一种双馈式变速抽水蓄能机组的多模型预测控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110397548A(43)申请公布日2019.11.01(21)申请号201910555566.3(22)申请日2019.06.25(71)申请人武汉大学地址430072湖北省武汉市武昌区珞珈山武汉大学(72)发明人刘开培秦亮朱蜀葛思扬王方洲陈满李定林(74)专利代理机构武汉科皓知识产权代理事务所(特殊普通合伙)42222代理人彭艳君(51)Int.Cl.F03B15/00(2006.01)F03B13/06(2006.01)H02J3/12(2006.01)H02J3/24(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图7页(54)发明名称一种双馈式变速抽水蓄能机组的多模型预测控制方法(57)摘要本发明涉及双馈式变速抽水蓄能机组功率控制的技术，具体涉及一种双馈式变速抽水蓄能机组的多模型预测控制方法，利用线性化的系统模型进行预测并进行反馈校正、滚动优化得到DFIM-VSPS的参考功率指令，控制对象的输出为PCC点的电压及频率，被控系统为包含双馈式变速抽水蓄能机组及风电的电力系统；选取风速为可测量扰动，负荷波动及故障为不可测扰动，根据测量的风速在多个模型预测控制器间进行切换；步骤如下：1、双馈式变速抽水蓄能机组的建模，包括引水系统、水泵水轮机、双馈异步电机、控制系统和电网；2、基于MMPC的双馈式变速抽水蓄能机组的功率控制。多模型预测控制在系统发生大扰动及平抑风电功率波动时具有更好的控制性能，并且具有较好的鲁棒性。CN110397548ACN110397548A权利要求书1/2页1.一种双馈式变速抽水蓄能电厂的多模型预测控制方法，其特征是，利用线性化的系统模型进行预测并进行反馈校正、滚动优化得到DFIM-VSPS的参考功率指令，控制对象的输出为PCC点的电压及频率，被控系统为包含双馈式变速抽水蓄能机组及风电的电力系统；选取风速为可测量扰动，负荷波动及故障为不可测扰动，根据测量的风速在多个模型预测控制器间进行切换；包括以下步骤：步骤1、双馈式变速抽水蓄能机组的建模；步骤1.1、考虑弹性水柱，输水管道的流量与水头的传递函数为：式中，Zp为输水管道的规格化水力阻抗，为摩擦系数，发电工况下可以近似为0，水泵工况下取决于导叶开度，Tep为输水管道的弹性时间；(1)表示分布式参数系统，其中：步骤1.2、水泵水轮机及其控制部分的模型包括速度与阀门优化器、调速器、导叶、输水管道及水泵水轮机模型；步骤1.2.1、通过优化VSPS的转速和导叶开度来追踪最大效率，对应不同水头和功率，转速和开度可以通过线性关系进行近似，其表达式为其中ωref和Gref分别为转速和导叶开度的参考值，Pset和H0为功率设定点和水头扬程；水泵水轮机的效率η为：其具体系数αij根据水泵水轮机测试数据拟合；水泵工况下水头扬程为：式中，A0，A1和A2为系数，根据水泵型号确定，Qd为动态流量，dω为转子转速偏差；忽略双馈感应电机的损耗，有Pmech＝Pelec＝Pset，其中Pelec从潮流计算得到；发电工况下水轮机通过式(6)进行初始化：(6)式中，Qnl为空载流量，Trate为水轮机与双馈异步电机功率额定值的比值；同理，水泵工况下VSPS由(5)，(7)和(8)进行初始化；2CN110397548A权利要求书2/2页步骤1.2.2、转子采用单质块模型；发电机/换流器模型同风力发电机，发电机/换流器模型采用DFIM-VSPS的高电压穿越及低电压穿越，模拟不同扰动下的DFIM-VSPS动态特性；步骤1.2.3、DFIM的电气控制包括有功和无功控制，无功控制采用动态电压及无功指令两种控制方式，通过无功控制标志位varflg切换；DFIM的有功控制包括发电工况和水泵工况，发电工况下换流器控制功率，调速器控制转速；在换流器的有功控制中引入转速回拉控制；水泵工况下换流器对转速进行精确控制；引入辅助频率控制，对VSPS的功率进行调制，实现惯量支撑及调频；步骤2、基于MMPC的双馈式变速抽水蓄能机组的功率控制；离散线性时不变系统见(9)式，其中xp是状态变量，yp是被控对象的输出，u，v和d分别是操作变量、可测量扰动和不可测量扰动，Ap，Bp，Cp和Dp分别是对应的系数；MPC控制器通过状态观测器估计来预测所需的未测量状态变量的值，并且预测操作变量调整给被控对象输出带来的影响，状态估计通过卡尔曼滤波及神经网络实现；基于状态观测器可以预测系统起始于yj(k)的未来一段时间内的模型输出yj(k+i+1|k)，i＝0,…p-1，p为预测时域；在控制时域m内，通过求解优化问题(10)确定该控制间隔内的操作变量；Δu(k+h|k)＝0,h＝m,...,p-1ε≥0i＝0,...p-1(10)式中，r(k)是参考输出，Δu是