Small Signal Modeling of Variable-speed Pumped Storage Unit with Full-size Converter in Fast-power Mode

Huabo SHI; Yuhong WANG; Yufei TENG; Gang CHEN; Xinwei SUN; Lijie DING

doi:10.7500/AEPS20210524005

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Small Signal Modeling of Variable-speed Pumped Storage Unit with Full-size Converter in Fast-power Mode

Application Research | 更新时间：2025-06-16

- Small Signal Modeling of Variable-speed Pumped Storage Unit with Full-size Converter in Fast-power Mode
- Automation of Electric Power Systems Vol. 46, Issue 4, Pages: 162-169(2022)
- 作者机构：
  
  1.四川大学电气工程学院,四川省成都市 610065
  2.四川蜀能电力有限公司高新分公司,四川省成都市 610041
  3.国网四川省电力公司电力科学研究院,四川省成都市 610041
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Key R&D Program of China(2018YFB0905200)
- DOI：10.7500/AEPS20210524005
  CLC：
- Received：24 May 2021，
  
  Revised：2021-08-03，
  
  Published Online：11 October 2021，
  
  Published：25 February 2022
- 稿件说明：
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史华勃,王渝红,滕予非等.全功率变速抽水蓄能机组快速功率模式小信号建模[J].电力系统自动化,2022,46(4):162-169.

SHI Huabo,WANG Yuhong,TENG Yufei,et al.Small Signal Modeling of Variable-speed Pumped Storage Unit with Full-size Converter in Fast-power Mode[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(4):162-169.
史华勃,王渝红,滕予非等.全功率变速抽水蓄能机组快速功率模式小信号建模[J].电力系统自动化,2022,46(4):162-169. DOI： 10.7500/AEPS20210524005.

SHI Huabo,WANG Yuhong,TENG Yufei,et al.Small Signal Modeling of Variable-speed Pumped Storage Unit with Full-size Converter in Fast-power Mode[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(4):162-169. DOI： 10.7500/AEPS20210524005.

摘要

小信号建模是全功率变速抽水蓄能机组(FSC-VSPSU)稳定性量化分析与多控制器参数优化的基础。由于变流器响应时间尺度为毫秒级、水轮机系统响应尺度为秒级，因此，采用快速功率模式的抽水蓄能机组在发电状态下的稳定特性在很大程度上受制于水轮机特性。针对常用经典水轮机模型不能准确反映抽水蓄能机组运行特性的问题，提出了计及初始运行工况的改进水轮机小信号模型。该模型可反映水轮机初始运行负荷和水头对稳定特性的影响，且模型参数易于获取。结合发电机、励磁系统、调速系统以及变流器模型，构建了FSC-VSPSU在发电状态下的小信号模型和电磁暂态仿真模型。采用特征值分析方法研究了抽水蓄能机组小信号稳定特性，仿真结果表明抽水蓄能机组存在超低频振荡风险。同时，提取了关键影响因素，进一步给出了调速系统参数整定原则。

Abstract

Small signal modeling is the basis for the quantitative analysis of stability characteristics and multi-controller parameter optimization of variable-speed pumped storage units with full-size converter (FSC-VSPSU). Since the response time scale of frequency converter systems is at millisecond level and that of hydraulic turbine system is at second level

the stability characteristics of the pumped storage unit in fast-power mode and generation state are largely restricted by the hydraulic turbine. Aiming at the problem that the conventional hydraulic turbine model cannot accurately reflect the operation characteristics of the pumped storage units

an improved small signal model for the hydraulic turbine considering the initial operation condition is proposed. It can reflect the influence of the initial operating load and water head of the hydraulic turbine on the stability characteristics

and the model parameters are easy to obtain. Combined with the generator

excitation system

governor system and converter models

the small signal model and electromagnetic transient simulation model of FSC-VSPSU in generation state are constructed. The small signal stability characteristics of the pumped storage unit are studied by eigenvalue analysis method. It is found that the unit has the risk of ultra-low frequency oscillation

and the key factors are extracted. Furthermore

the parameter setting principle of the governor system is given.

关键词

Keywords

references

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