一种变速抽蓄机组变流器侧的自适应阻尼控制方法及系统与流程

本发明属于抽水蓄能机组稳定控制，尤其涉及一种变速抽蓄机组变流器侧的自适应阻尼控制方法及系统。

背景技术：

1、小型变速抽水蓄能机组能够在一定转速范围内调节运行点，并可通过全功率变流器实现电磁功率的快速控制。与定速机组相比，该类机组在发电和抽水工况下均具有较强的功率调节灵活性，适用于分布式新能源消纳、配电网调峰调频以及孤网或弱电网功率平衡。其典型结构包括水力通道、水泵水轮机、机组转子、机侧变流器、直流母线、网侧变流器及调速器。

2、在功率优先控制模式下，机侧变流器根据功率指令快速改变电磁转矩或电磁功率，调速器则通过导叶调节流量和机械功率。受引水系统水惯性、压力波动、导叶执行机构迟滞以及水泵水轮机非线性特性的影响，水力机械功率的变化速度通常显著慢于变流器电磁功率的变化速度。当功率指令或电网频率发生扰动时，机械功率与电磁功率之间会出现瞬时失配，该失配直接作用于转子动能并引起转速振荡。

3、现有方案常采用固定增益的转速反馈、附加功率控制器或单一洗出环节产生阻尼信号。固定参数难以同时适应发电、抽水、不同水头、不同功率以及不同电网强度下的振荡频率和相位变化；若阻尼增益过小，抑振效果不足，若阻尼增益过大，则可能导致变流器电流越限、直流母线电压波动或与调速器形成新的耦合振荡。

4、另一方面，变速机组通常依据水头和功率在线生成效率最优转速或最优导叶开度。若实时优化器直接使用包含调频功率、阻尼功率或机械功率前馈分量的快速功率信号，优化参考会随振荡反复变化，并进一步驱动调速器和导叶动作，使原本用于抑振的变流器快速功率被水力慢通道跟随，造成优化控制与阻尼控制相互干扰。

5、此外，仅由流量、水头和效率曲线计算机械功率时，测量噪声、管路损耗及动态水头会带来估计误差；仅由转子动力学反推机械功率时，转速微分又容易放大高频噪声。现有技术还缺少一种能够融合水力测量与转子动力学、并根据电流、直流电压、转速及水力安全边界在线调整阻尼强度和附加功率优先级的统一方法。

6、因此，需要一种适用于小型全功率变速抽蓄机组的变流器侧自适应阻尼控制方法，在不改变功率优先控制主结构的情况下，将快速阻尼作用限定在机侧变流器通道内，同时隔离实时优化器与快速附加功率，补偿机械功率和电磁功率的瞬时失配，并在多运行约束下保证附加控制的安全性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中调速器水力慢通道与机侧变流器电气快通道时间尺度不匹配、固定阻尼参数适应性不足、机械功率估计噪声较大以及实时优化控制与快速阻尼控制相互干扰的问题，提供一种变速抽蓄机组变流器侧自适应阻尼控制方法及系统。

2、第一方面，本发明提供一种变速抽蓄机组变流器侧的自适应阻尼控制方法，包括：

3、获取变速抽蓄机组的实时运行参数，所述实时运行参数至少包括水头、流量、压力、转速、导叶开度、电磁功率、变流器电流和直流母线电压；

4、根据所述电磁功率和所述水头，经低通滤波后提取慢变量，根据所述慢变量生成效率最优转速参考值和效率最优导叶开度参考值，将所述效率最优转速参考值和所述效率最优导叶开度参考值输出至调速器，由所述调速器根据所述效率最优转速参考值和所述效率最优导叶开度参考值调节导叶开度，以调整水力机械功率；

5、根据所述转速提取转速振荡分量，对所述转速振荡分量依次进行洗出处理、带通滤波和相位补偿，生成附加电磁功率指令，将所述附加电磁功率指令叠加至机侧变流器的功率参考端，使所述机侧变流器通过调节电磁功率提供附加电气阻尼；

6、根据所述水头、所述流量和所述压力，结合机组转子动力学估计机械功率振荡量，根据所述机械功率振荡量生成机械功率前馈量，将所述机械功率前馈量叠加至所述机侧变流器的功率参考端，以补偿机械功率与电磁功率之间的瞬时失配；

7、根据所述变流器电流确定变流器电流裕度，根据所述直流母线电压确定直流母线电压裕度，根据所述转速确定转速裕度，根据所述压力确定水力安全裕度，根据所述变流器电流裕度、所述直流母线电压裕度、所述转速裕度和所述水力安全裕度，对调频功率、所述附加电磁功率指令和所述机械功率前馈量进行限幅、平滑及优先级分配，形成机侧变流器的最终功率指令；

8、由所述机侧变流器执行所述最终功率指令，并将执行后的电磁功率、转速及所述变流器电流裕度、所述直流母线电压裕度、所述转速裕度和所述水力安全裕度反馈至效率最优参考生成环节、阻尼控制环节和运行监督环节。

9、第二方面，本发明提供一种变速抽蓄机组变流器侧的自适应阻尼控制系统，包括：

10、获取模块，配置为获取变速抽蓄机组的实时运行参数，所述实时运行参数至少包括水头、流量、压力、转速、导叶开度、电磁功率、变流器电流和直流母线电压；

11、调节模块，配置为根据所述电磁功率和所述水头，经低通滤波后提取慢变量，根据所述慢变量生成效率最优转速参考值和效率最优导叶开度参考值，将所述效率最优转速参考值和所述效率最优导叶开度参考值输出至调速器，由所述调速器根据所述效率最优转速参考值和所述效率最优导叶开度参考值调节导叶开度，以调整水力机械功率；

12、第一叠加模块，配置为根据所述转速提取转速振荡分量，对所述转速振荡分量依次进行洗出处理、带通滤波和相位补偿，生成附加电磁功率指令，将所述附加电磁功率指令叠加至机侧变流器的功率参考端，使所述机侧变流器通过调节电磁功率提供附加电气阻尼；

13、第二叠加模块，配置为根据所述水头、所述流量和所述压力，结合机组转子动力学估计机械功率振荡量，根据所述机械功率振荡量生成机械功率前馈量，将所述机械功率前馈量叠加至所述机侧变流器的功率参考端，以补偿机械功率与电磁功率之间的瞬时失配；

14、分配模块，配置为根据所述变流器电流确定变流器电流裕度，根据所述直流母线电压确定直流母线电压裕度，根据所述转速确定转速裕度，根据所述压力确定水力安全裕度，根据所述变流器电流裕度、所述直流母线电压裕度、所述转速裕度和所述水力安全裕度，对调频功率、所述附加电磁功率指令和所述机械功率前馈量进行限幅、平滑及优先级分配，形成机侧变流器的最终功率指令；

15、反馈模块，配置为由所述机侧变流器执行所述最终功率指令，并将执行后的电磁功率、转速及所述变流器电流裕度、所述直流母线电压裕度、所述转速裕度和所述水力安全裕度反馈至效率最优参考生成环节、阻尼控制环节和运行监督环节。

16、第三方面，提供一种电子设备，其包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例的变速抽蓄机组变流器侧的自适应阻尼控制方法的步骤。

17、第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序指令被处理器执行时，使所述处理器执行本发明任一实施例的变速抽蓄机组变流器侧的自适应阻尼控制方法的步骤。

18、本技术的变速抽蓄机组变流器侧的自适应阻尼控制方法及系统，具有以下有益效果：

19、通过机侧变流器快速改变电磁功率，在水力机械功率尚未完成调节时直接消耗或补充转子振荡能量，提高低频振荡阻尼。机侧变流器的电气响应时间常数远小于水力机械功率的调节时间常数，本发明利用这一时间尺度差异，在调速器尚未响应时由变流器提供附加电气阻尼，有效抑制了水—机—电耦合系统的低频振荡。

20、通过慢变量滤波和参考冻结机制阻止快速附加功率进入效率寻优和调速器通道，避免快慢控制环节相互追逐。对进入实时优化环节的电磁功率和水头进行低通滤波，使快速变化的调频功率、阻尼功率和机械功率前馈量不进入效率优化器，同时设置优化冻结因子在振荡期间冻结效率最优参考更新，从根源上消除了阻尼控制与效率优化之间的相互干扰。

21、通过水力侧与转子动力学侧融合估计提高机械功率振荡量的可信度，并利用前馈补偿减小功率失配。水力侧估计基于水头、流量和全特性曲线，动力学侧估计基于转子能量平衡，两路估计通过方差倒数加权融合，可有效降低测量噪声和模型误差的影响。融合后的机械功率振荡量经高通滤波后形成前馈量，直接叠加至变流器功率参考端，补偿了机械功率与电磁功率之间的瞬时失配。

22、通过多运行裕度、优先级分配和受约束投影，使附加控制在电流、直流电压、转速及水力安全边界内平滑投入和退出。综合运行裕度由变流器电流裕度、直流母线电压裕度、转速裕度和水力安全裕度的最小值确定，当接近任一运行边界时，运行监督环节自动减小导致该边界进一步收紧的附加功率分配系数，确保附加控制不危及机组安全。