结合储能的发电机转子角控制

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发电机转子角控制模式是一种新的有功/频率控制方法,该模式可以在无调度干预的情况下自动参与系统有功功率的调整,实现频率的无差恢复。不仅如此,这种控制模式还可以为系统提供抑制区域间低频振荡所需的阻尼转矩。并且该方法只需要本地的量测信息作为输入而不依赖远方信息,具有多发电机间电气解耦的优点,有望以新的独特方式来改善当前电网大规模互联导致的低频振荡问题。现有的转子角控制器使用汽轮机作为执行设备,通过控制汽轮机调门的开度来实现发电机对负荷变化的跟踪,并提供抑制系统低频振荡所需的阻尼转矩。但汽轮机的调门为机械结构,具有很强的非线性,会导致阻尼转矩的相位和大小产生误差,影响抑制振荡的效果。此外,在自动跟踪负荷和抑制低频振荡时,反复频繁的调整动作会引起汽轮机调门的机械疲劳,降低机组的使用寿命。储能具有快速响应、灵活控制的优点,在电网有功调节以及小干扰稳定控制中的应用日益广泛。本文通过并联储能设备,对储能的充放电进行控制来间接改变发电机转子电磁转矩,利用储能来代替汽轮机提供抑制振荡所需的阻尼转矩,并给出了一种同时控制汽轮机和储能的发电机转子角控制实现模式。从运行上看,汽轮机控制部分主要负责对负荷的变化进行跟踪,储能控制部分则负责应对相对频繁的负荷波动(减少汽轮机的动作次数),同时为抑制低频振荡提供阻尼转矩。随后,本文分析计算了新的转子角控制实现模式在单机无穷大系统中利用储能提供的同步转矩和阻尼转矩,并与传统的储能阻尼控制器进行对比,分析新模式对系统振荡抑制效果的影响。最后,本文分别对单机单负荷系统的负荷短时间扰动和长时间扰动,以及四机两区域系统的短路扰动和负荷阶跃扰动进行仿真验证。结果表明,新的控制方法具有当前转子角控制模式的优点,即自动跟踪负荷的变化并可以提供抑制区域间低频振荡所需的阻尼转矩,同时还能显著减少汽轮机在跟踪负荷变化中的动作次数,克服了转子角控制模式投入使用的主要障碍。
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