CN103488822A - 一种水轮机调节系统实时仿真方法及其装置 - Google Patents

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郭琦
韩伟强
程远楚
李伟
张广涛
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CSG Electric Power Research Institute
Research Institute of Southern Power Grid Co Ltd
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Wuhan University WHU
Research Institute of Southern Power Grid Co Ltd
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本发明涉及水电站与电力系统实时仿真领域，具体为一种水轮机调节系统实时仿真方法及其装置。本发明利用DSP技术与RTDS技术并行处理，实现水轮机调节系统实时仿真，具有如下优点与积极效果：1、实时仿真装置的仿真结果能真实反映实际电站的特性；2、实时仿真装置与RTDS并行计算，可满足电力系统高精度实时仿真的需要。

Description

一种水轮机调节系统实时仿真方法及其装置
技术领域
本发明涉及水电站与电力系统实时仿真领域，具体为一种水轮机调节系统实时仿真方法及其装置。
背景技术
电力系统仿真是研究电力系统动态行为的重要手段之一。在电力系统中，仿真技术有着很好的应用，并取得了很多研究成果，产生了良好的社会与经济效益。其中出现了大量成熟的仿真工具与软件，如RTDS、PSCAD/EMTDC等，还有国内常规的电力系统暂态稳定计算软件，例如中国电力科学院开发的电力系统潮流计算、暂态稳定和短路电流计算的仿真软件PSASP，还有BPA软件。但在这些工具软件中，其提供的水轮机调节系统的模型往往被简化而使模型变得较简单，与实际不符，以至不能反映水电机组在电力系统动态过程中的真实行为。
这是因为由于专业分工的影响和早期研究手段的缺乏，认为水电机组的水力过渡过程、机械过渡过程与电磁过渡过程在时间尺度上不一致，可以分开进行研究；再加上考虑计算的维度与速度，在电力系统暂态稳定计算中，水力系统一般采用简单引水管道刚性水击-线性化水轮机假设下的简化模型,无法用于复杂水力系统。这种对水力系统模型简化所造成的仿真计算误差对于某些问题的研究尚可接受,但对于诸如水电系统中长期动态稳定、水轮发电机组再同步、调压井系统大波动稳定等水电耦合和自动调节作用密切相关的问题的研究，由于数据不全，未完全考虑非线性条件的影响等，严重影响计算的准确度和可信度，甚至会导致不合理的结论。有鉴于此，需研究新的技术方案，综合考虑水力、机械等方面的因素，建立具有良好精度、计算快速的水轮机调节系统实时仿真方法，并开发相应装置。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种利用DSP（digital signal processor，即数字信号处理器）技术与RTDS（real time digital simulator，即实时数字仿真装置）技术并行处理的水轮机调节系统实时仿真方法，和使用该仿真方法的装置。
为实现上述技术目的，本发明提供的仿真方法是：一种水轮机调节系统实时仿真方法，包括如下步骤。
步骤一，利用DSP模拟仿真出调速器控制数据、电液随动系统数据、引水系统及水轮机数据。
步骤二，利用RTDS模拟仿真出发电机数据、电网与负荷数据。
步骤三，将步骤一得到的水轮机力矩送至RTDS，RTDS根据该水轮机力矩计算出新的发电机数据。
步骤四，将步骤三得到的发电机数据再次回馈到DSP，实现系统仿真。
而且，所述发电机数据是发电机组转速数据。
本发明提供的仿真装置是：一种使用上述水轮机调节系统实时仿真方法的实时仿真装置，包括相互联接DSP实时仿真装置和RTDS仿真器，其特征在于：所述DSP实时仿真装置包括依次联接的调速器控制部分仿真模块、电液随动系统仿真模块和引水系统及水轮机仿真模块，RTDS仿真器包括相互联接的发电机仿真模块和电网与负荷仿真模块，所述引水系统及水轮机仿真模块的输出端通过DAC模块与所述发电机仿真模块的输入端联接，所述发电机仿真模块的输出端通过ADC模块分别与调速器控制部分仿真模块和引水系统及水轮机仿真模块的输入端联接。
本发明具有如下优点与积极效果。
1、实时仿真装置的仿真结果能真实反映实际电站的特性。
2、实时仿真装置与RTDS并行计算，可满足电力系统高精度实时仿真的需要。
附图说明
图1是本发明的系统原理结构框图。
其中，1、调速器控制部分仿真模块，2、电液随动系统仿真模块，3、引水系统及水轮机仿真模块，4、发电机仿真模块，5、负载及电力网络仿真模块，6、DAC模块，7、ADC模块。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
本实施例提供一种利用DSP技术与RTDS技术并行处理的水轮机调节系统实时仿真方法，和使用该仿真方法的装置。
为实现上述技术目的，本发明提供的仿真方法是：一种水轮机调节系统实时仿真方法，包括如下步骤。
步骤一，利用DSP模拟仿真出调速器控制数据、电液随动系统数据、引水系统及水轮机数据。
步骤二，利用RTDS模拟仿真出发电机数据、电网与负荷数据。
步骤三，将步骤一得到的水轮机力矩送至RTDS，RTDS根据该水轮机力矩计算出新的发电机数据。
步骤四，将步骤三得到的发电机数据再次回馈到DSP，实现系统仿真。
进一步的，上述发电机数据是发电机组转速数据。
本发明提供的仿真装置是：一种使用上述水轮机调节系统实时仿真方法的实时仿真装置，包括相互联接DSP实时仿真装置和RTDS仿真器，其特征在于：所述DSP实时仿真装置包括依次联接的调速器控制部分仿真模块、电液随动系统仿真模块和引水系统及水轮机仿真模块，RTDS仿真器包括相互联接的发电机仿真模块和电网与负荷仿真模块，所述引水系统及水轮机仿真模块的输出端通过DAC模块与所述发电机仿真模块的输入端联接，所述发电机仿真模块的输出端通过ADC模块分别与调速器控制部分仿真模块和引水系统及水轮机仿真模块的输入端联接。
调速器控制部分仿真模块1，从RTDS的发电机模块4引出机组转速信号x经A/D模块7转换后，引入到调速器控制部分模块1，然后根据调速器控制算法到控制信号uw，此信号输入到电液随动系统2。
电液随动系统仿真模块2，接收来自调速机控制部分1的信号，按照随动系统的响应速度与限制特性来控制接力器运动，并通过接力器位移与调节机构开度之间关系换算得到导叶的开度信号y，此信号输入到引水系统及水轮机模块3。
引水系统及水轮机部分仿真模块3，水轮机模型采用递推线性水轮机模型：
Figure 987489DEST_PATH_IMAGE001
    
Figure 324929DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure 781449DEST_PATH_IMAGE003
为水轮机的6个传递系数，
Figure 178933DEST_PATH_IMAGE004
依次为水轮机力矩增量、水轮机流量增量、导叶开度增量、机组转速增量、水轮机水头增量，上述各值均采用相对量表示；
求解水轮机主动力矩
Figure 907854DEST_PATH_IMAGE005
和流量q的增量递推计算公式为：
Figure 301183DEST_PATH_IMAGE006
Figure 799160DEST_PATH_IMAGE007
其中，i为当前时刻，i-1为上一时刻，
得到的水轮机的主动力矩通过DAC（模块6）送出。
发电机仿真模块4，接收水轮机与引水系统仿真模块3输出的水轮机力矩信号，与负载与电网仿真模块送过来的负载力矩信号相减去计算机组转速，并将该转速信号送至ADC模块7。同时，该模块可实现电磁过渡过程仿真，并将输出的信号送至负载与电网仿真模块5。
负载与电网仿真模块5，接收发电机仿真模块的信号，实现电网动态过程仿真，并得到发电机的电磁力矩仁值送至发电机仿真模型4。 
DAC（即Digital to Analog Converter，数字模拟转换器）模块6，将引水系统与水轮机模块3输出的水轮机力矩信号送至RTDS。
ADC（即Analog to Digital Converter，模拟数字转换器）模块7，接收来自RTDS的仿真信号。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进或变形，这些改进或变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种水轮机调节系统实时仿真方法，包括如下步骤：
步骤一，利用DSP模拟仿真出调速器控制数据、电液随动系统数据、引水系统及水轮机数据；
步骤二，利用RTDS模拟仿真出发电机数据、电网与负荷数据；
步骤三，将步骤一得到的水轮机力矩送至RTDS，RTDS根据该水轮机力矩计算出新的发电机数据；
步骤四，将步骤三得到的发电机数据再次回馈到DSP，实现系统仿真。
2.根据权利要求1所述一种水轮机调节系统实时仿真方法，其特征在于：所述发电机数据是发电机组转速数据。
3.一种使用权利要求1所述的水轮机调节系统实时仿真方法的实时仿真装置，包括相互联接DSP实时仿真装置和RTDS仿真器，其特征在于：所述DSP实时仿真装置包括依次联接的调速器控制部分仿真模块、电液随动系统仿真模块和引水系统及水轮机仿真模块，RTDS仿真器包括相互联接的发电机仿真模块和电网与负荷仿真模块，所述引水系统及水轮机仿真模块的输出端通过DAC模块与所述发电机仿真模块的输入端联接，所述发电机仿真模块的输出端通过ADC模块分别与调速器控制部分仿真模块和引水系统及水轮机仿真模块的输入端联接。
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