CN104504224B - 一种水轮机组暂态模型的仿真方法 - Google Patents
一种水轮机组暂态模型的仿真方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104504224B CN104504224B CN201510023327.5A CN201510023327A CN104504224B CN 104504224 B CN104504224 B CN 104504224B CN 201510023327 A CN201510023327 A CN 201510023327A CN 104504224 B CN104504224 B CN 104504224B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- hydrogovernor
- emulation
- model
- results
- intermediate calculations
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 53
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 title claims abstract description 32
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 89
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims abstract description 53
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 15
- 238000012905 input function Methods 0.000 claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Control Of Water Turbines (AREA)
- Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
Abstract
本发明公开了一种水轮机组暂态模型的仿真方法，包括如下步骤：建立水轮机调速器模型和水轮机模型；基于所建立的水轮机调速模型构建水轮机调速器计算模型，基于所建立的水轮机模型构建水轮机计算模型；根据水轮机调速器计算模型作水轮机调速器功率输出的仿真；根据水轮机调速器的功率输出结果和水轮机计算模型作水轮机功率输出的仿真；本发明能够提高水轮机组仿真效率，且在有功平衡仿真的时间尺度内能够保证足够的仿真精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力系统技术领域，具体为一种水轮机组暂态模型的仿真方法。
背景技术
电力系统是一个由发电、输电、变电、配电和用电等设备，以及辅助控制设备和保护系统构成的超大规模复杂系统，组成元件众多。电力系统的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经输电、变电和配电将电能供应到各用户。电能质量指标主要有频率、电压等，其中频率既是表征电能质量的主要指标，又是系统运行的重要参数，因此维持频率在计划值附近对于电力系统稳定运行有着重要的意义。而使频率保持在计划值附近的前提便是电力系统有功功率的平衡。
电力系统有功功率平衡是一个极其复杂的过程，其平衡过程涉及因素众多，具有多时间尺度、多手段的特点。为了有效地完成互联电网的有功功率平衡，需要更加深入的研究；同时由于电力是国家经济的命脉，电力系统的安全稳定运行对于工业生产和人民生活有着重要意义，因此，有关有功平衡方面的研究成果在试验阶段不可能直接运用于实际的电力系统，否则一旦发生事故，将导致生产停顿、生活混乱、甚至危及人身和设备安全，形成十分严重的后果，这样给国民经济造成的损失会远远超过电力系统本身的损失。
为了避免上述提到的不必要的损失，实际操作中通过在仿真系统中的相关试验来验证研究方案在所有可能面临的运行条件下均具有正确性和可靠性；因此，采用准确易用的仿真平台及方式对于电力系统有功功率平衡的相关研究十分重要。现有技术中的仿真平台及仿真方式主要有以下几种：①基于设备暂态模型的仿真，这种仿真方式动态过程刻画精细准确、模型参数复杂、仿真时间较长、由于有功平衡仿真是面向分钟及小时量级的中长时间尺度的系统运行动态仿真，不关注秒级尺度的动态过程，且对仿真效率要求较高；②针对大范围电网的稳态仿真，如电网的潮流计算等，这种仿真方式完全忽略所有中间动态过程，只能给出最后的稳态结果；③基于代数运算与抽象模型的仿真，如文献Yu Ba and Wei-Dong Li.A Simulation Scheme for AGC Relevant Studies.IEEE Transactions onPower Systems,2013,28(4):3621-3628.提出的仿真方式，其核心是以能量守恒定律为基础，且将机组模型抽象为端部特性参数，具有模型参数简单、仿真效率高等优点，更适合于有功平衡所需的多区域长时间仿真研究，但是由于这种方式采用简单而统一的端部输出特性参数描述方式，不能区分各类机组间的性能差异，造成中长期动态仿真过程误差过大，不能很好地满足有功功率平衡研究的仿真精度需求。
综上所述，第①种仿真方式模型过于精细造成仿真时间过长，难以实用；而有功功率平衡仿真注重分钟～小时时间尺度内整个系统的动态过程，对动态细节要求不高；同时第①种仿真方式大量采用微分方程进行建模，而对于微分方程求解往往基于迭代法，需要大量计算，仿真效率比较低，尤其是当有功平衡研究经常需要长时间(如月、年)仿真时，会造成仿真耗时过长；第②种仿真方式是针对大范围电网稳态仿真，只保留稳态结果，并无动态过程，而有功平衡相关仿真研究，需要对系统中各类发电机组进行模拟，并针对负荷秒至分钟级的波动而进行调整，因此第②种仿真方式并不适用于有功平衡仿真；第③种仿真方式虽然简化了模型且提高了仿真效率，但采用统一模型忽略了各类机组性能差异，在有功平衡仿真的时间尺度上会造成一定误差，导致仿真动态过程精度不够，而有功平衡仿真通常需要反映不同类型机组如汽轮机组、水轮机组等的特性差异；若为保证仿真精度，则必须采用暂态模型，势必造成仿真效率低下，难以实用；若采用简单的抽象模型，仿真效率虽然得以保证，但会导致仿真动态过程不够准确，仿真结果不能起到实际的指导作用。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研制一种水轮机组暂态模型的仿真方法。
本发明的技术手段如下：
一种水轮机组暂态模型的仿真方法，包括如下步骤：
步骤1：建立水轮机调速器模型和水轮机模型；
将水轮机调速器的功率输出ΔPGV通过一阶惯性环节、积分环节和比例环节的形式表示；所述一阶惯性环节、积分环节和比例环节的形式为 e＝P0σ-b-Δf、其中s为拉普拉斯算子、为比例环节的比例系数、TP为一阶惯性环节Ⅰ的时间常数、P0为给定参考功率、σ为水轮机调速器的静态调差率、Δf为给定频率偏差、δ为水轮机调速器的瞬态调差率、TR为一阶惯性环节Ⅱ的时间常数；
将水轮机的功率输出PM通过比例环节和一阶惯性环节的形式表示；所述比例环节和一阶惯性环节的形式为其中Tw为水启动时间、ΔPGV为水轮机功率输入即水轮机调速器的功率输出；
步骤2：基于所建立的水轮机调速器模型构建水轮机调速器计算模型，基于所建立的水轮机模型构建水轮机计算模型；
通过表示水轮机调速器计算模型；其中e(t)＝P0(t)σ-b(t)-Δf(t)，b(t)＝(δ+σ)ΔPGV(t-1)-δyg2(t)，t为当前仿真周期，ΔPGV(t)为当前仿真周期的水轮机调速器功率输出函数，TP为一阶惯性环节Ⅰ的时间常数，为比例环节的比例系数，P0(t)为当前仿真周期的给定参考功率输入函数，σ为水轮机调速器的静态调差率，Δf(t)为当前仿真周期的给定频率偏差输入函数，δ为水轮机调速器的瞬态调差率，Kg为第一预设比例系数，ΔPGV(t-1)为上一仿真周期的水轮机调速器功率输出函数，TR为一阶惯性环节Ⅱ的时间常数，yg1(t)、e(t)、b(t)、yg2(t)为当前仿真周期的中间计算结果，yg1(t-1)、yg2(t-1)为上一仿真周期的中间计算结果；
通过PM(t)＝3×yh(t)-2×ΔPGV(t)表示水轮机计算模型；其中t为当前仿真周期，PM(t)为当前仿真周期的水轮机功率输出函数，Kh为第二预设比例系数，ΔPGV(t)为当前仿真周期的水轮机调速器功率输出函数，Tw为水启动时间，yh(t)为当前仿真周期的中间计算结果，yh(t-1)为上一仿真周期的中间计算结果；
步骤3：根据水轮机调速器计算模型作水轮机调速器功率输出的仿真；
步骤31：设定一阶惯性环节Ⅱ的时间常数TR、第一预设比例系数Kg，输入上一仿真周期的水轮机调速器功率输出函数ΔPGV(t-1)，同时结合上一仿真周期的中间计算结果yg1(t-1)，利用进行仿真输出中间计算结果yg2(t)；
步骤32：设定水轮机调速器的静态调差率σ和瞬态调差率δ，输入上一仿真周期的水轮机调速器功率输出函数ΔPGV(t-1)，同时结合前一步骤输出的中间计算结果yg2(t)，利用b(t)＝(δ+σ)ΔPGV(t-1)-δyg2(t)进行仿真输出中间计算结果b(t)；
步骤33：输入当前仿真周期的给定参考功率输入函数P0(t)和给定频率偏差输入函数Δf(t)、设定水轮机调速器的静态调差率σ，同时结合前一步骤输出的中间计算结果b(t)，利用e(t)＝P0(t)σ-b(t)-Δf(t)进行仿真输出中间计算结果e(t)；
步骤34：设定一阶惯性环节Ⅰ的时间常数TP和比例环节的比例系数同时结合上一仿真周期的中间计算结果yg1(t-1)和前一步骤输出的中间计算结果e(t)，利用进行仿真输出中间计算结果yg1(t)；
步骤35：结合前一步骤输出的中间计算结果yg1(t)，利用得出当前仿真周期的水轮机调速器功率输出ΔPGV；
步骤36：更新仿真周期t＝t+ΔT，其中ΔT为设定的仿真时间步长；
步骤37：重复步骤31至步骤36直至仿真完成。
步骤4：根据水轮机调速器的功率输出结果和水轮机计算模型作水轮机功率输出的仿真；
步骤41：输入水启动时间Tw，设定第二预设比例系数Kh，设置ΔPGV(t)为水轮机调速器的功率输出结果ΔPGV，结合上一仿真周期的中间计算结果yh(t-1)，利用进行仿真输出中间计算结果yh(t)；
步骤42：设置ΔPGV(t)为水轮机调速器的功率输出结果ΔPGV，结合前一步骤输出的中间计算结果yh(t)，利用PM(t)＝3×yh(t)-2×ΔPGV(t)得出当前仿真周期的水轮机功率输出PM；
步骤43：更新仿真周期t＝t+ΔT，其中ΔT为设定的仿真时间步长；
步骤44：重复步骤41至步骤43直至仿真完成；
进一步地，在基于水轮机调速器模型来构建水轮机调速器计算模型的过程中，将水轮机调速器模型的各一阶惯性环节的积分表示形式中的yg1(t)、yg2(t)采用各自上一仿真周期的中间计算结果yg1(t-1)、yg2(t-1)来替代；
进一步地，在基于水轮机模型来构建水轮机计算模型的过程中，将水轮机模型的一阶惯性环节的积分表示形式中的yh(t)采用上一仿真周期的中间计算结果yh(t-1)来替代；
进一步地，所述仿真时间步长ΔT≤0.1s；
进一步地，所述水轮机调速器为机械液压调速器或电气液压调速器；
进一步地，
水轮机调速器模型的一阶惯性环节的积分表示形式中的yg1(t)经上一仿真周期的中间计算结果yg1(t-1)替代后的形式为通过离散化代数求和操作输出中间计算结果yg1(t)；
水轮机调速器模型的一阶惯性环节的积分表示形式中的yg2(t)经上一仿真周期的中间计算结果yg2(t-1)替代后的形式为通过离散化代数求和操作输出中间计算结果yg2(t)；
进一步地，水轮机模型的一阶惯性环节的积分表示形式中的yh(t)经上一仿真周期的中间计算结果yh(t-1)替代后的形式为通过离散化代数求和操作输出中间计算结果yh(t)；
进一步地，针对水轮机调速器模型功率输出的积分表示形式通过离散化求和操作得出水轮机调速器的功率输出结果ΔPGV(t)。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种水轮机组暂态模型的仿真方法，能够提高水轮机组仿真效率，且在有功平衡仿真的时间尺度内能够保证足够的仿真精度，用于由水轮机组构成的电力系统中，可以实现高效的开展有功平衡相关仿真研究。
附图说明
图1是本发明所述仿真方法的流程图；
图2是本发明水轮机调速器模型的示意图；
图3是本发明水轮机模型的示意图；
图4是第①种仿真方式与本发明所述仿真方法在精度上的对比结果图；
图5是第①种仿真方式与本发明所述仿真方法在执行时间上的对比结果图；
图6是水道示意图。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示的一种水轮机组暂态模型的仿真方法，包括如下步骤：
步骤1：建立水轮机调速器模型和水轮机模型；
将水轮机调速器的功率输出ΔPGV通过一阶惯性环节、积分环节和比例环节的形式表示；所述一阶惯性环节、积分环节和比例环节的形式为 e＝P0σ-b-Δf、其中s为拉普拉斯算子、为比例环节的比例系数、TP为一阶惯性环节Ⅰ的时间常数、P0为给定参考功率、σ为水轮机调速器的静态调差率、Δf为给定频率偏差、δ为水轮机调速器的瞬态调差率、TR为一阶惯性环节Ⅱ的时间常数；
将水轮机的功率输出PM通过比例环节和一阶惯性环节的形式表示；所述比例环节和一阶惯性环节的形式为其中Tw为水启动时间、ΔPGV为水轮机功率输入即水轮机调速器的功率输出；
步骤2：基于所建立的水轮机调速器模型构建水轮机调速器计算模型，基于所建立的水轮机模型构建水轮机计算模型；
通过表示水轮机调速器计算模型；其中e(t)＝P0(t)σ-b(t)-Δf(t)，b(t)＝(δ+σ)ΔPGV(t-1)-δyg2(t)，t为当前仿真周期，ΔPGV(t)为当前仿真周期的水轮机调速器功率输出函数，TP为一阶惯性环节Ⅰ的时间常数，为比例环节的比例系数，P0(t)为当前仿真周期的给定参考功率输入函数，σ为水轮机调速器的静态调差率，Δf(t)为当前仿真周期的给定频率偏差输入函数，δ为水轮机调速器的瞬态调差率，Kg为第一预设比例系数，ΔPGV(t-1)为上一仿真周期的水轮机调速器功率输出函数，TR为一阶惯性环节Ⅱ的时间常数，yg1(t)、e(t)、b(t)、yg2(t)为当前仿真周期的中间计算结果，yg1(t-1)、yg2(t-1)为上一仿真周期的中间计算结果；
通过PM(t)＝3×yh(t)-2×ΔPGV(t)表示水轮机计算模型；其中t为当前仿真周期，PM(t)为当前仿真周期的水轮机功率输出函数，Kh为第二预设比例系数，ΔPGV(t)为当前仿真周期的水轮机调速器功率输出函数，Tw为水启动时间，yh(t)为当前仿真周期的中间计算结果，yh(t-1)为上一仿真周期的中间计算结果；
步骤3：根据水轮机调速器计算模型作水轮机调速器功率输出的仿真；
步骤31：设定一阶惯性环节Ⅱ的时间常数TR、第一预设比例系数Kg，输入上一仿真周期的水轮机调速器功率输出函数ΔPGV(t-1)，当当前仿真周期为第一个仿真周期时，ΔPGV(t-1)取0，同时结合上一仿真周期的中间计算结果yg1(t-1)，利用进行仿真输出中间计算结果yg2(t)；
步骤32：设定水轮机调速器的静态调差率σ和瞬态调差率δ，输入上一仿真周期的水轮机调速器功率输出函数ΔPGV(t-1)，同时结合前一步骤输出的中间计算结果yg2(t)，利用b(t)＝(δ+σ)ΔPGV(t-1)-δyg2(t)进行仿真输出中间计算结果b(t)；
步骤33：输入当前仿真周期的给定参考功率输入函数P0(t)和给定频率偏差输入函数Δf(t)、设定水轮机调速器的静态调差率σ，同时结合前一步骤输出的中间计算结果b(t)，利用e(t)＝P0(t)σ-b(t)-Δf(t)进行仿真输出中间计算结果e(t)；
步骤34：设定一阶惯性环节Ⅰ的时间常数TP和比例环节的比例系数同时结合上一仿真周期的中间计算结果yg1(t-1)和前一步骤输出的中间计算结果e(t)，利用进行仿真输出中间计算结果yg1(t)；
步骤35：结合前一步骤输出的中间计算结果yg1(t)，利用得出当前仿真周期的水轮机调速器功率输出ΔPGV；
步骤36：更新仿真周期t＝t+ΔT，其中ΔT为设定的仿真时间步长；
步骤37：重复步骤31至步骤36直至仿真完成。
步骤4：根据水轮机调速器的功率输出结果和水轮机计算模型作水轮机功率输出的仿真；
步骤41：输入水启动时间Tw，设定第二预设比例系数Kh，设置ΔPGV(t)为水轮机调速器的功率输出结果ΔPGV，结合上一仿真周期的中间计算结果yh(t-1)，利用进行仿真输出中间计算结果yh(t)；
步骤42：设置ΔPGV(t)为水轮机调速器的功率输出结果ΔPGV，结合前一步骤输出的中间计算结果yh(t)，利用PM(t)＝3×yh(t)-2×ΔPGV(t)得出当前仿真周期的水轮机功率输出PM；
步骤43：更新仿真周期t＝t+ΔT，其中ΔT为设定的仿真时间步长；
步骤44：重复步骤41至步骤43直至仿真完成；
进一步地，在基于水轮机调速器模型来构建水轮机调速器计算模型的过程中，将水轮机调速器模型的各一阶惯性环节的积分表示形式中的yg1(t)、yg2(t)采用各自上一仿真周期的中间计算结果yg1(t-1)、yg2(t-1)来替代，当当前仿真周期为第一个仿真周期时，yg1(t-1)和yg2(t-1)均为0；进一步地，在基于水轮机模型来构建水轮机计算模型的过程中，将水轮机模型的一阶惯性环节的积分表示形式中的yh(t)采用上一仿真周期的中间计算结果yh(t-1)来替代，当当前仿真周期为第一个仿真周期时，yh(t-1)为0；进一步地，所述仿真时间步长ΔT≤0.1s；进一步地，所述水轮机调速器为机械液压调速器或电气液压调速器；进一步地，水轮机调速器模型的一阶惯性环节的积分表示形式中的yg1(t)经上一仿真周期的中间计算结果yg1(t-1)替代后的形式为通过离散化代数求和操作输出中间计算结果yg1(t)；水轮机调速器模型的一阶惯性环节的积分表示形式中的yg2(t)经上一仿真周期的中间计算结果yg2(t-1)替代后的形式为通过离散化代数求和操作输出中间计算结果yg2(t)；进一步地，水轮机模型的一阶惯性环节的积分表示形式中的yh(t)经上一仿真周期的中间计算结果yh(t-1)替代后的形式为通过离散化代数求和操作输出中间计算结果yh(t)；进一步地，针对水轮机调速器模型功率输出的积分表示形式通过离散化求和操作得出水轮机调速器的功率输出结果ΔPGV(t)。
为保证实际的水轮机组稳定运行，水轮机调速器要求具有较大的瞬态调差特性和较长的恢复时间，以便获得稳定的速度控制性能，本发明瞬态调差率δ可以根据实际的水轮机参数确定，具体地，其中，Tw为水启动时间、H为水轮机组惯性时间常数；一阶惯性环节Ⅰ的时间常数TP一般取值0.03～0.05s，根据实际水轮机调速器的控制阀和伺服电机时间常数确定，比例环节的比例系数一般取值TG根据实际水轮机调速器的主伺服电机时间常数确定，一阶惯性环节Ⅱ的时间常数TR＝5Tw。
水启动时间Tw是指水在水道中的加速时间，如图6所示，水道位于水轮机入口和蓄电池之间，本发明设定的水启动时间Tw可以根据实际的水轮机参数确定，具体地，其中，P为发电厂发电功率、L为水道长度、HT为水头高度、A为水道平均横截面积、e为水轮机效率与发电机效率的乘积、g为重力加速度。
图2是本发明水轮机调速器模型的示意图，如图2所示，Δf为给定频率偏差、P0为给定参考功率、σ为水轮机调速器的静态调差率、ΔPGV为水轮机调速器的功率输出；水轮机调速器的一阶惯性环节有2个，分别是一阶惯性环节Ⅰ和一阶惯性环节Ⅱ，TP为一阶惯性环节Ⅰ的时间常数，TR为一阶惯性环节Ⅱ的时间常数。
图3是本发明水轮机模型的示意图，如图3所示，ΔPGV为水轮机的功率输入即水轮机调速器的功率输出、PM为水轮机的功率输出，水轮机的一阶惯性环节有1个。
当到达仿真时间则仿真完成，如仿真时间为10s，步长为0.1s，则仿真过程具有100次仿真周期。
在作水轮机功率输出的仿真时，将一阶惯性环节Ⅰ的时间常数TP设定为0.04s，将一阶惯性环节Ⅱ的时间常数TR设定为5，将水启动时间Tw设定为0.5s，静态调差率σ设定为0.05，瞬态调差率δ设定为0.3，比例系数设定为输入给定参考功率输入函数P0(t)为单位阶跃函数，输入给定频率偏差输入函数Δf(t)为0，设置仿真时间步长ΔT为0.02s等，即将背景技术中第①种仿真方式与本发明所述仿真方法采用相同的设定和输入条件，分别采用背景技术中第①种仿真方式(基于设备暂态模型的仿真)与本发明所述仿真方法进行仿真，仿真时间持续5s内的仿真结果如图4所示，可以看出，对于有功平衡仿真而言，本发明所述仿真方法可以提供足够精度的动态过程，并且可以保证稳态结果的正确性；设置仿真时间长度为30天的情况下，比对背景技术中第①种仿真方式与本发明所述仿真方法在执行时间上的对比结果，如图5所示，本发明所述仿真方法的时间效率是第①种仿真方式的7.5倍左右，可以看出，本发明非常适用于有功平衡所需的长时间仿真。
电力系统有功功率平衡仿真的特点是仿真区域复杂，仿真时间尺度长，对仿真效率有较高的要求，本发明提供的一种水轮机组暂态模型的仿真方法，能够提高水轮机组仿真效率，且在有功平衡仿真的时间尺度内能够保证足够的仿真精度，用于由水轮机组构成的电力系统中，可以实现高效的开展有功平衡相关仿真研究；本发明适用于有功平衡所需的长时间多区域仿真，同时极大提高了解算速度。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种水轮机组暂态模型的仿真方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：建立水轮机调速器模型和水轮机模型；
将水轮机调速器的功率输出ΔPGV通过一阶惯性环节、积分环节和比例环节的形式表示；所述一阶惯性环节、积分环节和比例环节的形式为 e＝P0σ-b-Δf、其中s为拉普拉斯算子、为比例环节的比例系数、TP为一阶惯性环节Ⅰ的时间常数、P0为给定参考功率、σ为水轮机调速器的静态调差率、Δf为给定频率偏差、δ为水轮机调速器的瞬态调差率、TR为一阶惯性环节Ⅱ的时间常数；
将水轮机的功率输出PM通过比例环节和一阶惯性环节的形式表示；所述比例环节和一阶惯性环节的形式为其中Tw为水启动时间、ΔPGV为水轮机功率输入即水轮机调速器的功率输出；
步骤2：基于所建立的水轮机调速器模型构建水轮机调速器计算模型，基于所建立的水轮机模型构建水轮机计算模型；
通过表示水轮机调速器计算模型；其中e(t)＝P0(t)σ-b(t)-Δf(t)，b(t)＝(δ+σ)ΔPGV(t-1)-δyg2(t)，t为当前仿真周期，ΔPGV(t)为当前仿真周期的水轮机调速器功率输出函数，TP为一阶惯性环节Ⅰ的时间常数，为比例环节的比例系数，P0(t)为当前仿真周期的给定参考功率输入函数，σ为水轮机调速器的静态调差率，Δf(t)为当前仿真周期的给定频率偏差输入函数，δ为水轮机调速器的瞬态调差率，Kg为第一预设比例系数，ΔPGV(t-1)为上一仿真周期的水轮机调速器功率输出函数，TR为一阶惯性环节Ⅱ的时间常数，yg1(t)、e(t)、b(t)、yg2(t)为当前仿真周期的中间计算结果，yg1(t-1)、yg2(t-1)为上一仿真周期的中间计算结果；
通过PM(t)＝3×yh(t)-2×ΔPGV(t)表示水轮机计算模型；其中t为当前仿真周期，PM(t)为当前仿真周期的水轮机功率输出函数，Kh为第二预设比例系数，ΔPGV(t)为当前仿真周期的水轮机调速器功率输出函数，Tw为水启动时间，yh(t)为当前仿真周期的中间计算结果，yh(t-1)为上一仿真周期的中间计算结果；
步骤3：根据水轮机调速器计算模型作水轮机调速器功率输出的仿真；
步骤31：设定一阶惯性环节Ⅱ的时间常数TR、第一预设比例系数Kg，输入上一仿真周期的水轮机调速器功率输出函数ΔPGV(t-1)，同时结合上一仿真周期的中间计算结果yg1(t-1)，利用进行仿真输出中间计算结果yg2(t)；
步骤32：设定水轮机调速器的静态调差率σ和瞬态调差率δ，输入上一仿真周期的水轮机调速器功率输出函数ΔPGV(t-1)，同时结合前一步骤输出的中间计算结果yg2(t)，利用b(t)＝(δ+σ)ΔPGV(t-1)-δyg2(t)进行仿真输出中间计算结果b(t)；
步骤33：输入当前仿真周期的给定参考功率输入函数P0(t)和给定频率偏差输入函数Δf(t)、设定水轮机调速器的静态调差率σ，同时结合前一步骤输出的中间计算结果b(t)，利用e(t)＝P0(t)σ-b(t)-Δf(t)进行仿真输出中间计算结果e(t)；
步骤34：设定一阶惯性环节Ⅰ的时间常数TP和比例环节的比例系数同时结合上一仿真周期的中间计算结果yg1(t-1)和前一步骤输出的中间计算结果e(t)，利用进行仿真输出中间计算结果yg1(t)；
步骤35：结合前一步骤输出的中间计算结果yg1(t)，利用得出当前仿真周期的水轮机调速器功率输出ΔPGV；
步骤36：更新仿真周期t＝t+ΔT，其中ΔT为设定的仿真时间步长；
步骤37：重复步骤31至步骤36直至仿真完成；
步骤4：根据水轮机调速器的功率输出结果和水轮机计算模型作水轮机功率输出的仿真；
步骤41：输入水启动时间Tw，设定第二预设比例系数Kh，设置ΔPGV(t)为水轮机调速器的功率输出结果ΔPGV，结合上一仿真周期的中间计算结果yh(t-1)，利用进行仿真输出中间计算结果yh(t)；
步骤42：设置ΔPGV(t)为水轮机调速器的功率输出结果ΔPGV，结合前一步骤输出的中间计算结果yh(t)，利用PM(t)＝3×yh(t)-2×ΔPGV(t)得出当前仿真周期的水轮机功率输出PM；
步骤43：更新仿真周期t＝t+ΔT，其中ΔT为设定的仿真时间步长；
步骤44：重复步骤41至步骤43直至仿真完成。
2.根据权利要求1所述的一种水轮机组暂态模型的仿真方法，其特征在于在基于水轮机调速器模型来构建水轮机调速器计算模型的过程中，将水轮机调速器模型的各一阶惯性环节的积分表示形式中的yg1(t)、yg2(t)采用各自上一仿真周期的中间计算结果yg1(t-1)、yg2(t-1)来替代。
3.根据权利要求1所述的一种水轮机组暂态模型的仿真方法，其特征在于在基于水轮机模型来构建水轮机计算模型的过程中，将水轮机模型的一阶惯性环节的积分表示形式中的yh(t)采用上一仿真周期的中间计算结果yh(t-1)来替代。
4.根据权利要求1所述的一种水轮机组暂态模型的仿真方法，其特征在于所述仿真时间步长ΔT＜0.1s。
5.根据权利要求1所述的一种水轮机组暂态模型的仿真方法，其特征在于所述水轮机调速器为机械液压调速器或电气液压调速器。
6.根据权利要求2所述的一种水轮机组暂态模型的仿真方法，其特征在于，
水轮机调速器模型的一阶惯性环节的积分表示形式中的yg1(t)经上一仿真周期的中间计算结果yg1(t-1)替代后的形式为通过离散化代数求和操作输出中间计算结果yg1(t)；
水轮机调速器模型的一阶惯性环节的积分表示形式中的yg2(t)经上一仿真周期的中间计算结果yg2(t-1)替代后的形式为通过离散化代数求和操作输出中间计算结果yg2(t)。
7.根据权利要求3所述的一种水轮机组暂态模型的仿真方法，其特征在于水轮机模型的一阶惯性环节的积分表示形式中的yh(t)经上一仿真周期的中间计算结果yh(t-1)替代后的形式为通过离散化代数求和操作输出中间计算结果yh(t)。
8.根据权利要求1所述的一种水轮机组暂态模型的仿真方法，其特征在于针对水轮机调速器模型功率输出的积分表示形式通过离散化求和操作得出水轮机调速器的功率输出结果ΔPGV(t)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510023327.5A CN104504224B (zh) | 2015-01-16 | 2015-01-16 | 一种水轮机组暂态模型的仿真方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510023327.5A CN104504224B (zh) | 2015-01-16 | 2015-01-16 | 一种水轮机组暂态模型的仿真方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104504224A CN104504224A (zh) | 2015-04-08 |
| CN104504224B true CN104504224B (zh) | 2017-12-01 |
Family
ID=52945621
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510023327.5A Expired - Fee Related CN104504224B (zh) | 2015-01-16 | 2015-01-16 | 一种水轮机组暂态模型的仿真方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104504224B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104808705B (zh) * | 2015-04-27 | 2017-07-28 | 贵州电力试验研究院 | 一种基于特征参数的水电机组调速系统控制参数整定方法 |
| CN106354928A (zh) * | 2016-08-29 | 2017-01-25 | 昆明理工大学 | 一种水轮机功率的暂态计算方法 |
| CN106709262B (zh) * | 2017-01-11 | 2018-10-23 | 河海大学 | 基于动态概化的潮流能水轮机阵列水动力影响模拟方法 |
| CN110222362B (zh) * | 2019-04-26 | 2023-05-02 | 昆明理工大学 | 一种通过隧洞和调压井的多机形式建立一管多机微分方程模型的方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102052233A (zh) * | 2010-12-23 | 2011-05-11 | 广东电网公司电力科学研究院 | 一种电力系统稳定分析用水轮机调节系统模组 |
-
2015
- 2015-01-16 CN CN201510023327.5A patent/CN104504224B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102052233A (zh) * | 2010-12-23 | 2011-05-11 | 广东电网公司电力科学研究院 | 一种电力系统稳定分析用水轮机调节系统模组 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Hydraulic turbine and turbine control models for system dynamic studies;W Group;《IEEE Transactions on Power Systems》;19920229;第167-179页 * |
| 互联电网有功功率平衡运行控制及其性能评价;巴宇;《中国学位论文全文数据库》;20141028;第1-125页 * |
| 水轮机调节系统的研究与仿真;罗旋;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库 (硕士) 工程科技Ⅱ辑》;20060515(第5期);第1-60页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104504224A (zh) | 2015-04-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107240918B (zh) | 一种风电接入的电力系统等值简化方法 | |
| CN104199302B (zh) | 一种抽水蓄能机组调速系统建模系统及方法 | |
| CN104504224B (zh) | 一种水轮机组暂态模型的仿真方法 | |
| CN103700036B (zh) | 一种适于电力系统多时间尺度的暂态稳定性投影积分方法 | |
| CN110120686B (zh) | 一种基于电力系统在线惯量估计的新能源承载力预警方法 | |
| CN110750882B (zh) | 一种考虑频率约束的风电占比极限值解析计算方法 | |
| CN106682376A (zh) | 参数随工况变化实际特性的全过程汽轮机建模及辨识方法 | |
| CN107168101A (zh) | 考虑调频及稳定约束的机组调速系统控制参数整定方法 | |
| CN103268728A (zh) | 一种电力系统动态仿真压水反应堆控制系统模型构建方法 | |
| CN111507637B (zh) | 电力系统稳定计算用水轮机及引水系统参数建模与测试方法 | |
| CN106936131A (zh) | 一种基于相轨迹分析的实用动态安全域的构建方法 | |
| CN106295001A (zh) | 适用于电力系统中长时间尺度的准稳态变步长仿真方法 | |
| CN110649596B (zh) | 一种考虑系统初始状态的频率全响应解析模型 | |
| CN107346889A (zh) | 考虑一二次调频及最小频率偏差的负荷削减优化模型构建方法 | |
| CN106451506A (zh) | 基于psasp/upi的面向高风电渗透电网调频需求的储能系统配置方法 | |
| CN104537174B (zh) | 一种汽轮机组暂态模型的仿真方法 | |
| CN107179706B (zh) | 适用于受端大电网仿真分析的uhvdc模型及建模方法 | |
| CN106126871A (zh) | 一种pscad电磁暂态仿真用的调速器模型建模方法 | |
| CN108054768A (zh) | 基于主成分分析的电力系统暂态稳定评估方法 | |
| CN104570769A (zh) | 核电机组调速系统电力系统机电暂态模型的实测建模方法 | |
| Li et al. | An efficient full-response analytical model for probabilistic production simulation in fast frequency response reserve planning | |
| CN105022286A (zh) | 一种水轮发电机组主接力器反应时间常数测试方法 | |
| Izena et al. | Practical hydraulic turbine model | |
| CN107393384A (zh) | 一种发电机励磁仿真系统和方法 | |
| CN112821423A (zh) | 一种电力系统惯性空间分布的仿真计算方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20171201 Termination date: 20210116 |