适应新型电网的4台机抽水蓄能电站静止变频器配置研究.pdf
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1、适应新型电网的台机抽水蓄能电站静止变频器配置研究范云磊(华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司,浙江 湖州 )摘要:简述了“双碳”目标下新型电力系统的电源构成、特点及运行模式的转变,分析了电网需求变化引起抽水蓄能电站发挥作用的转变,抽水工况成为抽水蓄能发挥作用的主要工况,短时间、多频次的抽水启动成为电站运行的趋势.在高比例新能源电力系统需求变化的背景下,现阶段台机抽水蓄能电站仅配置套静止变频器,抽水响应速度慢、可靠性低.对比分析台机抽水蓄能电站配置套与套静止变频器对电网响应灵活性、经济性、可靠性等方面的影响,结果表明配置套静止变频器对电站性能改善明显.关键词:静止变频器;抽水蓄能;电动工况中图分类号:
2、TM D O I:/j c n k i d g j s R e s e a r c ho nC o n f i g u r a t i o no fS t a t i cF r e q u e n c yC o n v e r t e r f o rF o u rU n i tP u m p e dS t o r a g eA d a p t i n g t oN e wP o w e rS y s t e mF ANY u n l e i(E a s tC h i n aT i a n h u a n g p i n gP u m p e dS t o r a g eC o,L t d,H
3、u z h o u ,C h i n a)A b s t r a c t:T h ep o w e r s u p p l yc o m p o s i t i o n,c h a r a c t e r i s t i c s a n do p e r a t i o nm o d eo f t h en e wp o w e r s y s t e mu n d e r t h ed u a l c a r b o ng o a l a r eb r i e f l y i n t r o d u c e d T h ec h a n g eo f p u m p e ds t o r a
4、 g ep o w e r s t a t i o nc a u s e db y t h e c h a n g eo f g r i dd e m a n d i s a n a l y z e d P u m p i n gh a sb e c o m e t h em a i nc o n d i t i o n f o r p u m p e ds t o r a g e t op l a ya r o l e S h o r t t i m e a n dm u l t i f r e q u e n c yp u m p i n gs t a r t u ph a sb e c
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6、f o u r p u m p e ds t o r a g ep o w e r s t a t i o n s,w h i c hh a ss l o wp u m p i n gr e s p o n s ea n d l o wr e l i a b i l i t y T h ee f f e c t so f t w os e t sa n do n es e to f s t a t i c i n v e r t e r so nt h ef l e x i b i l i t y,e c o n o m ya n d r e l i a b i l i t yo f t h
7、ep o w e r g r i d r e s p o n s eo f f o u r p u m p e ds t o r a g ep o w e r s t a t i o n s a r e c o m p a r e da n da n a l y z e d T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h e c o n f i g u r a t i o no f t w o s e t s o f s t a t i c f r e q u e n c y c o n v e r t e r s c a ns i g n i f i c a n
8、 t l y i m p r o v e t h ep e r f o r m a n c eo f t h ep o w e rs t a t i o n K e yw o r d s:s t a t i c f r e q u e n c yc o n v e r t e r;p u m p e ds t o r a g e;e l e c t r i cw o r k i n gc o n d i t i o n收稿日期:引言抽水蓄能是当今技术比较成熟、经济指标好、具备大规模开发条件的电力系统绿色、低碳、清洁、灵活调节储能型式,可与风电、光伏发电、核电、火电等配合产生良好的经济效益.为实
9、现“碳达峰、碳中和”战略目标,国家能源局印发了 抽水蓄能中长期发展规划(年).该规划提出:年前能源消费总量达峰,可再生能源全面规模化替代化石能源,以新能源为主体的新型电力系统加速构建;年可再生能源成为我国能源消费总量主体,可再生能源占一次能源消费比重超过;年实现“碳中和”目标.截至 年底,我国抽水蓄能在建规模已达 万k W,由于这些抽水蓄能电站规划期双碳目标尚未提出,其建设目的主要是满足核电、火电与电力负荷的匹配.随着以风电、光伏等新能源为主体的新型电力系统建设,电源出力波动性、随机性增强,为电网调度运行带来挑战,电网对抽水蓄能电站的运行需求,特别是动态响应性能也将有更高的要求.以福建某抽水蓄
10、能电站为例,投产之初机组年平均启动 余次,在省内大规模风电、光伏代替火电机组背景下,年机组年启动次数已达 次,甚至出现机组刚开始发电运行,就接调度令停机转为电动工况运行的情况.抽水蓄能电站标准化程度比较高,一座电站通常具有台或台机组,其中台机电站占大多数.根据“双碳”目标提出前颁布的规范N B/T 抽水蓄能电站设计规范要求,“当机组台数为台及以上时,宜选用套变频启动装置,互为备用.当机组台数少于台时,宜选用套变频启动装置,并以背靠背同步启动作为电力设备电工技术 备用启动方式.”故目前台机电站均设置套变频启动装置,并以背靠背启动作为后备.这种配置动态响应速度慢,难以满足新型电网的需求.我国学者也
11、对此展开了研究,文献 提出在两管四机和三管六机型式的抽水蓄能电站,适宜安装与输水系统水道相等数量的静止变频器,以达到最优的抽水及抽水调相启动响应效率,但未从经济性角度展开分析.文献 提出响应速度较慢、受地理条件约束两个难题将限制抽水蓄能在新型电网功率能量平衡中发挥作用,但未展开定量分析.本文基于抽水蓄能机组电动工况启动原理,从经济性、可靠性方面对比台机电站不同启动方案,提出合理的变频启动装置配置原则,为抽水蓄能工程建设提供参考.电动工况启动基本方法抽水蓄能机组电动启动的方式有:辅助电动机启动、异步启动、背靠背启动、变频启动.辅助电动机启动需要同轴设备,会降低机组稳定性,增加厂房结构复杂度,而异
12、步启动的启动电流大,对电网和机组冲击大,因此这两种启动方式已逐渐被淘汰,目前主要采用背靠背启动和静止变频器启动方式.背靠背启动背靠背启动是以电站台机组作为启动电源.如图所示,每台机组都有拖动刀和被拖动刀.启动前将发电机组通过断路器、拖动刀接到启动母线上,电动机通过被拖动刀接到启动母线上.启动开始时,开启拖动机组的导叶,此时拖动机组机端产生的低频电压经过启动母线传递到被拖动机组的定子侧,通过气隙磁场剩磁在转子侧感应出启动转矩,使被拖动机组转子随拖动机组同步旋转.随着拖动机组导叶逐渐增大开度,转速随之上升,被拖动机组机端电压随之升高.当转速上升到 同步转速附近时,投入发电机、电动机组的励磁调节器,
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