【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力系统和能源储存领域，更具体地，涉及一种基于模糊pid(fussyproportional-integral-derivative，简称模糊pid)算法与粒子群优化(particle swarmoptimization，简称pso)优化的抽水蓄能用机组转速控制方法。
技术介绍
1、如今，抽水蓄能作为电力系统中最成熟可靠以及容量最大的储能方式，它同时具备调峰、填谷、事故备用等多项功能。随着经济与技术快速发展，全球发电矩阵中高比例新能源的增加对抽水蓄能机组的运行提出了更高的要求。可变速抽水蓄能电站所采用的高动、稳态性能的双馈感应电机(doubly-fed induction generator，简称dfig)，其转速控制系统需要获得准确的转速进行闭环控制；而在实际运行中，由于抽水蓄能dfig的定子、抽水蓄能dfig的转子的电流采样信号漂移等原因，使得转速估算中存在着不同范围的交流脉动，从而影响了抽水蓄能dfig系统特性。所以，精密控制抽水蓄能dfig转速是改善发电效率的重要一环。
2、目前精确控制抽水蓄能dfig转速的技术主要通过以下两种方式实现，第一种是矢量控制方法，它将抽水蓄能dfig的三相交流电分解为一个与抽水蓄能dfig的转子磁链垂直的转矩分量和一个与磁链平行的励磁分量。通过独立控制这两个分量，可以实现对抽水蓄能dfig转速的控制，从而提高抽水蓄能dfig转速控制系统的精度和可靠性；第二种是模型预测控制方法，基于抽水蓄能dfig的数学模型进行预测和优化控制的策略。它通过将模型预测的未来输出与参考轨
3、然而，上述现有的转速控制技术均存在一些不可忽略的问题：针对上述矢量控制方法而言，其需依赖转子位置传感器获得精确的转子角度信息，一般情况下大功率设备的转子位置传感器价格高昂，装配和后期维修繁琐，同时传感器在传输过程中极易发生故障或信息损失现象，大大提高了抽水蓄能dfig转速控制系统成本和经营风险。同时，矢量控制技术需要进行一定的变换和解耦，这涉及到大量数据处理和计算能力，从而导致控制过程复杂，流程繁琐；在上述模型预测控制方法中，模型预测通常依赖于对抽水蓄能dfig转速控制系统的精确数学建模。然而，由于抽水蓄能dfig转速控制实际系统通常是非线性的，且抽水蓄能dfig动态特性可能会受到外部干扰和不确定性的影响；此外，抽水蓄能dfig转速控制系统的参数可能会随时间变化或被干扰影响，这会导致模型预测控制在面对抽水蓄能dfig转速控制系统变化时性能下降。
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于模糊pid与pso优化的抽水蓄能用机组转速控制方法，其目的在于，解决现有基于矢量控制方法的转速控制由于需要转子位置传感器获得精确的转子角度信息，不仅成本昂贵、安装与维护困难，而且易出现故障或信号丢失的技术问题，以及由于需要进行一定的变换和解耦，涉及到大量数据处理和计算能力，从而导致控制过程复杂的技术问题，以及模型预测控制方法由于依赖抽水蓄能dfig转速控制系统的精确数学建模，从而在非线性的抽水蓄能dfig转速控制实际系统中，抽水蓄能dfig动态特性可能会受到外部干扰和不确定性影响的技术问题，以及抽水蓄能dfig转速控制系统的参数可能会随时间变化或被干扰影响，导致抽水蓄能dfig转速控制系统变化时性能下降的技术问题。
2、为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于模糊pid与pso优化的抽水蓄能用机组转速控制方法，包括以下步骤：
3、(1)获取抽水蓄能dfig的基本电气数据和机械特性数据，对该基本电气数据进行预处理，以得到抽水蓄能dfig的电气特性参数；并对该机械特性数据进行预处理，以得到抽水蓄能dfig的机械特性参数。
4、(2)使用定子磁场定向控制sfoc策略对步骤(1)得到的抽水蓄能dfig的电气特性参数和机械特性参数进行处理，以建立dq坐标系下抽水蓄能dfig的数学模型；对获得的数学模型进行预处理，并将预处理后的数学模型转换为矩阵形式，以得到dq坐标系下的磁链方程和电压方程。
5、(3)根据步骤(2)得到的dq坐标系下的磁链方程和电压方程获取不包含转速信息的mras基准模型、以及包含转速信息的mras可调模型；根据得到的不包含转速信息的mras基准模型和包含转速信息的mras可调模型获取dq坐标系下抽水蓄能dfig的转子电流矢量的基准值和测试值之间的误差；并对获得的dq坐标系下抽水蓄能dfig的转子电流矢量的基准值和测试值之间的误差进行比例积分调节，以得到抽水蓄能dfig的转速估算值。
6、(4)获取比例谐振器，使用模糊pid算法、并根据比例谐振器建立第一pid谐振器；再使用pso算法，并根据第一pid谐振器建立第二pid谐振器；将得到的第二pid谐振器与步骤(3)中的mras基准模型和mras可调模型结合，从而得到抽水蓄能dfig改进转速控制器，并利用该改进转速控制器对步骤(3)得到的抽水蓄能dfig的转速估算值中波动的幅度进行补偿，以得到抽水蓄能dfig的补偿后的转速。
7、优选地，步骤(1)中对基本电气数据进行预处理，以得到电气特性参数这一过程，首先是获取抽水蓄能dfig的定子电阻和抽水蓄能dfig的转子电阻，它们代表各自绕组中电流通过时的电阻损耗；然后，对获取的电阻值进行数据分析和记录处理，以得到电气损耗的基本参量；随后，对得到的电阻值进行归一化，再进行绕组间耦合分析处理，以得到抽水蓄能dfig的定子自感及互感和抽水蓄能dfig的转子自感及互感，这些参数体现了绕组之间及各自内部的电磁耦合关系；获得的电气损耗的基本参量、以及抽水蓄能dfig的定子自感及互感和抽水蓄能dfig的转子自感及互感共同构成电气特性参数。
8、优选地，步骤(1)中对机械特性数据进行预处理，以得到机械特性参数这一过程，首先从抽水蓄能dfig的技术参数中获取极对数，然后使用ωs＝2πf/p关系式将获取的极对数带入计算，以得到抽水蓄能dfig的同步角速度；随后，对得到的同步角速度进行比较分析，以验证理论计算值与实际值之间的一致性，进而得到校准后抽水蓄能dfig的转差角速度；最后，再通过动态测试平台获得抽水蓄能dfig的机械转矩和负载转矩，对得到的机械转矩和负载转矩进行测量，从而得到抽水蓄能dfig在运行过程中对负载提供的转矩和负载对抽水蓄能dfig的转子产生的转矩；获得的抽水蓄能dfig的转子的同步角速度和转差角速度、抽水蓄能dfig在运行过程中对负载提供的转矩、以及负载对抽水蓄能dfig的转子产生的转矩三者构成机械特性参数。
9、优选地，步骤(2)具体为：首先使用sfoc策略对抽水蓄能dfig的电气特性参数和机械特性参数进行处理，以获取abc坐标系下的抽水蓄能dfig模型；将得到的abc坐标系下的抽水蓄能dfig模型进行坐标转换，以得到dq坐标系下的抽水蓄能dfig模型，其中d轴与施加在抽水蓄能dfig的磁场方向一致，而q轴本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于模糊PID与PSO优化的抽水蓄能用机组转速控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于模糊PID与PSO优化的抽水蓄能用机组转速控制方法，其特征在于，步骤(1)中对基本电气数据进行预处理，以得到电气特性参数这一过程，首先是获取抽水蓄能DFIG的定子电阻和抽水蓄能DFIG的转子电阻，它们代表各自绕组中电流通过时的电阻损耗；然后，对获取的电阻值进行数据分析和记录处理，以得到电气损耗的基本参量；随后，对得到的电阻值进行归一化，再进行绕组间耦合分析处理，以得到抽水蓄能DFIG的定子自感及互感和抽水蓄能DFIG的转子自感及互感，这些参数体现了绕组之间及各自内部的电磁耦合关系；获得的电气损耗的基本参量、以及抽水蓄能DFIG的定子自感及互感和抽水蓄能DFIG的转子自感及互感共同构成电气特性参数。
3.根据权利要求1或2所述的基于模糊PID与PSO优化的抽水蓄能用机组转速控制方法，其特征在于，步骤(1)中对机械特性数据进行预处理，以得到机械特性参数这一过程，首先从抽水蓄能DFIG的技术参数中获取极对数，然后使用ωs＝2πf/P关系式将获取
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的基于模糊PID与PSO优化的抽水蓄能用机组转速控制方法，其特征在于，步骤(2)具体为：首先使用SFOC策略对抽水蓄能DFIG的电气特性参数和机械特性参数进行处理，以获取abc坐标系下的抽水蓄能DFIG模型；将得到的abc坐标系下的抽水蓄能DFIG模型进行坐标转换，以得到dq坐标系下的抽水蓄能DFIG模型，其中d轴与施加在抽水蓄能DFIG的磁场方向一致，而q轴垂直于磁场；然后，对得到的dq坐标系下的抽水蓄能DFIG模型进行分量解析处理，从而得到抽水蓄能DFIG的定子电流和转子电流在dq坐标系轴上的分量；随后，根据获得的抽水蓄能DFIG的定子电流和转子电流在dq坐标系轴上的分量、以及步骤(1)获得的抽水蓄能DFIG的电气特性参数中转子自感及互感、定子自感及互感，建立dq坐标系下的磁链方程；最后，根据得到的获得的磁链方程、以及步骤(1)获得的抽水蓄能DFIG的机械特性参数中同步角速度和转差角速度，建立dq坐标系下的电压方程。
5.根据权利要求4所述的基于模糊PID与PSO优化的抽水蓄能用机组转速控制方法，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的基于模糊PID与PSO优化的抽水蓄能用机组转速控制方法，其特征在于，步骤(3)具体为，首先，根据步骤(2)得到的dq坐标系下的磁链方程和电压方程获取不包含转速信息的MRAS基准模型，具体采用以下公式：
7.根据权利要求6所述的基于模糊PID与PSO优化的抽水蓄能用机组转速控制方法，其特征在于，抽水蓄能DFIG改进转速控制器是通过以下步骤建立的：
8.根据权利要求7所述的基于模糊PID与PSO优化的抽水蓄能用机组转速控制方法，其特征在于，
9.根据权利要求8所述的基于模糊PID与PSO优化的抽水蓄能用机组转速控制方法，其特征在于，
10.一种基于模糊PID与PSO优化的抽水蓄能用机组转速控制系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于模糊pid与pso优化的抽水蓄能用机组转速控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于模糊pid与pso优化的抽水蓄能用机组转速控制方法，其特征在于，步骤(1)中对基本电气数据进行预处理，以得到电气特性参数这一过程，首先是获取抽水蓄能dfig的定子电阻和抽水蓄能dfig的转子电阻，它们代表各自绕组中电流通过时的电阻损耗；然后，对获取的电阻值进行数据分析和记录处理，以得到电气损耗的基本参量；随后，对得到的电阻值进行归一化，再进行绕组间耦合分析处理，以得到抽水蓄能dfig的定子自感及互感和抽水蓄能dfig的转子自感及互感，这些参数体现了绕组之间及各自内部的电磁耦合关系；获得的电气损耗的基本参量、以及抽水蓄能dfig的定子自感及互感和抽水蓄能dfig的转子自感及互感共同构成电气特性参数。
3.根据权利要求1或2所述的基于模糊pid与pso优化的抽水蓄能用机组转速控制方法，其特征在于，步骤(1)中对机械特性数据进行预处理，以得到机械特性参数这一过程，首先从抽水蓄能dfig的技术参数中获取极对数，然后使用ωs＝2πf/p关系式将获取的极对数带入计算，以得到抽水蓄能dfig的同步角速度；随后，对得到的同步角速度进行比较分析，以验证理论计算值与实际值之间的一致性，进而得到校准后抽水蓄能dfig的转差角速度；最后，再通过动态测试平台获得抽水蓄能dfig的机械转矩和负载转矩，对得到的机械转矩和负载转矩进行测量，从而得到抽水蓄能dfig在运行过程中对负载提供的转矩和负载对抽水蓄能dfig的转子产生的转矩；获得的抽水蓄能dfig的转子的同步角速度和转差角速度、抽水蓄能dfig在运行过程中对负载提供的转矩、以及负载对抽水蓄能dfig的转子产生的转矩三者构成机械特性参数。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的基于模糊pid与pso优化的抽水...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘健，吴函汀，张侃君，李自成，刘江，唐萃，董佳琪，黄恒辉，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：
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