[发明专利]一种抽水蓄能机组调频参数优化方法及调频方法

说明书

本发明公开了一种抽水蓄能机组调频参数优化方法及调频方法，参数优化方法包括：构建待调频抽水蓄能机组的水机电精细化耦合模型，该模型包括非线性水泵水轮机、高阶同步发电机和并联分数阶PID调速器；对水机电精细化耦合模型施加预设频率扰动工况，采用菌群觅食趋化性引力搜索算法优化调速器的调频控制参数，使得水机电精细化耦合模型在一次调频工况下的动态性能满足目标函数。本发明建立抽水蓄能机组仿真模型，以更真实地反映实际抽水蓄能机组；对抽水蓄能机组遭受频率扰动工况下的分数阶PID控制器进行参数优化，得到抽水蓄能机组一次调频工况的最佳控制参数，使得抽水蓄能机组有良好的调频能力，可高效地提高电机运行稳定性。

技术领域

本发明属于抽水蓄能机组调频领域，更具体地，涉及一种抽水蓄能机组调频参数优化方法及调频方法。

背景技术

随着中国电力负荷的迅速增长，对电网稳定性的要求迅速提高，调峰能力不足成为了制约电力系统发展的重要问题。抽水蓄能机组的调峰调频功能对维持电网频率的稳定至关重要，一次调频功能投入且一次调频控制参数的优化分析也越来越迫切。抽水蓄能电站水轮发电机组的控制优化问题是复杂的水-机-电耦合问题，机组调频受机械系统、电力系统、水力系统共同作用，且各系统之间动态特性相互影响。

当前，对抽水蓄能电站机组的调频性能研究主要仅考虑水力系统和机械系统，基本方法是建立水泵水轮机、引水系统、调速系统以及一阶同步发电机数学模型，研究水力与机械因素对调频性能的影响。但对抽水蓄能机组电力系统的结合较少，同时对水-机-电耦合问题对调频性能的影响尚处于研究初级阶段，现有研究采用一阶同步发电机模型而未考虑电气因素的影响，使得一次调频工况控制参数优化结果难以贴合工程实际。

发明内容

本发明提供一种抽水蓄能机组调频参数优化方法及调频方法，用以解决现有抽水蓄能机组调频方法中因仅考虑水、机两方面因素而存在调频效率不够高的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种抽水蓄能机组调频参数优化方法，包括：

构建待调频抽水蓄能机组的水机电精细化耦合模型，该模型包括非线性水泵水轮机、高阶同步发电机和并联分数阶PID调速器；

对所述水机电精细化耦合模型施加预设频率扰动工况，之后采用菌群觅食趋化性引力搜索算法，优化所述调速器的调频控制参数，使得所述水机电精细化耦合模型在一次调频工况下的动态性能满足目标函数，完成所述预设频率扰动工况下的调频参数优化。

本发明的有益效果是：本发明公开了一种抽水蓄能机组基于水-机-电精细化耦合模型仿真的调频控制优化方法，首先建立抽水蓄能机组仿真模型，其中包含有非线性水泵水轮机、高阶同步发电机以及分数阶PID控制的调速系统，水-机-电精细化耦合模型充分反映了水泵水轮机、液压机构、以及同步发电机的非线性，以更真实地反映实际抽水蓄能机组；然后，引入菌群觅食趋化性-引力搜索算法对抽水蓄能机组遭受频率扰动工况下的分数阶 PID控制器进行参数优化，在此基础上得到抽水蓄能机组一次调频工况的最佳控制参数，使得抽水蓄能机组有良好的调频能力。因此，本方法有利于提升控制参数优化精度，以有效且高效地提高电机运行稳定性，具有较好的工程应用价值。

上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述非线性水泵水轮机为通过构建基于全特性曲线的水泵水轮机插值模型并对其进行对数曲线投影得到。

本发明的进一步有益效果是：以对数曲线投影法分别对以导叶开度为参变量的流量特性曲线和转矩特性曲线进行变换，解决转轮特性描述的导叶零开度、小开度和S特性区域的多值问题，便于求解，并得到较高的精度。

进一步，所述水机电精细化耦合模型中，励磁系统为ST1A型励磁系统，引水系统为近似弹性水击模型。