变速抽水蓄能机组寻优控制方法、装置、终端及存储介质与流程

本发明涉及抽水蓄能，尤其涉及一种变速抽水蓄能机组寻优控制方法、装置、终端及存储介质。

背景技术：

1、抽水蓄能是一种储能技术。即利用水作为储能介质，通过电能与势能相互转化，实现电能的储存和管理。利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电。可将电网负荷低时的多余电能，转变为电网高峰时期的高价值电能。适用于调频、调相，稳定电力系统的周波和电压，还可提高系统中火电站和核电站的效率。对于新能源诸如风力发电、太阳能发电等形式，可以弥补新能源带来的波动性，消纳新能源发电的富裕电能，意义更是巨大。

2、抽水蓄能机组从发电机组的运行方式上可以分为定速发电机组和变速发电机组，变速发电机组相对于定速发电机组而言，具有发电效率高的优点，但是，抽水蓄能机组同时存在对于出力波动的响应速度慢、不易捕捉到效率最高点的问题。

3、基于此，需要开发设计出一种变速抽水蓄能机组寻优控制方法。

技术实现思路

1、本发明实施方式提供了一种变速抽水蓄能机组寻优控制方法、装置、终端及存储介质，用于解决现有技术中变速抽水蓄能机组发电过程中不易捕捉到效率最高点的问题。

2、第一方面，本发明实施方式提供了一种变速抽水蓄能机组寻优控制方法，包括：

3、获取目标出力；

4、根据工作水头、水轮机组出力模型以及所述目标出力，确定对应所述目标出力的最佳转速以及最佳导叶开度，其中，所述水轮机组出力模型根据工作水头、导叶开度以及水轮机组转速确定工作流量以及水轮机组出力；水轮机组在最佳转速以及最佳导叶开度时，输出所述目标出力所需的工作流量最小；

5、以第一导叶开度为开度约束，以所述目标出力以及所述最佳转速为控制目标，调整水轮机组的励磁以及导叶开度，其中，所述第一导叶开度根据所述最佳导叶开度确定；

6、以所述目标出力为控制目标，通过调整导叶开度的方式优化工作流量。

7、在一种可能实现的方式中，所述根据工作水头、水轮机组出力模型以及所述目标出力，确定对应所述目标出力的最佳转速以及最佳导叶开度，包括：

8、获取虚拟导叶开度以及虚拟转速，其中，所述虚拟转速小于转速初始值，所述虚拟导叶开度小于导叶初始值；

9、第一出力获取步骤：将所述工作水头、所述虚拟导叶开度以及所述虚拟转速输入到所述水轮机组出力模型中，将所述水轮机组出力模型输出的水轮机组出力作为第一出力，将所述水轮机组出力模型输出的工作流量作为第一流量；

10、效率队列调整步骤：若所述第一出力与所述目标出力之间的偏差小于出力偏差阈值，且所述虚拟导叶开度与导叶极限开度的偏差大于极限开度阈值，则将所述第一出力与所述第一流量的比值加入到效率队列中，增大所述虚拟导叶开度，重置所述虚拟转速，以及，跳转至所述第一出力获取步骤；

11、若所述第一出力与所述目标出力之间的偏差小于出力偏差阈值，且所述虚拟导叶开度与导叶极限开度的偏差小于极限开度阈值，则选择目标效率对应的虚拟导叶开度作为最佳导叶开度，选择目标效率对应的虚拟转速作为最佳转速，其中，所述目标效率为效率队列中值最大的效率；

12、若所述第一出力与所述目标出力之间的偏差大于或等于出力偏差阈值，则根据所述第一出力以及所述目标出力调整所述虚拟转速，将所述工作水头、所述虚拟导叶开度以及所述虚拟转速输入到所述水轮机组出力模型中，将所述水轮机组出力模型输出的水轮机组出力作为第二出力，以及，将所述水轮机组出力模型输出的工作流量作为第二流量；

13、若所述第二出力小于或等于所述第一出力，则增大所述虚拟导叶开度，重置所述虚拟转速，以及，跳转至所述第一出力获取步骤；

14、否则，将所述第二出力作为所述第一出力，将所述第二流量作为所述第一流量，以及，跳转至所述效率队列调整步骤。

15、在一种可能实现的方式中，所述根据所述第一出力以及所述目标出力调整虚拟转速，包括：

16、获取转速步进量以及第一调整速率；

17、根据第一公式、所述第一出力以及所述目标出力调整所述虚拟转速，其中，所述第一公式为：

18、

19、式中，为第一调整速率，为目标出力，为第一出力，为虚拟转速，为转速步进量；

20、所述增大所述虚拟导叶开度，包括：

21、获取第一开度步进量以及第二调整速率；

22、根据第二公式、所述虚拟导叶开度、所述第一开度步进量以及所述第二调整速率调整所述虚拟导叶开度，其中，所述第二公式为：

23、

24、式中，为第二调整速率，为效率队列中的第个元素，为效率队列中元素的总数量，为小于开度调整阈值的初始值，为虚拟导叶开度，为第一开度步进量。

25、在一种可能实现的方式中，所述水轮机组出力模型基于神经网络模型构建基本模型，所述基本模型包括：输入端、对应工作流量输出的第一输出端以及对应水轮机组出力的第二输出端，所述水轮机组出力模型基于多个实验数据集对所述基本进行训练获得，包括：

26、获取多个实验数据集，其中，实验数据集包括：实验水头、实验导叶开度、水轮机组实验转速、实验流量以及水轮机组实验出力；

27、将所述多个实验数据集中每个实验数据集的实验水头、实验导叶开度以及实验转速输入到所述基本模型，获取所述第一输出端的输出以及所述第二输出端的输出；

28、根据所述第一输出端的输出与实验流量确定模型的第一残差，根据所述第二输出端的输出与实验出力确定模型的第二残差；

29、若所述第一残差大于第一阈值，则根据所述第一残差调整所述基本模型的参数；

30、若所述第二残差大于第二阈值，则根据所述第二残差调整所述基本模型的参数；

31、若所述第一残差小于等于第一阈值且所述第二残差小于等于第二阈值，则将所述基本模型作为水轮机组出力模型。

32、在一种可能实现的方式中，所述以第一导叶开度为开度约束，以所述目标出力以及所述最佳转速为控制目标，调整水轮机组的励磁以及导叶开度，包括：

33、以第一导叶开度为开度约束，以所述目标出力为控制目标，根据第三公式调整导叶开度，其中，所述第三公式为：

34、

35、式中，为导叶在时刻的开度，为第一导叶开度，为第一开度系数，为第二开度系数，为第三开度系数，为水轮机组在时刻的出力偏差，为目标出力，为水轮机组在时刻的出力，为拉普拉斯算子；

36、以所述最佳转速为控制目标，根据第四公式调整水轮机组的励磁，其中，所述第四公式为：

37、

38、式中，为水轮机组的励磁，为第一励磁系数，为第二励磁系数，为第三励磁系数，为水轮机组在时刻的转速偏差，为最佳转速，为水轮机组在时刻的转速。

39、在一种可能实现的方式中，所述以所述目标出力为控制目标，通过调整导叶开度的方式优化工作流量，包括：

40、获取第二开度步进量以及第一工作流量，其中，所述第一工作流量为当前的工作流量；

41、根据所述第二开度步进量调整导叶开度；

42、出力调整步骤：以所述目标出力为控制目标，调整水轮机组的励磁；

43、获取第二工作流量，其中，所述第二工作流量为水轮机组的出力与所述目标出力的偏差小于稳态阈值时的工作流量；

44、根据第五公式、所述第一工作流量以及所述第二工作流量，调整导叶开度，其中，所述第五公式为：

45、

46、式中，为导叶开度，为扰动系数，为优化系数，为第一工作流量，为第二工作流量，为第二开度步进量；

47、将所述第二工作流量作为所述工作第一流量，并跳转至所述出力调整步骤。

48、在一种可能实现的方式中，所述以所述目标出力为控制目标，调整水轮机组的励磁，包括：

49、以所述目标出力为控制目标，根据第六公式调整水轮机组的励磁，其中，所述第六公式为：

50、

51、式中，为水轮机组的励磁，为第四励磁系数，为第五励磁系数，为第六励磁系数，为水轮机组在时刻的出力偏差，为目标出力，为水轮机组在时刻的出力，为拉普拉斯算子。

52、第二方面，本发明实施方式提供了一种变速抽水蓄能机组寻优控制装置，用于实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述的变速抽水蓄能机组寻优控制方法，所述变速抽水蓄能机组寻优控制装置包括：

53、目标出力获取模块，用于获取目标出力；

54、最佳工作点确定模块，用于根据工作水头、水轮机组出力模型以及所述目标出力，确定对应所述目标出力的最佳转速以及最佳导叶开度，其中，所述水轮机组出力模型根据工作水头、导叶开度以及水轮机组转速确定工作流量以及水轮机组出力；水轮机组在最佳转速以及最佳导叶开度时，输出所述目标出力所需的工作流量最小；

55、工作点控制模块，用于以第一导叶开度为开度约束，以所述目标出力以及所述最佳转速为控制目标，调整水轮机组的励磁以及导叶开度，其中，所述第一导叶开度根据所述最佳导叶开度确定；

56、以及，

57、寻优模块模块，用于以所述目标出力为控制目标，通过调整导叶开度的方式优化工作流量。

58、第三方面，本发明实施方式提供了一种终端，包括存储器以及处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述方法的步骤。

59、第四方面，本发明实施方式提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述方法的步骤。

60、本发明实施方式与现有技术相比存在的有益效果是：

61、本发明变速抽水蓄能机组寻优控制方法实施方式，其首先获取目标出力；然后，根据工作水头、水轮机组出力模型以及所述目标出力，确定对应所述目标出力的最佳转速以及最佳导叶开度，其中，所述水轮机组出力模型根据工作水头、导叶开度以及水轮机组转速确定工作流量以及水轮机组出力，水轮机组在最佳转速以及最佳导叶开度时，输出所述目标出力所需的工作流量最小；接着，以第一导叶开度为开度约束，以所述目标出力以及所述最佳转速为控制目标，调整水轮机组的励磁以及导叶开度，其中，所述第一导叶开度根据所述最佳导叶开度确定；最后，以所述目标出力为控制目标，通过调整导叶开度的方式优化工作流量。本发明实施方式，由于通过模型寻找最佳工作点，因此，出力响应迅速。通过持续调整导叶开度，使得水轮机组始终维持在最优工作点

62、本发明实施方式，根据水轮机组出力模型，获取最佳导叶开度以及最佳转速，在通过模型寻找最佳工作点时，在距离目标值较远时，可以以大调整量进行调整，因此，可以加快找到目标值的速度。在距离目标值较近时，可以小调整量调整，最后模型输出的出力指示值与目标值偏差更小，精度更高。

63、本发明实施方式，对于励磁控制和开度控制，加入微分环节，可以减少系统惯性带来的滞后作用，响应更迅速，稳态波动小。

64、在追踪到通过模型获取的最佳工作点后，再通过在导叶开度上加扰动量，使得水轮机组在最优工作点附近波动，可以有效避免引工作环境变化，例如水头变化时，水轮机组偏离最优工作点，在选择合适的开度步进量时，还可以避免陷入局部最优的问题。