CN102637222A - 透平机组与电网系统互联仿真方法 - Google Patents

Abstract

一种透平机组与电网系统互联仿真方法，将透平机组和电网系统仿真模型在同一台服务器上运行，透平机组与电网系统通过API接口进行数据交换，透平机组与电网系统根据双方约定的发电机属性表、母线属性表和开关属性表生成通讯点表，通过API接口进行数据交互，实现设备的操作及状态监视。本发明确定了两个子系统相互作用的方式以及输入和输出关系，在研究全系统问题时，能使这两个子系统呈现协调统一的一个整体。而在研究局部问题时，这两个系统也可以独自运行，以降低系统运行成本。本发明解决了机组仿真与电网仿真的相互作用及影响问题、提高平台电网仿真的精确性。

Description

透平机组与电网系统互联仿真方法

技术领域

本发明涉及一种互联仿真方法。特别是涉及一种能使透平机组与电网系统呈现协调统一的一个整体的透平机组与电网系统互联仿真方法。 

背景技术

透平发电机组仿真子系统仿真的范围包括了燃气轮机运行工况及其控制过程、发电机运行工况及其控制过程、以及润滑油等其它辅助系统的运行工况及其控制过程。其遵循和被仿真对象1：1的仿真设计原则，强调对过程的仿真。 

电网电磁暂态仿真子系统是建立在各种电气设备数学模型基础上的数字仿真，它强调的是各种运行方式下的各种电气量的内在规律，通常借助精确的数学模型和正确的计算方法，保证仿真计算的精度和速度。 

发电机组作为电力系统中的重要元件，担负着将其它能源转换为电能的重要任务。除了按满足功率守恒及电磁规律进行能量转换外，其生产的控制过程还涉及到许多方面，很难将其仿真纳入到电磁暂态过程中。 

迄今为止，国内外对发电机组和电网的仿真研究都是在不同的平台上分别进行的，这是由于陆上的电厂和电网各自的规模都比较大，而且实行“厂网分开”管理，从技术和使用方面都不具备联合仿真的条件。但是，海上平台系统规模远远小于陆上电力系统，而且发电、送电、配电和用电关系更加密切，因此，对其进行分析研究，应该也有条件采用“发电机组与电网联合仿真”的手段。但是，至今还没有针对海上平台的发电机组与电网联合仿真实验系统。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够解决机组仿真与电网仿真的相互作用及影响，提高平台电网仿真精确性的。 

本发明所采用的技术方案是：一种透平机组与电网系统互联仿真方法，将透平机组和电网系统仿真模型在同一台服务器上运行，透平机组与电网系统通过API接口进行数据交换，所述的透平机组与电网系统根据双方约定的发电机属性表、母线属性表和开关属性表生成通讯点表，通过API接口进行数据交互，实现设备的操作及状态监视。 

所述的电网系统仿真范围到机组各厂用负荷段母线和电气开关接口的划分；所述的透平机组侧负责送给电网系统侧机械功，包括发电机燃机、控制系统仿真和虚拟盘台实现，向电网系统侧发送开关的指令，电网系统侧负责电气系统计算、发电机励磁系统计算、电压电流输出，把设备的状态，发电机转速发送给透平机组侧；各厂用电母线下面的开关在透平机组侧仿真。 

所述的透平机组负责发送给电网系统侧燃机厂用电各负荷段总有功、无功；所述的电网 系统侧负责给透平机组侧提供各母线电压和各支路电流的有效值。 

励磁系统和应急发电机在电网系统侧仿真，透平机组侧负责向电网系统发送所述的励磁系统和应急发电机的指令，必要的反馈由电网系统送给透平机组。 

所述的负荷段母线包括有进线开关和联络开关。 

所述的各支路电流的有效值包括有A、B、C三相电压及正、负和零序电压和电流的有效值。 

透平机组与电网系统互联运行过程包括冲转和解列后的堕走过程。 

所述的电网系统采用DDRTS仿真系统进行仿真，在DDRTS的仿真过程中，电机采用经典派克方程描述的微分方程，其数值求解仍可采用梯形法，当原动机和发电机的转子视为一个刚体时，整个发电机组的转子运动方程如下： 

$\left\{\begin{array}{c}\frac{\mathrm{d\δ}}{\mathrm{dt}}=(\mathrm{\ω}-1)\·{\mathrm{\ω}}_0\\ \frac{\mathrm{d\ω}}{\mathrm{dt}}=\frac{1}{T_J}(P_m-P_e)\end{array}\right.$

式中： 

ω是转子相对于额定同步角速度的标么值， 

ω₀是有名值，额定同步角速度，单位为rad/s， 

Pm是原动机机械功率，Pe是发电机电磁功率, 

T_J是发电机组的惯性时间常数，单位为秒， 

δ是转子q轴与系统同步转速旋转参考轴之间的电角度，单位为弧度， 

t是有名值，表示时间, 

DDRTS仿真系统根据机械功计算出机组频率。 

所述的透平机组采用STAR-90系统通过API接口与电网系统进行数据交互。 

本发明的透平机组与电网系统互联仿真方法，确定了两个子系统相互作用的方式以及输入和输出关系，在研究全系统问题时，能使这两个子系统呈现协调统一的一个整体。而在研究局部问题时，这两个系统也可以独自运行，以降低系统运行成本。本发明解决了机组仿真与电网仿真的相互作用及影响问题、提高平台电网仿真的精确性。确切、完整地了解实际系统的静态和动态特性，为海上透平发电机组控制及电力系统各项技术研究、解决方案提供重要基础应用平台。 

附图说明

图1是本发明的系统构成框图； 

图2是励磁系统模型的函数逻辑图。 

图中： 

1：STAR-90支撑系统        2：DDRTS电网系统 

3：操作员站监控系统 

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的透平机组与电网系统互联仿真方法做出详细说明。 

本发明的透平机组与电网系统互联仿真方法，将透平机组和电网系统仿真模型在同一台服务器上运行，透平机组与电网系统通过API接口进行数据交换，所述的透平机组与电网系统根据双方约定的发电机属性表、母线属性表和开关属性表生成通讯点表，通过API接口进行数据交互，实现设备的操作及状态监视。 

所述的电网系统仿真范围到机组各厂用负荷段母线和电气开关接口的划分，所述的负荷段母线包括有进线开关和联络开关；所述的透平机组侧负责送给电网系统侧机械功，包括发电机燃机、控制系统仿真和虚拟盘台实现，向电网系统侧发送开关的指令，电网系统侧负责电气系统计算、发电机励磁系统计算、电压电流输出，把设备的状态，发电机转速发送给透平机组侧；各厂用电母线下面的开关在透平机组侧仿真。 

所述的透平机组负责发送给电网系统侧燃机厂用电各负荷段总有功、无功；所述的电网系统侧负责给透平机组侧提供各母线电压和各支路电流的有效值，所述的各支路电流的有效值包括有A、B、C三相电压及正、负和零序电压和电流的有效值。 

励磁系统和应急发电机在电网系统侧仿真，透平机组侧负责向电网系统发送所述的励磁系统和应急发电机的指令，必要的反馈由电网系统送给透平机组。 

透平机组与电网系统互联运行过程包括冲转和解列后的堕走过程。 

本发明的透平机组与电网系统互联仿真方法中所述的电网系统采用DDRTS仿真系统进行仿真，在DDRTS的仿真过程中，电机采用经典派克方程描述的微分方程，其数值求解仍可采用梯形法。由于电机在d-q旋转坐标系下进行计算，而网络则在A-B-C三相静止坐标系下进行计算，因此开发了机网接口，在电机和网络连接时对相应的端口交换量进行坐标系转换。 

在分析系统的机电暂态过程中，还需要考虑发电机转子的机械运动情况。当原动机和发电机的转子视为一个刚体时，整个发电机组的转子运动方程如下： 

$\left\{\begin{array}{c}\frac{\mathrm{d\δ}}{\mathrm{dt}}=(\mathrm{\ω}-1)\·{\mathrm{\ω}}_0\\ \frac{\mathrm{d\ω}}{\mathrm{dt}}=\frac{1}{T_J}(P_m-P_e)\end{array}\right.$

式中： 

ω是转子相对于额定同步角速度的标么值， 

ω₀是有名值，额定同步角速度，单位为rad/s， 

Pm是原动机机械功率，Pe是发电机电磁功率,两者都是以SB为基准的标么值， 

T_J是发电机组的惯性时间常数，单位为秒， 

δ是转子q轴与系统同步转速旋转参考轴之间的电角度，单位为弧度， 

t是有名值，表示时间。 

上述中：Tj=2Wk/SB，为发电机组的惯性时间常数，单位为秒，Wk为发电机组在同步转速下的动能，单位焦耳，SB为发电机额定容量，单位VA；在不少国外文献中用H=Wk/SB来反映转子惯性，显然Tj=2H。 

DDRTS仿真系统根据机械功计算出机组频率，再将机组频率返回到STAR-90系统。 

所述的透平机组采用STAR-90系统通过API接口与电网系统进行数据交互。 

另外，DDRTS仿真系统可以进行控制系统的动态仿真，如发电机的励磁调节系统、调速系统等。控制系统由不同的控制模块相互连接构成，控制模块有可能是传递函数、FORTRAN函数、逻辑表达式等，这些都可以转换为相应的控制系统方程，通过梯形法进行求解。在仿真中通常分开求解网络方程和控制系统方程。先对网络方程进行求解，控制系统部分根据网络方程的计算结果所确定的边界条件进行求解，然后向网络部分返回控制反馈。 

在DDRTS的仿真过程中，先得到描述电力系统元件的线性微分方程，然后把线性微分方程转化为电流源－电阻网络，形成暂态等值计算电路，通过求解等值电路的节点电压方程，得到此步长点各节点电压，进而得到支路电流，如此以固定步长向前求解。由于电力系统的大部分元件可以用线性微分方程加以描述，因此这种解法具有相当强的适用性。某些非线性元件或时变元件不能直接用线性微分方程进行描述，可利用分段线性化或补偿法进行处理，转化为程序可以计算的形式。 

根据双方对接口的约定，DDRTS将电网的电压，电流及开关状态传递给STAR-90系统。 

Claims (9)

1.一种透平机组与电网系统互联仿真方法，其特征在于，将透平机组和电网系统仿真模型在同一台服务器上运行，透平机组与电网系统通过API接口进行数据交换，所述的透平机组与电网系统根据双方约定的发电机属性表、母线属性表和开关属性表生成通讯点表，通过API接口进行数据交互，实现设备的操作及状态监视。

2.根据权利要求1所述的透平机组与电网系统互联仿真方法，其特征在于，所述的电网系统仿真范围到机组各厂用负荷段母线和电气开关接口的划分；所述的透平机组侧负责送给电网系统侧机械功，包括发电机燃机、控制系统仿真和虚拟盘台实现，向电网系统侧发送开关的指令，电网系统侧负责电气系统计算、发电机励磁系统计算、电压电流输出，把设备的状态，发电机转速发送给透平机组侧；各厂用电母线下面的开关在透平机组侧仿真。

3.根据权利要求2所述的透平机组与电网系统互联仿真方法，其特征在于，所述的透平机组负责发送给电网系统侧燃机厂用电各负荷段总有功、无功；所述的电网系统侧负责给透平机组侧提供各母线电压和各支路电流的有效值。

4.根据权利要求2所述的透平机组与电网系统互联仿真方法，其特征在于，励磁系统和应急发电机在电网系统侧仿真，透平机组侧负责向电网系统发送所述的励磁系统和应急发电机的指令，必要的反馈由电网系统送给透平机组。

5.根据权利要求2所述的透平机组与电网系统互联仿真方法，其特征在于，所述的负荷段母线包括有进线开关和联络开关。

6.根据权利要求3所述的透平机组与电网系统互联仿真方法，其特征在于，所述的各支路电流的有效值包括有A、B、C三相电压及正、负和零序电压和电流的有效值。

7.根据权利要求2所述的透平机组与电网系统互联仿真方法，其特征在于，透平机组与电网系统互联运行过程包括冲转和解列后的堕走过程。

8.根据权利要求1所述的透平机组与电网系统互联仿真方法，其特征在于，所述的电网系统采用DDRTS仿真系统进行仿真，在DDRTS的仿真过程中，电机采用经典派克方程描述的微分方程，其数值求解仍可采用梯形法，当原动机和发电机的转子视为一个刚体时，整个发电机组的转子运动方程如下：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{\mathrm{d\δ}}{\mathrm{dt}}=(\mathrm{\ω}-1)\·{\mathrm{\ω}}_0\\ \frac{\mathrm{d\ω}}{\mathrm{dt}}=\frac{1}{T_J}(P_m-P_e)\end{array}\right.$

式中：

ω是转子相对于额定同步角速度的标么值，

ω₀是有名值，额定同步角速度，单位为rad/s，

Pm是原动机机械功率，Pe是发电机电磁功率，

T_J是发电机组的惯性时间常数，单位为秒，

δ是转子q轴与系统同步转速旋转参考轴之间的电角度，单位为弧度，

t是有名值，表示时间，

DDRTS仿真系统根据机械功计算出机组频率。

9.根据权利要求1所述的透平机组与电网系统互联仿真方法，其特征在于，所述的透平机组采用STAR-90系统通过API接口与电网系统进行数据交互。

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