CN112803862B - 一种直驱式可变速抽水蓄能机组控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种直驱式可变速抽水蓄能机组控制方法及系统，该方法包括：将直驱式可变速抽水蓄能机组分的控制部分分为机械功率控制闭环部分和转速控制闭环部分；所述机械功率控制闭环包括水泵水轮机控制系统控制闭环，所述转速控制闭环包括同步电机及机侧换流器控制系统控制闭环；获得转速优先控制策略中的闭环传递函数；根据同步电机及机侧换流器控制系统的稳定性、稳态误差和对阶跃输入信号的响应数据求解所述闭环传递函数中的控制参数；所述控制参数为同步电机及机侧换流器控制系统的PI调节器控制参数，所述控制参数包括比例系数和积分系数，所述响应数据包括超调量和调节时间。本发明提高了控制系统控制参数选取的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及抽水蓄能机组技术领域，特别是涉及一种直驱式可变速抽水蓄能机组控制方法及系统。
背景技术
抽水蓄能电站具有调峰、填谷、调频、调相及事故备用等功能，可用于平滑规模化可再生能源输出功率，对于解决当前风电等新能源大规模发展对电网安全稳定运行问题具有重要意义。在转速优先控制的直驱式可变速抽水蓄能机组系统中，同步电机及机侧换流器控制系统实现对于机组转速的控制，水泵水轮机控制系统实现对于机组输出有功、无功功率的控制，网侧换流器实现对于直流母线电压的控制及单位功率因数并网。同步电机及机侧换流器控制系统和水泵水轮机控制系统控制参数的选取对于抽水蓄能机组的变速稳定性运行有着至关重要的影响。为了使得转速优先控制的直驱式可变速抽水蓄能机组达到最优控制效果，提出了一种转速优先控制的直驱式可变速抽水蓄能机组控制系统控制参数设计方法。
转速优先控制的直驱式可变速抽水蓄能机组由水泵水轮机、同步可逆式电动发电机、换流器等构成。其中，水泵水轮机与同步可逆式电动发电机构成抽水蓄能机组的主体；同步电机的功率绕组与机侧换流器相连，网侧换流器与电网相连，机侧换流器与网侧换流器通过直流环节相连。同步电机及机侧换流器控制系统实现对于机组转速的控制，水泵水轮机控制系统实现对于机组输出有功、无功功率的控制，网侧换流器实现对于直流母线电压的控制及单位功率因数并网。同步电机及机侧换流器控制系统和水泵水轮机控制系统控制参数的选取对于抽水蓄能电站运行时能否安全、可靠、高效运行意义重大，因此希望有一种转速优先控制的直驱式可变速抽水蓄能机组控制系统控制参数设计方法。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种直驱式可变速抽水蓄能机组控制方法及系统，提高了控制系统控制参数选取的可靠性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种直驱式可变速抽水蓄能机组控制方法，所述方法包括：
将直驱式可变速抽水蓄能机组分的控制部分分为机械功率控制闭环部分和转速控制闭环部分；机械功率控制闭环包括水泵水轮机控制系统控制闭环，转速控制闭环包括同步电机及机侧换流器控制系统控制闭环；
获得转速优先控制策略中的闭环传递函数；
根据同步电机及机侧换流器控制系统的稳定性、稳态误差和对阶跃输入信号的响应数据求解所述闭环传递函数中的控制参数；所述控制参数为同步电机及机侧换流器控制系统的PI调节器控制参数，所述控制参数包括比例系数和积分系数，所述响应数据包括超调量和调节时间。
可选地，根据同步电机及机侧换流器控制系统的稳定性、稳态误差和对阶跃输入信号的响应数据求解所述闭环传递函数中的控制参数，具体包括：
根据所述同步电机及机侧换流器控制系统的稳定性确定所述比例系数和所述积分系数均不小于0；
根据转速控制闭环对于单位阶跃输入下的稳态误差确定所述积分系数不等于0；
在所述比例系数不小于0且所述积分系数大于0的条件下，根据调节时间确定积分系数，根据调节时间和定子q轴电流的冲击确定比例系数。
可选地，所述闭环传递函数为：
其中，kp1为比例系数，ki1为积分系数，所述比例系数和所述积分系数均为PI调节器控制参数；np表示电机转速，Lmd表示从定子侧看的直轴励磁电感，i′fd表示励磁绕组直轴电流，s表示拉普拉斯算子，Ti表示时间常数，ωm0表示水泵水轮机输出角频率，J表示电机转动惯量，B表示摩擦因数，Pmo表示水泵水轮机输出功率。
可选地，所述稳态误差表示为：
其中，kp1为比例系数，ki1为积分系数，所述比例系数和所述积分系数均为PI调节器控制参数；np表示电机转速，Lmd表示从定子侧看的直轴励磁电感，i′fd表示励磁绕组直轴电流，s表示拉普拉斯算子，ωm0表示水泵水轮机输出角频率，Pmo表示水泵水轮机输出功率。
本发明还公开了一种直驱式可变速抽水蓄能机组控制系统，所述系统包括：
控制部分区分模块，用于将直驱式可变速抽水蓄能机组分的控制部分分为机械功率控制闭环部分和转速控制闭环部分；机械功率控制闭环包括水泵水轮机控制系统控制闭环，转速控制闭环包括同步电机及机侧换流器控制系统控制闭环；
闭环传递函数获取模块，用于获得转速优先控制策略中的闭环传递函数；
控制参数求解模块，用于根据同步电机及机侧换流器控制系统的稳定性、稳态误差和对阶跃输入信号的响应数据求解所述闭环传递函数中的控制参数；所述控制参数为同步电机及机侧换流器控制系统的PI调节器控制参数，所述控制参数包括比例系数和积分系数，所述响应数据包括超调量和调节时间。
可选地，控制参数求解模块，具体包括：
稳定性判断单元，用于根据所述同步电机及机侧换流器控制系统的稳定性确定所述比例系数和所述积分系数均不小于0；
稳态误差判断单元，用于根据转速控制闭环对于单位阶跃输入下的稳态误差确定所述积分系数不等于0；
响应数据判断单元，用于在所述比例系数不小于0且所述积分系数大于0的条件下，根据调节时间确定积分系数，根据调节时间和定子q轴电流的冲击确定比例系数。
可选地，所述闭环传递函数为：
其中，kp1为比例系数，ki1为积分系数，所述比例系数和所述积分系数均为PI调节器控制参数；np表示电机转速，Lmd表示从定子侧看的直轴励磁电感，i′fd表示励磁绕组直轴电流，s表示拉普拉斯算子，Ti表示时间常数，ωm0表示水泵水轮机输出角频率，J表示电机转动惯量，B表示摩擦因数，Pmo表示水泵水轮机输出功率。
可选地，所述稳态误差表示为：
其中，kp1为比例系数，ki1为积分系数，所述比例系数和所述积分系数均为PI调节器控制参数；np表示电机转速，Lmd表示从定子侧看的直轴励磁电感，i′fd表示励磁绕组直轴电流，s表示拉普拉斯算子，ωm0表示水泵水轮机输出角频率，Pmo表示水泵水轮机输出功率。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明根据同步电机及机侧换流器控制系统的稳定性、稳态误差和对阶跃输入信号的响应数据，实现对转速优先控制的直驱式可变速抽水蓄能机组控制系统控制参数的选取，使得抽水蓄能电站运行时能够安全、可靠、高效运行，减少损耗，提高资源利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种直驱式可变速抽水蓄能机组控制方法流程示意图；
图2为本发明转速控制闭环的控制框图；
图3为本发明不同的PI取值下特征根的分布情况；
图4为本发明控制参数ki1保持不变，控制参数kp1变化时，转速控制闭环对于阶跃输入信号的响应图；
图5为本发明控制参数kp1保持不变，控制参数ki1调节时转速响应的波形图；
图6为本发明控制参数ki1＝200，控制参数kp1不断变化时，定子q轴电流变化的示意图；
图7为本发明一种直驱式可变速抽水蓄能机组控制系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种直驱式可变速抽水蓄能机组控制方法及系统，提高了控制系统控制参数选取的可靠性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明考虑转速优先控制的直驱式可变速抽水蓄能机组控制系统控制参数的选取对于转速优先控制的直驱式可变速抽水蓄能机组能否变速稳定运行的影响，通过对转速优先控制的直驱式可变速抽水蓄能机组各个组成部分建立数学模型，并合理化简建立了转速优先控制的直驱式可变速抽水蓄能机组的控制框图，最后通过稳定性分析完成对控制系统控制参数的设计，使得控制效果达到最优。将转速优先控制的直驱式可变速抽水蓄能机组的控制部分分为机械功率控制闭环(水泵水轮机调节系统控制闭环)和转速控制闭环两部分，通过闭环传递函数极点分布分析控制系统的稳定性、单位阶跃输入R(s)＝1/s作用下判断控制系统的稳态误差、分析控制系统对阶跃输入信号的响应及稳定裕量、转速闭环中控制参数对稳定后定子q轴电流影响4个分析过程，实现对转速优先控制的直驱式可变速抽水蓄能机组控制系统控制参数的选取。
图1为本发明一种直驱式可变速抽水蓄能机组控制方法流程示意图，如图1所示，一种直驱式可变速抽水蓄能机组控制方法包括以下步骤：
步骤101：将直驱式可变速抽水蓄能机组分的控制部分分为机械功率控制闭环部分和转速控制闭环部分；所述机械功率控制闭环包括水泵水轮机控制系统控制闭环，所述转速控制闭环包括同步电机及机侧换流器控制系统控制闭环。
转速优先控制策略由转速优先控制的直驱式可变速抽水蓄能机组的整体结构图结合抽水蓄能机组各部分的数学模型化简而来，各部分包括水泵水轮机及导叶调节系统、同步可逆式电动发电机、机侧换流器、网侧换流器。转速优先控制的直驱式可变速抽水蓄能机组控制部分可解耦为机械功率控制闭环部分和转速闭环控制部分，转速优先控制策略中，同步电机及机侧换流器控制系统实现对于机组转速的控制，水泵水轮机控制系统实现对于机组输出有功、无功功率的控制，网侧换流器实现对于直流母线电压的控制及单位功率因数并网。机组的功率参考值(有功功率参考值)发生变化时，最优转速计算环节首先通过水泵水轮机综合特性曲线及功率参考值计算最优效率对应的转速，通过同步电机及机侧换流器控制系统通过PI调节器(proportional integral controller，PI调节器)调节PWM整流器实现对于机组转速的调节。水泵水轮机控制系统通过PI调节器调节伺服电机从而改变导叶开度实现对于机组输出有功、无功功率的控制，使其稳定在参考值附近，其控制参数主要是机械功率控制闭环中包含的水泵水轮机调节系统PI调节器控制参数，转速控制闭环中包括的同步电机及机侧换流器系统PI调节器控制参数。
取转速控制闭环部分，根据转速优先控制策略给出本发明的转速控制闭环的控制框图如图2，即将实时机组转速与参考转速的差值先经过PI调节器调节，再经过一阶惯性环节再通过电磁转矩方程变换得到电机电磁转矩，然后与参考功率变换后的电机机械转矩与实时转速变换后的电机摩檫转矩的和作差，得到的差值再通过一个积分环节即为调节后的转速输出量。机组的运行转速通过同步电机及机侧换流器控制系统实现。图2中，np为电机转速，Lmd为从定子侧看的直轴励磁电感(H)，i′fd为励磁绕组直轴电流，s为拉普拉斯算子，Ti为时间常数，ωm0为水泵水轮机输出角频率，J为电机转动惯量，B为摩擦因数，Pmo为水泵水轮机输出功率，GPm(s)功率变成角速度的传递函数，Δωref为参考角速度的偏差量，iqref为q轴参考电流，irq为q轴转子电流，Te为电磁转矩，Δpref为参考有功功率偏差量，Tm为机械转矩，ωm为调节后输出角速度。
步骤102：获得转速优先控制策略中的闭环传递函数。
步骤103：根据同步电机及机侧换流器控制系统的稳定性、稳态误差和对阶跃输入信号的响应数据求解所述闭环传递函数中的控制参数；所述控制参数为同步电机及机侧换流器控制系统的PI调节器控制参数，所述控制参数包括比例系数和积分系数，所述响应数据包括超调量和调节时间。
其中，步骤103，具体包括：
根据所述同步电机及机侧换流器控制系统的稳定性确定所述比例系数和所述积分系数均不小于0。
根据转速控制闭环对于单位阶跃输入下的稳态误差确定所述积分系数不等于0。
在所述比例系数不小于0且所述积分系数大于0的条件下，根据调节时间确定积分系数，根据调节时间和定子q轴电流的冲击确定比例系数。
所述闭环传递函数为：
其中，kp1为比例系数，ki1为积分系数，所述比例系数和所述积分系数均为PI调节器控制参数；np表示电机转速，Lmd表示从定子侧看的直轴励磁电感(H)，i′fd表示励磁绕组直轴电流，s表示拉普拉斯算子，Ti表示时间常数，ωm0表示水泵水轮机输出角频率，J表示电机转动惯量，B表示摩擦因数，Pmo表示水泵水轮机输出功率。
所述稳态误差表示为：
下面具体说明闭环传递函数中的控制参数的求解过程：
a、稳定性分析：由于开关频率很高，因此电流内环的时间常数比较小，因此忽略电流内环的滞后环节对于稳定性的影响，设参数k4为：
k4＝npLmdi′fd；
因此闭环传递函数的特征方程式为：
根据有功功率控制闭环的开环传递函数可以判定，此系统存在一个极点，且极点位置位于原点处，因此情况比较特殊，无法采用伯特图或者奈奎斯特图的形式来判断稳定性，因此当闭环传递函数只含左半平面的极点时，转速闭环稳定，因此只需特征方程式的两个根位于左半平面即可，对于上述特征方程式，只需要一次项系数小于0，特征方程式的两个根便位于左半平面。
由于参数k4小于0，因此在kp1>0，ki1>0的范围内，转速闭环均稳定。
kp1和ki1为转速控制闭环中PI调节器控制参数，kp1为比例系数，ki1为积分系数。
b、判断稳态特性：
单位阶跃输入下的稳态误差分析：
其中，G0(s)表示开环传递函数。
闭环传递函数
在参数ki1不为0时，转速控制闭环对于阶跃输入的响应是无差的。KP为位置误差参数，稳态误差表示为
c、对于阶跃信号的响应特性：需要分析不同参数ki1和kp1变化对于转速控制闭环控制特性的影响，根据超调量和超调时间进一步缩小参数范围，从而选定ki1和kp1的取值。转速闭环闭环传递函数的特征方程式为:
根据特征方程式，特征根的分布与参数的取值相关，存在两个负实根和一对共轭复根两种情况。抽水蓄能机组其他参数确定后，不同的PI调节器控制参数取值下特征根的分布情况如图3所示，横坐标为kp1，纵坐标为ki1。根据根的判别式判断，在阴影部分时，判别式小于0，因此为一对共轭复根，其他的可取值范围内为两个负实根。
图4为参数ki1保持不变，参数kp1变化时，转速闭环对于阶跃信号的响应，kp1＝50～310，ki1＝70，横坐标为时间，纵坐标为转速。通过局部放大可以发现，对参数kp1的增大，特征方程式根的分布从一对共轭复根变化为两个负实根，因此相应波形从振荡变为不振荡。在共轭复根区域内，随kp1增大，超调量有所减小，响应时间会有稍许减小；在两个负实根的区域内，随参数kp1的增大，响应时间会有少许增加。总体来说，kp1对与响应时间的影响并不大。
图5为参数kp1保持不变，参数ki1变化时，转速闭环对于阶跃信号的响应，kp1＝400，ki1＝40～200，横坐标为时间，纵坐标为转速。随ki1的增大，特征方程式根的分布从两个负实根变为一对共轭复根，因此波形从不振荡变化为振荡到振荡加剧。在整体变化过程中，转速的响应时间在不断的减小，因此ki1对于转速控制闭环的响应时间有着明显的影响。但随着ki1的不断增大，进入共轭复根区域后，波形的振荡不断加剧，超调量变大。
图6为ki1＝200，kp1在100～1200不断变化时，定子q轴电流变化的情况图，横坐标为时间，纵坐标为定子q轴电流。发现随kp1的增大，振荡的情况有所减小，转速闭环的调整时间会相应的有所减小，但是iqs的冲击却不断增大，因此取值时应兼顾调整时间和iqs的冲击的影响，选取参数kp1的值。
综合不同控制参数变化对于转速控制闭环控制特性的影响，可以得出，在特征方程式根的位置发生变化的那条线附近，能够取到较为合理的参数，能够兼顾到超调量及调节时间。对于调节时间，参数ki1有决定性的影响，因此可以根据响应时间的要求，确定参数ki1的大小，然后根据超调量小于一定值并且iqs(定子q轴电流)的冲击取参数kp1的大小。
d、将转速控制闭环在matlab中建模，输入阶跃信号，通过编写程序，得到调节时间小于一定值时的参数ki1的取值，此实施例中ki1取值为200。
e、选择特征方程根的位置发生变化的那条线对应的ki1附近选择一定范围的kp1值并进行离散取值。通过设置超调量小于一定值并且iqs的冲击小于一定值来筛选最为合适的kp1。本实施例中kp1取值为500。
本发明通过分析控制系统的稳定性、判断控制系统的稳态误差、分析控制系统对阶跃输入信号的响应、转速闭环中控制参数对稳定后定子q轴电流影响4个分析过程，实现对转速优先控制的直驱式可变速抽水蓄能机组控制系统控制参数的选取。
本发明可确定最优控制参数使得抽水蓄能电站运行时能够安全、可靠、高效运行，减少损耗，提高资源利用率。
图7为本发明一种直驱式可变速抽水蓄能机组控制系统结构示意图，如图7所示，一种直驱式可变速抽水蓄能机组控制系统包括：
控制部分区分模块201，用于将直驱式可变速抽水蓄能机组分的控制部分分为机械功率控制闭环部分和转速控制闭环部分；所述机械功率控制闭环包括水泵水轮机控制系统控制闭环，所述转速控制闭环包括同步电机及机侧换流器控制系统控制闭环。
闭环传递函数获取模块202，用于获得转速优先控制策略中的闭环传递函数。
控制参数求解模块203，用于根据同步电机及机侧换流器控制系统的稳定性、稳态误差和对阶跃输入信号的响应数据求解所述闭环传递函数中的控制参数；所述控制参数为同步电机及机侧换流器控制系统的PI调节器控制参数，所述控制参数包括比例系数和积分系数，所述响应数据包括超调量和调节时间。
控制参数求解模块203，具体包括：
稳定性判断单元，用于根据所述同步电机及机侧换流器控制系统的稳定性确定所述比例系数和所述积分系数均不小于0。
稳态误差判断单元，用于根据转速控制闭环对于单位阶跃输入下的稳态误差确定所述积分系数不等于0。
响应数据判断单元，用于在所述比例系数不小于0且所述积分系数大于0的条件下，根据调节时间确定积分系数，根据调节时间和定子q轴电流的冲击确定比例系数。
所述闭环传递函数为：
其中，kp1为比例系数，ki1为积分系数，所述比例系数和所述积分系数均为PI调节器控制参数；np表示电机转速，Lmd表示从定子侧看的直轴励磁电感，i′fd表示励磁绕组直轴电流，s表示拉普拉斯算子，Ti表示时间常数，ωm0表示水泵水轮机输出角频率，J表示电机转动惯量，B表示摩擦因数，Pmo表示水泵水轮机输出功率。
所述稳态误差表示为：
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种直驱式可变速抽水蓄能机组控制方法，其特征在于，所述方法包括：
将直驱式可变速抽水蓄能机组分的控制部分分为机械功率控制闭环部分和转速控制闭环部分；机械功率控制闭环包括水泵水轮机控制系统控制闭环，转速控制闭环包括同步电机及机侧换流器控制系统控制闭环；
获得转速优先控制策略中的闭环传递函数；
根据同步电机及机侧换流器控制系统的稳定性、稳态误差和对阶跃输入信号的响应数据求解所述闭环传递函数中的控制参数；所述控制参数为同步电机及机侧换流器控制系统的PI调节器控制参数，所述控制参数包括比例系数和积分系数，所述响应数据包括超调量和调节时间；
所述闭环传递函数为：
其中，kp1为比例系数，ki1为积分系数，所述比例系数和所述积分系数均为PI调节器控制参数；np表示电机转速，Lmd表示从定子侧看的直轴励磁电感，i′fd表示励磁绕组直轴电流，s表示拉普拉斯算子，Ti表示时间常数，ωm0表示水泵水轮机输出角频率，J表示电机转动惯量，B表示摩擦因数，Pmo表示水泵水轮机输出功率。
2.根据权利要求1所述的直驱式可变速抽水蓄能机组控制方法，其特征在于，根据同步电机及机侧换流器控制系统的稳定性、稳态误差和对阶跃输入信号的响应数据求解所述闭环传递函数中的控制参数，具体包括：
根据所述同步电机及机侧换流器控制系统的稳定性确定所述比例系数和所述积分系数均不小于0；
根据转速控制闭环对于单位阶跃输入下的稳态误差确定所述积分系数不等于0；
在所述比例系数不小于0且所述积分系数大于0的条件下，根据调节时间确定积分系数，根据调节时间和定子q轴电流的冲击确定比例系数。
3.根据权利要求1所述的直驱式可变速抽水蓄能机组控制方法，其特征在于，所述稳态误差表示为：
其中，kp1为比例系数，ki1为积分系数，所述比例系数和所述积分系数均为PI调节器控制参数；np表示电机转速，Lmd表示从定子侧看的直轴励磁电感，i′fd表示励磁绕组直轴电流，s表示拉普拉斯算子，ωm0表示水泵水轮机输出角频率，Pmo表示水泵水轮机输出功率。
4.一种直驱式可变速抽水蓄能机组控制系统，其特征在于，所述系统包括：
控制部分区分模块，用于将直驱式可变速抽水蓄能机组分的控制部分分为机械功率控制闭环部分和转速控制闭环部分；机械功率控制闭环包括水泵水轮机控制系统控制闭环，转速控制闭环包括同步电机及机侧换流器控制系统控制闭环；
闭环传递函数获取模块，用于获得转速优先控制策略中的闭环传递函数；
控制参数求解模块，用于根据同步电机及机侧换流器控制系统的稳定性、稳态误差和对阶跃输入信号的响应数据求解所述闭环传递函数中的控制参数；所述控制参数为同步电机及机侧换流器控制系统的PI调节器控制参数，所述控制参数包括比例系数和积分系数，所述响应数据包括超调量和调节时间；
所述闭环传递函数为：
其中，kp1为比例系数，ki1为积分系数，所述比例系数和所述积分系数均为PI调节器控制参数；np表示电机转速，Lmd表示从定子侧看的直轴励磁电感，i′fd表示励磁绕组直轴电流，s表示拉普拉斯算子，Ti表示时间常数，ωm0表示水泵水轮机输出角频率，J表示电机转动惯量，B表示摩擦因数，Pmo表示水泵水轮机输出功率。
5.根据权利要求4所述的直驱式可变速抽水蓄能机组控制系统，其特征在于，控制参数求解模块，具体包括：
稳定性判断单元，用于根据所述同步电机及机侧换流器控制系统的稳定性确定所述比例系数和所述积分系数均不小于0；
稳态误差判断单元，用于根据转速控制闭环对于单位阶跃输入下的稳态误差确定所述积分系数不等于0；
响应数据判断单元，用于在所述比例系数不小于0且所述积分系数大于0的条件下，根据调节时间确定积分系数，根据调节时间和定子q轴电流的冲击确定比例系数。
6.根据权利要求4所述的直驱式可变速抽水蓄能机组控制系统，其特征在于，所述稳态误差表示为：
其中，kp1为比例系数，ki1为积分系数，所述比例系数和所述积分系数均为PI调节器控制参数；np表示电机转速，Lmd表示从定子侧看的直轴励磁电感，i′fd表示励磁绕组直轴电流，s表示拉普拉斯算子，ωm0表示水泵水轮机输出角频率，Pmo表示水泵水轮机输出功率。
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| WO2013128214A1 (en) * | 2012-02-28 | 2013-09-06 | Aristole University Of Thessaloniki-Research Committee | A method for auto-tuning of pid controllers and apparatus therefor |
| CN109361233A (zh) * | 2018-10-16 | 2019-02-19 | 华北电力大学 | 双馈式可变速抽水蓄能电站输出功率动态过程建模方法 |
| CN109756166A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-05-14 | 大连海事大学 | 永磁同步电机双闭环矢量控制pi调节器参数整定方法 |
| CN111276993A (zh) * | 2020-01-22 | 2020-06-12 | 华南理工大学 | 应用于高压直流输电的控制器参数整定方法、介质和设备 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013128214A1 (en) * | 2012-02-28 | 2013-09-06 | Aristole University Of Thessaloniki-Research Committee | A method for auto-tuning of pid controllers and apparatus therefor |
| CN109361233A (zh) * | 2018-10-16 | 2019-02-19 | 华北电力大学 | 双馈式可变速抽水蓄能电站输出功率动态过程建模方法 |
| CN109756166A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-05-14 | 大连海事大学 | 永磁同步电机双闭环矢量控制pi调节器参数整定方法 |
| CN111276993A (zh) * | 2020-01-22 | 2020-06-12 | 华南理工大学 | 应用于高压直流输电的控制器参数整定方法、介质和设备 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Output Power Modelling for Dynamic Behavior of Doubly-Fed Variable-Speed Pumped Storage Power Station;Guopeng Zhao 等;《2018 2nd IEEE Conference on Energy Internet and Energy System Integration (EI2)2018 2nd IEEE Conference on Energy Internet and Energy System Integration (EI2)》;20181220;全文 * |
| 双馈式可变速抽水蓄能机组建模与电网频率控制;赵强;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》;20191216;全文 * |
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