[发明专利]水轮机调节系统的建模方法

说明书

本发明公开一种水轮机调节系统的建模方法，适用于水轮机调节系统的孤岛模式，所述建模方法包括：使用基于开度滞环的变时间常数方法搭建执行机构模型，以实现执行机构分段关闭特性的模拟。还包括利用分段函数搭建水轮机模型，以实现全负荷段水轮机开度与功率非线性特性的模拟。该建模方法构建的模型结构简单、清晰，能够使调速器模型、执行结构模型和水轮机模型更接近实际，不仅可以实现孤岛电力系统频率的快速、无差调节，还可以在全负荷段实现水轮机开度与功率曲线非线性的模拟，使仿真结果更接近实际曲线。

技术领域

本发明属于水轮机发电控制领域，尤其涉及一种水轮机调节系统的建模方法。

背景技术

IEEE1547.1对孤岛系统的定义如下：一个本地电力系统或若干个本地电力系统经公共连接点联结，且和其余电力系统在电气上分离的一种电网运行状态。其基本特点是电压和频率的波动范围较大，受负荷运行的影响较为明显，多数运行在低压、低频范围。

当大型水电站与直流换流站构成送端孤岛系统时，若孤岛系统发生直流闭锁、交流线路短路故障等大扰动，孤岛系统内电压、频率将出现大幅波动，此时水轮机调速系统与发电机励磁系统的响应将直接影响孤岛系统的暂态特性。

目前，仿真计算过程中所采用的水电机组模型一般是根据常规的机组测试报告和典型的机电仿真模型所搭建，发明人发现：稳态或小扰动条件下该模型能够较为准确的反应机组的响应特性，但对严重故障(例如孤岛系统发生直流闭锁、交流线路短路故障等大扰动)情况下的机组响应情况模拟的并不准确，因此，有必要建立能反映实际设备运行状态的水轮机及其调速系统的精确仿真模型。

发明内容

本发明的目的是提供一种水轮机调节系统的建模方法，模型结构简单，并且更接近设备的实际运行情况。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种水轮机调节系统的建模方法，适用于水轮机调节系统的孤岛模式，所述建模方法包括：使用基于开度滞环的变时间常数方法搭建执行机构模型，以实现执行机构分段关闭特性的模拟。

具体地，所述使用基于开度滞环的变时间常数方法搭建执行机构模型，以实现执行机构分段关闭特性的模拟，包括：预设阀门开度的上限值和下限值；当阀门开度参考值小于所述下限值时，执行机构模型的关闭时间常数使用慢关时间常数；当所述阀门开度参考值大于上限值时，执行机构模型的关闭时间常数使用取快关时间常数；阀门开度参考值乘以对应的关闭时间常数，通过积分环节得到实际阀门开度值。

进一步地，所述的建模方法，还包括：利用分段函数搭建水轮机模型，以实现全负荷段水轮机开度与功率非线性特性的模拟。

具体地，所述利用分段函数搭建水轮机模型，以实现全负荷段水轮机开度与功率非线性特性的模拟，包括：将水轮机的全负荷曲线划分为若干阶段；为不同的负荷阶段选择不同的水轮机模型的比例系数，其中，为高负荷阶段选择的所述水轮机模型的比例系数大于为低负荷阶段选择的所述水轮机模型的比例系数；实际阀门开度值乘以对应的水轮机模型的比例系数，并乘以理想水轮机传递函数得到机械功率值并输出。

优选地，水轮机的全负荷曲线划分为低负荷段、额定负荷段和高负荷段；在所述低负荷段使用第一比例系数，在所述额定负荷段使用额定比例系数，在所述高负荷段使用第二比例系数，所述第一比例系数小于所述额定比例系数，所述第二比例系数大于所述额定比例系数。

本发明还提供一种水轮机调节系统的仿真装置，适用于水轮机调节系统的孤岛模式，所述仿真装置包括第一建模模块，所述第一建模模块使用基于开度滞环的变时间常数方法搭建执行机构模型，以实现执行机构分段关闭特性的模拟。