本發(fā)明涉及大型可變速抽水蓄能機(jī)組控制仿真，更具體地說，涉及一種大型可變速抽水蓄能機(jī)組交流勵磁控制系統(tǒng)aecs(ac?excitation?control?system)半實(shí)物仿真模型。

背景技術(shù)：

1、可變速抽水蓄能機(jī)組是新能源消納的重要設(shè)備，具備經(jīng)濟(jì)性高、容量大、功率調(diào)節(jié)范圍寬和速度快的特點(diǎn)。在大規(guī)?？稍偕茉唇尤腚娋W(wǎng)的背景下，可變速抽水蓄能機(jī)組能承擔(dān)調(diào)峰填谷、調(diào)頻等任務(wù)，助力清潔能源消納，維持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定和提高電網(wǎng)安全水平。

2、常規(guī)抽水蓄能電站由于機(jī)組采用定速運(yùn)行，存在功率不能靈活調(diào)節(jié)、水輪機(jī)效率低、氣蝕增大、磨損和振動增加等諸多問題。為了解決以上問題，可變速抽水蓄能機(jī)組及其控制技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，與常規(guī)定速抽水蓄能機(jī)組相比，可變速抽水蓄能機(jī)組主要由發(fā)電電動機(jī)、交流勵磁變流器及控制系統(tǒng)、調(diào)速器及控制系統(tǒng)、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)和可逆式水輪機(jī)組成。交流勵磁變流器及控制系統(tǒng)作為可變速抽水蓄能機(jī)組的關(guān)鍵設(shè)備，不僅可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組變速恒頻、有功無功毫秒級解耦控制，還能調(diào)節(jié)水泵工況輸入功率以及改善水輪機(jī)工況的運(yùn)行性能?；诳勺兯俪樗钅軝C(jī)組上述優(yōu)點(diǎn)，國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)投入大量精力研究可變速抽水蓄能機(jī)組交流勵磁變流器及其控制的關(guān)鍵技術(shù)。

3、在vsps機(jī)組多階段柔性協(xié)調(diào)控制過程中，由于不同階段vsps機(jī)組的物理特性和控制目標(biāo)并不同，這使得aecs的控制模型和控制器參數(shù)都會伴隨機(jī)組階段的變化而發(fā)生改變，即aecs具有自適應(yīng)控制參數(shù)的物理特性，為真實(shí)模擬aecs，其模型也需設(shè)計成具有自適應(yīng)的物理特性，matlab/simulink離線仿真模型難以精確還原該控制特性。

4、本發(fā)明申請所提出的大型可變速抽水蓄能機(jī)組是指單臺容量在四百兆瓦級及以上的可變速抽水蓄能機(jī)組，國內(nèi)單臺四百兆瓦級可變速抽水蓄能機(jī)組交流勵磁變流器的控制技術(shù)尚在研究階段，由于目前尚未有單臺四百兆瓦級可變速抽水蓄能機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行，勵磁變流控制器的控制策略的正確性和可靠性無法驗(yàn)證。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決以上問題，本發(fā)明申請?zhí)岢鲆环N大型可變速抽水蓄能機(jī)組勵磁變流控制器半實(shí)物仿真模型，通過該模型來實(shí)現(xiàn)對機(jī)組勵磁過程的精確模擬。這種aecs半實(shí)物仿真模型不僅可以驗(yàn)證勵磁變流控制器控制策略的正確性和可靠性，還可以大幅縮短勵磁變流控制器實(shí)物開發(fā)周期。在一個實(shí)施例中，勵磁變流控制器半實(shí)物仿真模型由c語言編寫，通過matlab的mex封裝為s-function模型，便于后期實(shí)物開發(fā)代碼移植。

2、本發(fā)明提出一種大型可變速抽水蓄能機(jī)組勵磁變流控制器半實(shí)物仿真模型標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計方法，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的接口，可以適應(yīng)不同機(jī)組模型。

3、本發(fā)明提出一種大型可變速抽水蓄能機(jī)組勵磁變流控制器半實(shí)物仿真模型自動化設(shè)計方法，根據(jù)工況自動調(diào)整勵磁變流控制器算法，以適應(yīng)機(jī)組不同的運(yùn)行工況。

4、本發(fā)明提出一種大型可變速抽水蓄能機(jī)組勵磁變流控制器半實(shí)物仿真模型模塊化設(shè)計方法，將勵磁變流控制器在不同運(yùn)行工況的算法模塊化，不僅可以提高半實(shí)物模型的可維護(hù)性，還可以提高其可擴(kuò)展性和靈活性。

5、本發(fā)明提出一種大型可變速抽水蓄能機(jī)組勵磁變流控制器半實(shí)物仿真模型封閉化設(shè)計方法，基于s-function的半實(shí)物勵磁變流控制器mex封裝，使得勵磁變流控制器半實(shí)物模型封閉并且與控制器參數(shù)整定剝離，最大程度保護(hù)各方成果。

6、本發(fā)明提出一種大型可變速抽水蓄能機(jī)組勵磁變流控制器半實(shí)物仿真模型標(biāo)準(zhǔn)接口，由于勵磁控制系統(tǒng)包含網(wǎng)側(cè)變流控制器和機(jī)側(cè)變流控制器兩個獨(dú)立部分，其半實(shí)物模型也分為網(wǎng)側(cè)和機(jī)側(cè)兩個獨(dú)立部分。

7、本發(fā)明提出一種可變速抽水蓄能機(jī)組勵磁變流控制器半實(shí)物仿真模型，模型可根據(jù)機(jī)組協(xié)調(diào)控制器狀態(tài)指令自動調(diào)整勵磁變流控制器參數(shù)，以適應(yīng)機(jī)組不同的運(yùn)行工況切換的需求。

8、本發(fā)明提出一種大型可變速抽水蓄能機(jī)組勵磁變流控制器半實(shí)物仿真模型，將模型在不同運(yùn)行工況的算法模塊化，不僅可以提高半實(shí)物模型的可維護(hù)性，還可以提高其可擴(kuò)展性和靈活性。

9、本發(fā)明提出一種大型可變速抽水蓄能機(jī)組勵磁變流控制器半實(shí)物仿真模型，采用mex對模型進(jìn)行封裝，使得模型封閉并且與控制器參數(shù)整定剝離，最大程度保護(hù)各方成果。

10、本發(fā)明申請的實(shí)施例至少具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果：實(shí)現(xiàn)大型抽水蓄能機(jī)組勵磁控制策略正確性和可靠性的有效驗(yàn)證，為機(jī)組協(xié)調(diào)控制仿真驗(yàn)證奠定模型基礎(chǔ)，同時為勵磁控制器實(shí)物開發(fā)提供軟件支持，模型具有標(biāo)準(zhǔn)化、自動化、模型化和封閉化的特點(diǎn)。其優(yōu)點(diǎn)是具有較強(qiáng)的可維護(hù)性、可移植性、保密性和擴(kuò)展性。不僅可以驗(yàn)證勵磁變流控制器控制策略的正確性和可靠性，還可為大型可變速抽水蓄能機(jī)組勵磁變流控制器實(shí)物開發(fā)提供了有效的指導(dǎo)和依據(jù)。

技術(shù)特征：

1.一種大型可變速抽水蓄能機(jī)組勵磁變流控制器半實(shí)物仿真模型，其特征在于，包含：基于交流勵磁系統(tǒng)控制原理的網(wǎng)側(cè)變流控制器半實(shí)物仿真模型和機(jī)側(cè)變流控制器半實(shí)物仿真模型。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型可變速抽水蓄能機(jī)組交流勵磁系統(tǒng)半實(shí)物仿真模型，其特征在于，網(wǎng)側(cè)變流控制器半實(shí)物仿真模型具有標(biāo)準(zhǔn)接口，該標(biāo)準(zhǔn)接口的輸入包括網(wǎng)側(cè)變流控制器狀態(tài)、網(wǎng)側(cè)變流控制器使能、網(wǎng)側(cè)電流q軸分量參考值igc_q_ref、網(wǎng)側(cè)電流d軸和q軸分量瞬時值igc_dq、角速度w_pu、定子電壓d軸和q軸分量瞬時值us_dq、直流電壓瞬時值vdc_v和相位theta_rad，該標(biāo)準(zhǔn)接口的輸出為網(wǎng)側(cè)變流器控制電壓參考值uref_gsc。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型可變速抽水蓄能機(jī)組交流勵磁系統(tǒng)半實(shí)物仿真模型，其特征在于，機(jī)側(cè)變流控制器半實(shí)物仿真模型具有標(biāo)準(zhǔn)接口，該標(biāo)準(zhǔn)接口的輸入包括：機(jī)側(cè)變流控制器狀態(tài)s、控制模式ctrl、機(jī)側(cè)變流控制器使能en、轉(zhuǎn)子電流瞬時值ir_dq、定子電流瞬時值is_dq、定子角速度w、轉(zhuǎn)子角速度wr、有功功率和無功功率瞬時值p和q、有功功率和無功功率設(shè)定值pset和qset、電網(wǎng)電壓瞬時值ug_dq、定子電壓瞬時值us_dq、直流電壓瞬時值vdc_v和相位差theta_slip_rad，輸出為機(jī)側(cè)變流器控制電壓參考值uref_rsc。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型可變速抽水蓄能機(jī)組交流勵磁系統(tǒng)半實(shí)物仿真模型，其特征在于，所述的勵磁變流控制器半實(shí)物仿真模型根據(jù)機(jī)組協(xié)調(diào)控制器狀態(tài)指令自動調(diào)整勵磁變流控制器參數(shù)，以適應(yīng)機(jī)組不同的運(yùn)行工況切換的需求。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大型可變速抽水蓄能機(jī)組交流勵磁系統(tǒng)半實(shí)物仿真模型，其特征在于，勵磁變流控制器參數(shù)包括機(jī)組參數(shù)和控制器參數(shù)；機(jī)組參數(shù)均為靜態(tài)參數(shù)，其僅在機(jī)組發(fā)生變化時改變，工況切換并不會改變；控制器參數(shù)包括靜態(tài)參數(shù)和動態(tài)參數(shù)，控制器初值均為靜態(tài)參數(shù)，僅在機(jī)組發(fā)生變化時改變，工況切換并不會改變；而控制器變量均為動態(tài)參數(shù)，在工況切換時發(fā)生改變；動態(tài)參數(shù)在勵磁變流控制器初始化時自動加載，靜態(tài)參數(shù)固化在模型內(nèi)部；所述的勵磁變流控制器半實(shí)物仿真模型會根據(jù)機(jī)組工況自動調(diào)整動態(tài)參數(shù)，即自動調(diào)整控制器變量。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大型可變速抽水蓄能機(jī)組交流勵磁系統(tǒng)半實(shí)物仿真模型，其特征在于，基于pi控制器設(shè)計網(wǎng)側(cè)變流控制器半實(shí)物仿真模型針對網(wǎng)側(cè)變流器的雙閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)，以及機(jī)側(cè)變流控制器半實(shí)物仿真模型針對機(jī)側(cè)變流器的雙閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)，針對網(wǎng)側(cè)變流器的雙閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)和針對機(jī)側(cè)變流器的雙閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)；

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的大型可變速抽水蓄能機(jī)組交流勵磁系統(tǒng)半實(shí)物仿真模型，其特征在于，機(jī)側(cè)變流控制器半實(shí)物仿真模型和網(wǎng)側(cè)變流控制器半實(shí)物仿真模型內(nèi)環(huán)控制器計為通用模塊：commonpical(double*irdq_ref,double?w,double?wr,double*is_dq,double*ir_dq,double?vdc_v,double?theta_slip_rad,double*uctrl_rc)，irdq_ref表示勵磁電流參考值；uctrl_rc表示轉(zhuǎn)子控制電壓。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的大型可變速抽水蓄能機(jī)組交流勵磁系統(tǒng)半實(shí)物仿真模型，其特征在于，機(jī)側(cè)變流控制器半實(shí)物仿真模型和網(wǎng)側(cè)變流控制器半實(shí)物仿真模型的外環(huán)控制器根據(jù)工況模塊化設(shè)計。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的大型可變速抽水蓄能機(jī)組交流勵磁系統(tǒng)半實(shí)物仿真模型，其特征在于，

10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大型可變速抽水蓄能機(jī)組交流勵磁系統(tǒng)半實(shí)物仿真模型，其特征在于，所述的勵磁變流控制器半實(shí)物仿真模型采用mex封裝，使其封閉并且與控制器參數(shù)整定剝離，控制器變量存儲在可以用表格打開編輯的csv格式文件中，所述的勵磁變流控制器半實(shí)物仿真模型從該csv格式文件中讀取控制器變量，機(jī)組參數(shù)和控制器初值固化在所述的勵磁變流控制器半實(shí)物仿真模型內(nèi)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出一種大型可變速抽水蓄能機(jī)組勵磁變流控制器半實(shí)物仿真模型，包含：基于交流勵磁系統(tǒng)控制原理的網(wǎng)側(cè)變流控制器半實(shí)物仿真模型和機(jī)側(cè)變流控制器半實(shí)物仿真模型。模型具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的接口，以適應(yīng)不同機(jī)組模型；模型能根據(jù)工況自動調(diào)整勵磁變流控制器算法，以適應(yīng)機(jī)組不同的運(yùn)行工況；不同運(yùn)行工況勵磁變流控制器模塊化，以適應(yīng)未來機(jī)組工況擴(kuò)展需求，后期維護(hù)靈活方便；采用MEX封裝模型，使得模型封閉并且與控制器參數(shù)整定剝離，最大程度保護(hù)各方成果。

技術(shù)研發(fā)人員：鄧長虹,敬照亮,楊秋玲
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9