技术摘要：
本发明公开一种交流励磁可变速抽水蓄能机组控制系统，有功功率控制采用交流励磁定子功率控制 转速限制控制 辅助最优转速控制、调速器最优转速控制的机组有功控制策略，机组的电压/无功功率通过电压/无功控制器进行控制；实现可变速抽蓄机组的有功功率快速调节，同时通  全部
背景技术：
对于交流励磁可变速抽水蓄能机组，通过交流励磁控制实现定子侧输出/输入有 功功率的快速调节，机组调速器控制实现机组水泵水轮机侧输入/输出机械功率的调节，交 流励磁控制属于快速控制，而调速器控制属于慢速控制，存在交流励磁控制与调速器控制 的相互协调问题，该问题直接影响整个抽水蓄能机组的运行稳定性。对交流励磁与调速器 相互协调的机组控制方法和合理性，直接决定变速抽蓄机组优良特性的发挥和机组安全稳 定运行。合理的机组控制方法，可以协调两者关系，实现功率快速调节的同时，使机组不会 偏离高效、稳定的转速运行范围。传统的交流励磁转速控制、调速器功率控制方法方式，不 能实现定子有功功率的快速调节。
技术实现要素：
本发明的目的，在于提供一种针对交流励磁可变速机组控制系统及方法，在实现 机组有功快速控制的同时，控制机组转速在安全运行范围中，不会偏离最优转速或设定转 速。 为了达成上述目的，本发明的解决方案是： 第一方面，本发明提出了一种交流励磁可变速抽蓄机组控制系统，包括：机组控制 器、电压/无功控制器、功率控制器、辅助最优转速控制器、转速限制器、转子电流控制器、 PWM控制信号生成器、调速控制器；其中： 所述机组控制器包括：调频控制器、加法器和最优信号生成器；频差Δf输入调频 控制器生成功率调节指令ΔP；第一功率指令PS和所述功率调节指令ΔP经过加法器生成第 二功率指令Po；第二功率指令Po和水头测量信号Hm进入最优信号生成器，最优信号生成器根 据机组最优效率曲线，计算出最优转速指令Nopt和功率控制目标值Pset； 将所述最优转速指令Nopt及转速测量值Nm输入调速控制器，经执行机构，通过导叶 开度控制实现最优转速的控制； 将功率控制目标值Pset、功率测量值Pm输入交流励磁的功率控制器，通过PI控制生 成第一电流参考值Iqref0； 将最优转速指令Nopt、转速测量值Nm、最优转速偏差限制值Nopt_err输入到交流励磁 的辅助最优转速控制器中，通过PI控制生成第一电流指令调节值Iδ1； 所述电压/无功控制器根据输入的电压/无功控制目标值及电压/无功测量值生成 D轴电流参考值Idref； 所述第一电流参考值Iqref0和第一电流指令调节值Iδ1的负值叠加后，得到Q轴电流 参考值Iqref输出到转子电流控制器； 5 CN 111555679 A 说　明　书 2/6 页 转速上限值Nup、下限值Ndown、转速测量值Nm、Q轴电流参考值Iqref输入到转速限制 器，通过PI控制，输出第二电流指令调节值Iδ2、转速限制动作信号flag到转子电流控制器； 所述转子电流控制器根据输入的D轴电流参考值Idref、Q轴电流参考值Iqref、D轴转 子电流测量值Idm、Q轴转子电流测量值Iqm、第二电流指令调节值Iδ2、转速限制动作信号flag 生成D轴参考电压Udref和Q轴参考电压Uqref； 所述PWM控制信号生成器根据输入的D轴参考电压Udref和Q轴参考电压Uqref生成PWM 控制信号进行功率控制。 进一步地，所述辅助最优转速控制器中，当所述转速测量值Nm偏离最优转速指令 Nopt大于设定值Nopt_err时，所述第一电流指令调节值Iδ1不为零，否则第一电流指令调节值Iδ1 输出为零。 进一步地，所述转速限制器积分环节输出跟踪Iqref，当转速测量值Nm与上限值Nup 或下限值Ndown的差值在设定范围内时，转速限制动作信号flag由0变为1，转子电流控制器 收到flag由0变1的信号时，将电流参考值由Iqref切换至Iδ2，将转速控制回限制值以内。 第二方面，本发明提供了一种交流励磁可变速抽蓄机组控制系统，其特征在于，包 括：机组控制器、电压/无功控制器、功率控制器、转速控制器、转子电流控制器、PWM控制信 号生成器、调速控制器；其中： 所述机组控制器包括：调频控制器、加法器和最优信号生成器；频差Δf输入调频 控制器生成功率调节指令ΔP；第一功率指令PS和所述功率调节指令ΔP经过加法器生成第 二功率指令Po；第二功率指令Po和水头测量信号Hm进入最优信号生成器，最优信号生成器根 据水泵稳定运行曲线计算出最优导叶开度Kopt及与当前调节目标匹配的转速控制目标值 Nset和功率控制目标值Pset； 将功率控制目标值Pset和功率测量值Pm输入交流励磁的功率控制器通过PI控制得 到转速调节值Nadj； 将转速调节值Nadj、转速调节限制值Nadj_lim、转速控制目标值Nset和转速测量值Nm输 入转速控制器得到Q轴电流参考值Iqref； 所述电压/无功控制器根据输入的电压/无功控制目标值及电压/无功测量值生成 D轴电流参考值Idref； 所述转子电流控制器根据输入的D轴电流参考值Idref、Q轴电流参考值Iqref、D轴转 子电流测量值Idm、Q轴转子电流测量值Iqm生成D轴参考电压Udref和Q轴参考电压Uqref； 所述PWM控制信号生成器根据输入的D轴参考电压Udref和Q轴参考电压Uqref生成PWM 控制信号进行功率控制； 所述最优导叶Kopt输入调速控制器，由其经执行机构，实现导叶开度控制。 进一步地，所述转速控制器中，所述转速调节值Nadj与转速调节限制值Nadj_lim比较 生成第二转速调节值，所述第二转速调节值叠加上转速控制目标值Nset形成转速控制器的 转速参考值；当|Nadj|≤Nadj_lim时，第二转速调节值等于转速调节值Nadj，当|Nadj|＞Nadj_lim 时，第二转速调节值由转速调节值Nadj缓降为0。 第三方面，本发明提供了一种交流励磁可变速抽蓄机组控制方法，用于机组发电 工况的控制，包括： 通过第一功率指令PS上叠加基于频差Δf的调频控制输出生成第二功率指令Po； 6 CN 111555679 A 说　明　书 3/6 页 根据第二功率指令Po和水头测量信号Hm，通过机组最优效率曲线计算出最优转速 指令Nopt和功率控制目标值Pset； 根据最优转速指令Nopt及转速测量值Nm进行调速控制，经执行机构，通过导叶开度 控制实现最优转速的控制； 根据功率控制目标值Pset、功率测量值Pm通过PI控制生成第一电流参考值Iqref0； 根据最优转速指令Nopt、转速测量值Nm、最优转速偏差限制值Nopt_err通过PI控制生 成第一电流指令调节值Iδ1； 根据电压/无功控制目标值及电压/无功测量值通过PI控制生成D轴电流参考值 Idref； 将所述第一电流参考值Iqref0和第一电流指令调节值Iδ1的负值叠加得到Q轴电流 参考值Iqref； 根据转速上限值Nup、下限值Ndown、转速测量值Nm、Q轴电流参考值Iqref通过PI控制得 到第二电流指令调节值Iδ2，通过转速测量值Nm与上限值Nup或下限值Ndown的比较得到转速限 制动作信号flag； 根据D轴电流参考值Idref、Q轴电流参考值Iqref、D轴转子电流测量值Idm、Q轴转子电 流测量值Iqm、第二电流指令调节值Iδ2、转速限制动作信号flag通过PI控制生成D轴参考电 压Udref和Q轴参考电压Uqref； 根据D轴参考电压Udref和Q轴参考电压Uqref通过PWM调制进行功率控制。 进一步地，当所述转速测量值Nm偏离最优转速指令Nopt大于设定值Nopt_err时，所述 第一电流指令调节值Iδ1不为零，否则第一电流指令调节值Iδ1输出为零。 进一步地，当所述转速测量值Nm与上限值Nup或下限值Ndown的差值在设定范围内 时，转速限制动作信号flag由0变为1，转子电流控制器收到flag由0变1的信号时，将电流参 考值由Iqref切换至Iδ2，将转速控制回限制值以内。 第四方面，本发明提供了一种交流励磁可变速抽蓄机组控制方法，适用于机组抽 水工况控制，包括： 通过第一功率指令PS上叠加基于频差Δf的调频控制输出生成第二功率指令Po； 根据第二功率指令Po和水头测量信号Hm，通过水泵稳定运行曲线计算出最优导叶 开度Kopt及与当前调节目标匹配的转速控制目标值Nset和功率控制目标值Pset； 根据功率控制目标值Pset和功率测量值Pm通过PI控制得到转速调节值Nadj； 根据转速调节值Nadj、转速调节限制值Nadj_lim、转速控制目标值Nset和转速测量值Nm 通过PI控制得到Q轴电流参考值Iqref； 根据电压/无功控制器根据输入的电压/无功控制目标值及电压/无功测量值通过 PI控制生成D轴电流参考值Idref； 根据D轴电流参考值Idref、Q轴电流参考值Iqref、D轴转子电流测量值Idm、Q轴转子电 流测量值Iqm通过PI控制生成D轴参考电压Udref和Q轴参考电压Uqref； 根据D轴参考电压Udref和Q轴参考电压Uqref通过PWM调制进行功率控制； 根据最优导叶Kopt进行调速控制，经执行机构，实现导叶开度控制。 进一步地，所述转速调节值Nadj与转速调节限制值Nadj_lim比较生成第二转速调节 值，所述第二转速调节值叠加上转速控制目标值Nset形成转速控制器的转速参考值；当|Nadj 7 CN 111555679 A 说　明　书 4/6 页 |≤Nadj_lim时，第二转速调节值等于转速调节值Nadj，当|Nadj|＞Nadj_lim时，第二转速调节值由 转速调节值Nadj缓降为0。 本发明的技术效果是：采用上述方案后，由交流励磁采用功率控制器实现定子侧 功率控制，本发明可实现可变速抽蓄机组在发电工况或抽水工况时的有功快速控制；同时 通过辅助最优转速控制器、转速限制器，确保发电工况时机组运行于最优转速且转速不会 超出限制值，使机组处于最佳效率、安全范围内的运行状态；抽水工况时确保机组转速处于 设定值Nset，确保了泵工况机组在安全稳定范围内运行。 附图说明 图1一种交流励磁可变速抽蓄机组控制系统实施例1； 图2一种交流励磁可变速抽蓄机组控制系统实施例2。