[发明专利]一种水力耦合条件水电机群动态特性的仿真方法及系统

说明书

本发明提供一种水力耦合条件水电机群动态特性的仿真方法及系统，包括：水轮机模型、调速器模型、引水系统模型以及发电机与负载模型；水轮机模型基于水轮机的导叶开度信号、发电机的转速信号以及水轮机的水头信号确定水轮机的流量信号和力矩信号；调速器模型基于发电机的转速信号确定水轮机的导叶开度信号；引水系统模型基于水轮机的流量信号确定水轮机的水头信号；发电机与负载模型基于水轮机的力矩信号确定发电机的转速信号；水电机群包括：引水系统、多台水轮机以及与之配套的发电机和调速器。本发明可以仿真水力耦合条件下水电机群在各种工况条件下的动态特性，能够方便显示和提取各状态量的时域波形，以分析系统的动态特性。

技术领域

本发明属于水力发电技术领域，更具体地，涉及一种水力耦合条件水电机群动态特性的仿真方法及系统。

背景技术

水电机组是电网中具有灵活调节能力的电源，具有强烈的非线性和非最小相位特性。同时，水轮机调节系统是包含水-机-电耦合作用的复杂系统，机组本身及机组间的水力动态会影响电力系统的稳定性。因此，为准确模拟水电机组在调节过程中的水力动态，需要建立详细的水电机群非线性数学模型。

在现有的模型中，水力系统动态一般采用特征线法求解。为了实现水力系统和水电机组的仿真，通常以纯代码的形式实现整个系统过渡过程的计算。这样做一方面不利于系统的拓展和移植，另一方面系统可视化程度不高，增加了代码修改的难度。所以，需要开发各子系统的模型封装技术，并在此基础上搭建系统的整体仿真平台。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种水力耦合条件水电机群动态特性的仿真方法及系统，旨在解决现有模型可视化程度低和无法准确模拟水电机组在调节过程中的水力动态过程的问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种水力耦合条件水电机群动态特性的仿真系统，包括：水轮机模型、调速器模型、引水系统模型以及发电机与负载模型；

所述水轮机模型基于水轮机的导叶开度信号、发电机的转速信号以及水轮机的水头信号确定水轮机的流量信号和力矩信号；

所述调速器模型基于发电机的转速信号确定水轮机的导叶开度信号；

所述引水系统模型基于水轮机的流量信号确定水轮机的水头信号；

所述发电机与负载模型基于水轮机的力矩信号确定发电机的转速信号；所述水电机群包括：引水系统、多台水轮机以及与之配套的发电机和调速器。

在一个可选的示例中，所述水轮机模型，包括修正的流量特性神经网络和修正的力矩特性神经网络；

所述修正的流量特性神经网络和修正的力矩特性神经网络均由多项式函数和标准BP神经网络构成；所述多项式函数用以对相应的标准BP神经网络的输入和输出端口进行修正；所述修正的流量特性神经网络和修正的力矩特性神经网络的结构通过试错法确定，参数通过训练确定；

所述修正的流量特性神经网络和修正的力矩特性神经网络的输入信号均为水轮机的导叶开度信号、发电机的转速信号以及水轮机的水头信号；所述修正的流量特性神经网络的输出信号为水轮机的流量信号，所述修正的力矩特性神经网络的输出信号为水轮机的力矩信号。

在一个可选的示例中，所述引水系统模型包括各种不同性质的水力元件子模型，如上游水库子模型、下游水库子模型、调压室子模型、压力管道子模型、分岔管子模型以及汇合管子模型；对于各个水力元件子模型，其输入为上游与其连接的水力元件节点或末端的上一时刻的水头和流量，以及下游与其连接的水力元件节点或始端的上一时刻的水头和流量，输出为其端点或节点处的当前时刻的水头和流量；

其中：上游水库子模型和下游水库子模型均假设水库水位不变；

压力管道子模型采用基于特征线法的非线性模型，其数学表达式为：