本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)中心供電，具體為基于數(shù)據(jù)中心飛輪儲能系統(tǒng)的暫態(tài)電壓治理控制方法。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代信息技術(shù)飛速發(fā)展的當下，數(shù)據(jù)中心作為信息存儲、處理和傳輸?shù)年P(guān)鍵樞紐，其規(guī)模與重要性與日俱增。數(shù)據(jù)中心內(nèi)電子設備密集，對供電可靠性和電能質(zhì)量要求極高。一旦供電出現(xiàn)問題，哪怕是短暫的電壓波動，都可能導致設備故障、數(shù)據(jù)丟失，給企業(yè)和社會帶來巨大損失。

2、暫態(tài)電壓問題是數(shù)據(jù)中心供電面臨的一大挑戰(zhàn)。電力系統(tǒng)中存在諸多復雜因素，如電網(wǎng)短路故障、大容量設備啟停、雷擊等，這些都會引發(fā)暫態(tài)電壓波動。當電網(wǎng)發(fā)生短路故障時，瞬間的電流變化會使供電母線電壓急劇下降，影響數(shù)據(jù)中心設備的正常運行。而大容量設備的啟動，會在短時間內(nèi)汲取大量電流，造成電壓暫降；設備停止運行時，又可能引起電壓暫升。雷擊等自然災害也會對電網(wǎng)造成沖擊，進而影響數(shù)據(jù)中心的供電電壓穩(wěn)定性。

3、傳統(tǒng)的電壓治理手段，如采用靜態(tài)無功補償裝置（svc）和靜止同步補償器（statcom），在應對暫態(tài)電壓問題時存在一定局限性。svc響應速度相對較慢，難以在電壓快速波動的瞬間做出及時有效的補償。statcom雖然響應速度較快，但在處理復雜暫態(tài)工況時，其控制策略可能無法精準適應，導致補償效果不佳。而且，這些傳統(tǒng)裝置在面對數(shù)據(jù)中心負荷快速變化的特性時，無法靈活調(diào)整自身工作狀態(tài)，難以滿足數(shù)據(jù)中心對暫態(tài)電壓高質(zhì)量治理的需求。

4、飛輪儲能系統(tǒng)作為一種新型儲能技術(shù)，在數(shù)據(jù)中心供電領域展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢。它具有響應速度快、充放電效率高、使用壽命長等特點，能夠在暫態(tài)電壓波動時快速釋放或吸收能量，為數(shù)據(jù)中心提供穩(wěn)定的電能支持。然而，目前飛輪儲能系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心的應用中，其控制策略還不夠完善。現(xiàn)有的控制方法往往難以準確采集和分析數(shù)據(jù)中心供電母線的各類信號，無法精準判斷暫態(tài)電壓的特征和變化趨勢。在評估飛輪儲能系統(tǒng)對暫態(tài)電壓的治理效果時，也缺乏有效的評估體系和精確的控制參數(shù)優(yōu)化方法，導致飛輪儲能系統(tǒng)無法充分發(fā)揮其優(yōu)勢，不能很好地解決數(shù)據(jù)中心暫態(tài)電壓問題。因此，研發(fā)一種高效、精準的基于數(shù)據(jù)中心飛輪儲能系統(tǒng)的暫態(tài)電壓治理控制方法迫在眉睫。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供基于數(shù)據(jù)中心飛輪儲能系統(tǒng)的暫態(tài)電壓治理控制方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于數(shù)據(jù)中心飛輪儲能系統(tǒng)的暫態(tài)電壓治理控制方法，所述方法包括：

3、采集數(shù)據(jù)中心供電母線的三相電壓信號、電流信號、頻率信號、飛輪儲能系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速信號和儲能功率信號，并計算得到暫態(tài)電壓特征矩陣；

4、對所述暫態(tài)電壓特征矩陣進行動態(tài)閾值量化，生成動態(tài)參數(shù)矩陣，并構(gòu)建多層級聯(lián)評估網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)進行電壓暫態(tài)評估，生成儲能控制評估參數(shù)；

5、根據(jù)所述儲能控制評估參數(shù)建立暫態(tài)約束函數(shù)，并計算得到飛輪儲能系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定邊界；

6、依據(jù)所述暫態(tài)電壓特征矩陣和所述動態(tài)穩(wěn)定邊界進行儲能控制參數(shù)迭代優(yōu)化，得到飛輪儲能功率調(diào)節(jié)序列。

7、優(yōu)選的，所述采集數(shù)據(jù)中心供電母線的三相電壓信號、電流信號、頻率信號、飛輪儲能系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速信號和儲能功率信號，并計算得到暫態(tài)電壓特征矩陣，包括：

8、對供電母線的三相電壓信號、電流信號、頻率信號、飛輪儲能系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速信號和儲能功率信號進行同步采樣，生成暫態(tài)觀測數(shù)據(jù)矩陣；

9、對所述暫態(tài)觀測數(shù)據(jù)矩陣進行區(qū)間歸一化處理，得到歸一化數(shù)據(jù)矩陣，并基于協(xié)方差分析對所述歸一化數(shù)據(jù)矩陣進行計算，生成動態(tài)擾動特征矩陣的初始元素值；

10、對所述動態(tài)擾動特征矩陣的初始元素值進行相位補償，通過引入動態(tài)修正系數(shù)進行調(diào)諧，生成修正后的動態(tài)擾動特征矩陣；

11、基于特征融合算法對所述修正后的動態(tài)擾動特征矩陣與系統(tǒng)響應矩陣進行耦合分析，生成擾動響應矩陣，并對所述擾動響應矩陣進行多維度優(yōu)化計算，生成不同工況下的暫態(tài)電壓特征矩陣。

12、優(yōu)選的，所述對所述暫態(tài)電壓特征矩陣進行動態(tài)閾值量化，生成動態(tài)參數(shù)矩陣，并構(gòu)建多層級聯(lián)評估網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)進行電壓暫態(tài)評估，生成儲能控制評估參數(shù)，包括：

13、對所述暫態(tài)電壓特征矩陣進行分段量化配置，生成量化區(qū)間參數(shù)，并基于所述量化區(qū)間參數(shù)對所述暫態(tài)電壓特征矩陣中的暫態(tài)特征信息進行動態(tài)閾值設定，生成動態(tài)閾值矩陣；

14、將所述暫態(tài)電壓特征矩陣中的暫態(tài)特征信息按照所述動態(tài)閾值矩陣進行多段劃分處理，生成分段特征矩陣；

15、對所述分段特征矩陣進行滯環(huán)量化處理，并設定動態(tài)保持區(qū)間，生成量化特征矩陣；

16、將所述量化特征矩陣通過滯環(huán)濾波器進行高頻噪聲抑制，生成平滑特征矩陣，并對所述平滑特征矩陣進行標準化轉(zhuǎn)換，生成動態(tài)參數(shù)矩陣；

17、基于所述動態(tài)參數(shù)矩陣，構(gòu)建多層級聯(lián)評估網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，并對所述飛輪儲能系統(tǒng)的電壓暫態(tài)狀態(tài)進行實時評估，生成儲能控制評估參數(shù)。

18、優(yōu)選的，所述基于所述動態(tài)參數(shù)矩陣，構(gòu)建多層級聯(lián)評估網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，并對所述飛輪儲能系統(tǒng)的電壓暫態(tài)狀態(tài)進行實時評估，生成儲能控制評估參數(shù)，包括：

19、將所述動態(tài)參數(shù)矩陣劃分為控制特征矩陣和評估特征矩陣；

20、基于所述控制特征矩陣構(gòu)建控制網(wǎng)絡，所述控制網(wǎng)絡包括輸入層、隱藏層和輸出層，其中輸入層包含5個神經(jīng)元，對應電壓、電流、頻率、轉(zhuǎn)速和功率信號，隱藏層采用分段線性激活函數(shù)，輸出層生成控制指令值，得到控制網(wǎng)絡輸出數(shù)據(jù)；

21、基于所述評估特征矩陣構(gòu)建評估網(wǎng)絡，所述評估網(wǎng)絡包括輸入層、隱藏層和輸出層，其中輸入層接收所述控制網(wǎng)絡輸出數(shù)據(jù)，隱藏層采用s型激活函數(shù)，輸出層生成狀態(tài)評估值，得到評估網(wǎng)絡輸出數(shù)據(jù)；

22、對所述控制網(wǎng)絡和所述評估網(wǎng)絡進行聯(lián)合訓練，生成多層級聯(lián)評估網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，并對所述多層級聯(lián)評估網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)進行誤差函數(shù)計算和網(wǎng)絡適應性分析，生成網(wǎng)絡評估結(jié)果；

23、基于所述網(wǎng)絡評估結(jié)果對所述多層級聯(lián)評估網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中的控制網(wǎng)絡和評估網(wǎng)絡進行動態(tài)參數(shù)更新，通過梯度優(yōu)化算法調(diào)整網(wǎng)絡權(quán)重，生成儲能控制評估參數(shù)。

24、優(yōu)選的，所述根據(jù)所述儲能控制評估參數(shù)建立暫態(tài)約束函數(shù)，并計算得到飛輪儲能系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定邊界，包括：

25、對所述儲能控制評估參數(shù)進行對稱正定矩陣構(gòu)造，通過非線性轉(zhuǎn)換生成暫態(tài)狀態(tài)矩陣；

26、基于所述暫態(tài)狀態(tài)矩陣設計動態(tài)積分項，對狀態(tài)變量進行分段函數(shù)運算，生成動態(tài)約束項，并將所述暫態(tài)狀態(tài)矩陣和所述動態(tài)約束項組合構(gòu)建能量狀態(tài)約束函數(shù)，生成暫態(tài)約束函數(shù)；

27、對所述暫態(tài)約束函數(shù)的時域?qū)?shù)進行計算，生成導數(shù)分析結(jié)果，并將所述導數(shù)分析結(jié)果與狀態(tài)向量的模值進行比較運算，生成暫態(tài)約束條件；

28、根據(jù)所述暫態(tài)約束條件對所述飛輪儲能系統(tǒng)的額定運行區(qū)間進行分區(qū)，并設定動態(tài)穩(wěn)定性系數(shù)，生成約束范圍，并基于所述約束范圍進行邊界分析，生成飛輪儲能系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定邊界。

29、優(yōu)選的，所述依據(jù)所述暫態(tài)電壓特征矩陣和所述動態(tài)穩(wěn)定邊界進行儲能控制參數(shù)迭代優(yōu)化，得到飛輪儲能功率調(diào)節(jié)序列，包括：

30、根據(jù)所述暫態(tài)電壓特征矩陣構(gòu)建控制權(quán)重矩陣和誤差補償矩陣，并將所述控制權(quán)重矩陣和所述誤差補償矩陣代入動態(tài)規(guī)劃函數(shù)，生成優(yōu)化目標函數(shù)；

31、對所述優(yōu)化目標函數(shù)施加功率調(diào)節(jié)約束條件和功率變化率限制條件，并將所述動態(tài)穩(wěn)定邊界轉(zhuǎn)換為能量導數(shù)約束，生成優(yōu)化約束條件；

32、將所述優(yōu)化目標函數(shù)和所述優(yōu)化約束條件輸入在線迭代求解器，計算離散時序下的調(diào)節(jié)參數(shù)，生成調(diào)節(jié)參數(shù)初始序列；

33、對所述調(diào)節(jié)參數(shù)初始序列進行自適應步長設定，并結(jié)合飛輪儲能系統(tǒng)的運行模式進行變化率約束處理，生成飛輪儲能功率調(diào)節(jié)序列。

34、優(yōu)選的，所述方法還包括：

35、對所述飛輪儲能功率調(diào)節(jié)序列進行信號轉(zhuǎn)換，生成驅(qū)動控制信號，并對所述驅(qū)動控制信號進行增益放大，生成儲能執(zhí)行信號；

36、根據(jù)數(shù)據(jù)中心的負載需求計算目標電壓補償量，并對供電母線電壓進行實時監(jiān)測，生成電壓采樣數(shù)據(jù)；

37、對所述電壓采樣數(shù)據(jù)與所述目標電壓補償量進行偏差計算，生成電壓偏差值，并將所述電壓偏差值與預設的調(diào)節(jié)閾值進行對比，生成偏差判定結(jié)果；

38、基于所述偏差判定結(jié)果對調(diào)節(jié)參數(shù)進行動態(tài)修正，生成更新后的調(diào)節(jié)參數(shù)，并對所述更新后的調(diào)節(jié)參數(shù)進行功率序列轉(zhuǎn)換，通過飛輪特性映射將調(diào)節(jié)參數(shù)轉(zhuǎn)換為功率調(diào)節(jié)值，生成新的功率調(diào)節(jié)序列；

39、將所述新的功率調(diào)節(jié)序列輸入飛輪儲能控制器進行閉環(huán)調(diào)節(jié)，對儲能功率進行動態(tài)調(diào)整，完成供電母線電壓的暫態(tài)治理。

40、優(yōu)選的，本發(fā)明還包括一種基于數(shù)據(jù)中心飛輪儲能系統(tǒng)的暫態(tài)電壓治理控制系統(tǒng)，用于實現(xiàn)上述基于數(shù)據(jù)中心飛輪儲能系統(tǒng)的暫態(tài)電壓治理控制方法的步驟，所述系統(tǒng)包括：

41、采集單元，用于采集數(shù)據(jù)中心供電母線的三相電壓信號、電流信號、頻率信號、飛輪儲能系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速信號和儲能功率信號，并計算得到暫態(tài)電壓特征矩陣；

42、評估單元，用于對所述暫態(tài)電壓特征矩陣進行動態(tài)閾值量化，生成動態(tài)參數(shù)矩陣，并構(gòu)建多層級聯(lián)評估網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)進行電壓暫態(tài)評估，生成儲能控制評估參數(shù)；

43、計算單元，用于根據(jù)所述儲能控制評估參數(shù)建立暫態(tài)約束函數(shù)，并計算得到飛輪儲能系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定邊界；

44、迭代優(yōu)化單元，用于依據(jù)所述暫態(tài)電壓特征矩陣和所述動態(tài)穩(wěn)定邊界進行儲能控制參數(shù)迭代優(yōu)化，得到飛輪儲能功率調(diào)節(jié)序列。

45、優(yōu)選的，所述采集單元包括：

46、同步采樣模塊，用于對供電母線的三相電壓信號、電流信號、頻率信號、飛輪儲能系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速信號和儲能功率信號進行多通道同步采集；

47、歸一化處理模塊，用于對采集的暫態(tài)觀測數(shù)據(jù)矩陣進行區(qū)間歸一化處理，消除量綱差異；

48、協(xié)方差分析模塊，用于基于協(xié)方差分析計算動態(tài)擾動特征矩陣的初始元素值；

49、相位補償模塊，用于對初始元素值進行動態(tài)相位補償和修正系數(shù)調(diào)諧；

50、耦合分析模塊，用于通過特征融合算法生成擾動響應矩陣并進行多維度優(yōu)化。

51、優(yōu)選的，所述迭代優(yōu)化單元包括：

52、權(quán)重配置模塊，用于根據(jù)暫態(tài)電壓特征矩陣構(gòu)建控制權(quán)重矩陣和誤差補償矩陣；

53、約束轉(zhuǎn)換模塊，用于將動態(tài)穩(wěn)定邊界轉(zhuǎn)換為能量導數(shù)約束；

54、在線求解模塊，用于通過在線迭代求解器計算離散時序下的調(diào)節(jié)參數(shù)；

55、自適應處理模塊，用于設定自適應步長并結(jié)合運行模式進行變化率約束處理。

56、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

57、在數(shù)據(jù)采集與分析層面，通過同步采樣供電母線的三相電壓信號、電流信號、頻率信號以及飛輪儲能系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速信號和儲能功率信號，并進行一系列復雜的數(shù)據(jù)處理，如區(qū)間歸一化、協(xié)方差分析、相位補償?shù)?，最終生成暫態(tài)電壓特征矩陣。這種全面且精確的數(shù)據(jù)處理方式，能夠深度挖掘數(shù)據(jù)中的關(guān)鍵信息，準確反映暫態(tài)電壓的實際情況。相比傳統(tǒng)簡單的數(shù)據(jù)采集方法，本發(fā)明獲取的數(shù)據(jù)特征更豐富、更準確，為后續(xù)的控制決策提供了堅實可靠的依據(jù)，大幅提高了對暫態(tài)電壓波動的感知精度。

58、在電壓暫態(tài)評估環(huán)節(jié)，構(gòu)建多層級聯(lián)評估網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，對暫態(tài)電壓特征矩陣進行動態(tài)閾值量化等操作后生成儲能控制評估參數(shù)。該網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)采用不同的激活函數(shù)分別構(gòu)建控制網(wǎng)絡和評估網(wǎng)絡，經(jīng)過聯(lián)合訓練和動態(tài)參數(shù)更新，能夠?qū)崟r、精準地評估飛輪儲能系統(tǒng)的電壓暫態(tài)狀態(tài)。與傳統(tǒng)評估方法相比，它能夠更全面地考慮系統(tǒng)運行中的各種因素，更敏銳地捕捉暫態(tài)電壓的細微變化，從而為儲能系統(tǒng)的控制提供更具針對性和前瞻性的指導，顯著提升了暫態(tài)電壓評估的準確性和及時性。

59、計算飛輪儲能系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定邊界是本發(fā)明的關(guān)鍵優(yōu)勢之一。通過對儲能控制評估參數(shù)進行一系列復雜運算，建立暫態(tài)約束函數(shù)，進而確定系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定邊界。這一過程充分考慮了系統(tǒng)的各種運行條件和約束，為飛輪儲能系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供了明確的界限。在實際運行中，系統(tǒng)可以根據(jù)這個動態(tài)穩(wěn)定邊界，合理調(diào)整運行參數(shù)，避免因過度充放電或其他不當操作導致系統(tǒng)失穩(wěn)，有效保障了飛輪儲能系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，降低了系統(tǒng)故障風險。

60、在儲能控制參數(shù)優(yōu)化方面，依據(jù)暫態(tài)電壓特征矩陣和動態(tài)穩(wěn)定邊界進行迭代優(yōu)化，得到飛輪儲能功率調(diào)節(jié)序列。通過構(gòu)建控制權(quán)重矩陣和誤差補償矩陣，結(jié)合動態(tài)規(guī)劃函數(shù)生成優(yōu)化目標函數(shù)，并施加多種約束條件，使優(yōu)化結(jié)果更符合實際運行需求。這種優(yōu)化方法能夠根據(jù)不同的暫態(tài)電壓工況，快速、精準地調(diào)整飛輪儲能系統(tǒng)的功率輸出，實現(xiàn)對暫態(tài)電壓的有效治理。在面對電壓暫降時，能夠迅速增加儲能系統(tǒng)的放電功率，提升母線電壓；在電壓暫升時，則及時吸收多余能量，穩(wěn)定電壓。與傳統(tǒng)控制方法相比，大大提高了儲能系統(tǒng)的響應速度和控制精度，有效減少了暫態(tài)電壓波動對數(shù)據(jù)中心設備的影響，保障了數(shù)據(jù)中心設備的正常運行，降低了因電壓問題導致的數(shù)據(jù)丟失和設備損壞風險。

61、此外，本發(fā)明還設置了閉環(huán)調(diào)節(jié)機制。通過對飛輪儲能功率調(diào)節(jié)序列進行信號轉(zhuǎn)換、增益放大，根據(jù)數(shù)據(jù)中心負載需求計算目標電壓補償量，并實時監(jiān)測供電母線電壓，對比電壓偏差值與預設調(diào)節(jié)閾值，動態(tài)修正調(diào)節(jié)參數(shù)，實現(xiàn)對儲能功率的動態(tài)調(diào)整。這種閉環(huán)調(diào)節(jié)機制能夠使系統(tǒng)根據(jù)實際運行情況不斷優(yōu)化控制策略，進一步提高暫態(tài)電壓治理的效果和系統(tǒng)的自適應能力，確保數(shù)據(jù)中心供電始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。