[发明专利]一种水电机组经直流送出系统的调速器参数整定方法

说明书

本发明公开了一种水电机组经直流送出系统的调速器参数整定方法，包括：建立水轮机调速器稳定性分析模型；得出发电机及其外部系统的传递函数，水轮机线性化模型的传递函数和调速器线性化模型的传递函数；求出水轮机调速器稳定性分析模型对应的闭环传递函数以及调速系统的闭环特征方程，然后利用劳斯稳定判据得到使调速系统稳定的暂态下降率取值范围以及缓冲时间常数取值范围；在使调速系统稳定的暂态下降率取值范围以及缓冲时间常数取值范围内进行时域仿真，得出水轮机调速器的最优参数。本发明采用了水轮机调速器稳定性分析模型，并结合劳斯稳定判据和时域仿真最终得到水轮机调速器的最优参数，鲁棒性更强。本发明可广泛应用于电力领域。

技术领域

本发明涉及电力领域，尤其是一种水电机组经直流送出系统的调速器参数整定方法。

背景技术

孤岛系统中，水轮机的水锤效应可能会导致调速器不稳定，进而引发低频振荡。而水电机组呈现负阻尼特性是导致低频振荡的主要原因。一般而言，水轮机和调速器在低频段会产生负阻尼，汽轮机本身的相位滞后较小，当调速器的相位滞后也很小时，在低频段会产生正阻尼。这些都和水轮机调速器的参数整定有关。

云南电网与南方电网主网异步联网后，云南电网高水电比例和直流外送负荷高占比的特点，与大型水电厂经直流孤岛送出系统非常相似，外部阻尼的降低和水轮机的水锤效应会在低频段产生较大的相位滞后，造成超低频振荡问题。异步联网的特性实验也证明，如果云南水电机组仍采用同步联网时的参数，将会造成振荡频率为0.05Hz，波动范围在49.9Hz～50.1Hz之间的持续超低频振荡，鲁棒性较弱。

在孤岛系统中，应对水轮机调速器负阻尼特性导致的低频振荡时，一般采取的解决方案是将发电机一次调频死区设置大于直流频率限制器(Frequency LimitController，FLC)死区，但这种方法并不适应于区域电网通过直流来实现的异步互联系统。因此，亟需从源头入手，提出一种水电机组经直流送出系统的调速器参数整定方法，在相应频段进行相位补偿以避免产生超低频振荡。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种鲁棒性强的水电机组经直流送出系统的调速器参数整定方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种水电机组经直流送出系统的调速器参数整定方法，其特征在于：包括以下步骤：

建立水轮机调速器稳定性分析模型；

根据水轮机调速器稳定性分析模型得出发电机及其外部系统的传递函数，水轮机线性化模型的传递函数和调速器线性化模型的传递函数；

根据发电机及其外部系统的传递函数，水轮机线性化模型的传递函数和调速器线性化模型的传递函数求出水轮机调速器稳定性分析模型对应的闭环传递函数以及调速系统的闭环特征方程，然后根据调速系统的闭环特征方程利用劳斯稳定判据得到使调速系统稳定的暂态下降率取值范围以及缓冲时间常数取值范围；

在使调速系统稳定的暂态下降率取值范围以及缓冲时间常数取值范围内进行时域仿真，得出水轮机调速器的最优参数。

进一步，所述发电机及其外部系统的传递函数G_d(s)的表达式为：其中，ΔP(s)为机械功率变化量与电磁功率变化量的差值，Δf(s)为频率变化量，T_M为发电机的惯性时间常数，D为发电机内部阻尼系数，K_f为外部阻尼系数，s为拉普拉斯算子。

进一步，所述水轮机线性化模型的传递函数G_ht(s)的表达式为：其中，T_w为水启动时间，s为拉普拉斯算子。

进一步，所述水轮机调速器为加速-缓冲型调速器，所述加速-缓冲型调速器线性化模型的传递函数G_gov(s)的表达式为：