【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水轮机建模，具体涉及一种双馈式可变速水泵水轮机全工况多控制模式精细化数学模型建立方法。
技术介绍
1、可变速抽蓄具有快速响应功率波动的特点，可以在新能源输出波动较大时迅速调整输出功率，维持整个电力系统的稳定性。可变速抽水蓄能电站具有安全、可靠与高效等优点，是当前世界抽水蓄能产业新的发展方向。
2、可变速抽水蓄能机组是复杂的非线性水-机-电耦合系统，主要由引水系统与水泵水轮机、双馈电机及交流励磁系统、与电网负荷组成。模块化建模方法在构建可变速机组仿真模型时得到广泛使用，而子系统的精细化建模是整体模型准确性的基础。目前主要存在以下不足：1)精细化数值仿真模型则基于数值分析理论，针对水轮机、引水管道采用全特性曲线插值和特征线等数值计算方法进行建模适用于调速系统大波动过渡过程仿真，但计算时间复杂度较高，适用于工程设计等对计算精度要求较高的场合，缺少计算时间快、同时满足计算精度要求的模型；2)针对电气侧的仿真模型也多简化处理，缺少对双馈电机及其控制策略的精细化模型；3)针对双馈式可变速机组的仿真模型研究多针对于单一工况，缺少能在全工况运行的模型；4)针对双馈式可变速机组控制策略的研究多针对于一种或两种控制策略的比较，缺少对控制策略的详细描述与具体实施方法以及不同工况所适用的控制策略的不同之处的研究。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种双馈式可变速水泵水轮机全工况多控制模式精细化数学模型建立方法，
2、为了解决以上技术问题，本专利技
3、一种双馈式可变速水泵水轮机全工况多控制模式精细化数学模型建立方法，具体包括：
4、s1、利用派克变换，建立双馈异步电机模型。
5、s2、建立水泵水轮机全工况精细化数学模型，包括水泵水轮机全特性曲线模型和引水管道模型。
6、s3、建立双馈式可变速机组调节系统模型，包括励磁控制系统模型、水泵水轮机组调速器模型和协联控制器模型；其中，励磁控制系统模型包括转子侧变流器控制模型和网侧变流器控制模型，协联控制器模型包括最优转速协联控制器和最优开度协联控制器。
7、s4、基于步骤s1-s3建立的模型，依据控制策略不同更改模块连接逻辑，完成整体模型的构建。
8、进一步的，步骤s1中，建立双馈异步电机模型包括以下内容：
9、根据派克变换(等幅值变换)、转子侧变流器应用定子磁链定向的矢量控制策略和网侧变流器应用定子电压定向的矢量控制策略对双馈电机系统进行模型搭建，具体表达式为：
10、
11、其中，ψds表示双馈电机定子d轴磁链，表示双馈电机定子磁链的矢量模式，ψqs表示双馈电机定子q轴磁链。
12、两相旋转坐标系下双馈异步电机模型的表达式为：
13、
14、其中，ps表示双馈电机定子侧的有功功率，ω1表示同步转速，ψs表示总磁链，lm表示双馈电机旋转坐标系下对应的定子绕组与转子绕组之间互感，ls表示双馈电机旋转坐标系下对应的定子侧电感，iqr表示双馈电机转子电流q轴分量，qs表示双馈电机定子侧的无功功率，ims表示定子侧励磁电流，p表示电机极对数，idr表示双馈电机转子电流d轴分量，te表示电磁转矩，tl表示转子轴上的负载转矩，j为转动惯量，ωm为转子机械转速，t表示时间。
15、进一步的，步骤s2中，建立水泵水轮机全工况精细化数学模型包括以下内容：
16、基于电站提供的水泵水轮机全特性曲线数据，将机组q11-n11-a、m11-n11-a全特性曲线变换为q11-x-a、m11-x-a曲线，得到水泵水轮机全特性曲线模型，具体表达式为：
17、α1＝n11/n11r
18、v1＝q11/q11r
19、x＝α1/ev1
20、其中，α1表示单位转速和额定单位转速的比值，n11表示单位转速，n11r表示额定单位转速，v1表示单位流量和额定单位流量的比值，q11表示单位流量，q11r表示额定单位流量，x表示对数投影变换后的新量，a表示导叶实际开度，m11表示单位力矩。
21、将a和n11输入到水泵水轮机全特性曲线模型中，经过插值计算，得到机组单位流量和单位力矩数据。
22、使用弹性水击模型表示引水系统管道，得到引水管道模型，具体表达式为：
23、
24、其中，gh(s)表示管道弹性水击模型的传递函数，h(s)表示水头的拉普拉斯变换值，q(s)表示流量，hw表示管道特性系数，tr表示水击相长，s表示拉普拉斯算子。
25、利用管道传递函数连接水泵水轮机全特性曲线模型和引水管道模型，得到水泵水轮机全工况精细化数学模型。
26、进一步的，步骤s3中，建立双馈式可变速机组调节系统模型包括以下子步骤：
27、s301、基于定子磁链定向的矢量控制策略以及电压外环和电流内环的双闭环的控制方式，得到转子侧变流器控制模型；具体内容为：
28、步骤1、当采用功率优先控制模式时，将功率控制指令输入到转子侧变流器中，通过控制双馈电机转子电流q轴分量使得电机输出的有功功率逐渐到达功率控制指令；当采用转速优先控制模式时，将转速控制指令输入到转子侧变流器中，通过控制双馈电机转子电流q轴分量使得电机转速逐渐到达转速控制指令，具体公式为：
29、
30、其中，ird*表示转子电流的d轴分量的参考值，irq*表示转子电流的q轴分量的参考值，kpv表示转子侧变流器外环控制器的比例增益，kiv表示转子侧变流器外环控制器的积分增益，qs表示电机输出的无功功率，qs*表示qs的参考值，ps表示电机输出的有功功率，ps*表示ps的参考值，n表示电机转速，n*表示n的参考值。
31、步骤2、电流内环控制方程为：
32、
33、其中，urd表示转子电压的的d轴分量，kpi表示转子侧变流器电流内环控制器的比例增益，kii表示转子侧变流器电流内环控制器的积分增益，ird表示转子电流的d轴分量，ω2表示转子旋转磁场相对于转子的旋转角速度，lr表示定子自感，irq表示转子电流的q轴分量，urq表示转子电压的q轴分量，ψsd表示定子磁链的d轴分量。
34、步骤3、转子侧变流器控制模型的具体表达式为：
35、
36、其中，rr表示转子侧电阻。
37、s302、基于定子电压矢量定向控制策略和直流电压外环和电流内环的双闭环控制方式，得到网侧变流器控制模型；具体内容为：
38、步骤1、电流内环控制方程为：
39、
40、其中，uod表示中性点o的电压值的d轴分量，uoq表示中性点o的电压值q轴分量，kp1表示网侧变流器电流内环控制器的比例增益，ki1表示网侧变流器电流内环控制器的积分增益，igd表示网侧电流的d轴分量，igd*表示igd的参考值，igq表示网侧电流本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种双馈式可变速水泵水轮机全工况多控制模式精细化数学模型建立方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的双馈式可变速水泵水轮机全工况多控制模式精细化数学模型建立方法，其特征在于，步骤S1中，建立双馈异步电机模型包括以下内容：
3.根据权利要求1所述的双馈式可变速水泵水轮机全工况多控制模式精细化数学模型建立方法，其特征在于，步骤S2中，建立水泵水轮机全工况精细化数学模型包括以下内容：
4.根据权利要求1所述的双馈式可变速水泵水轮机全工况多控制模式精细化数学模型建立方法，其特征在于，步骤S3中，建立双馈式可变速机组调节系统模型包括以下子步骤：
5.根据权利要求1所述的双馈式可变速水泵水轮机全工况多控制模式精细化数学模型建立方法，其特征在于，步骤S4中，完成整体模型的构建包括以下内容：
6.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5中任一项所述双馈式可变速水泵水轮机全工况多控制模式精细化数学模型建立方法的步骤。
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1.一种双馈式可变速水泵水轮机全工况多控制模式精细化数学模型建立方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的双馈式可变速水泵水轮机全工况多控制模式精细化数学模型建立方法，其特征在于，步骤s1中，建立双馈异步电机模型包括以下内容：
3.根据权利要求1所述的双馈式可变速水泵水轮机全工况多控制模式精细化数学模型建立方法，其特征在于，步骤s2中，建立水泵水轮机全工况精细化数学模型包括以下内容：
4.根据权利要求1所述的双馈式可变速水泵水轮机全工况多控制模式精细化数学模型建立方法，其特征在于，步骤s3中，建立双馈式可变速机组调节系统模型包括以下子步骤：
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【专利技术属性】
技术研发人员：王庭政，汪玉清，刘锋，于姗，于楚翘，赵艺淋，周一博，李珊珊，周大庆，冯陈，阚阚，
申请(专利权)人：国网新源集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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