CN105470953B - 一种水轮机调节系统用电子调节器模型 - Google Patents

一种水轮机调节系统用电子调节器模型 Download PDF

Info

Publication number
CN105470953B
CN105470953B CN201510955593.1A CN201510955593A CN105470953B CN 105470953 B CN105470953 B CN 105470953B CN 201510955593 A CN201510955593 A CN 201510955593A CN 105470953 B CN105470953 B CN 105470953B
Authority
CN
China
Prior art keywords
control mode
power
opening
pid
module
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.)
Active
Application number
CN201510955593.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105470953A (zh
Inventor
艾东平
王官宏
于大海
李志强
何凤军
任岩
何可智
张新华
常喜强
王衡
郭小龙
于永军
齐晓笑
刘大贵
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Three Gorges Nengshida Electric Co ltd
State Grid Corp of China SGCC
China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Electric Power Research Institute of State Grid Xinjiang Electric Power Co Ltd
State Grid Xinjiang Electric Power Co Ltd
Original Assignee
Three Gorges Nengshida Electric Co ltd
State Grid Corp of China SGCC
China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Electric Power Research Institute of State Grid Xinjiang Electric Power Co Ltd
State Grid Xinjiang Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Three Gorges Nengshida Electric Co ltd, State Grid Corp of China SGCC, China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI, Electric Power Research Institute of State Grid Xinjiang Electric Power Co Ltd, State Grid Xinjiang Electric Power Co Ltd filed Critical Three Gorges Nengshida Electric Co ltd
Priority to CN201510955593.1A priority Critical patent/CN105470953B/zh
Publication of CN105470953A publication Critical patent/CN105470953A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105470953B publication Critical patent/CN105470953B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/002—Flicker reduction, e.g. compensation of flicker introduced by non-linear load

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

本发明提供一种水轮机调节系统用电子调节器模型，该模型具备开度控制模式，功率控制模式和孤网控制模式；根据需要可手动选择开度控制模式或功率控制模式作为正常并网机组的控制模式。开度控制模式或功率控制模式可以和孤网控制模式自动切换。功率控制模式具备两套PID控制参数，可以自动切换。本发明提出的电子调节器模型结构清晰，通用性强，模型参数意义明确，便于通过现场实测获得，建模过程高效，精度高，可准确模拟实际控制功能，能够满足实际工程需要；同时提高了模型应用的通用性；其控制参数意义明确，便于通过现场试验获取，具有实际工程应用价值；为电力系统稳定分析计算提供了可靠且准确的依据，进而保证了电力系统的稳定性。

Description

一种水轮机调节系统用电子调节器模型
技术领域
本发明涉及电力系统建模技术领域，具体涉及一种水轮机调节系统用电子调节器模型。
背景技术
电力系统稳定性为给定运行条件下的电力系统，在受到扰动后，重新回复到运行平衡状态的能力。系统中的多数变量可维持在一定的范围，使整个系统能稳定运行。根据性质的不同，电力系统稳定性可分为功角稳定、电压稳定和频率稳定三类。在分析功角稳定时，还可进一步分为以下几类：静态稳定、暂态稳定、动态稳定及电压稳定。远距离输电线路的输电能力受这4种稳定能力的限制会存在一个极限。它既不能等于或超过静态稳定极限，也不能超过暂态稳定极限和动态稳定极限。在我国，由于网架结构薄弱，暂态稳定问题较突出，因此，进行电力系统稳定分析计算是调整及保证电力系统稳定的必要手段。
目前，国内电力系统稳定分析计算软件(PSASP,BPA)采用的水轮机调节系统电子调节器模型采用中华人民共和国电力行业标准《同步发电机原动机及其调节系统参数实测与建模导则》提供的模型，模型框图如图1所示。该模型的结构虽然具备功率模式和开度模式，但控制逻辑不够全面，已经不能反映目前大型水轮机电子调节器的控制逻辑，影响了电力系统稳定计算的仿真准确度。
因此，亟需提供一种贴近实际，便于参数实测的适用于电力系统稳定分析计算的水轮机调节系统电子调节器模型。
发明内容
有鉴于此，本发明提供的一种水轮机调节系统用电子调节器模型，该电子调节器模型仿真精度高，可准确模拟实际控制功能；同时提供了多种可供选择的模型结构，提高了模型应用的通用性；其控制参数意义明确，便于通过现场试验获取，具有实际工程应用价值；为电力系统稳定分析计算提供了可靠且准确的依据，进而保证了电力系统的稳定性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种水轮机调节系统用电子调节器模型，所述水轮机调节系统用电子调节器模型用于电力系统稳定分析计算；所述电子调节器模型包括大网控制系统和孤网控制系统；
所述大网控制系统中设有PID调节模块；
所述大网控制系统根据频率偏差值、与所述孤网控制系统自动切换。
优选的，所述大网控制系统包括的开度控制系统与功率控制系统；
所述功率控制系统与开度控制系统分别设有相互独立的PID调节模块；
所述开度控制系统用于为所述电子调节器模型提供开度控制模式；
所述功率控制系统用于为所述电子调节器模型提供功率控制模式；
所述开度控制模式与所述功率控制模式手动切换、且所述开度控制模式或所述功率控制模式均与所述孤网控制系统自动切换。
优选的，
所述大网控制系统包括开度控制系统与功率控制系统；
所述功率控制系统与开度控制系统分别设有相互独立的PID调节模块；
所述孤网控制系统与开度控制系统具有相同结构的PID调节模块；
所述开度控制系统用于为所述电子调节器模型提供开度控制模式；
所述功率控制系统用于为所述电子调节器模型提供功率控制模式；
所述孤网控制系统用于为所述电子调节器模型提供孤网控制模式；
所述开度控制模式与所述功率控制模式手动切换、且所述开度控制模式或所述功率控制模式均与所述孤网控制模式自动切换。
优选的，所述频率测量模块，所述导叶开度测量模块及所述功率测量模块均包括滞后单元和连接至所述滞后单元的延时单元；
所述PID调节模块包括并联的PID单元。
优选的，当所述电子调节器模型处于所述开度控制模式时，负反馈信号的开度偏差经积分环节输入所述开度控制系统中的所述PID调节模块，也可经PID环节输入所述开度控制系统中的所述PID调节模块。
优选的，所述开度控制系统中的所述PID调节模块计算调节器输出YPIDOUT包括：
(1)当所述PID调节模块选择PID调节模块输出YPIDOUT来计算开度偏差反馈时，包括：
1-A、当开度偏差反馈经所述积分环节输入时，计算电子调节器输出的拉普拉斯变换值YPIDOUT(s)：
Figure GDA0003101202010000031
1-B、当开度偏差反馈经PID环节输入时，计算电子调节器输出的拉普拉斯变换值YPIDOUT(s)：
Figure GDA0003101202010000032
(2)当所述PID调节模块选择导叶开度Y来计算开度偏差反馈时，包括：
2-A、当开度偏差反馈经PID模块的积分环节输入时，计算电子调节器输出的拉普拉斯变换值YPIDOUT(s)：
Figure GDA0003101202010000033
2-B、当开度偏差反馈经PID环节输入时，计算电子调节器输出的拉普拉斯变换值YPIDOUT(s)：
Figure GDA0003101202010000041
式中：KP1为开度控制模式比例增益；KI1为开度控制模式积分增益；KD1为度控制模式微分增益；Tv1为开度控制模式微分时间常数；bp为永泰转差系数；Δω(s)＝ω(s)-ω0(s)为转速的拉普拉斯变换；ω(s)为机组转速；ω0(s)为转速给定；ΔY(s)＝Yref-Y为开度偏差的拉普拉斯变换；Y(s)为机组导叶开度；Yref(s)为导叶开度给定。
优选的，当所述电子调节器模型处于所述功率控制模式时，功率控制模式具备两套PID参数，并根据功率偏差量是否超出预设功率偏差设定值自动切换；所述功率控制系统中的所述PID调节模块计算调节器输出YPIDOUT。
优选的，所述功率控制系统中的所述PID调节模块计算调节器输出YPIDOUT(s)包括：
Figure GDA0003101202010000042
式中：KP2为功率控制模式比例增益；KI2为功率控制模式积分增益；KD2为功率控制模式微分增益；Tv2为功率控制模式微分时间常数；ep为永泰转差系数；Δω(s)＝ω(s)-ω0(s)为转速的拉普拉斯变换；ω(s)为机组转速；ω0(s)为转速给定；ΔPE(s)＝Pref(s)-PE(s)为功率偏差的拉普拉斯变换；Pref(s)为功率给定；PE(s)为发电机功率。
优选的，所述开度控制模式或所述功率控制模式均与所述孤网控制系统自动切换的切换原则包括：
当频率变化满足ω-ω0≥ωc+或ω-ω0≤ωc-且持续时间大于Tdy1时，所述功率控制模式或开度控制模式自动切换为孤网模式；
当ωc-≤ω-ω0≤ωc+且持续时间大于Tdy2时，所述孤网模式自动切换回所述功率控制模式或开度控制模式；
其中，ωc+为孤网大网模式切换频率正边界值；ωc-为孤网大网模式切换频率负边界值；Tdy1为开度控制模式或功率控制模式切换孤网控制模式延时；Tdy2为孤网控制模式切换开度控制模式或功率控制模式延时。
优选的，所述功率控制模式根据功率偏差量的大小，进行PID参数切换，且其切换原则包括：
当abs(ΔPe)＞dP1+dP2时，功率控制模式的PID参数由当前运行参数切换为另一套PID参数；
当abs(ΔPe)＜dP1时，功率控制模式的PID参数切换回初始PID参数；
其中，ΔPe＝ΔPE+Δω/ep且dP1，dP2均为功率模式PID参数切换门槛值。
优选的，所述电子调节器模型在开度控制模式下，在频率偏差后增加有速率限制；所述电子调节器模型在功率控制模式下，在一次调频功率和功率给定的功率偏差后增加了速率限制，并在PID调节模块输出后增加有速率限制。
从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种水轮机调节系统用电子调节器模型，该模型具备开度控制模式，功率控制模式和孤网控制模式；根据需要可手动选择开度控制模式或功率控制模式作为正常并网机组的控制模式。开度控制模式或功率控制模式可以和孤网控制模式自动切换。功率控制模式具备两套PID控制参数，可以自动切换。本发明提出的电子调节器模型结构清晰，通用性强，模型参数意义明确，便于通过现场实测获得，建模过程高效，精度高，可准确模拟实际控制功能，能够满足实际工程需要；同时提高了模型应用的通用性；其控制参数意义明确，便于通过现场试验获取，具有实际工程应用价值；为电力系统稳定分析计算提供了可靠且准确的依据，进而保证了电力系统的稳定性。
与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：
1、本发明所提供的技术方案中，电子调节器开度控制模式中，开度偏差反馈的输出点有两个，可手动选择，一个叠加在PID模块前，一个叠加在PID模块的积分环节输入前，提高了开度控制模式模型的通用性。
2、本发明所提供的技术方案，电子调节器功率控制模式中，将频率偏差经永泰转差系数转换成功率偏差，叠加在功率给定和功率反馈上，经过PID模块后形成导叶开度指令，实现功率模式的一次调频功能。该控制逻辑是对现有功率控制模式控制逻辑的补充，符合现有的大型水轮机调节系统电子调节器的实际情况；是对现有技术进行的补充，可准确模拟实际控制功能。
3、本发明所提供的技术方案，在开度控制模式和功率控制模式两种常用的并网后大网控制方式基础上，增加了孤网控制方式。根据频差变化的大小，可以使水轮机调节系统在大网控制方式和孤网控制方式间进行切换。孤网控制方式和开度控制方式具有相同的控制模块。由大网控制方式切换到孤网控制方式后对控制参数进行切换，包括一次调频死区，PID控制参数，永泰转差系数，一次调频限幅等。符合水轮机调节系统电子调节器的实际控制逻辑；提供了多种可供选择的模型结构，提高了模型应用的通用性。
4、本发明所提供的技术方案，在功率控制模式中，增加了PID参数切换功能。根据功率偏差值的大小，可实现两套功率控制模式PID参数的切换，以满足水轮机调节特性的需要。符合水轮机调节系统功率控制模式的实际控制逻辑；控制参数意义明确，便于通过现场试验获取，具有实际工程应用价值。
5、本发明所提供的技术方案，电子调节器在开度控制模式下，在频率偏差后增加了速率限制；在功率控制模式下，在一次调频功率和功率给定的功率偏差后增加了速率限制；在电子调节器输出后增加了速率限制；为电力系统稳定分析计算提供了可靠且准确的依据，进而保证了电力系统的稳定性。
6、本发明提供的技术方案，应用广泛，具有显著的社会效益和经济效益。
附图说明
图1是现有技术中PSD-BPA暂态稳定程序中提供的水轮机调节系统电子调节器模型框图；
图2是本发明水轮机调节系统电子调节器开度(孤网)控制模块模型框图；
图3是本发明水轮机调节系统电子调节器功率控制模块模型框图；
图4是本发明水轮机调节系统电子调节器模型框图；
图5是本发明的具体应用例中的频率测量模块框图；
图6是本发明的具体应用例中的死区设定模块框图；
图7是本发明的具体应用例中的开度控制(孤网控制)模式中的PID调节模块框图；
图8是本发明的具体应用例中的导叶开度测量模块框图；
图9是本发明的具体应用例中的速率限制模块框图；
图10是本发明的具体应用例中的功率控制模式中的PID调节模块框图；
图11是本发明的具体应用例中的功率测量模块框图；
图12是本发明的具体应用例中的开度模式一次调频机频上阶跃仿真与实测功率对比曲线；
图13是本发明的具体应用例中的开度模式一次调频机频下阶跃仿真与实测功率对比曲线；
图14是本发明的具体应用例中的功率模式一次调频机频上阶跃仿真与实测功率对比曲线；
图15是本发明的具体应用例中的功率模式一次调频机频下阶跃仿真与实测功率对比曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图4所示，本发明提供一种水轮机调节系统用电子调节器模型，水轮机调节系统用电子调节器模型用于电力系统稳定分析计算；电子调节器模型包括大网控制系统和孤网控制系统；
大网控制系统中设有PID调节模块；大网控制系统根据频率偏差值与孤网控制系统自动切换。
其中，大网控制系统包括开度控制系统与功率控制系统；
功率控制系统与开度控制系统分别设有相互独立的PID调节模块；
孤网控制系统与开度控制系统具有相同结构的PID调节模块；
开度控制系统用于为电子调节器模型提供开度控制模式；
功率控制系统用于为电子调节器模型提供功率控制模式；
孤网控制系统用于为电子调节器模型提供孤网控制模式；
开度控制模式与功率控制模式手动切换、且开度控制模式或功率控制模式均与孤网控制模式自动切换。
其中，开度控制系统与功率控制系统均包括一组频率测量模块、死区设定模块、PID调节模块及速率限制模块；
开度控制系统还包括导叶开度测量模块；
功率控制系统还包括功率测量模块；
开度控制系统中的频率测量模块、死区设定模块及PID调节模块依次连接，导叶开度测量模块、死区设定模块及PID调节模块依次连接；
功率控制系统中的频率测量模块、死区设定模块及PID调节模块依次连接，功率测量模块、死区设定模块及PID调节模块依次连接；
PID调节模块的输出侧与输入侧均连接有速率限制模块。
其中，频率测量模块，导叶开度测量模块及功率测量模块均包括滞后单元和连接至滞后单元的延时单元；
PID调节模块包括并联的PID单元。
其中，当电子调节器模型处于开度控制模式时，负反馈信号的开度偏差经积分环节输入开度控制系统中的PID调节模块，也可经PID环节输入开度控制系统中的PID调节模块。
开度控制系统中的PID调节模块计算调节器输出YPIDOUT包括：
(1)当PID调节模块选择PID调节模块输出YPIDOUT来计算开度偏差反馈时，包括：
1-A、当开度偏差反馈经积分环节输入时，计算电子调节器输出的拉普拉斯变换值YPIDOUT(s)：
Figure GDA0003101202010000091
1-B、当开度偏差反馈经PID环节输入时，计算电子调节器输出的拉普拉斯变换值YPIDOUT(s)：
Figure GDA0003101202010000092
(2)当PID调节模块选择导叶开度Y来计算开度偏差反馈时，包括：
2-A、当开度偏差反馈经PID模块的积分环节输入时，计算电子调节器输出的拉普拉斯变换值YPIDOUT(s)：
Figure GDA0003101202010000101
2-B、当开度偏差反馈经PID环节输入时，计算电子调节器输出的拉普拉斯变换值YPIDOUT(s)：
Figure GDA0003101202010000102
式中：KP1为开度控制模式比例增益；KI1为开度控制模式积分增益；KD1为度控制模式微分增益；Tv1为开度控制模式微分时间常数；bp为永泰转差系数；Δω(s)＝ω(s)-ω0(s)为转速的拉普拉斯变换；ω(s)为机组转速；ω0(s)为转速给定；ΔY(s)＝Yref-Y为开度偏差的拉普拉斯变换；Y(s)为机组导叶开度；Yref(s)为导叶开度给定。
当电子调节器模型处于功率控制模式时，功率控制模式具备两套PID参数，并根据功率偏差量是否超出预设功率偏差设定值自动切换；功率控制系统中的PID调节模块计算调节器输出YPIDOUT。
其中，功率控制系统中的PID调节模块计算调节器输出YPIDOUT(s)包括：
Figure GDA0003101202010000103
式中：KP2为功率控制模式比例增益；KI2为功率控制模式积分增益；KD2为功率控制模式微分增益；Tv2为功率控制模式微分时间常数；ep为永泰转差系数；Δω(s)＝ω(s)-ω0(s)为转速的拉普拉斯变换；ω(s)为机组转速；ω0(s)为转速给定；ΔPE(s)＝Pref(s)-PE(s)为功率偏差的拉普拉斯变换；Pref(s)为功率给定；PE(s)为发电机功率。
开度控制模式或功率控制模式均与孤网控制系统自动切换的切换原则包括：
当频率变化满足ω-ω0≥ωc+或ω-ω0≤ωc-且持续时间大于Tdy1时，功率控制模式或开度控制模式自动切换为孤网模式；
当ωc-≤ω-ω0≤ωc+且持续时间大于Tdy2时，孤网模式自动切换回功率控制模式或开度控制模式；
其中，ωc+为孤网大网模式切换频率正边界值；ωc-为孤网大网模式切换频率负边界值；Tdy1为开度控制模式或功率控制模式切换孤网控制模式延时；Tdy2为孤网控制模式切换开度控制模式或功率控制模式延时。
其中，功率控制模式根据功率偏差量的大小，进行PID参数切换，且其切换原则包括：
当abs(ΔPe)＞dP1+dP2时，功率控制模式的PID参数由当前运行参数切换为另一套PID参数；
当abs(ΔPe)＜dP1时，功率控制模式的PID参数切换回初始PID参数；
其中，ΔPe＝ΔPE+Δω/ep且dP1，dP2均为功率模式PID参数切换门槛值。
电子调节器模型在开度控制模式下，在频率偏差后增加有速率限制；电子调节器模型在功率控制模式下，在一次调频功率和功率给定的功率偏差后增加了速率限制，并在PID调节模块输出后增加有速率限制。
本发明提供一种水轮机调节系统用电子调节器模型的具体应用例，具体包括：本发明的电力系统稳定分析用水轮机调节系统电子调节器由开度控制，功率控制，孤网控制三个模块构成。其中开度控制和孤网控制采用相同的PID控制逻辑，框图构成如图2所示；功率控制采用PID控制逻辑，构成框图如图3所示。将三部分模块组合，可构成该调节器模型框图，如图4所示。当控制开关选择A(C)时，调节器处于开度(孤网)控制模式，当控制开关处于B时，调节器处于功率控制模式。调节器可通过控制开关A或C位置决定调节器采用开度控制还是功率控制。发电机正常并网时调节系统工作在功率控制模式或开度控制模式，若频率变化满足ω-ω0≥ωc+或ω-ω0≤ωc-且持续时间大于Tdy1时，开度控制模式或功率控制模式可以自动切换为孤网模式，当ωc-≤ω-ω0≤ωc+且持续时间大于Tdy2时，孤网模式自动切换回功率控制模式或开度控制模式。
其中，ωc+——孤网大网模式切换频率正边界值
ωc-——孤网大网模式切换频率负边界值
Tdy1——开度控制模式或功率控制模式切换孤网控制模式延时
Tdy2——孤网控制模式切换开度控制模式或功率控制模式延时
开度控制(孤网控制)模块中，包括：
(1)频率测量模块。由延时环节和一阶滞后环节表示，如图5所示。
(2)死区设定模块，如图6所示。
(3)PID调节模块。由并联PID环节表示；如图7所示。
(4)导叶开度测量模块。由延时环节和一阶滞后环节表示；如图8所示。
(5)速率限制模块，如图9所示。
当调节器采用开度(孤网)控制模式时，调节器由频率测量模块获得机组频率后，与频率给定比较，除去频差死区获得实际频率偏差量作为调节器的输入信号，采用PID调节模块输出或由导叶开度测量模块获得的导叶开度作为调节器的反馈信号，实现开度(孤网)控制模式的闭环调节。当选择开度控制模式时，还需选择用来计算开度偏差的信号(导叶开度Y或电子调节器输出YPIDOUT)和开度偏差反馈的输出点(PID调节模块前或积分环节前)。
功率控制模块中，包括：
(1)频率测量模块。由延时环节和一阶滞后环节表示，如图5所示。
(2)死区设定模块，如图6所示。
(3)PID调节模块。由并联PID环节表示，如图10所示。
(4)功率测量模块。由延时环节和一阶滞后环节表示，如图11所示。
(5)速率限制模块，如图9所示。
当调节器采用功率控制模式时，调节器由频率测量模块获得机组频率后，与频率给定比较，除去频差死区获得实际频率偏差量经永泰转差系数转换成功率信号作为调节器的输入信号，采用功率测量模块获得的机组功率作为调节器反馈信号，实现功率控制模式的闭环调节。功率控制模式下，可以设置两套PID参数，当功率偏差超出预设功率偏差值时，PID参数可以自动切换，以满足水轮机动态调节特性的需要。当abs(ΔPe)＞dP1+dP2时，功率控制模式的PID参数由当前运行参数切换为另一套PID参数，当abs(ΔPe)＜dP1时，切换回初始PID参数。
其中，
ΔPe＝ΔPE+Δω/ep
ep——永泰转差系数；
Δω(s)＝ω(s)-ω0(s)——转速的拉普拉斯变换；
ω(s)——机组转速；
ω0(s)——转速给定；
ΔPE(s)＝Pref(s)-PE(s)——功率偏差的拉普拉斯变换；
Pref(s)——功率给定；
PE(s)——发电机功率
dP1，dP2——功率模式PID参数切换门槛值
该模型中开度控制模式PID调节器的频率偏差到调节器输出YPIDOUT的传递函数可由下式表述。
(1)当选择调节器输出YPIDOUT来计算开度偏差反馈时，有：
A、当开度偏差反馈经PID模块的积分环节输入时
Figure GDA0003101202010000141
B、当开度偏差反馈经PID环节输入时
Figure GDA0003101202010000142
(2)当选择导叶开度Y来计算开度偏差反馈时，有：
A、当开度偏差反馈经PID模块的积分环节输入时
Figure GDA0003101202010000143
B、当开度偏差反馈经PID环节输入时
Figure GDA0003101202010000151
式中：KP1——开度控制模式比例增益；
KI1——开度控制模式积分增益；
KD1——开度控制模式微分增益；
Tv1——开度控制模式微分时间常数；
bp——永泰转差系数；
Δω(s)＝ω(s)-ω0(s)——转速的拉普拉斯变换；
ω(s)——机组转速；
ω0(s)——转速给定；
ΔY(s)＝Yref-Y——开度偏差的拉普拉斯变换；
Y(s)——机组导叶开度；
Yref(s)——导叶开度给定；
YPIDOUT——调节器输出的拉普拉斯变换。
当调节器选择功率控制模式时，模型中PID调节器的频率偏差到调节器输出YPIDOUT的传递函数可由下式表述。
Figure GDA0003101202010000152
式中：KP2——功率控制模式比例增益；
KI2——功率控制模式积分增益；
KD2——功率控制模式微分增益；
Tv2——功率控制模式微分时间常数；
ep——永泰转差系数；
Δω(s)＝ω(s)-ω0(s)——转速的拉普拉斯变换；
ω(s)——机组转速；
ω0(s)——转速给定；
ΔPE(s)＝Pref(s)-PE(s)——功率偏差的拉普拉斯变换；
Pref(s)——功率给定；
PE(s)——发电机功率；
2.模型验证
利用电力系统分析综合程序(PSASP)提供的自定义模型功能，搭建如图4所示模型，基于单机无穷大系统进行仿真计算，通过改变参考频率模拟一次调频试验。其中发电机、水轮机调节系统参数均采用实测参数。仿真与实测功率对比曲线如图12-图15所示，对应的仿真与实测功率误差如表1-表4所示。误差标准基于DL/T1235-2013《同步发电机原动机及其调节系统参数实测与建模导则》。
表1开度模式一次调频机频上阶跃仿真与实测误差对比一览表
Figure GDA0003101202010000161
Figure GDA0003101202010000171
表2开度模式一次调频机频下阶跃仿真与实测误差对比一览表
反调峰值功率 反调峰值时间(s) 调节时间(s)
实测曲线 12.3 1.16 11.93
仿真曲线 18.2 1.1 11.53
偏差 -5.9 0.06 0.4
允许偏差 ±7.67MW ±0.2s ±2s
表3功率模式一次调频机频上阶跃仿真与实测误差对比一览表
反调峰值功率 反调峰值时间(s) 调节时间(s)
实测曲线 14.75 1.13 10.36
仿真曲线 15.68 1.15 9.71
偏差 -0.93 -0.02 0.65
允许偏差 ±6.02 ±0.2 ±2
表4功率模式一次调频机频下阶跃仿真与实测误差对比一览表
反调峰值功率 反调峰值时间(s) 调节时间(s)
实测曲线 10 1.24 10.5
仿真曲线 14.1 1.15 9.74
偏差 -4.1 0.09 0.76
允许偏差 ±5.3MW ±0.2s ±2s
从表1-表4对比数据来看，采用本发明所建立的电子调节器模型的仿真结果与实测功率曲线基本吻合，误差在电力行业标准范围内，符合工程应用条件。
本发明的电力系统稳定分析用水轮机调节系统电子调节器模型，结构先进、清晰，通用性强。模型参数意义明确，获取方便，模型与实际物理模型吻合度高，仿真与实测曲线对比表明了所建立的电子调节器模型的有效性。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种水轮机调节系统用电子调节器模型，所述水轮机调节系统用电子调节器模型用于电力系统稳定分析计算；其特征在于，所述电子调节器模型包括大网控制系统和孤网控制系统；
所述大网控制系统中设有PID调节模块；
所述大网控制系统根据频率偏差值与所述孤网控制系统自动切换；
所述大网控制系统包括开度控制系统与功率控制系统；
所述功率控制系统与开度控制系统分别设有相互独立的所述PID调节模块；
所述孤网控制系统与开度控制系统具有相同结构的所述PID调节模块；
所述开度控制系统用于为所述电子调节器模型提供开度控制模式；
所述功率控制系统用于为所述电子调节器模型提供功率控制模式；
所述孤网控制系统用于为所述电子调节器模型提供孤网控制模式；
所述开度控制模式与所述功率控制模式手动切换、且所述开度控制模式和所述功率控制模式均与所述孤网控制模式自动切换；
所述开度控制模式和所述功率控制模式均与所述孤网控制模式自动切换的切换原则包括：
当频率变化满足ω-ω0≥ωc+或ω-ω0≤ωc-且持续时间大于Tdy1时，所述功率控制模式或开度控制模式自动切换为孤网控制模式；
当ωc-≤ω-ω0≤ωc+且持续时间大于Tdy2时，所述孤网控制模式自动切换回所述功率控制模式或开度控制模式；
其中，ωc+为孤网大网模式切换频率正边界值；ωc-为孤网大网模式切换频率负边界值；Tdy1为开度控制模式或功率控制模式切换孤网控制模式延时；Tdy2为孤网控制模式切换开度控制模式或功率控制模式延时；ω为机组转速；ω0为转速给定；
所述功率控制模式根据功率偏差量的大小，进行PID参数切换，且其切换原则包括：
当abs(ΔPe)＞dP1+dP2时，功率控制模式的PID参数由当前运行参数切换为另一套PID参数；
当abs(ΔPe)＜dP1时，功率控制模式的PID参数切换回初始PID参数；
其中，ΔPe＝ΔPE+Δω/ep且dP1，dP2均为功率控制模式PID参数切换门槛值；ep为永态转差系数；ΔPE为发电机功率偏差；Δω为转速偏差。
2.如权利要求1所述的模型，其特征在于，所述开度控制系统与功率控制系统均包括一组频率测量模块、死区设定模块、所述PID调节模块及速率限制模块；
所述开度控制系统还包括导叶开度测量模块；
所述功率控制系统还包括功率测量模块；
所述开度控制系统中的所述频率测量模块、第一死区设定模块及所述PID调节模块依次连接，所述导叶开度测量模块、第二死区设定模块及所述PID调节模块依次连接；
所述功率控制系统中的所述频率测量模块、所述死区设定模块及所述PID调节模块依次连接，所述功率测量模块、所述死区设定模块及所述PID调节模块依次连接；
所述开度控制系统中所述PID调节模块的输出侧与输入侧均连接有所述速率限制模块。
3.如权利要求2所述的模型，其特征在于，所述频率测量模块，所述导叶开度测量模块及所述功率测量模块均包括滞后单元和连接至所述滞后单元的延时单元；
所述PID调节模块包括PID环节。
4.如权利要求1所述的模型，其特征在于，当所述电子调节器模型处于所述开度控制模式时，负反馈信号的开度偏差经PID调节模块的积分环节输入所述开度控制系统中的所述PID调节模块，或经PID调节模块的PID环节输入所述开度控制系统中的所述PID调节模块。
5.如权利要求4所述的模型，其特征在于，所述开度控制系统中的所述PID调节模块计算电子调节器模型输出YPIDOUT包括：
(1)当所述PID调节模块选择PID调节模块输出YPIDOUT来计算开度偏差反馈时，包括：
1-A、当开度偏差反馈经所述积分环节输入时，计算电子调节器模型输出的拉普拉斯变换值YPIDOUT(s)：
Figure FDA0003101199000000041
1-B、当开度偏差反馈经PID环节输入时，计算电子调节器模型输出的拉普拉斯变换值YPIDOUT(s)：
Figure FDA0003101199000000042
(2)当所述PID调节模块选择导叶开度Y(s)来计算开度偏差反馈时，包括：
2-A、当开度偏差反馈经PID调节模块的积分环节输入时，计算电子调节器模型输出的拉普拉斯变换值YPIDOUT(s)：
Figure FDA0003101199000000051
2-B、当开度偏差反馈经PID环节输入时，计算电子调节器模型输出的拉普拉斯变换值YPIDOUT(s)：
Figure FDA0003101199000000052
(4)式中：KP1为开度控制模式比例增益；KI1为开度控制模式积分增益；KD1为开度控制模式微分增益；Tv1为开度控制模式微分时间常数；bp为永态转差系数；Δω(s)＝ω(s)-ω0(s)为转速偏差的拉普拉斯变换；ω(s)为机组转速；ω0(s)为转速给定；ΔY(s)＝Yref(s)-Y(s)为开度偏差的拉普拉斯变换；Y(s)为机组导叶开度；Yref(s)为导叶开度给定。
6.如权利要求1所述的模型，其特征在于，当所述电子调节器模型处于所述功率控制模式时，功率控制模式具备两套PID参数，并根据功率偏差量是否超出预设功率偏差设定值自动切换；所述功率控制系统中的所述PID调节模块计算电子调节器模型输出YPIDOUT(s)。
7.如权利要求6所述的模型，其特征在于，所述功率控制系统中的所述PID调节模块计算电子调节器模型输出YPIDOUT(s)包括：
Figure FDA0003101199000000061
式中：KP2为功率控制模式比例增益；KI2为功率控制模式积分增益；KD2为功率控制模式微分增益；Tv2为功率控制模式微分时间常数；ep为永态转差系数；Δω(s)＝ω(s)-ω0(s)为转速偏差的拉普拉斯变换；ω(s)为机组转速；ω0(s)为转速给定；ΔPE(s)＝Pref(s)-PE(s)为功率偏差的拉普拉斯变换；Pref(s)为功率给定；PE(s)为发电机功率。
8.如权利要求1所述的模型，其特征在于，所述电子调节器模型在开度控制模式下，在频率偏差后增加有速率限制；所述电子调节器模型在功率控制模式下，在一次调频功率和功率给定的功率偏差后增加了速率限制，并在所述PID调节模块输出后增加有速率限制。
CN201510955593.1A 2015-12-17 2015-12-17 一种水轮机调节系统用电子调节器模型 Active CN105470953B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510955593.1A CN105470953B (zh) 2015-12-17 2015-12-17 一种水轮机调节系统用电子调节器模型

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510955593.1A CN105470953B (zh) 2015-12-17 2015-12-17 一种水轮机调节系统用电子调节器模型

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105470953A CN105470953A (zh) 2016-04-06
CN105470953B true CN105470953B (zh) 2021-09-21

Family

ID=55608398

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510955593.1A Active CN105470953B (zh) 2015-12-17 2015-12-17 一种水轮机调节系统用电子调节器模型

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105470953B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107807515B (zh) * 2017-10-20 2020-11-17 国网新疆电力公司电力科学研究院 火电机组新华控制系统一次调频逻辑优化方法
CN108321824A (zh) * 2018-03-23 2018-07-24 国家电投集团宁夏能源铝业有限公司 “点对点”直接供电运行方式下一次调频优化方法
CN109286195B (zh) * 2018-10-17 2020-10-20 南方电网科学研究院有限责任公司 一种功率控制模式下的双pid水轮发电机组调节系统
CN109711013B (zh) * 2018-12-14 2023-07-18 中国大唐集团科学技术研究院有限公司西北电力试验研究院 一种水轮机调节系统用电液执行机构模型
CN110412864B (zh) * 2019-08-07 2022-08-09 国网重庆市电力公司电力科学研究院 水轮机调速系统分段变速率测试方法及可读存储介质
CN111525594B (zh) * 2020-04-23 2022-11-18 中国电力科学研究院有限公司 一种水电机组调速系统的控制方法及装置
CN112925193A (zh) * 2021-01-22 2021-06-08 中国电力科学研究院有限公司 一种多模式切换的水电机组调速系统控制方法及系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102437809A (zh) * 2011-12-14 2012-05-02 国网电力科学研究院 用于孤岛模式下的水电机组调速系统的控制方法
CN103807090A (zh) * 2013-11-22 2014-05-21 南方电网科学研究院有限责任公司 一种用于电力系统稳定分析的冲击式水轮机调节系统

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102437809A (zh) * 2011-12-14 2012-05-02 国网电力科学研究院 用于孤岛模式下的水电机组调速系统的控制方法
CN103807090A (zh) * 2013-11-22 2014-05-21 南方电网科学研究院有限责任公司 一种用于电力系统稳定分析的冲击式水轮机调节系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
水轮机控制系统有功功率闭环调节及自适应切换控制技术;张新华等;《中国电机工程学会2015年年会》;20151117;正文第1.2节 *
电力系统稳定计算用国产700MW水轮机调节系统建模及参数测试;王官宏等;《电网技术》;20100331;第34卷(第3期);正文第2节 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN105470953A (zh) 2016-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105470953B (zh) 一种水轮机调节系统用电子调节器模型
CN107800146B (zh) 兼顾一次调频和超低频振荡抑制的调速器参数优化方法
US9300142B2 (en) Method for emulation of synchronous machine
CN101404412B (zh) 一种用于静态电压稳定性分析的方法
US9893524B2 (en) Coordinated control method of generator and SVC for improving power throughput and controller thereof
CN108462206B (zh) Vsg的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定方法和装置
US9948221B2 (en) Method and system for eliminating low frequency oscillation between generators
CN110021952A (zh) 基于小信号建模的多端柔性直流系统下垂控制系数优化方法
CN107240918B (zh) 一种风电接入的电力系统等值简化方法
CN109256803B (zh) 一种虚拟同步机孤岛运行灵敏度计算方法
CN103823183B (zh) 一种同步发电机定子开路瞬变时间常数的测量方法
CN105138739B (zh) 一种计及死区效应的电力系统最低频率快速计算方法
CN105743107B (zh) 一种电力孤网系统频率调节的控制方法
CN101245765A (zh) 变桨距风力发电系统的逆系统鲁棒控制方法
CN115313524B (zh) 一种基于构网型变流器的光伏发电并网控制方法及系统
CN108471131B (zh) 一种评估柔性直流输电系统稳定性的方法及系统
CN106202793B (zh) 一种基于一次调频限制的电网频率稳定仿真方法
CN105512367B (zh) 并网火电机组一次调频转速不等率的临界稳定值确定方法
CN107516888B (zh) 含直流电压二次调节的多端柔性直流系统下垂控制方法
CN108039718A (zh) 一种改进的柔性直流电压控制方法及系统
CN109980657B (zh) 定无功功率外环对变流器并网系统稳定性影响的分析方法
CN105375487A (zh) 一种发电机组进相能力的建模方法
CN105024390A (zh) 基于bp神经网络的微网电池储能系统调频控制方法
CN104320030B (zh) 永磁同步风力发电机的整流电压的控制方法及控制装置
CN106684866A (zh) 一种静态开环综合增益的计算方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant