CN106327057A - 一种水电机组一次调频理论动作电量的计算系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水电机组一次调频理论动作电量的计算系统及方法，包括电子调节器模型依据频率偏差以及有功功率偏差或者导叶开度偏差得到水轮机组的目标导叶开度信号；导叶执行机构模型依据目标导叶开度信号得到实际导叶开度信号；水轮机原动机模型依据实际导叶开度信号得到理论有功功率；其中，水轮机原动机模型为只考虑刚性水击的理想水轮机模型；理论动作积分电量计算模块依据理论有功功率、理论有功功率对应的时间以及理论动作积分电量关系式得到水电机组一次调频的理论动作积分电量。可见，本发明依据水电机组的仿真模型得到水电机组的理论有功功率，并采用理论有功功率以及时间的关系得到理论动作积分电量，采用该方式得到的理论动作积分电量更加准确。

Description

一种水电机组一次调频理论动作电量的计算系统及方法

技术领域

本发明涉及水电机组一次调频技术领域，特别是涉及一种水电机组一次调频理论动作电量的计算系统及方法。

背景技术

目前，在影响电能质量的因素中，电网频率占主要部分。水电机组一次调频是指当电网频率发生波动时，调速系统根据电网频率与额定频率的频率差自动调节导叶开度，改变机组出力来适应负荷变化。一次调频服务作为基本辅助服务之一，是电网要求电厂必须提供的服务。若电厂因自身原因不能提供一次调频服务或提供的一次调频服务不达标就会被考核。根据考核的结果相应地扣减电厂发电量，最终影响其经济效益。

现有技术中对一次调频动作后所贡献电量的考核，是调度部门在电网频率超出调频死区范围时记录当下动作时间、电网实时频率与电厂上送的水电机组的实际功率等数据，根据这些数据利用考核公式分别计算出机组的理论动作积分电量和实际动作积分电量，然后再根据实际动作积分电量以及理论动作积分电量判断动作质量是否合格，并决定电厂是否要受到考核。

实际动作积分电量计算如公式(1)所示：

$Q_r={\∫}_{t_0}^{t_0+\mathrm{\Δ}t}(P_a-P_0)dt/3600---\left(1\right)$

式中：Qr为实际动作积分电量(单位：kW·h)；t₀为积分起始时间，即频率偏差超过频率死区的时刻(单位：s)；Δt为积分开始后的一次调频过程持续时间(最长不超过60s，超过60s的以60s计算，单位：s)；P_a为机组实际出力(单位：kW)；P₀为积分起始时间对应的机组出力(单位：kW)。

理论动作积分电量计算如公式(2)所示：

$Q_t=P_r\×{\∫}_{t_0}^{t_0+\mathrm{\Δ}t}\frac{\mathrm{\Δ}f}{(3600\×f_r\×4\%)}dt---\left(2\right)$

式中：Q_t为理论动作积分电量(单位：kW·h)；Pr为机组额定出力(单位：kW)；t₀和Δt的意义与上述相同；Δf为频率偏差；4％为机组的转速不等率(永态转差率)。

其中，频率偏差Δf的计算公式为：

$\mathrm{\&Delta;}f=\left\{\begin{array}{cc}0& -e_f\&le;f_r-f_g\&le;e_f\\ f_r-f_g-e_f& e_f<f_r-f_g\\ f_r-f_g+e_f& f_r-f_g<-e_f\end{array}\right.---\left(3\right)$

式中：fg为水电机组的频率(单位：Hz)；fr为电网额定频率(单位：Hz)；e_f为一次调频死区(单位：Hz)。

由公式(1)、(2)可知，实际动作积分电量是根据有功功率—时间关系曲线来计算，而理论动作积分电量是根据频率—时间关系曲线来计算的。理论积分电量随频差实时改变，而水电机组调节系统滞后性较强，功率响应相对较慢，且由于水力惯性的原因，在调节初期会出现反调效应，都将致使相同时间段内实际动作积分电量较理论值偏小。极端情况下，当频率扰动为一阶跃量时，频率—时间关系曲线为一条折线，而有功功率—时间关系曲线为一条曲线，如图1所示，t₀时刻频率扰动-0.15Hz，机组频差超出人工频率死区，经短暂延时一次调频开始动作，由于水力惯性的原因在导叶运动初期出现反调效应，如图1(c)中t₀-t₁时段，此时机组为反方向出力响应，实际积分电量为负值。t₁时刻之后，机组出力转为正方向，实际积分电量逐渐变为正值。图1(b)中阴影部分为理论动作积分电量，图1(c)中阴影部分为实际动作积分电量，可以看出在计算过程中理论与实际值误差较大。这说明用频率—时间关系曲线来计算理论动作积分电量是不准确的。

因此，如何提供一种准确度高的水电机组一次调频理论动作电量的计算系统及方法是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种水电机组一次调频理论动作电量的计算系统，依据水电机组的仿真模型得到水电机组的理论有功功率，并采用理论有功功率以及时间的关系得到理论动作积分电量，采用该方式得到的理论动作积分电量更加准确；本发明的另一目的是提供一种水电机组一次调频理论动作电量的计算方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种水电机组一次调频理论动作电量的计算系统，包括：

电子调节器模型，用于依据频率偏差以及有功功率偏差或者导叶开度偏差得到所述水电机组的目标导叶开度信号，其中，所述频率偏差为频率给定信号减去所述水电机组的频率得到的差值经过死区处理后得到的数值，所述有功功率偏差为给定理论有功功率减去所述水电机组的理论有功功率得到的差值；所述导叶开度偏差为给定导叶开度减去所述水电机组的导叶开度得到的差值；

导叶执行机构模型，用于依据所述目标导叶开度信号得到实际导叶开度信号；

水轮机原动机模型，用于依据所述实际导叶开度信号得到理论有功功率；其中，所述水轮机原动机模型为只考虑刚性水击的理想水轮机模型，所述水轮机原动机模型对应的传递函数关系为：

其中，T_w为水流惯性时间常数；

理论动作积分电量计算模块，用于依据所述理论有功功率、所述理论有功功率对应的时间以及理论动作积分电量关系式得到水电机组一次调频的理论动作积分电量，其中，所述理论动作积分电量关系式为：

$Q_t={\&Integral;}_{t_0}^{t_0+\mathrm{\&Delta;}t}(P_t-P_0)dt/3600;$

其中，Q_t为所述理论动作积分电量；t₀为频率偏差超过频率死区的时刻；Δt为积分开始后的一次调频过程持续时间，其中，Δt最长不超过60s，超过60s的以60s计算；Pt为所述理论有功功率；P₀为t₀对应的理论有功功率。

优选地，所述电子调节器模型具体用于：

接收频率给定信号以及水电机组的频率，对所述频率给定信号与所述水电机组的频率进行做差处理，并对得到的差值进行死区处理得到所述频率偏差；

对所述频率偏差分别进行第一比例处理和第一微分处理，对应得到第一数值和第二数值；

将有功功率偏差与功率调差系数进行相乘处理或者将导叶开度偏差与开度调差系数进行相乘处理，得到第三数值；

将所述第三数值与所述频率偏差做相加处理，对相加处理得到的结果进行第一积分处理，得到第四数值；

对所述第一数值、所述第二数值以及所述第四数值做相加处理，得到第五数值；

对所述第五数值进行第一限幅处理，得到所述目标导叶开度信号；

所述第一比例处理对应的传递函数为K_p，所述第一微分处理对应的传递函数为所述第一积分处理对应的传递函数为其中，K_p为第一比例增益，K_I为第一积分增益，K_D为第一微分增益，T_1V为第一微分时间常数。

优选地，所述导叶执行机构模型具体用于：

将所述目标导叶开度信号与当前实际导叶开度信号进行做差处理，并对得到的差值分别进行第二比例处理、第二积分处理以及第二微分处理，再将得到的三个数值进行第二限幅处理，并对第二限幅处理得到的结果进行积分，再对积分的结果进行第三限幅处理，得到所述实际导叶开度信号；

其中，所述第二比例处理对应的传递函数为K_p'，所述第二积分处理对应的传递函数为所述第二微分处理对应的传递函数为K_D'S，其中，所述K_p'为第二比例增益，K_I'为第二积分增益，K_D'为第二微分增益。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种水电机组一次调频理论动作电量的计算方法，包括：

电子调节器模型依据频率偏差以及有功功率偏差或者导叶开度偏差得到所述水电机组的目标导叶开度信号，其中，所述频率偏差为频率给定信号减去所述水电机组的频率得到的差值经过死区处理后得到的数值，所述有功功率偏差为给定理论有功功率减去所述水电机组的理论有功功率得到的差值；所述导叶开度偏差为给定导叶开度减去所述水电机组的导叶开度得到的差值；

导叶执行机构模型依据所述目标导叶开度信号得到实际导叶开度信号；

水轮机原动机模型依据所述实际导叶开度信号得到理论有功功率；其中，所述水轮机原动机模型为只考虑刚性水击的理想水轮机模型，所述水轮机原动机模型对应的传递函数关系为：

其中，T_w为水流惯性时间常数；

理论动作积分电量计算模块依据所述理论有功功率、所述理论有功功率对应的时间以及理论动作积分电量关系式得到水电机组一次调频的理论动作积分电量，其中，所述理论动作积分电量关系式为：

$Q_t={\&Integral;}_{t_0}^{t_0+\mathrm{\&Delta;}t}(P_t-P_0)dt/3600;$

其中，Q_t为所述理论动作积分电量；t₀为频率偏差超过频率死区的时刻；Δt为积分开始后的一次调频过程持续时间，其中，Δt最长不超过60s，超过60s的以60s计算；Pt为所述理论有功功率；P₀为t₀对应的理论有功功率。

优选地，所述依据频率偏差以及有功功率偏差或者导叶开度偏差得到所述水电机组的目标导叶开度信号的过程具体为：

接收频率给定信号以及水电机组的频率，对所述频率给定信号与所述水电机组的频率进行做差处理，并对得到的差值进行死区处理得到所述频率偏差；

对所述频率偏差分别进行第一比例处理和第一微分处理，对应得到第一数值和第二数值；

将有功功率偏差与功率调差系数进行相乘处理或者将导叶开度偏差与开度调差系数进行相乘处理，得到第三数值；

将所述第三数值与所述频率偏差做相加处理，对相加处理得到的结果进行第一积分处理，得到第四数值；

对所述第一数值、所述第二数值以及所述第四数值做相加处理，得到第五数值；

对所述第五数值进行第一限幅处理，得到所述目标导叶开度信号；

所述第一比例处理对应的传递函数为K_p，所述第一微分处理对应的传递函数为所述第一积分处理对应的传递函数为其中，K_p为第一比例增益，K_I为第一积分增益，K_D为第一微分增益，T_1V为第一微分时间常数。

优选地，所述依据所述目标导叶开度信号得到实际导叶开度信号的过程具体为：

将所述目标导叶开度信号与当前实际导叶开度信号进行做差处理，并对得到的差值分别进行第二比例处理、第二积分处理以及第二微分处理，再将得到的三个数值进行第二限幅处理，并对第二限幅处理得到的结果进行积分，再对积分的结果进行第三限幅处理，得到所述实际导叶开度信号；

其中，所述第二比例处理对应的传递函数为K_p'，所述第二积分处理对应的传递函数为所述第二微分处理对应的传递函数为K_D'S，其中，所述K_p'为第二比例增益，K_I'为第二积分增益，K_D'为第二微分增益。

本发明提供了一种水电机组一次调频理论动作电量的计算系统及方法，包括电子调节器模型依据频率偏差以及有功功率偏差或者导叶开度偏差得到水轮机组的目标导叶开度信号；导叶执行机构模型依据目标导叶开度信号得到实际导叶开度信号；水轮机原动机模型依据实际导叶开度信号得到理论有功功率；其中，水轮机原动机模型为只考虑刚性水击的理想水轮机模型；理论动作积分电量计算模块依据理论有功功率、理论有功功率对应的时间以及理论动作积分电量关系式得到水电机组一次调频的理论动作积分电量。

可见，本发明依据水电机组的仿真模型得到水电机组的理论有功功率，并采用理论有功功率以及时间的关系得到理论动作积分电量，采用该方式得到的理论动作积分电量与实际动作积分电量更接近，也更加准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中阶跃扰动下理论动作积分电量与实际动作积分电量的对比图；

图2为本发明提供的一种水电机组一次调频理论动作电量的计算系统的结构示意图；

图3为本发明提供的一种电子调节器模型的框图；

图4为本发明提供的一种导叶执行机构模型的框图；

图5为本发明提供的一种水轮机原动机模型的框图；

图6为本发明提供的一种基于水电机组仿真模型的水电机组一次调频理论动作电量的计算系统的框图；

图7为采用现有技术中的方法计算理论动作积分电量与实际动作积分电量的计算示意图；

图8为采用本发明提供的系统计算理论动作积分电量与实际动作积分电量的计算示意图；

图9为本发明提供的一种水电机组一次调频理论动作电量的计算方法的过程的流程图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种水电机组一次调频理论动作电量的计算系统，依据水电机组的仿真模型得到水电机组的理论有功功率，并采用理论有功功率以及时间的关系得到理论动作积分电量，采用该方式得到的理论动作积分电量更加准确；本发明的另一核心是提供一种水电机组一次调频理论动作电量的计算方法。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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。

请参照图2，图2为本发明提供的一种水电机组一次调频理论动作电量的计算系统的结构示意图；该系统包括：

电子调节器模型1，用于依据频率偏差以及有功功率偏差或者导叶开度偏差得到水电机组的目标导叶开度信号，其中，频率偏差为频率给定信号减去水电机组的频率得到的差值经过死区处理后得到的数值，有功功率偏差为给定理论有功功率减去水电机组的理论有功功率得到的差值；导叶开度偏差为给定导叶开度减去水电机组的导叶开度得到的差值；

具体地，请参照图3，图3为本发明提供的一种电子调节器模型的框图。

作为优选地，电子调节器模型1具体用于：

接收频率给定信号以及水电机组的频率，对频率给定信号与水电机组的频率进行做差处理，并对得到的差值进行死区处理得到频率偏差；

结合图3可知，f_d为转速死区。且图中的f_c为频率给定信号，当该模型对水电机组进行模拟时，f_c等于电网额定频率50Hz；f_g为水电机组的频率。

对频率偏差分别进行第一比例处理和第一微分处理，对应得到第一数值和第二数值；

将有功功率偏差与功率调差系数进行相乘处理或者将导叶开度偏差与开度调差系数进行相乘处理，得到第三数值；

P_g、P_c分别为水电机组的理论有功功率以及给定理论有功功率；Y_g、Y_c分别为水电机组的导叶开度以及给定导叶开度。其中，当选择有功功率偏差参与调节时，则此时的bp为功率调差系数，当选择导叶开度偏差残余调节时，则此时的bp为开度调差系数，选择了哪个参与调节，哪个与其系数的乘积作为第三数值。

需要说明的是，这里的P_g也即下面提到的P_t，Y_g也即下面提到的Y_PID。

将第三数值与频率偏差做相加处理，对相加处理得到的结果进行第一积分处理，得到第四数值；

对第一数值、第二数值以及第四数值做相加处理，得到第五数值；

对第五数值进行第一限幅处理，得到目标导叶开度信号；

YPIDmax、YPIDmin分别为电子调节器模型1进行第一限幅处理的输出上限、下限，图中Y_PID即为目标导叶开度信号。

第一比例处理对应的传递函数为K_p，第一微分处理对应的传递函数为第一积分处理对应的传递函数为其中，K_p为第一比例增益，K_I为第一积分增益，K_D为第一微分增益，T_1V为第一微分时间常数。

导叶执行机构模型2，用于依据目标导叶开度信号得到实际导叶开度信号；

具体地，请参照图4，图4为本发明提供的一种导叶执行机构模型的框图。

作为优选地，导叶执行机构模型2具体用于：

将目标导叶开度信号与当前实际导叶开度信号进行做差处理，并对得到的差值分别进行第二比例处理、第二积分处理以及第二微分处理，再将得到的三个数值进行第二限幅处理，并对第二限幅处理得到的结果进行积分，再对积分的结果进行第三限幅处理，得到实际导叶开度信号；

其中，第二比例处理对应的传递函数为K_p'，第二积分处理对应的传递函数为第二微分处理对应的传递函数为K_D'S，其中，K_p'为第二比例增益，K_I'为第二积分增益，K_D'为第二微分增益。

可以理解的是，这里的导叶执行机构模型2也可称为电液伺服系统模型，该模型中的PID运算为水电机组调节系统副环PID控制环节。

图中，Y为实际导叶开度信号(也即接力器行程信号)，v_max为开启速度限幅；v_min1、v_min2为关闭速度限幅(两段关闭)；Ty为导叶主接力器的反应时间常数；Ymax、Ymin—导叶主接力器的最大行程、导叶主接力器的最小行程；Ydelay—导叶执行机构输出的延迟时间(秒)。

水轮机原动机模型3，用于依据实际导叶开度信号得到理论有功功率；其中，水轮机原动机模型3为只考虑刚性水击的理想水轮机模型，水轮机原动机模型3对应的传递函数关系为：

其中，T_w为水流惯性时间常数；

具体地，请参照图5，图5为本发明提供的一种水轮机原动机模型的框图。

因为本发明想要通过水电机组的仿真模型对实际中的水电机组进行模拟，进而得到水电机组输出的理论有功功率，因此，这里考虑选用只考虑刚性水击的理想水轮机原动机模型3。

理论动作积分电量计算模块4，用于依据理论有功功率、理论有功功率对应的时间以及理论动作积分电量关系式得到水电机组一次调频的理论动作积分电量，其中，理论动作积分电量关系式为：

$Q_t={\&Integral;}_{t_0}^{t_0+\mathrm{\&Delta;}t}(P_t-P_0)dt/3600;$

其中，Q_t为理论动作积分电量；t₀为频率偏差超过频率死区的时刻；Δt为积分开始后的一次调频过程持续时间，其中，Δt最长不超过60s，超过60s的以60s计算；Pt为理论有功功率；P₀为t₀对应的理论有功功率。

综上，请参照图6，图6为本发明提供的一种基于水电机组仿真模型的水电机组一次调频理论动作电量的计算系统的框图。

图6为电子调节器模型1、导叶执行机构模型2与理想水轮机模型所构成的水电机组调速系统仿真模型框图，模型的输入为频率给定信号、模拟的机频信、有功功率偏差或者导叶开度偏差，经计算得出频差，经频率死区环节进行PID运算，再经PID输出限幅环节输出PID调节信号，输入导叶执行机构中的副环PID环节，经副环PID输出、导叶开启、关闭限速环节，结合导叶接力器时间常数进行积分运算，经接力器限幅环节输出导叶实际导叶开度信号，输入理想水轮机模型，接力器行程到有功功率的传递函数关系最终计算出机组功率输出。该模型符合实际且能准确仿真水电机组一次调频的过程，得到与实测结果变化趋势相近的有功功率仿真曲线。

下面结合具体实例对采用本发明提供的系统产生的有益效果与现有技术进行比较：

选定某水电厂1号水电机组一次调频试验及现场实测数据，根据频率—时间关系曲线可使用原有方法计算出理论动作积分电量。根据频率扰动通过电子调节器模型1计算出PID控制输出，经导叶执行机构模型2计算出机组导叶开度输出，导叶开度Y输入理想水轮机模型，进行理论有功功率P信号的仿真，根据仿真出的有功功率曲线积分计算得出本发明所述的基于理想水轮机原动机模型3的水电机组一次调频理论动作电量值，并与由原有方法计算得出的理论动作电量值进行比较，计算结果如图7-图8所示，比较结果如表1所示，其中，图7为采用现有技术中的方法计算理论动作积分电量与实际动作积分电量的计算示意图，图8为采用本发明提供的系统计算理论动作积分电量与实际动作积分电量的计算示意图。

图7中，(a)为电网频率随时间变化曲线，电网频率从初始值(50Hz)开始变化，当越过一次调频死区fd时，水电机组一次调频开始动作，有功功率P开始缓慢下降。(b)为根据频率偏差按照公式得到的理论积分电量计算用功率随频率偏差变化的曲线，积分后即可得到理论动作积分电量值。(c)为实测的机组有功功率一次调频响应过程，积分图中曲线可得到实际动作积分电量值。假设一次调频动作时间为Δt，则积分Δt秒得到的理论与实际积分电量值如图中阴影所示。阴影部分①为一次调频过程中(不超过60s)理论积分电量，阴影部分②为实际积分电量。

图8中，(a)为电网频率随时间变化曲线，电网频率从初始值(50Hz)开始变化，当越过一次调频死区fd时，机组一次调频开始动作，一次调频动作持续时间同样为Δt，积分Δt秒可得到理论与实际动作积分电量值。此时的理论积分电量大小由仿真得出的有功功率P曲线进行积分，如(b)所示，图中的阴影部分③为本发明的基于理想水轮机模型的水电机组一次调频理论动作积分电量，(c)中阴影部分④为实际积分电量。

表1动作积分电量统计比较结果

由计算结果可看出，采用现有技术中计算方法得到的理论动作积分电量与实际动作积分电量值的偏差比较大，而利用本发明提供的基于理想水轮机原动机模型3的方式计算得出的理论动作积分电量相比现有技术更接近实际积分电量值，用于数据说明本发明比现有技术中的积分计算公式有所改进。

综上所述：

本发明所使用的原动机模型为考虑刚性水击的理想水轮机模型，符合实际且能相对准确仿真水电机组一次调频的过程，得到与实测结果变化趋势相近的有功功率仿真曲线。

另外，本发明所采用的一种水电机组一次调频理论动作电量的计算系统提高了理论动作电量计算的准确性，理论动作积分电量利用仿真得到的有功功率曲线来求取，使得理论值与实际动作积分电量值更接近。

本发明提供了一种水电机组一次调频理论动作电量的计算系统，包括电子调节器模型依据频率偏差以及有功功率偏差或者导叶开度偏差得到水轮机组的目标导叶开度信号；导叶执行机构模型依据目标导叶开度信号得到实际导叶开度信号；水轮机原动机模型依据实际导叶开度信号得到理论有功功率；其中，水轮机原动机模型为只考虑刚性水击的理想水轮机模型；理论动作积分电量计算模块依据理论有功功率、理论有功功率对应的时间以及理论动作积分电量关系式得到水电机组一次调频的理论动作积分电量。

可见，本发明依据水电机组的仿真模型得到水电机组的理论有功功率，并采用理论有功功率以及时间的关系得到理论动作积分电量，采用该方式得到的理论动作积分电量与实际动作积分电量更接近，也更加准确。

请参照图9，图9为本发明提供的一种水电机组一次调频理论动作电量的计算方法的过程的流程图，该方法包括：

步骤S101：电子调节器模型依据频率偏差以及有功功率偏差或者导叶开度偏差得到水电机组的目标导叶开度信号，其中，频率偏差为频率给定信号减去水电机组的频率得到的差值经过死区处理后得到的数值，有功功率偏差为给定理论有功功率减去水电机组的理论有功功率得到的差值；导叶开度偏差为给定导叶开度减去水电机组的导叶开度得到的差值；

作为优选地，依据频率偏差以及有功功率偏差或者导叶开度偏差得到水电机组的目标导叶开度信号的过程具体为：

接收频率给定信号以及水电机组的频率，对频率给定信号与水电机组的频率进行做差处理，并对得到的差值进行死区处理得到频率偏差；

对频率偏差分别进行第一比例处理和第一微分处理，对应得到第一数值和第二数值；

将有功功率偏差与功率调差系数进行相乘处理或者将导叶开度偏差与开度调差系数进行相乘处理，得到第三数值；

将第三数值与频率偏差做相加处理，对相加处理得到的结果进行第一积分处理，得到第四数值；

对第一数值、第二数值以及第四数值做相加处理，得到第五数值；

对第五数值进行第一限幅处理，得到目标导叶开度信号；

第一比例处理对应的传递函数为K_p，第一微分处理对应的传递函数为第一积分处理对应的传递函数为其中，K_p为第一比例增益，K_I为第一积分增益，K_D为第一微分增益，T_1V为第一微分时间常数。

步骤S102：导叶执行机构模型依据目标导叶开度信号得到实际导叶开度信号；

作为优选地，依据目标导叶开度信号得到实际导叶开度信号的过程具体为：

将目标导叶开度信号与当前实际导叶开度信号进行做差处理，并对得到的差值分别进行第二比例处理、第二积分处理以及第二微分处理，再将得到的三个数值进行第二限幅处理，并对第二限幅处理得到的结果进行积分，再对积分的结果进行第三限幅处理，得到实际导叶开度信号；

其中，第二比例处理对应的传递函数为K_p'，第二积分处理对应的传递函数为第二微分处理对应的传递函数为K_D'S，其中，K_p'为第二比例增益，K_I'为第二积分增益，K_D'为第二微分增益。

步骤S103：水轮机原动机模型依据实际导叶开度信号得到理论有功功率；其中，水轮机原动机模型为只考虑刚性水击的理想水轮机模型，水轮机原动机模型对应的传递函数关系为：

其中，T_w为水流惯性时间常数；

步骤S104：理论动作积分电量计算模块依据理论有功功率、理论有功功率对应的时间以及理论动作积分电量关系式得到水电机组一次调频的理论动作积分电量，其中，理论动作积分电量关系式为：

$Q_t={\&Integral;}_{t_0}^{t_0+\mathrm{\&Delta;}t}(P_t-P_0)dt/3600;$

其中，Q_t为理论动作积分电量；t₀为频率偏差超过频率死区的时刻；Δt为积分开始后的一次调频过程持续时间，其中，Δt最长不超过60s，超过60s的以60s计算；Pt为理论有功功率；P₀为t₀对应的理论有功功率。

对于本发明提供的水电机组一次调频理论动作电量的计算方法的介绍请参照上述系统实施例，本发明在此不再赘述。

本发明提供了一种水电机组一次调频理论动作电量的计算方法，包括电子调节器模型依据频率偏差以及有功功率偏差或者导叶开度偏差得到水轮机组的目标导叶开度信号；导叶执行机构模型依据目标导叶开度信号得到实际导叶开度信号；水轮机原动机模型依据实际导叶开度信号得到理论有功功率；其中，水轮机原动机模型为只考虑刚性水击的理想水轮机模型；理论动作积分电量计算模块依据理论有功功率、理论有功功率对应的时间以及理论动作积分电量关系式得到水电机组一次调频的理论动作积分电量。

可见，本发明依据水电机组的仿真模型得到水电机组的理论有功功率，并采用理论有功功率以及时间的关系得到理论动作积分电量，采用该方式得到的理论动作积分电量与实际动作积分电量更接近，也更加准确。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种水电机组一次调频理论动作电量的计算系统，其特征在于，包括：

电子调节器模型，用于依据频率偏差以及有功功率偏差或者导叶开度偏差得到所述水电机组的目标导叶开度信号，其中，所述频率偏差为频率给定信号减去所述水电机组的频率得到的差值经过死区处理后得到的数值，所述有功功率偏差为给定理论有功功率减去所述水电机组的理论有功功率得到的差值；所述导叶开度偏差为给定导叶开度减去所述水电机组的导叶开度得到的差值；

导叶执行机构模型，用于依据所述目标导叶开度信号得到实际导叶开度信号；

水轮机原动机模型，用于依据所述实际导叶开度信号得到理论有功功率；其中，所述水轮机原动机模型为只考虑刚性水击的理想水轮机模型，所述水轮机原动机模型对应的传递函数关系为：

其中，T_w为水流惯性时间常数；

理论动作积分电量计算模块，用于依据所述理论有功功率、所述理论有功功率对应的时间以及理论动作积分电量关系式得到水电机组一次调频的理论动作积分电量，其中，所述理论动作积分电量关系式为：

$Q_t={\&Integral;}_{t_0}^{t_0+\mathrm{\&Delta;}t}(P_t-P_0)dt/3600;$

其中，Q_t为所述理论动作积分电量；t₀为频率偏差超过频率死区的时刻；Δt为积分开始后的一次调频过程持续时间，其中，Δt最长不超过60s，超过60s的以60s计算；Pt为所述理论有功功率；P₀为t₀对应的理论有功功率。

2.如权利要求1所述的计算系统，其特征在于，所述电子调节器模型具体用于：

接收频率给定信号以及水电机组的频率，对所述频率给定信号与所述水电机组的频率进行做差处理，并对得到的差值进行死区处理得到所述频率偏差；

对所述频率偏差分别进行第一比例处理和第一微分处理，对应得到第一数值和第二数值；

将有功功率偏差与功率调差系数进行相乘处理或者将导叶开度偏差与开度调差系数进行相乘处理，得到第三数值；

将所述第三数值与所述频率偏差做相加处理，对相加处理得到的结果进行第一积分处理，得到第四数值；

对所述第一数值、所述第二数值以及所述第四数值做相加处理，得到第五数值；

对所述第五数值进行第一限幅处理，得到所述目标导叶开度信号；

所述第一比例处理对应的传递函数为K_p，所述第一微分处理对应的传递函数为所述第一积分处理对应的传递函数为其中，K_p为第一比例增益，K_I为第一积分增益，K_D为第一微分增益，T_1V为第一微分时间常数。

3.如权利要求1所述的计算系统，其特征在于，所述导叶执行机构模型具体用于：

将所述目标导叶开度信号与当前实际导叶开度信号进行做差处理，并对得到的差值分别进行第二比例处理、第二积分处理以及第二微分处理，再将得到的三个数值进行第二限幅处理，并对第二限幅处理得到的结果进行积分，再对积分的结果进行第三限幅处理，得到所述实际导叶开度信号；

其中，所述第二比例处理对应的传递函数为K_p'，所述第二积分处理对应的传递函数为所述第二微分处理对应的传递函数为K_D'S，其中，所述K_p'为第二比例增益，K_I'为第二积分增益，K_D'为第二微分增益。

4.一种水电机组一次调频理论动作电量的计算方法，其特征在于，包括：

电子调节器模型依据频率偏差以及有功功率偏差或者导叶开度偏差得到所述水电机组的目标导叶开度信号，其中，所述频率偏差为频率给定信号减去所述水电机组的频率得到的差值经过死区处理后得到的数值，所述有功功率偏差为给定理论有功功率减去所述水电机组的理论有功功率得到的差值；所述导叶开度偏差为给定导叶开度减去所述水电机组的导叶开度得到的差值；

导叶执行机构模型依据所述目标导叶开度信号得到实际导叶开度信号；

水轮机原动机模型依据所述实际导叶开度信号得到理论有功功率；其中，所述水轮机原动机模型为只考虑刚性水击的理想水轮机模型，所述水轮机原动机模型对应的传递函数关系为：

其中，T_w为水流惯性时间常数；

理论动作积分电量计算模块依据所述理论有功功率、所述理论有功功率对应的时间以及理论动作积分电量关系式得到水电机组一次调频的理论动作积分电量，其中，所述理论动作积分电量关系式为：

$Q_t={\&Integral;}_{t_0}^{t_0+\mathrm{\&Delta;}t}(P_t-P_0)dt/3600;$

其中，Q_t为所述理论动作积分电量；t₀为频率偏差超过频率死区的时刻；Δt为积分开始后的一次调频过程持续时间，其中，Δt最长不超过60s，超过60s的以60s计算；Pt为所述理论有功功率；P₀为t₀对应的理论有功功率。

5.如权利要求4所述的计算系统，其特征在于，所述依据频率偏差以及有功功率偏差或者导叶开度偏差得到所述水电机组的目标导叶开度信号的过程具体为：

接收频率给定信号以及水电机组的频率，对所述频率给定信号与所述水电机组的频率进行做差处理，并对得到的差值进行死区处理得到所述频率偏差；

对所述频率偏差分别进行第一比例处理和第一微分处理，对应得到第一数值和第二数值；

将有功功率偏差与功率调差系数进行相乘处理或者将导叶开度偏差与开度调差系数进行相乘处理，得到第三数值；

将所述第三数值与所述频率偏差做相加处理，对相加处理得到的结果进行第一积分处理，得到第四数值；

对所述第一数值、所述第二数值以及所述第四数值做相加处理，得到第五数值；

对所述第五数值进行第一限幅处理，得到所述目标导叶开度信号；

所述第一比例处理对应的传递函数为K_p，所述第一微分处理对应的传递函数为所述第一积分处理对应的传递函数为其中，K_p为第一比例增益，K_I为第一积分增益，K_D为第一微分增益，T_1V为第一微分时间常数。

6.如权利要求4所述的计算系统，其特征在于，所述依据所述目标导叶开度信号得到实际导叶开度信号的过程具体为：

将所述目标导叶开度信号与当前实际导叶开度信号进行做差处理，并对得到的差值分别进行第二比例处理、第二积分处理以及第二微分处理，再将得到的三个数值进行第二限幅处理，并对第二限幅处理得到的结果进行积分，再对积分的结果进行第三限幅处理，得到所述实际导叶开度信号；

其中，所述第二比例处理对应的传递函数为K_p'，所述第二积分处理对应的传递函数为所述第二微分处理对应的传递函数为K_D'S，其中，所述K_p'为第二比例增益，K_I'为第二积分增益，K_D'为第二微分增益。