潜油电机周期性冲击负载下高压SVG主动谐振抑制方法与流程

本发明涉及电力电子控制，具体为潜油电机周期性冲击负载下高压svg主动谐振抑制方法。

背景技术：

1、在海上平台或陆地丛式井深井油气开采场景中，潜油电机是核心举升设备，其供电系统通常由地面变频器、静止无功发生器以及连接地面与井下电机的数千米柔性电缆组成，静止无功发生器通过采集公共连接点的电压、电流信号，实时计算并注入补偿电流，实现动态无功补偿及谐振抑制功能，由于超长下井电缆呈现显著的分布式电阻、电感、电容特性，当井下发生气液两相流或段塞流冲击时，电机所受转矩及电流呈现周期性突变，同时电缆本体温度与应力状态发生剧烈变化，导致电缆分布参数呈现强非线性时变特征，进而使系统谐振频率发生动态漂移。

2、目前工业界高压svg进行主动谐振抑制普遍采用基于局部固定阻抗模型的有源阻尼方法，即在调试阶段离线测量电缆等效阻抗参数并建立固定不变的模型，通过快速傅里叶变换或陷波器算法提取固定谐振频率附近的谐振分量，设计比例谐振控制器或多谐振控制器对该固定频点产生反向抑制电流指令，注入公共连接点以衰减谐振能量。

3、上述方案在电缆参数近似恒定、负载冲击频谱较为集中的工况下能够取得一定抑制效果，是当前与本发明最接近的技术方案，但其依赖离线固定模型，未能在线跟踪电缆参数与信号传输延时的时变特性，也未对连续漂移、多频点弥散的谐振频谱进行有效覆盖，且未区分高频电气谐振与低频机电耦合扰动，存在补偿相位滞后引发电缆过压、多频点谐振失控以及诱发轴系次同步谐振断轴等安全隐患，亟需能够在线自适应跟踪时变参数并实现宽频谐振稳定抑制的新方法。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：现有高压svg主动谐振抑制方法依赖离线固定的电缆阻抗模型，难以在不依赖井下传感设备的条件下跟踪电缆分布参数及信号传输延时的时变特性，也难以对连续漂移、多频点弥散的宽频谐振实现稳定抑制，且未对高频电气谐振与低频机电耦合扰动进行区分处理，导致存在补偿相位滞后引发电缆过压击穿、多频点谐振失控以及诱发潜油电机轴系次同步谐振断轴等安全隐患。

2、为解决上述技术问题，本发明提供潜油电机周期性冲击负载下高压svg主动谐振抑制方法，该方法包括：

3、对公共连接点采集的三相电流信号进行多尺度频率分解，得到高频电气谐振扰动分量和低频机电耦合扰动分量；

4、根据所述公共连接点采集的三相电压和电流信号，采用移动视界估计方法在线递推辨识下井电缆的等效分布参数和信号传输延时；

5、根据所述等效分布参数、所述信号传输延时和所述高频电气谐振扰动分量，构建端口受控哈密顿系统的期望哈密顿函数和期望阻尼矩阵，求解互联与阻尼分配控制律，生成高频阻尼补偿电流指令；

6、将所述低频机电耦合扰动分量送入低频电压暂态支撑补偿控制器，生成低频补偿电流指令；

7、将所述高频阻尼补偿电流指令与所述低频补偿电流指令进行叠加，得到复合调制指令，驱动高压svg换流器向所述公共连接点注入补偿电流。

8、上述技术方案中，移动视界估计模块仅依据地面公共连接点的电气量测数据即可在线递推辨识电缆等效参数与传输延时，无需在井下加装任何传感设备；

9、端口受控哈密顿模型与互联阻尼分配无源控制方法在控制环中虚拟出随电缆参数自适应更新的宽频正定阻尼矩阵，使svg端口在整个可能漂移的频段内始终保持无源耗散特性；

10、非线性扰动观测器通过设置高频、低频两个不同截止频率的观测器分支，将高频电气谐振与低频机电耦合扰动分离并分别施加差异化补偿，避免控制带宽与机械扭振频带发生交叠。三者相互协同，形成完整的闭环谐振抑制方案。

11、采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

12、其一，通过在线估计电缆时变参数与传输延时并据此修正期望哈密顿函数、主动补偿相位滞后，能够避免补偿电流因相位错位异化为激振电流的风险，有利于防止电缆过电压击穿；

13、其二，通过构建随电缆参数自适应更新的宽频正定阻尼矩阵，实现对整个可能漂移频段的无源抑制，不依赖锁定单一固定谐振频点，从而对冲击负载引起的谐振频谱弥散现象具有较强的适应能力；

14、其三，通过高频、低频两个观测器分支对谐振扰动进行多尺度解耦，分别施加宽频阻尼抑制与电压暂态支撑补偿，避免控制带宽与潜油电机轴系固有的机械扭振频带发生交叠，有利于降低诱发轴系次同步谐振及断轴的风险，提升系统整体运行安全性。

1.潜油电机周期性冲击负载下高压svg主动谐振抑制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用移动视界估计方法在线递推辨识下井电缆的等效分布参数和信号传输延时的步骤包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述状态向量的状态转移过程被设定为缓变随机游走模型，用于表征电缆等效分布参数相对于采样周期的渐变特性。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，构建端口受控哈密顿系统的期望哈密顿函数和期望阻尼矩阵，求解互联与阻尼分配控制律的步骤包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：在线校验期望阻尼矩阵与固有阻尼矩阵之差是否为半正定矩阵，当校验结果表明该半正定条件未被满足时，根据当前辨识得到的固有阻尼矩阵重新分配期望阻尼矩阵的对角增益，以维持系统的无源耗散特性。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对公共连接点采集的三相电流信号进行多尺度频率分解的步骤包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低频电压暂态支撑补偿控制器采用比例积分结构，用于抵消潜油电机轴系冲击引起的电压跌落和波动，且不对所述低频机电耦合扰动分量施加阻尼抑制。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对公共连接点采集的三相电流信号进行多尺度频率分解之前，还包括：对所述公共连接点采集的三相电压信号和三相电流信号进行克拉克变换和帕克变换，得到同步旋转坐标系下的直流分量电压和直流分量电流。

9.潜油电机周期性冲击负载下高压svg主动谐振抑制系统，其特征在于，包括：