面向系統(tǒng)功角穩(wěn)定性提升的變速抽水蓄能機(jī)組故障穿越性能優(yōu)化

陳 驍，訾 鵬，郝 婧，劉瑛琳，趙 峰，翟俊義

（1.國家電網(wǎng)有限公司華北分部，北京市 100053；2.華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，北京市 100045；3.中國石油大學(xué)（華東）新能源學(xué)院，山東省青島市 266580）

0 引言

抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)“削峰填谷”方面具有重要意義，其機(jī)組類型主要包含采用同步發(fā)電機(jī)的定速機(jī)組和采用雙饋發(fā)電機(jī)的變速機(jī)組2 類。抽水工況下，定速機(jī)組僅能滿出力運(yùn)行，而變速機(jī)組雖能在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)出力，但成本較高［1-3］，需統(tǒng)籌考慮技術(shù)與成本因素。因此，未來的抽水蓄能電站將呈現(xiàn)出定速和變速機(jī)組混合配置的發(fā)展態(tài)勢(shì)。

目前，針對(duì)變速抽水蓄能機(jī)組的相關(guān)研究主要圍繞機(jī)組本體，研究內(nèi)容主要包括以下3 個(gè)方面：一是研究適用于機(jī)電或電磁暫態(tài)仿真的變速機(jī)組建模與驗(yàn)證方法［4-5］；二是研究提升自身性能或頻率、無功支撐能力的控制策略［6-9］；三是研究不同并網(wǎng)條件下變速機(jī)組自身的小干擾和故障穿越穩(wěn)定性［10-12］。但在工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)抽水蓄能電站遠(yuǎn)離負(fù)荷中心且經(jīng)弱交流通道與主網(wǎng)互聯(lián)時(shí)，其運(yùn)行方式可能受系統(tǒng)功角穩(wěn)定性制約。因此，有必要對(duì)此問題進(jìn)行研究，以保證抽水蓄能電站安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行，進(jìn)而提升新能源消納能力。

變速抽水蓄能機(jī)組與新能源雙饋發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)相似，而后者對(duì)系統(tǒng)功角穩(wěn)定性影響的研究取得了豐富的成果。例如，文獻(xiàn)［13］研究了雙饋風(fēng)電機(jī)組替代常規(guī)火電機(jī)組后的功角穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定相互演化機(jī)制；文獻(xiàn)［14-15］研究了雙饋風(fēng)電機(jī)組占比、裝機(jī)規(guī)模及線路阻抗對(duì)系統(tǒng)功角穩(wěn)定的影響；文獻(xiàn)［16］研究了雙饋風(fēng)電機(jī)組對(duì)調(diào)相機(jī)功角穩(wěn)定的影響；文獻(xiàn)［17］的研究表明，故障期間減小雙饋風(fēng)電機(jī)組有功給定值、增加無功注入控制比例系數(shù)有利于系統(tǒng)的功角穩(wěn)定。但是，變速抽水蓄能機(jī)組的故障穿越控制與雙饋風(fēng)電機(jī)組存在較大差異，所得到的結(jié)論并不能適用于變速抽水蓄能機(jī)組。為此，本文設(shè)計(jì)了一種考慮變速機(jī)組超速能力約束的故障穿越參數(shù)優(yōu)化整定算法?；谥袊颖笔∝S寧抽水蓄能電站的仿真分析表明，該方法不僅有效，而且相比于變速抽水蓄能機(jī)組等容量替代定速抽水蓄能機(jī)組的方法更具經(jīng)濟(jì)性。

1 理論分析

1.1 電力系統(tǒng)建模

定速、變速機(jī)組打捆經(jīng)長線路送出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。圖中：xT1、xT2、xL分別為變壓器T1、變壓器T2 和長距離輸電線路的等效阻抗；x'd為定速機(jī)組直軸暫態(tài)電抗；θE和δ分別為變速機(jī)組機(jī)端電壓相位、定速機(jī)組功角；E'、VE和VB0分別為定速機(jī)組暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)、變速機(jī)組機(jī)端電壓幅值和無窮大電源電壓幅值。

圖1（b）中的紅色線表示黑色等效電路經(jīng)Y，d變換后的結(jié)構(gòu)。根據(jù)Y，d 變換公式，有

式中：xAC、xAB和xBC分別為Y，d 變換后的網(wǎng)絡(luò)等效電抗。

根據(jù)圖1（b），可以得到定速機(jī)組電磁功率PG的表達(dá)式為：

式中：PAC和PAB表示圖1（b）中的支路有功功率。

同理，變速機(jī)組注入有功功率PE和注入無功功率QE可以表示為：

定速機(jī)組的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程可以表示為：

式中：f0為電網(wǎng)額定頻率；TG、ωG和PT分別為定速機(jī)組轉(zhuǎn)子慣性時(shí)間常數(shù)、轉(zhuǎn)速和機(jī)械功率。

從上述公式可知，變速機(jī)組注入有功功率PE和注入無功功率QE的動(dòng)態(tài)可以改變機(jī)端電壓幅值VE和相位θE的響應(yīng)，從而間接影響PAB，最終對(duì)定速機(jī)組電磁功率PG產(chǎn)生作用，改變系統(tǒng)功角穩(wěn)定性。因此，變速機(jī)組暫態(tài)特性會(huì)對(duì)定速機(jī)組功角穩(wěn)定產(chǎn)生影響。

1.2 變速機(jī)組功率動(dòng)態(tài)對(duì)定速機(jī)組功角穩(wěn)定影響

根據(jù)式（3），可以得到變速機(jī)組PE、QE對(duì)機(jī)端電壓幅值VE和相位θE的靈敏度為：

假 設(shè)E'≈VE≈VB0≈1（不 包 括 短 路 故 障 期間），則式（5）可以改寫為：

式中：VM和θM分別為M節(jié)點(diǎn)的電壓幅值和相位。

一般情況下，抽水蓄能電站以定速機(jī)組為主，可以認(rèn)為變速機(jī)組的功率輸出只占總功率的一小部分。因此，可以假設(shè)θM≈θE≈δ，VM≈VE，PE≈0（不包括短路故障期間）。式（7）可變?yōu)椋?/p>

假設(shè)xAB＜xBC，將式（8）代入式（6）有：

根據(jù)式（9）可得：

式中：ΔPE、ΔQE、ΔVE、ΔθE分別表示PE、QE、VE、θE的變化量。

根據(jù)式（2），ΔVE和ΔθE對(duì)于定速機(jī)組電磁功率的影響ΔPG可以表示為：

將式（10）代入式（11），有

式（12）描述了變速機(jī)組注入有功和無功功率動(dòng)態(tài)對(duì)定速機(jī)組電磁功率的影響?？梢钥闯觯捎讦E前的系數(shù)為負(fù)數(shù)，若暫態(tài)過程中變速機(jī)組有功跌落越大、恢復(fù)越慢，則定速機(jī)組的減速面積越大、系統(tǒng)功角穩(wěn)定性越好；反之，由于ΔQE前的系數(shù)為正數(shù)，若暫態(tài)過程中變速機(jī)組無功輸出越大、持續(xù)時(shí)間越長，則定速機(jī)組的減速面積越大、系統(tǒng)功角穩(wěn)定性越好。

1.3 變速機(jī)組低電壓穿越對(duì)定速機(jī)組功角穩(wěn)定影響

抽水蓄能變速機(jī)組的結(jié)構(gòu)見附錄A 圖A1。變速機(jī)組低電壓穿越性能對(duì)定速機(jī)組功角穩(wěn)定的影響如下。

1）電流限值的影響

附錄A 圖A2、圖A3 中，當(dāng)變速機(jī)組機(jī)端電壓Vgrid處于不同擋位時(shí)，機(jī)組有功電流限幅Id，lim（對(duì)應(yīng)于附錄A 圖A2 中Id，max和Id，min的絕對(duì)值）為：

式 中：VLVL1、VLVL2分 別 表 示 附 錄A 圖A3 中 進(jìn) 入 穿越區(qū)間A 和穿越區(qū)間B 的閾值；Kd表示圖A3 中有功電流限幅的斜率，Kd=(IpLV2-IpLV1)/(VLVL2-VLVL1)，IpLV2、IpLV1為圖A3 中有功電流限幅。

故障穿越過程中，變速機(jī)組機(jī)端電壓降低，控制系統(tǒng)為盡量維持機(jī)組輸出有功功率不變，需要大幅增加有功電流。然而，由于限幅環(huán)節(jié)的存在，電流不能無限增大。因此，可以近似認(rèn)為故障穿越期間變速機(jī)組輸出的有功功率PVSPSU如式（14）所示。

式中：正、負(fù)號(hào)分別對(duì)應(yīng)于發(fā)電和抽水模式。

從式（13）、式（14）可以看出，同樣的機(jī)端電壓條件下，降低IpLV1和IpLV2可以減小機(jī)組有功電流限幅Id，lim的值，從而降低故障穿越期間機(jī)組的有功貢獻(xiàn)。

圖2（a）展示了IpLV1、IpLV2變化對(duì)變速機(jī)組暫態(tài)性能的影響。圖中：藍(lán)色實(shí)線表示圖1 所示系統(tǒng)送出線路單回發(fā)生故障跳閘后的變速機(jī)組典型機(jī)端電壓響應(yīng)曲線；紫色實(shí)線表示根據(jù)式（13）、式（14）得到的變速機(jī)組有功功率PVSPSU的響應(yīng)曲線；紫色虛線表示IpLV1和IpLV2適當(dāng)降低后變速機(jī)組有功功率PVSPSU的響應(yīng)曲線。從圖中可以看出，當(dāng)IpLV1和IpLV2降低時(shí)，穿越區(qū)間B 的有功電流限制更加嚴(yán)格，導(dǎo)致暫態(tài)過程中變速機(jī)組有功功率恢復(fù)放緩（圖中標(biāo)綠部分）。根據(jù)上文的分析，這種影響有助于提升定速機(jī)組的功角穩(wěn)定。

圖2 變速抽水蓄能機(jī)組故障穿越參數(shù)對(duì)暫態(tài)特性的影響Fig.2 Impact of fault ride-through parameters of variable-speed pumped storage units on transient characteristics

附錄A 圖A3、圖A4 中，當(dāng)機(jī)端電壓Vgrid處于不同擋位時(shí)，機(jī)組無功電流限幅IqLV（見附錄A 圖A4）可以表示為：

式 中：IqLV1表 示 附 錄A 圖A3 中 無 功 電 流 限 幅；Kq表示圖 A3 中無功電流限幅的斜率，Kq=IqLV1/(VLVL2-VLVL1)。

故障穿越過程中，變速機(jī)組機(jī)端電壓降低，控制系統(tǒng)為盡量維持機(jī)組輸出無功功率或機(jī)端電壓不變，需要增加無功電流。然而，由于限幅環(huán)節(jié)的存在，電流不能無限增大。因此，可以近似認(rèn)為故障穿越期間變速機(jī)組的無功功率QVSPSU如式（16）所示。

圖2（b）展示了IqLV1變化對(duì)變速機(jī)組暫態(tài)性能的影響。圖中：藍(lán)色實(shí)線表示圖1 所示系統(tǒng)送出線路單回發(fā)生故障跳閘后的變速機(jī)組典型機(jī)端電壓響應(yīng)曲線；橘色實(shí)線表示根據(jù)式（15）、式（16）得到的變速機(jī)組無功功率QVSPSU的響應(yīng)曲線；橘色虛線表示IqLV1增加后變速機(jī)組無功功率QVSPSU的響應(yīng)曲線。同理，可以看出，IqLV1增加后，變速機(jī)組故障穿越過程中可以釋放出更多的無功功率（圖中標(biāo)綠部分），有助于提升定速機(jī)組的功角穩(wěn)定性。

綜上所述，降低IpLV1和IpLV2或升高IqLV1均可以提升變速機(jī)組對(duì)定速機(jī)組的主動(dòng)支撐能力，從而提升系統(tǒng)功角穩(wěn)定性。一般情況下，出廠設(shè)定時(shí)IqLV1已經(jīng)接近極限，若繼續(xù)增加可能導(dǎo)致故障穿越過程中設(shè)備過流，故在實(shí)際工程場(chǎng)景下，一般僅對(duì)IpLV1和IpLV2進(jìn)行優(yōu)化。

2）電壓閾值的影響

變速機(jī)組在不同穿越區(qū)間的暫態(tài)特性有所不同。因此，可以考慮通過調(diào)整穿越區(qū)間閾值VLVL1和VLVL2，改變故障期間變速機(jī)組在不同穿越區(qū)間的停留時(shí)間，從而提升其暫態(tài)性能，具體如圖2（c）所示。圖中：藍(lán)色實(shí)線表示圖1 所示系統(tǒng)送出線路單回發(fā)生故障跳閘后的變速機(jī)組典型機(jī)端電壓響應(yīng)曲線；紫色、橘色實(shí)線分別表示變速機(jī)組有功、無功功率PVSPSU和QVSPSU的響應(yīng)曲線；紫色和橘色虛線分別表示將VLVL1提升為V'LVL1后，變速機(jī)組有功、無功功率PVSPSU和QVSPSU的響應(yīng)曲線。從圖中可以看出，當(dāng)VLVL1提升為V'LVL1時(shí)，變速機(jī)組在穿越區(qū)間A 的停留時(shí)間變長，導(dǎo)致暫態(tài)過程中變速機(jī)組的有功恢復(fù)速度更緩，無功支撐更加持久，有利于提升定速機(jī)組的功角穩(wěn)定性（圖中標(biāo)綠部分）。值得注意的是，實(shí)際參數(shù)調(diào)節(jié)過程中，VLVL1和VLVL2不宜太近，否則會(huì)導(dǎo)致機(jī)組在電壓振蕩時(shí)反復(fù)切換穿越模式。因此，在提升VLVL1時(shí)需要適當(dāng)配合提升VLVL2。

綜上所述，適當(dāng)提升VLVL1可以增加變速機(jī)組對(duì)定速機(jī)組的主動(dòng)支撐能力，提升系統(tǒng)的功角穩(wěn)定性。

1.4 變速機(jī)組暫態(tài)性能提升方法

根據(jù)上文分析可知，通過改變變速機(jī)組低電壓穿越相關(guān)參數(shù)，如IpLV1和IpLV2或VLVL1和VLVL2，可以改善定速機(jī)組功角穩(wěn)定性。然而，實(shí)際參數(shù)整定過程中，不僅要考慮提升功角穩(wěn)定性的需求，還要兼顧變速機(jī)組的設(shè)備承載力。

在變速機(jī)組低電壓穿越參數(shù)改變后，會(huì)改變暫態(tài)過程中施加在轉(zhuǎn)子上的不平衡功率，從而對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速造成影響。根據(jù)設(shè)備廠商規(guī)定（奧地利ANDRITZ 公司），變速機(jī)組轉(zhuǎn)子最大轉(zhuǎn)速不能超過額定轉(zhuǎn)速的7%，否則機(jī)組會(huì)因?yàn)槌偬l或損壞。為此，在參數(shù)整定時(shí)，需要兼顧設(shè)備安全因素。

在上述原則指導(dǎo)下，可以得到圖3 所示的變速機(jī)組暫態(tài)性能提升方法。

圖3 變速抽水蓄能機(jī)組暫態(tài)性能提升方法Fig.3 Methods for improving transient performance of variable-speed pumped storage units

圖3（a）中，先進(jìn)行不同運(yùn)行方式及確定故障集下（一般僅考慮N-1 故障）功角穩(wěn)定校核。若校核無問題，則無須開展優(yōu)化。若校核后發(fā)現(xiàn)某些工況下存在失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，則進(jìn)入優(yōu)化流程。以固定步長和模式調(diào)整IpLV1、IpLV2，每調(diào)整一次，先檢查各種故障穿越工況下，變速機(jī)組是否存在超速風(fēng)險(xiǎn)（一般為額定轉(zhuǎn)速的1.07 倍），若存在超速現(xiàn)象，說明已無優(yōu)化調(diào)整空間，則結(jié)束優(yōu)化并輸出參數(shù)整定結(jié)果；若不存在轉(zhuǎn)子超速情況，則繼續(xù)校驗(yàn)系統(tǒng)是否仍具有功角失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，如果穩(wěn)定則停止優(yōu)化并輸出結(jié)果，如果仍不穩(wěn)定則繼續(xù)優(yōu)化。

圖3（b）與（a）相 比，方 法2 調(diào) 整 的 參 數(shù) 變 為VLVL1和VLVL2，其他與方法1 相同。

2 仿真驗(yàn)證

2.1 仿真算例

圖4 所示為中國京津唐北部電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。張北四端柔性直流將接入康巴諾爾和中都換流站的新能源送入東部的交流系統(tǒng)。河北豐寧抽水蓄能電站共包含12 臺(tái)機(jī)組，總裝機(jī)容量達(dá)3 600 MW（12×300 MW），其中，10 臺(tái)為定速機(jī)組、2 臺(tái)為奧地利ANDRITZ 公司生產(chǎn)的變速機(jī)組。阜康換流站與交流系統(tǒng)間的功率交換能力為-1 500～1 500 MW。

圖4 中國京津唐北部電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Schematic diagram of structure of power system in the north of Beijing-Tianjin-Tangshan area in China

圖4 所示系統(tǒng)對(duì)華北電網(wǎng)具有重要意義：1）阜康換流站和豐寧抽水蓄能電站均具有功率雙向流動(dòng)能力，可以發(fā)揮“潮流控制器”作用，緩解主網(wǎng)交流斷面重載；2）豐寧抽水蓄能電站可以在新能源大發(fā)時(shí)抽水，助力全網(wǎng)新能源消納。為充分發(fā)揮上述功能，要確保抽水蓄能電站運(yùn)行方式盡量不受或少受約束。

下文將開展基于BPA 的仿真計(jì)算。仿真過程中涉及的參數(shù)見附錄B。

2.2 抽水蓄能機(jī)組運(yùn)行工況的影響

抽水蓄能機(jī)組不同運(yùn)行狀態(tài)下穩(wěn)定特性不同。為此，分別對(duì)以下3 種方式展開計(jì)算：

方式1：阜康換流站下網(wǎng)功率為0 MW，抽水蓄能電站開12 機(jī)發(fā)電滿出力；

方式2：阜康換流站下網(wǎng)功率為0 MW，抽水蓄能電站開12 機(jī)抽水滿出力；

方式3：阜康換流站下網(wǎng)功率為0 MW，抽水蓄能電站開12 機(jī)空載調(diào)相。

上述方式下，阜金斷面單回線金山嶺側(cè)三永N-1 故障后的仿真結(jié)果如表1 所示。表中：第2 列表示定速機(jī)組穩(wěn)態(tài)初始功角；第3 列表示定速機(jī)組第1 擺到達(dá)的最大功角；第4 列表示定速機(jī)組最大功角差，為第2 列與第3 列差的絕對(duì)值。

表1 抽水蓄能機(jī)組不同運(yùn)行工況下的計(jì)算結(jié)果Table 1 Calculation results of pumped storage units under different operating conditions

從表1 可以看出，定速機(jī)組在抽水工況下最大功角差最大，說明該方式相比其他方式功角穩(wěn)定性更差。因此，后續(xù)將在機(jī)組抽水狀態(tài)下進(jìn)行分析。

2.3 參數(shù)優(yōu)化前相關(guān)計(jì)算分析

根據(jù)文獻(xiàn)［18-19］，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生N-1 故障后，應(yīng)能在不采取措施情況下保持穩(wěn)定。由圖4 可知，阜康—金山嶺通道較長，斷面N-1 故障后送端機(jī)組功角穩(wěn)定性最差，因此，用阜康—金山嶺三永N-1 故障計(jì)算限額。仿真結(jié)果如圖5 所示。其中，圖5（a）為抽水蓄能電站送出能力（發(fā)電為正）；圖5（b）表示抽水蓄能電站12 機(jī)發(fā)電滿發(fā)，阜康—金山嶺線路N-1 故障下，不同阜康換流站流入交流電網(wǎng)功率（PFukang）下對(duì)應(yīng)的變速機(jī)組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。由于變速機(jī)組僅在發(fā)電時(shí)才存在故障后超速可能，故在設(shè)備安全校驗(yàn)時(shí)選取發(fā)電工況；圖5（c）和（d）分別表示柔性直流阜康換流站流入交流電網(wǎng)功率為-1 500 MW，12 臺(tái)機(jī)組滿功率抽水，阜康—金山嶺線路N-1 故障下的變速機(jī)組有功和無功功率隨電壓變化曲線。

圖5 變速抽水蓄能機(jī)組參數(shù)優(yōu)化前的計(jì)算結(jié)果Fig.5 Computation results before parameter optimization of variable-speed pumped storage units

從圖5（a）可以看出，當(dāng)阜康換流站流入交流電網(wǎng)功率在-1 500～-500 MW 變化時(shí)，機(jī)組抽水狀態(tài)運(yùn)行能力僅為-3 500 MW，相比運(yùn)行需求受限100 MW。如果不采取措施，會(huì)在一定程度上影響柔性直流、抽水蓄能電站“潮流控制器”和助力全網(wǎng)新能源消納作用。從圖5（b）可以看出，變速機(jī)組暫態(tài)過程中的最大轉(zhuǎn)速未超過1.04 p.u.，未超過機(jī)組轉(zhuǎn)子超速最大承受能力（7%額定轉(zhuǎn)速），滿足設(shè)備安全運(yùn)行要求；從圖5（c）和（d）可以看出，變速機(jī)組故障動(dòng)態(tài)過程中的電壓及有功、無功響應(yīng)特性與1.3節(jié)的理論分析結(jié)果趨勢(shì)上基本一致。

2.4 參數(shù)優(yōu)化后相關(guān)計(jì)算分析

參數(shù)優(yōu)化前，機(jī)組抽水運(yùn)行能力最大受限100 MW。為提升系統(tǒng)功角穩(wěn)定性，采用圖3 中的兩種參數(shù)優(yōu)化方法對(duì)變速機(jī)組低電壓穿越相關(guān)參數(shù)進(jìn)行重新整定，具體如表2 所示。

表2 變速抽水蓄能機(jī)組參數(shù)優(yōu)化整定結(jié)果Table 2 Optimization and tuning results of parameters of variable-speed pumped storage units

圖6 所示為不同參數(shù)優(yōu)化整定方法下的計(jì)算結(jié)果。其中，圖6（a）表示抽水蓄能電站送出能力（發(fā)電為正）；圖6（b）表示抽水蓄能電站12 機(jī)發(fā)電工況滿發(fā)，阜康換流站流入交流電網(wǎng)功率為1 500 MW，阜康—金山嶺線路N-1 故障下的變速機(jī)組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；圖6（c）和（d）分別表示柔性直流阜康換流站流入交流電網(wǎng)功率為-1 500 MW，12 臺(tái)機(jī)組滿功率抽水，阜康—金山嶺線路N-1 故障下的變速機(jī)組有功和無功功率動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線。

圖6 變速抽水蓄能機(jī)組參數(shù)優(yōu)化后的計(jì)算結(jié)果Fig.6 Computation results after parametes of variable-speed pumped storage units are optimized

從圖6（a）可以看出，兩種優(yōu)化方法均能提升系統(tǒng)功角穩(wěn)定性、減少斷面受限，且從能力提升效果來看，方法2 較好；從圖6（c）和（d）可以看出，方法1 僅通過降低變速機(jī)組有功恢復(fù)速度實(shí)現(xiàn)斷面受限降低，方法2 則通過降低變速機(jī)組有功恢復(fù)速度、提升無功支撐的雙重措施，解決斷面受限問題；從圖6（b）可以看出，兩種優(yōu)化方法中變速機(jī)組轉(zhuǎn)速雖均未超過機(jī)組超速能力（7%額定轉(zhuǎn)速），滿足設(shè)備安全運(yùn)行要求，但方法2 轉(zhuǎn)子超速更低，略好于方法1。因此，本文推薦方法2。

2.5 變速機(jī)組容量配比的影響

針對(duì)圖4 所示系統(tǒng)，當(dāng)不采用本文的參數(shù)優(yōu)化方法時(shí)，也可以考慮通過改變定速、變速機(jī)組容量配比的方法提升系統(tǒng)功角穩(wěn)定。在豐寧抽水蓄能電站總開機(jī)臺(tái)數(shù)保持12 臺(tái)不變的情況下，受阜金斷面N-1 故障制約，機(jī)組運(yùn)行能力如表3 所示。

表3 變速機(jī)組容量配比影響Table 3 Impact of capacity proportion of variablespeed pumped storage units

由表3 可知，只有當(dāng)變速機(jī)組臺(tái)數(shù)達(dá)到3 臺(tái)（占比25%）時(shí)，送出能力才能不受限。由于變速機(jī)組較定速機(jī)組成本高，該方法相比參數(shù)優(yōu)化方法需要付出更大的經(jīng)濟(jì)代價(jià)。

3 結(jié)語

本文基于靈敏度分析法，研究了變速雙饋抽水蓄能機(jī)組故障穿越性能對(duì)定速機(jī)組功角穩(wěn)定的影響，提出在變速機(jī)組轉(zhuǎn)子不超速前提下，提升定速機(jī)組功角穩(wěn)定性的變速機(jī)組低電壓穿越參數(shù)優(yōu)化迭代整定方法，并通過豐寧抽水蓄能電站驗(yàn)證了該方法的正確性。主要結(jié)論如下：

1）在大規(guī)模含變速、定速機(jī)組的抽水蓄能電站通過長距離交流線路送出場(chǎng)景下，可以通過減緩變速機(jī)組有功恢復(fù)速度或延長變速機(jī)組無功支撐時(shí)間提升近區(qū)定速機(jī)組功角穩(wěn)定性。

2）在變速機(jī)組轉(zhuǎn)子不超速的情況下，可以通過迭代調(diào)整其故障穿越電流限值、電壓閾值的方法，提升其近區(qū)定速機(jī)組的功角穩(wěn)定性。

3）通過在豐寧抽水蓄能工程上使用本文提出的參數(shù)優(yōu)化整定方法，可釋放抽水蓄能電站運(yùn)行能力最大100 MW。雖然提升變速機(jī)組配比也可消除運(yùn)行方式受限，但由于變速機(jī)組成本更高，經(jīng)濟(jì)性較差。

4）非定速、變速機(jī)組打捆送出場(chǎng)景下，變速機(jī)組對(duì)系統(tǒng)功角穩(wěn)定性的支撐能力和效果有待進(jìn)一步研究驗(yàn)證。

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