻(xiàn)[7]認(rèn)為抽水蓄能電站是一個(gè)獨(dú)特的調(diào)節(jié)電源，考慮其工況的靈活多樣性，可通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)工況為電網(wǎng)安全平穩(wěn)工作提供輔助服務(wù)。文獻(xiàn)[8]根據(jù)抽水蓄能的可調(diào)特性，利用光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電聯(lián)合出力實(shí)現(xiàn)在空間和時(shí)間維度上的移位，將風(fēng)、光、儲(chǔ)能的組合輸出轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定可調(diào)的電源，達(dá)到削峰補(bǔ)谷、穩(wěn)定新能源輸出波動(dòng)的目的。文獻(xiàn)[9]指出將抽水蓄能與風(fēng)電場(chǎng)通過(guò)合理的協(xié)同配合，達(dá)到有效減少?gòu)?qiáng)隨機(jī)性的風(fēng)電場(chǎng)用能和平抑清潔能源出力波動(dòng)的目的。文獻(xiàn)[10]基于Stackelberg理論構(gòu)建考慮電力系統(tǒng)相位特性的抽水蓄能電站補(bǔ)償模型，并求解了博弈雙方在均衡解下的收益。文獻(xiàn)[11]考慮抽水蓄能電站運(yùn)行中的非線性因素，研制并開(kāi)發(fā)了基于分?jǐn)?shù)階比例-積分-微分（Proportion Integration Differentiation，PID）控制器的雙臺(tái)區(qū)域內(nèi)再熱汽輪機(jī)負(fù)荷頻率控制（Load Frequency Control，LFC）模型。文獻(xiàn)[12]開(kāi)發(fā)一種在Lyapunov 穩(wěn)定性理論下的安全性閾值設(shè)置方法，利用某地區(qū)實(shí)際抽水蓄能電站的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)完成了安全模型的開(kāi)發(fā)和相關(guān)閾值的設(shè)置。文獻(xiàn)[13]以新疆哈密抽水蓄能電站為例對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀況進(jìn)行模擬和分析，計(jì)算出抽水蓄能電站在西北輸電網(wǎng)的收益。文獻(xiàn)[14]從提升經(jīng)濟(jì)效益和優(yōu)化風(fēng)電資源利用率的角度出發(fā)，建立多目標(biāo)下的風(fēng)電場(chǎng)和抽水蓄能電站協(xié)同優(yōu)化日內(nèi)運(yùn)行模型架構(gòu)，使抽水蓄能機(jī)組參與調(diào)峰補(bǔ)谷效益實(shí)現(xiàn)最大化。文獻(xiàn)[15]基于優(yōu)化調(diào)度抽蓄電站的運(yùn)作率和規(guī)劃出力功率來(lái)平抑模型預(yù)測(cè)輸出和實(shí)際輸出之間的差值，以達(dá)到減少可再生能源產(chǎn)量波動(dòng)對(duì)新型電力系統(tǒng)的不良危害的目的。文獻(xiàn)[16-18]在PID控制的基礎(chǔ)上，采用重力搜索算法優(yōu)化模糊分?jǐn)?shù)PID參數(shù)，使抽水蓄能機(jī)組的調(diào)節(jié)更加靈活。文獻(xiàn)[19]基于Simulink 平臺(tái)搭建抽水蓄能機(jī)組模型，控制抽蓄參與系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)。文獻(xiàn)[20]對(duì)抽水蓄能電站不同的低頻切泵方案及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析。

綜上所述，抽水蓄能機(jī)組參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)具有可行性，但存在以下局限性：（1）關(guān)于區(qū)域電網(wǎng)抽水蓄能電站低頻切泵方案的研究數(shù)量有限；（2）多以定速抽水蓄能機(jī)組為研究對(duì)象，未考慮可變速抽水蓄能機(jī)組參與系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)的影響效果。為此，本文分析了豫南孤網(wǎng)、河南孤網(wǎng)、華中大電網(wǎng)、華中—華北聯(lián)網(wǎng)下定速抽水蓄能機(jī)組低頻切泵效應(yīng)，針對(duì)變速抽水蓄能機(jī)組基于抽蓄電站機(jī)組模型設(shè)計(jì)參數(shù)自整定PID 控制器，調(diào)整變速抽水蓄能機(jī)組有功功率出力，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)頻率的調(diào)節(jié)。

1 抽水蓄能電站頻率調(diào)節(jié)基本原理

1.1 定速抽水蓄能低頻切泵原理

抽水蓄能機(jī)組作為負(fù)載運(yùn)行時(shí)，需考慮電網(wǎng)系統(tǒng)的頻率或變化率以確定系統(tǒng)卸載負(fù)荷量，且抽水蓄能機(jī)組必須在電網(wǎng)減載裝置動(dòng)作之前完成快速切泵卸載，確保電網(wǎng)在不減少用戶供電負(fù)荷的同時(shí)保證電網(wǎng)頻率在正常范圍內(nèi)運(yùn)行[21-22]。低頻減載與低頻切泵頻率劃分如圖1 所示。

圖1 低頻減載與低頻切泵頻率劃分Fig.1 Frequency division of low-frequency load shedding and low-frequency pump switching

從圖1 可知，低頻切泵可以看作是低頻減載的特殊組成部分，低頻切泵的作用頻率為49.0～49.8 Hz，主要用于抑制大功率缺額后最初頻率下降過(guò)快的情況，同時(shí)為后續(xù)低頻減載的正確動(dòng)作提供支撐[23]。

系統(tǒng)頻率偏離額定頻率50 Hz 的主要原因是發(fā)電量和耗電量的失衡，因此在研究頻率恢復(fù)方法之前需確定電力系統(tǒng)的功率和頻率特性，其表達(dá)式為：

式中：PL為系統(tǒng)頻率為f時(shí)的有功負(fù)荷；PLe為系統(tǒng)頻率為fe時(shí)的有功負(fù)荷；f為系統(tǒng)頻率；fe為額定頻率；aq為各類負(fù)荷的比例系數(shù)，所有系數(shù)之和為1。

系統(tǒng)功頻特性的標(biāo)幺值為：

式中：為功率標(biāo)幺值；f*為頻率標(biāo)幺值；(f*)m為頻率標(biāo)幺值的m次冪。

當(dāng)系統(tǒng)頻率為額定值時(shí)，PL*=1，f*=1。將PL*對(duì)f*求導(dǎo)，得到負(fù)荷頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)KL*為：

KL*一般取值在1～3 之間。基于KL*可以計(jì)算任一網(wǎng)架下電網(wǎng)系統(tǒng)頻率效應(yīng)系數(shù)[24-25]為：

式中：KL為電網(wǎng)系統(tǒng)頻率效應(yīng)系數(shù)，表示頻率變化1 Hz 對(duì)應(yīng)的負(fù)荷變化量。

1.2 可變速抽水蓄能調(diào)節(jié)系統(tǒng)頻率原理

目前國(guó)內(nèi)多使用定速抽水蓄能機(jī)組，但隨著抽蓄裝機(jī)容量的不斷攀升，變速機(jī)組的投運(yùn)成為發(fā)展趨勢(shì)，因此本節(jié)針對(duì)基于調(diào)速器的可變速抽水蓄能頻率調(diào)節(jié)原理進(jìn)行研究。根據(jù)變速抽水蓄能機(jī)組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)PID 控制模型，抽水蓄能電站參與系統(tǒng)調(diào)頻原理如圖2 所示。

圖2 抽水蓄能電站參與系統(tǒng)調(diào)頻原理Fig.2 Frequency modulation principle of participation system of pumped storage power station

圖2 中，抽水蓄能電站參與系統(tǒng)調(diào)頻原理主要由PID 控制器、水輪機(jī)/原動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)幾部分組成，其中PID 控制器由比例積分（Proportional Integral，PI）控制器和微分環(huán)節(jié)組成。將系統(tǒng)頻率f和頻率設(shè)定值fset之差頻率變化量Δf作為PID 控制器的頻率輸入值，控制器輸出的轉(zhuǎn)速變化量Δω和轉(zhuǎn)速參考值（也稱標(biāo)幺值）ωref之和原動(dòng)機(jī)/水輪機(jī)輸入轉(zhuǎn)速ω作為水輪機(jī)轉(zhuǎn)速輸入值。調(diào)節(jié)過(guò)程為：首先，f與fset相減產(chǎn)生頻率偏差，頻率調(diào)節(jié)器開(kāi)始工作；然后，頻率差值信號(hào)經(jīng)過(guò)PI 控制器和微分環(huán)節(jié)，輸出頻率差值所對(duì)應(yīng)的Δω；最后，將ωref與Δω之和作為水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速輸入值，達(dá)到改變電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的有功功率輸出，實(shí)現(xiàn)參與f調(diào)節(jié)的目的。

由圖2 可知，PID 控制采用偏差模擬量形式的線性組合控制量，由于具有算法簡(jiǎn)單、魯棒性好的優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。PID 對(duì)應(yīng)的3 個(gè)特征分別為減少超調(diào)、消除靜態(tài)誤差和提升偏差調(diào)整過(guò)程中的快速響應(yīng)能力[26-27]。PID 控制主要通過(guò)對(duì)抽水蓄能機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組頻率的調(diào)節(jié)，通過(guò)調(diào)速器對(duì)導(dǎo)葉伺服電機(jī)進(jìn)行控制，可達(dá)到低頻減載相關(guān)裝置及協(xié)同恢復(fù)系統(tǒng)頻率的目的。

考慮頻率調(diào)節(jié)的有效性和模型的可行性，抽水蓄能機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)PID 控制模型采用并聯(lián)PID 結(jié)構(gòu)的形式，其傳遞函數(shù)Gr4（S）為：

式中：KP4，KI4，KD4分別為比例調(diào)節(jié)、積分調(diào)節(jié)和微分調(diào)節(jié)系數(shù)；S為傳遞函數(shù)的自變量。

基于可變速抽水蓄能機(jī)組模型，通過(guò)多次試驗(yàn)觀測(cè)可以確定Δω和Δf之間的關(guān)系，進(jìn)而整定PID控制器參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)控。

抽水蓄能機(jī)組的ω與f有正相關(guān)關(guān)系。在PSCAD 系統(tǒng)模型中，通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)觀測(cè)法，可得N次測(cè)試中不同系統(tǒng)機(jī)組轉(zhuǎn)速向量與對(duì)應(yīng)電網(wǎng)頻率向量的關(guān)系。采用插值檢測(cè)法，確定相鄰轉(zhuǎn)速和頻率變化量之間的關(guān)系為：

式中：Δωout，n為PID 控制器輸出轉(zhuǎn)速變化量；Δfin，n為PID 控制器輸入頻率變化量；n為實(shí)驗(yàn)次數(shù)，n的最大值為N-1；ωb，n+1為第n+1 次實(shí)驗(yàn)的原動(dòng)機(jī)/水輪機(jī)輸入轉(zhuǎn)速；fn+1為第n+1 次實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)頻率；ωb，n為第n次實(shí)驗(yàn)的原動(dòng)機(jī)/水輪機(jī)輸入轉(zhuǎn)速；fn為第n次實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)頻率。

多次測(cè)試發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速變化量和頻率變化量的關(guān)系為：

式中：Δωout，1為第2 次試驗(yàn)與第1 次試驗(yàn)的PID 控制器輸出轉(zhuǎn)速變化量；Δωout，2為第3 次試驗(yàn)與第2 次試驗(yàn)的PID 控制器輸出轉(zhuǎn)速變化量；Δωout，N-1為第N次試驗(yàn)與第N-1 次試驗(yàn)的PID 控制器輸出轉(zhuǎn)速變化量；Δfin，1為第2 次試驗(yàn)與第1 次試驗(yàn)的PID 控制器輸入頻率變化量；Δfin，2為第3 次試驗(yàn)與第2 次試驗(yàn)的PID 控制器輸入頻率變化量；Δfin，N-1為第N次試驗(yàn)與第N-1 次試驗(yàn)的PID 控制器輸入頻率變化量。

通過(guò)式（7）整定PID 控制器環(huán)節(jié)的系統(tǒng)參數(shù)即比例、積分和微分系數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的頻率恢復(fù)。

2 定速抽水蓄能頻率調(diào)節(jié)整定方案

2.1 定速抽水蓄能頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)

定速抽水蓄能低頻切泵參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)原理同1.1 節(jié)所述，以豫南孤網(wǎng)、河南孤網(wǎng)、華中大電網(wǎng)和華中-華北聯(lián)網(wǎng)為例，得到各網(wǎng)架負(fù)荷水平及負(fù)荷頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)如表1 所示。

表1 各網(wǎng)架負(fù)荷水平及負(fù)荷頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)Table 1 Grid load level and load frequency regulation effect coefficient

由表1 和式（4）確定各網(wǎng)架負(fù)荷頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)如表2 所示。

表2 網(wǎng)架負(fù)荷頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)Table 2 Grid load frequency regulation effect

2.2 4種網(wǎng)架下缺額負(fù)荷調(diào)節(jié)整定方案

2.2.1 豫南孤網(wǎng)

豫南孤網(wǎng)按2 691 MW負(fù)荷水平考慮，其電網(wǎng)的負(fù)荷頻率效應(yīng)為100.6 MW/Hz。目前，豫南孤網(wǎng)可參與系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)的抽水蓄能機(jī)組包括在運(yùn)的回龍（12 MW）和即將投運(yùn)的天池（120 MW），最大低頻跳閘切除容量為240 MW。豫南孤網(wǎng)6 種抽水蓄能機(jī)組低頻切泵方案定值校核如表3所示。

表3 豫南孤網(wǎng)6種抽水蓄能機(jī)組低頻切泵方案定值校核Table 3 Low frequency pump cut-off setting value verification of 6 pumping and storage units in southern Henan isolated network

2.2.2 河南孤網(wǎng)

河南孤網(wǎng)按7 850 MW負(fù)荷水平考慮，其電網(wǎng)的負(fù)荷頻率效應(yīng)為286 MW/Hz。目前，河南孤網(wǎng)可參與系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)的抽水蓄能機(jī)組包括已投產(chǎn)的寶泉（120 MW）、回龍（12 MW）和即將投產(chǎn)的天池（120 MW）[22]，最大低頻跳閘切除容量為252 MW。河南孤網(wǎng)6種抽水蓄能機(jī)組低頻切泵方案定值校核如表4所示。

表4 河南孤網(wǎng)6種抽水蓄能機(jī)組低頻切泵方案定值校核Table 4 Low frequency pump cut-off of setting value verification of 6 pumping and storage units in Henan isolated network

2.2.3 華中大電網(wǎng)

華中大電網(wǎng)目前負(fù)荷水平約為18 900 MW，其電網(wǎng)的頻率效應(yīng)為491 MW/Hz。目前，華中大電網(wǎng)可參與系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)的抽水蓄能機(jī)組包括已投產(chǎn)的白蓮河（120 MW）、天堂（7 MW）、黑麋峰（120 MW）、洪屏（240 MW）、寶泉（120 MW）、回龍（12 MW）和天池（120 MW），最大的低頻跳閘切除容量739 MW。華中大電網(wǎng)5種抽水蓄能機(jī)組低頻切泵方案定值校核如表5所示。

表5 華中大電網(wǎng)5種抽水蓄能機(jī)組低頻切泵方案定值校核Table 5 Low frequency pump cut-off setting value verification of 5 pumping and storage units in Central China Power Grid

2.2.4 華中-華北聯(lián)網(wǎng)

華中-華北聯(lián)網(wǎng)目前負(fù)荷水平約47 300 MW，聯(lián)網(wǎng)大網(wǎng)運(yùn)行方式下電網(wǎng)綜合頻率特性為1.27，其電網(wǎng)的頻率效應(yīng)為1 201.42 MW/Hz，即功率缺額1 200 MW時(shí)系統(tǒng)頻率下降1 Hz。目前，華中—華北聯(lián)網(wǎng)可參與系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)的抽水蓄能機(jī)組包括已投產(chǎn)的西龍池（120 MW）、泰安（100 MW）、沂蒙（120 MW）、張家灣（100 MW）、潘家口（27 MW）、港南（1.1 MW）、十三陵（80 MW）、密云（2.2 MW）、白蓮河（120 MW）、天堂（7 MW）、黑麋峰（120 MW）、寶泉（120 MW）、回龍（12 MW）、天池（120 MW）、洪屏（240 MW），最大低頻跳閘切除容量為1 290.2 MW。華中-華北聯(lián)網(wǎng)4 種抽水蓄能機(jī)組低頻切泵方案定值校核如表6所示。

表6 華中-華北聯(lián)網(wǎng)4種抽水蓄能機(jī)組低頻切泵方案定值校核Table 6 Low frequency pump cut-off setting value verification of 4 pumping and storage units of Central China-North China Power Grid

3 仿真分析

3.1 定速抽水蓄能頻率調(diào)節(jié)仿真分析

針對(duì)2.2 節(jié)提出的4 種網(wǎng)架下缺額負(fù)荷調(diào)節(jié)整定方案，基于PSCAD平臺(tái)搭建定速抽水蓄能機(jī)組頻率調(diào)節(jié)仿真模型，分別驗(yàn)證豫南孤網(wǎng)6 種抽水蓄能機(jī)組低頻切泵方案、河南孤網(wǎng)6 種抽水蓄能機(jī)組低頻切泵方案、華中大電網(wǎng)5 種抽水蓄能機(jī)組低頻切泵方案以及華中-華北聯(lián)網(wǎng)4 種抽水蓄能機(jī)組低頻切泵方案的準(zhǔn)確性。4種網(wǎng)架下不同抽水蓄能機(jī)組低頻切泵方案實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 4種網(wǎng)架下不同抽水蓄能機(jī)組低頻切泵方案實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Experimental results of low frequency pump switching schemes for different pumped storage units under four grid structures

由圖3可知，抽水蓄能機(jī)組低頻切泵的仿真結(jié)果與整定方案的校核結(jié)果基本一致，驗(yàn)證了本文所提4種網(wǎng)架下抽水蓄能機(jī)組低頻切泵方案的可行性。

3.2 可變速抽水蓄能頻率調(diào)節(jié)仿真分析

除了上述定速抽水蓄能電站低頻切泵方案的研究外，本文還考慮了可變速抽水蓄能電站的調(diào)頻作用。相較于常規(guī)的定速抽水蓄能電站，變速抽水蓄能電站可以通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)快速、有效的頻率調(diào)節(jié)。本文基于PSCAD平臺(tái)，對(duì)可變速抽水蓄能調(diào)節(jié)系統(tǒng)頻率進(jìn)行建模和理論仿真，將水泵水輪機(jī)作為機(jī)組系統(tǒng)的原動(dòng)機(jī)，通過(guò)PID控制器將比例、積分、微分系數(shù)取值通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整定，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)頻率進(jìn)行穩(wěn)定控制的目的。

3.2.1 PID參數(shù)整定

根據(jù)1.2 節(jié)可變速抽水蓄能調(diào)節(jié)系統(tǒng)頻率原理，對(duì)抽水蓄能機(jī)組系統(tǒng)分別進(jìn)行4次仿真實(shí)驗(yàn)，仿真豫南孤網(wǎng)功率缺額30 MW、河南孤網(wǎng)功率缺額50 MW、華中大電網(wǎng)功率缺額50 MW 以及華中-華北聯(lián)網(wǎng)功率缺額200 MW時(shí)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速與頻率變化情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。在PSCAD 模擬仿真平臺(tái)中，仿真轉(zhuǎn)速參量使用標(biāo)幺值。

圖4 系統(tǒng)轉(zhuǎn)速與頻率變化實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.4 System rotate speed and frequency variation experiment result

根據(jù)圖4 中系統(tǒng)轉(zhuǎn)速與頻率變化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到Δω-Δf的數(shù)量關(guān)系如表7所示。

表7 Δωout，n-Δfin，n的數(shù)量關(guān)系Table 7 Quantity of Δωout，n-Δfin，n

當(dāng)fset為50 Hz時(shí)，結(jié)合表7可得任意Δfin，n與Δωout，n比值為：

結(jié)合式（8）和圖2可知，在頻率閉環(huán)反饋的控制系統(tǒng)中PID 控制器的比例調(diào)節(jié)系數(shù)取值為KP=0.02。抽水蓄能參與系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)參數(shù)整定如表8所示。其中，KI，KD分別為PID控制器的積分調(diào)節(jié)系數(shù)和微分調(diào)節(jié)系數(shù)。

表8 抽水蓄能參與系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)參數(shù)整定Table 8 Participation of pumping and storage system in frequency regulation and parameter setting

3.2.2 頻率恢復(fù)調(diào)節(jié)

考慮電力系統(tǒng)頻率不穩(wěn)定時(shí)（即因?yàn)殡娔芄?yīng)和電能使用雙方的不平衡或其他因素造成系統(tǒng)頻率偏離正常頻率50 Hz時(shí)），利用抽水蓄能機(jī)組的調(diào)節(jié)功能可以協(xié)助電網(wǎng)恢復(fù)頻率。

當(dāng)系統(tǒng)頻率低于50 Hz 時(shí)，假設(shè)系統(tǒng)頻率為f=49.7 Hz，調(diào)整PID 控制器參數(shù)，使系統(tǒng)頻率恢復(fù)。通過(guò)合理的調(diào)整，并考慮低頻時(shí)調(diào)節(jié)速率特性和Δω-Δf的響應(yīng)關(guān)系，得到系數(shù)設(shè)定值為KP=0.02 時(shí)的頻率恢復(fù)曲線如圖5所示。

圖5 頻率恢復(fù)曲線Fig.5 Low frequency recovery curve

由圖5可知，在第2.5 s時(shí)控制環(huán)節(jié)動(dòng)作，經(jīng)過(guò)大約2 s時(shí)間的頻率震蕩，系統(tǒng)完成了頻率的控制。在大約第4 s時(shí)，系統(tǒng)頻率恢復(fù)到50 Hz并保持穩(wěn)定。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)定速和變速抽水蓄能機(jī)組頻率控制問(wèn)題，分析了不同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)下定速抽蓄電站低頻切泵效益，研究了可變速抽水蓄能機(jī)組中ω和f的協(xié)調(diào)控制原理，提出變速抽水蓄能機(jī)組基于比例-積分-微分控制單元的頻率恢復(fù)方法。在PSCAD 平臺(tái)上搭建了抽水蓄能機(jī)組仿真模型，仿真分析表明所提方法能有效將電網(wǎng)頻率恢復(fù)至預(yù)設(shè)值，且響應(yīng)速度較快，約為2 s，驗(yàn)證了算法的有效性。