[发明专利]基于相对增益阵列的多机水电站机组间交互影响分析方法

权利要求书

1.基于相对增益阵列的多机水电站机组间交互影响分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：获取多机水电站耦合水力系统模型等效参数；

其中所述模型等效参数包括引水隧洞水体惯性时间常数T_wc，调压室惯性时间常数C_s，主压力管道水体惯性时间常数T_wp，各分支压力管道水体惯性时间常数T_wp1，T_wp2，～，T_wpn；

步骤2：构建水电站多机耦合发电系统整体状态方程模型；

其中所述构建水电站多机耦合发电系统整体状态方程模型，包括构建耦合水力系统状态方程模型、构建水力发电机组状态方程模型、联立合并耦合水力系统状态方程模型和水力发电机组状态方程模型为水电站多机耦合发电系统整体状态方程模型；

所述耦合水力系统状态方程模型为：

其中Δq_c为引水隧洞的流量偏差，Δh_s调压室节点处的水头偏差，Δq_p1、Δq_p2、…、Δq_pn分别为各分支压力管道的流量偏差，Δh_p1、Δh_p2、…、Δh_pn则分别为各分支压力管道出口处的水头偏差；传递矩阵M由参数T_wc，C_s，T_wp，T_wpn构成；将状态方程(1)中各状态变量按照不同水力部件所属进行分块，为传递矩阵M对应的分块矩阵；

步骤3：水电站多机耦合发电系统机组间交互影响分析。

2.根据权利要求1所述的基于相对增益阵列的多机水电站机组间交互影响分析方法，其特征在于：所述水力发电机组状态方程模型包括水轮机特性方程和发电机状态方程，其中所述水轮机特性方程为：

所述发电机状态方程为：

其中Δq_pi为各水轮机流量；ΔP_i^m为各水轮机机械力矩；Δh_pi为各水轮机蜗壳入口，也即各分支压力管道出口处的水压；ΔY_i为各水轮机导叶开度；Δω_i为各机组转速；a₁₁～a₂₃为水轮机特性线性化系数，其根据水轮机工作平衡点(h₀,q₀,ω₀,Y₀)在其综合特性曲线上的位置求得；变量Δu_i、ΔP_i^e分别为各机组调速系统控制信号，水轮机电磁功率；参数T_yi、H_ti、e_gi分别为各机组导叶接力器惯性时间常数、机组转动惯性时间常数以及发电机阻尼系数。

3.根据权利要求2所述的基于相对增益阵列的多机水电站机组间交互影响分析方法，其特征在于：所述联立合并耦合水力系统状态方程模型和水力发电机组状态方程模型为水电站多机耦合发电系统整体状态方程模型，是将式(3)中各机组导叶开度ΔY_i及转速Δω_i选取为状态变量，并与式(1)所示状态方程合并，由式(2)中变量的代数关系消去Δh_pi及ΔP_i^m，得最终的系统整体状态方程表达形式，如式(4)所示：

其中，状态向量x＝[Δq_c,Δh_s,Δq_pi,ΔY_i,Δω_i]，系统输出y＝[Δωi,ΔP_i^m]，系统输入则为各机组的电磁功率扰动ΔP^e＝[ΔP_i^e]，及各机组调速系统控制信号Δu＝[Δu_i]；A、B、C、D、E、F为对应系数矩阵。

4.根据权利要求3所述的基于相对增益阵列的多机水电站机组间交互影响分析方法，其特征在于：步骤3所述水电站多机耦合发电系统机组间交互影响分析，包括稳态交互影响分析和动态交互影响分析；具体实现过程是将步骤2中所得水电站多机耦合发电系统整体状态方程模型改写为传递函数矩阵形式，如式(5)：

G(s)＝C(sI-A)^-1[B E]+[D F] (5)

其中s为传递函数算子；I为单位矩阵；

运用相对增益阵列RGA方法对上述传递矩阵进行RGA计算，如式(6)所示：

RGA(G(jω))＝G(jω)×(G(jω)^-1)^T (6)

其中符号“×”表示两矩阵的元素与元素相乘，即Hadamard乘积；当G为方阵时，RGA矩阵为方阵，若n≠m，则RGA为非方阵；

式(6)中的G(jω)^-1用矩阵的广义逆表示；式(6)中的ω在给定频率范围内取值即可得到系统在频域内RGA取值，ω＝0对应系统稳态下的RGA，ω≠0对应系统动态下的RGA。