可变速抽水蓄能机组协联控制方法技术

本发明专利技术公开了一种可变速抽水蓄能机组协联控制方法，包括可变速抽水蓄能机组效率试验数据处理、可变速抽水蓄能机组最优运行曲线求解、可变速抽水蓄能机组协联插值三个流程。本发明专利技术用于可变速抽水蓄能机组的协联控制装置中，通过可变速抽水蓄能机组的运行水头和出力设定值，自动插值获得效率最优工况点对应的机械转速和导叶开度，从而实现调速系统和交流励磁系统的协联调节，保证可变速抽水蓄能机组处于高效率工况区运行。本发明专利技术解决了可变速抽水蓄能机组调速系统与交流励磁系统的协联控制问题，为保证可变速抽水蓄能机组高效稳定运行提供了有效的技术手段。提供了有效的技术手段。提供了有效的技术手段。

【技术实现步骤摘要】
可变速抽水蓄能机组协联控制方法


[0001]本专利技术涉及水力发电控制
，具体涉及一种可变速抽水蓄能机组协联控制方法。

技术介绍

[0002]当前，以风能、太阳能为代表的间歇性可再生能源快速发展，我国与世界各国都在探索促进可再生能源消纳的理论与实践，抽水蓄能是其中重要解决措施，是优化我国能源结构、契合我国电力发展战略需求的关键技术。基于双馈感应电机的可变速抽水蓄能机组具有运行调节的速动性、高效性、灵活性、可靠性等优势，是全球抽水蓄能行业新的发展方向。研究试点海水抽水蓄能，加强可变速抽水蓄能机组关键技术研究，推动建设海水抽水蓄能电站示范项目。因此，可变速机组的运行控制及性能提升相关自主研发迫在眉睫。
[0003]针对有功功率调节这一电网关键需求，可变速机组新增了转速调节的“自由度”，同时也带来了控制系统的复杂性及常规定速机组正常运行中不存在的“新型过渡过程”；协联控制是其中协调调速系统与交流励磁系统控制的关键，是常规定速机组运行中不存在的新问题及提升机组控制性能的关键。目前各国采用的协联控制器多种控制模式并存，综合性能优劣尚未明确，整体处于探索阶段，而我国的相关研究工作更是整体处在起步阶段；协联控制器的自主研发是亟待突破的技术瓶颈。
[0004]现有用于可变速抽水蓄能机组协联控制方法是基于模型综合特性曲线推求出效率特性，而不是直接采用水力机械设备厂家提供的效率试验测量数据，其准确性和可靠性有待进一步提升；由于厂家开展水泵水轮机模型效率试验的条件限制和成本约束，其效率实验数据难以涵盖机组在各水头、各转速条件下的完整数据，因此如何概化可变速抽水蓄能机组的各物理参量之间的内在关系，保证可变速抽水蓄能机组高效率运行是研究的难点。

技术实现思路

[0005]针对上述不足，本专利技术提出了一种可变速抽水蓄能机组协联控制方法，采用BP神经网络技术扩展了可变速抽水蓄能机组的效率试验测量数据，描述了可变速抽水蓄能机组各物理参数之间的内在规律，得出最优效率下的可变速抽水蓄能机组协联运行曲线，明确了调速系统与交流励磁系统之间的协联关系。为提高可变速抽水蓄能机组的运行效率，充分发挥可变速抽水蓄能机组快速调节、灵活变速的优势提供了有效的技术手段。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种可变速抽水蓄能机组协联控制方法，通过可变速抽水蓄能机组的运行水位和出力设定值，求解最优效率下的机械转速和导叶开度，实现调速系统和交流励磁系统的协联运行。
[0007]本专利技术提供的可变速抽水蓄能机组协联控制方法，由三个流程组成：
[0008]流程1：可变速抽水蓄能机组效率试验数据处理；
[0009]流程2：可变速抽水蓄能机组最优运行曲线求解；
[0010]流程3：可变速抽水蓄能机组协联运行插值。
[0011]作为优选方案，流程1可变速抽水蓄能机组效率试验数据处理包括如下步骤：
[0012]1.1)整理可变速抽水蓄能机组效率试验数据，并描述如下：
[0013]A1＝{N
11
,Q
11
,η}A2＝{N
11
,Q
11
,y}；
[0014]其中，N
11
为单位转速，Q
11
为单位流量，η为水泵水轮机对应的效率点，y为导叶开度；
[0015]1.2)采用BP神经网络对试验数据进行训练，概化各参量之间的关系，
[0016]BP1:{N
11
,Q
11
}
→
ηBP2:{N
11
,Q
11
}
→
y；
[0017]其中，N
11
和Q
11
是输入变量，η和y为输出变量；
[0018]1.3)根据可变速抽水蓄能机组的模型试验结果，对综合特性曲线的运行区域进行划分，然后利用样条函数插值，加密数据矩阵B
200
×
200
＝[N
11
,Q
11
]；
[0019]1.4)将数据矩阵B输入到神经网络BP1和BP2中，预测对应的效率值η和y，通过下式将数据序列A1和A2扩展为A3＝{N
11
,Q
11
,η,y,p
11
}。
[0020]p
11
＝γQ
11
η；
[0021]其中，P
11
为单位出力，γ为水的容重；
[0022]1.5)根据可变速抽水蓄能机组的实际运行条件，划分运行水头范围，并按下式扩展每个水头下的对应的数据序列A4＝{N
11
,Q
11
,p
11
,N,H,P,η,y}；
[0023]P＝p
11
·
D2·
H
1.5
·
η
e
；
[0024][0025]其中，N为机组机械转速，P为机组出力，H为对应的工作水头；
[0026]1.6)由A4数据序列可以绘制出力等值线，最优效率线可以通过出力等值线上的最高效率点连接而成。
[0027]进一步地，流程2可变速抽水蓄能机组最优运行曲线求解包括如下步骤：
[0028]2.1)根据可变速抽水蓄能机组的实际运行条件，划分变速运行范围、出力运行范围、导叶开度调节范围；
[0029]2.2)构建双输入(P,H)，双输出(N,y)的BP神经网络BP3概化可变速抽水蓄能机组各物理参数之间的内在联系；
[0030]BP3:{P,H}
→
{N,y}；
[0031]2.3)根据步骤1划定的运行范围，等间隔输入运行点(P,H)，都可以得到最优效率下的(N, y)，扩充了可变速抽水蓄能机组协联运行数据，并据此绘制可变速抽水蓄能机组的最优运行曲面和协联运行曲线。
[0032]更进一步地，协联控制器是连接监控系统、现地控制柜、调速系统、交流励磁系统的控制枢纽，协联控制器负责接收监控系统或现地控制柜的指令，进行协联插值计算，将实时的最优机械转速信号发送给交流励磁系统，同时将最优的导叶开度信号发送给调速系统。
[0033]更进一步地，可变速抽水蓄能机组的协联运行曲线存储在协联控制器中，协联控制器接收监控系统或现地控制柜发来的运行水位信号和出力设定信号，调用可变速抽水蓄能机组协联运行插值算法对协联运行曲线进行求解，输出最优效率下的最优机械转速信号
给交流励磁系统进行转速调节，同时输出最优效率下的最优开度信号给调速系统进行开度调节。
[0034]更进一步地，所述流程3可变速抽水蓄能机组协联运行的插值方法可以是三元两点拉格朗日插值方法、样条插值方法、双三次B样条插值方法，也可以是基于协联控制器的控制逻辑提出的数字协联插值新方法或改进型方法。
[0035]与现有技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可变速抽水蓄能机组协联控制方法，其特征在于：所述方法包括如下三个流程：流程1：可变速抽水蓄能机组效率试验数据处理；流程2：可变速抽水蓄能机组最优运行曲线求解；流程3：可变速抽水蓄能机组协联运行插值。2.根据权利要求1所述的可变速抽水蓄能机组协联控制方法，其特征在于：所述流程1可变速抽水蓄能机组效率试验数据处理，包含如下步骤：1.1)整理可变速抽水蓄能机组效率试验数据，并描述如下：A1＝{N
11
,Q
11
,η}A2＝{N
11
,Q
11
,y}；其中，N
11
为单位转速，Q
11
为单位流量，η为水泵水轮机对应的效率点，y为导叶开度；1.2)采用BP神经网络对试验数据进行训练，概化各参量之间的关系，BP1:{N
11
,Q
11
}
→
ηBP2:{N
11
,Q
11
}
→
y；其中，N
11
和Q
11
是输入变量，η和y为输出变量；1.3)根据可变速抽水蓄能机组的模型试验结果，对综合特性曲线的运行区域进行划分，然后利用样条函数插值，加密数据矩阵B
200
×
200
＝[N
11
,Q
11
]；1.4)将数据矩阵B输入到神经网络BP1和BP2中，预测对应的效率值η和y，通过下式将数据序列A1和A2扩展为A3＝{N
11
,Q
11
,η,y,p
11
}；p
11
＝γQ
11
η；其中，γ为水的容重；1.5)根据可变速抽水蓄能机组的实际运行条件，划分运行水头范围，并按下式扩展每个水头下的对应的数据序列A4＝{N
11
,Q
11
,p
11
,N,H,P,η,y}；P＝p
11
·
D2·
H
1.5
·
η
e
；其中，N为机组机械转速，P为机组出...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵志高，杨建东，马伟超，王学武，杨威嘉，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：