CN109711013A - 一种水轮机调节系统用电液执行机构模型 - Google Patents

Abstract

本发明属于水轮机调速器技术领域，公开了一种水轮机调节系统用电液执行机构模型。用于电力系统稳定分析计算，所述电液执行机构模型包括导叶开度控制系统，所述导叶开度控制系统的输入接口为导叶PID输出，输出接口为导叶开度，所述导叶开度控制系统包括输出延迟单元、m个导叶开向阀组、m个导叶关向阀组以及输出限幅单元；其中，每个导叶开向阀组和导叶关向阀组包括依次连接的死区控制模块、速率限制模块、延迟模块、时间常数模块。本发明能够满足数字阀+插装阀方式调速器，各参数可以通过现场试验简单获取，保证了电力系统仿真计算的可靠性和准确性。

Description

一种水轮机调节系统用电液执行机构模型

技术领域

本发明涉及水轮机调速器技术领域，尤其涉及一种水轮机调节系统用电液执行机构模型。

背景技术

原动机及其调节控制系统对电力系统动态稳定以及中长期稳定性都有显著的影响。在电力系统稳定计算中采用不同的原动机及其调节控制系统模型和参数，其计算结果会产生较大的差异。因此，需要能正确反映实际运行设备运行状态的数学模型和参数，使得计算结果真实可靠。通过对电网机组的原动机、励磁和调速系统模型和参数进行调查和测试，为系统稳定分析及电网日常生产调度提供准确的计算数据，是保证电网安全运行和提高劳动生产率的有效措施，具有重要的社会意义和经济效益。

水轮机调节系统建模及参数实测可以划分为三部分：控制器模型及参数、电液执行机构模型及参数、水轮机模型及参数，通过闭环仿真模型真实机组的运行情况。然而，现在主流的电力系统仿真软件PSASP、BPA等中对于电液执行机构的模型相对固定，对于采用比例阀、伺服电机、步进电机等方式控制的实际水轮机调速器通过对控制特性的调整基本可以满足理论模型与真实电液执行机构动作特性的模拟。然而，随着，采用数字阀+逻辑插装阀方式的水轮机调速器的快速、大批量投产，由于采用不同的数字阀组的投、退组合不同的调节速率，以达到快速、平稳运行。这使得真实的电液执行机构动作过程变换为类似分段函数的过程，同时引入相应的优化逻辑，使得电液执行机构理论模型发生了革命性的变化，因此原来电力系统仿真软件中的电液执行机构模型无法满足新的要求，需要针对数字阀+插装阀方式水轮机调速器建立新的电液执行机构模型。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种水轮机调节系统用电液执行机构模型，符合数字阀+插装阀工作特性的水轮机调速器电液执行机构模型，该电液执行机构模型仿真精度高，可以完全满足数字阀+插装阀方式调速器，各参数可以通过现场试验简单获取，保证了电力系统仿真计算的可靠性和准确性。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

提供一种水轮机调节系统用电液执行机构模型，用于电力系统稳定分析计算，所述电液执行机构模型包括导叶开度控制系统，所述导叶开度控制系统的输入接口为导叶PID输出，输出接口为导叶开度，所述导叶开度控制系统包括输出延迟单元、m个导叶开向阀组、m个导叶关向阀组以及输出限幅单元，m为正整数；

其中，每个导叶开向阀组和导叶关向阀组包括依次连接的死区控制模块、速率限制模块、延迟模块、时间常数模块。

相比于现有技术，本发明具有如下显著效果：

(1)本发明考虑了数字阀+插装阀结构水轮机调速器电液执行机构的实际动作特点，避免了传统电力系统软件中模型单一，无法匹配的问题，本发明实现理论模型可高精度反映现场设备动作过程，精度高；

(2)本发明考虑了导叶和桨叶侧电液执行机构模型，同时对于单调节水轮机调速器，只需简单使用导叶侧模型即可；

(3)本发明可以移植到专业电力系统分析软件中，如PSASP、BPA等，实用性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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为水轮机调节系统结构图；

图2为本发明实施例提供的电液执行机构模型中导叶开度控制系统的结构图；

图3为本发明实施例提供的电液执行机构模型中桨叶开度控制系统的结构图；

图4为导叶±5％阶跃扰动下导叶开度实测曲线与仿真曲线对比图；

图5为导叶±20％阶跃扰动下导叶开度实测曲线与仿真曲线对比图；

图6为桨叶±5％阶跃扰动下桨叶开度实测曲线与仿真曲线对比图；

图7为桨叶±20％阶跃扰动下桨叶开度实测曲线与仿真曲线对比图。

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。

为便于理解本发明，首先对水轮机调节系统作简要介绍如下：

参见图1所示的水轮机调节系统结构图，其中压力过水系统、水轮机、发电机、电网及负荷构成水轮机调节系统的被控对象，频率测量机构、控制系统、电液执行机构构成水轮机调节系统的水轮机调速器。水轮机调速器的测量机构测取频率、开度、功率等信号经控制系统决策、判定后输出PID信号，PID信号施加在电液执行机构模型上，电液执行机构输出导叶、桨叶开度，从而调节水轮机的导叶、桨叶机构的开度大小，改变压力过水系统流过水轮机的流量大小，进而水轮机所获得的能量发生改变，决定了与水轮机同轴联接的发电机输出功率的大小。

图2所示为本发明实施例提供的一种水轮机调节系统用电液执行机构模型的结构示意图。

本发明实施例提供的水轮机调节系统用电液执行机构模型，用于电力系统稳定分析计算，所述电液执行机构模型包括导叶开度控制系统。

参见图2，所述导叶开度控制系统的输入接口为导叶PID输出y_gc，输出接口为导叶开度y_g，所述导叶开度控制系统包括输出延迟单元、m个导叶开向阀组、m个导叶关向阀组以及输出限幅单元，m为正整数。其中，每个导叶开向阀组和导叶关向阀组包括依次连接的死区控制模块、速率限制模块、延迟模块、时间常数模块。

进一步的，如图2所示，m导叶个开向阀组包含模型参数如下：导叶开向阀组速率限制v_{g max 1}、v_{g max 2}、v_{g max 3}、…、v_{g maxm}，导叶开向阀组动作延迟时间T_{god 1}、T_{god 2}、T_{god 3}、…、T_godm，导叶开向阀组形成的接力器开启侧各档时间常数T_{gyo 1}、T_{gyo 2}、T_{gyo 3}、…、T_gyom，导叶开向阀组控制死区一般地，参数整定如下：也进一步称为导叶开向阀组动作死区， 也进一步称为导叶开向阀组复归死区。

m个导叶关向阀组包含模型参数如下：导叶关向阀组速率限制v_{g min 1}、v_{g min 2}、v_{g min 3}、…、v_{g minn}，导叶关向阀组动作延迟时间T_{gcd 1}、T_{gcd 2}、T_{gcd 3}、…、T_gcdm，导叶关向阀组形成的接力器关闭侧各档时间常数T_{gyc 1}、T_{gyc 2}、T_{gyc 3}、…、T_gycm，导叶关向阀组控制死区 一般地，参数整定如下： 也进一步称为导叶关向阀组动作死区，也进一步称为导叶阀组关向复归死区。

此外，导叶开度控制系统中导叶开度y_g输出存在延迟环节T_gd，导叶开度y_g输出存在限幅，上限为y_{g max}，下限为y_{g min}。

以上模型为含有桨叶的双调节机组模型结构，如果水轮机调速器不含桨叶控制，则只需利用导叶侧电液执行机构模型即可。

以下对导叶开启侧工作过程进行介绍如下：

1、导叶PID输出y_gc与导叶开度y_g做差得到△y_g，△y_g经电液执行机构总延迟时间环节T_gd输出，因为只是时间上的延迟，△y_g值未发生变化，因此经延迟时间环节T_gd输出后的量下文仍称为△y_g。

2、当△y_g>0时，导叶侧电液执行结构进行开向动作判断，各导叶关向阀组控制死区模块后输出量为0；当时，偏差控制量在第一组阀的动作死区内，也即未达到导叶电液执行机构最小阀组的动作死区，各导叶开向阀组控制死区模块后输出量为0，各限速环节前的输入量为0，导叶开度维持不动；当时，偏差控制量满足第一组阀的动作死区，小于第二组阀的动作死区，此时仅第一组导叶开向阀组控制死区模块后输出△y_g，第2、3、…、m导叶开向阀组控制死区模块后输出量为0；当时，偏差控制量满足第一组阀和第二组阀的动作死区，小于第三组阀的动作死区，此时第1和2导叶开向阀组控制死区模块后输出△y_g，第3、…、m导叶开向阀组控制死区模块后输出量为0；当时，偏差控制量满足第一组阀、第二组阀和第三组阀的动作死区，小于第四组阀的动作死区，此时第1、2和3导叶开向阀组控制死区模块后输出△y_g，第4、…、m导叶开向阀组控制死区模块后输出量为0；以此类推，当 时，偏差控制量满足第1至m-1组阀的动作死区，小于第m组阀的动作死区，此时第1、2、3、…、m-1导叶开向阀组控制死区模块后输出△y_g，第m导叶开向阀组控制死区模块后输出量为0；当时，偏差控制量满足第1至m组阀的动作死区，此时第1、2、3、…、m导叶开向阀组控制死区模块后输出△y_g，即导叶开向阀组全部进行开向响应；

3、第2步确定导叶开向阀组进行开向响应的阀组数量，并使其控制死区模块后的输出量△y_g，作用在各对应导叶阀组开向速率限制模块，当满足△y_g≤v_{g max 1}、△y_g≤v_{g max 2}、△y_g≤v_{g max 3}、…、△y_g≤v_{g maxm}，各导叶阀组开向速率限制模块后输出量为△y_g，注意第2步判断不进行开向响应的阀组本身其开向速率限制模块输入量为0，也可认为不需要第3步及后续步骤的判断。

具体的，当△y_g>v_{g max 1}时，第一组导叶阀组开向速率限制模块输出量为v_{g max 1}；

当△y_g>v_{g max 2}时，第二组导叶阀组开向速率限制模块输出量为v_{g max 2}；

当△y_g>v_{g max 3}时，第三组导叶阀组开向速率限制模块输出量为v_{g max 3}；

以此类推，可得到当△y_g>v_{g maxm}时，第m组导叶阀组开向速率限制模块输出量为v_{g maxm}；

4、开向响应的阀组经过导叶阀组开向速率限制模块限幅后，经过对应开向阀组动作延迟时间T_{god 1}、T_{god 2}、T_{god 3}、…、T_godm作用，只是将该开向阀组输出量进行了时间延迟，不改变量值的大小；

5、经对应导叶开向阀组动作延迟时间作用后，各输出量施加在接力器开启侧各档时间常数T_{gyo 1}、T_{gyo 2}、T_{gyo 3}、…、T_gyom构成的模块上；

6、由于第2步确定为导叶开向后，各限幅模块(含积分)前的选择开关已自动切换至导叶开向控制回路上，因此接力器关闭侧各档时间常数构成的模块输出被切断，不影响控制结果。此时，第5步的输出经过含积分的限幅模块作用后输出导叶开度，当计算的导叶输出开度>y_{g max}时，输出导叶开度y_{g max}，反之输出实际计算得到的导叶开度；

7、经过第1-6步循环，导叶开度y_g不断正向逼近导叶PID输出y_gc，当时，第m组导叶开向阀组满足复归条件，即第m组导叶开向阀组死区控制模块后输出为0，这也意味着第m组导叶开向阀组被关闭，不再对导叶开启起作用；当时，第m-1组导叶开向阀组满足复归条件，即第m-1组导叶开向阀组死区控制模块后输出为0，这也意味着第m-1和m组导叶开向阀组被关闭，不再对导叶开启起作用；以此类推，当时，第2组导叶开向阀组满足复归条件，即第2组导叶开向阀组死区控制模块后输出为0，这也意味着第2、3、…、m组导叶开向阀组被关闭，不再对导叶开启起作用；当时，第1组导叶开向阀组满足复归条件，即第1组导叶开向阀组死区控制模块后输出为0，这也意味着所有的导叶开向阀组被关闭，不再对导叶开启起作用，此时导叶开启到指定位置，导叶一次开启过程结束。

8、导叶电液执行机构模块进入第1步，开始新一轮的导叶动作判断。

类似的，导叶关闭侧的工作过程具体如下：

1、导叶PID输出y_gc与导叶开度y_g做差得到△y_g，△y_g经电液执行机构总延迟时间环节T_gd输出，因为只是时间上的延迟，△y_g值未发生变化，因此经延迟时间环节T_gd输出后的量下文仍称为△y_g。

2、当△y_g<0时，导叶侧电液执行结构进行关闭动作判断，各导叶开向阀组控制死区模块后输出量为0；当时，偏差控制量在第一组阀的动作死区内，也即未达到导叶电液执行机构最小阀组的动作死区，各导叶关向阀组控制死区模块后输出量为0，各限速环节前的输入量为0，导叶开度维持不动；当时，偏差控制量满足第一组阀的动作死区，小于第二组阀的动作死区，此时仅第一组导叶关向阀组控制死区模块后输出△y_g，第2、3、…、m导叶关向阀组控制死区模块后输出量为0；当时，偏差控制量满足第一组阀和第二组阀的动作死区，小于第三组阀的动作死区，此时第1和2导叶关向阀组控制死区模块后输出△y_g，第3、…、m导叶关向阀组控制死区模块后输出量为0；当时，偏差控制量满足第一组阀、第二组阀和第三组阀的动作死区，小于第四组阀的动作死区，此时第1、2和3导叶关向阀组控制死区模块后输出△y_g，第4、…、m导叶关向阀组控制死区模块后输出量为0；以此类推，当 时，偏差控制量满足第1至m-1组阀的动作死区，小于第m组阀的动作死区，此时第1、2、3、…、m-1导叶关阀组控制死区模块后输出△y_g，第m导叶关阀组控制死区模块后输出量为0；当时，偏差控制量满足第1至m组阀的动作死区，此时第1、2、3、…、m导叶关向阀组控制死区模块后输出△y_g，即导叶关向阀组全部进行关向响应；

3、第2步确定导叶关向阀组进行关向响应的阀组数量，并使其控制死区模块后的输出量△y_g，作用在各对应导叶阀组关向速率限制模块，当满足△y_g≥v_{g min 1}、△y_g≥v_{g min 2}、△y_g≥v_{g min 3}、…、△y_g≥v_{g minm}，各导叶阀组关向速率限制模块后输出量为△y_g，注意第2步判断不进行关向响应的阀组本身其关向速率限制模块输入量为0，也可认为不需要第3步及后续步骤的判断。

当△y_g<v_{g min 1}时，第一组导叶阀组关向速率限制模块输出量为v_{g min 1}；

当△y_g<v_{g min 2}时，第二组导叶阀组关向速率限制模块输出量为v_{g min 2}；

当△y_g<v_{g min 3}时，第三组导叶阀组关向速率限制模块输出量为v_{g min 3}；

以此类推，可得到当△y_g<v_{g minm}时，第m组导叶阀组关向速率限制模块输出量为v_{g minm}；

4、关向响应的阀组经过导叶阀组关向速率限制模块限幅后，进过对应关向阀组动作延迟时间T_{gcd 1}、T_{gcd 2}、T_{gcd 3}、…、T_gcdm作用，只是将该关向阀组输出量进行了时间延迟，不改变量值的大小；

5、经对应导叶关向阀组动作延迟时间作用后，各输出量施加在接力器关闭侧各档时间常数T_{gyc 1}、T_{gyc 2}、T_{gyc 3}、…、T_gycm构成的模块上；

6、由于第2步确定为导叶关向后，各限幅模块(含积分)前的选择开关已自动切换至导叶关向控制回路上，因此接力器开启侧各档时间常数构成的模块输出被切断，不影响控制结果。此时，第5步的输出经过含积分的限幅模块作用后输出导叶开度，当计算的导叶输出开度<y_{g min}时，输出导叶开度y_{g min}，反之输出实际计算得到的导叶开度；

7、经过第1-6步循环，导叶开度y_g不断逼近导叶PID输出y_gc，当时，第m组导叶关向阀组满足复归条件，即第m组导叶关向阀组死区控制模块后输出为0，这也意味着第m组导叶关向阀组被关闭，不再对导叶关闭起作用；当时，第m-1组导叶关向阀组满足复归条件，即第m-1组导叶关向阀组死区控制模块后输出为0，这也意味着第m-1和m组导叶关向阀组被关闭，不再对导叶关闭起作用；以此类推，当时，第2组导叶关向阀组满足复归条件，即第2组导叶关向阀组死区控制模块后输出为0，这也意味着第2、3、…、m组导叶关向阀组被关闭，不再对导叶关闭起作用；当时，第1组导叶关向阀组满足复归条件，即第1组导叶关向阀组死区控制模块后输出为0，这也意味着所有的导叶关向阀组被关闭，不再对导叶关闭起作用，此时导叶关闭到指定位置，导叶一次关向动作过程结束。

8、导叶电液执行机构模块进入第1步，开始新一轮的导叶动作判断。

优选的，本发明实施例提供的水轮机调节系统用电液执行机构模型还可以包括浆叶开度控制系统。参见图3，所述桨叶开度控制系统的输入接口桨叶PID输出y_rc，输出接口为桨叶开度y_r，所述桨叶开度控制系统包括输出延迟单元、n个桨叶开向阀组、n个桨叶关向阀组以及输出限幅单元，n为正整数。其中，每个桨叶开向阀组和桨叶关向阀组包括依次连接的死区控制模块、速率限制模块、延迟模块、时间常数模块。

进一步的，桨叶侧n个开向阀组包含模型参数如下：桨叶开向阀组速率限制v_{r max 1}、v_{r max 2}、v_{r max 3}、…、v_{r maxn}，桨叶开向阀组动作延迟时间T_{rod 1}、T_{rod 2}、T_{rod 3}、…、T_rodn，桨叶开向阀组形成的接力器开启侧各档时间常数T_{ryo 1}、T_{ryo 2}、T_{ryo 3}、…、T_ryon，桨叶开向阀组控制死区 一般地，参数整定如下： 也进一步称为桨叶开向阀组动作死区，也进一步称为桨叶开向阀组复归死区。

桨叶侧n个关向阀组包含模型参数如下：桨叶关向阀组速率限制v_{r min 1}、v_{r min 2}、v_{r min 3}、…、v_{r minn}，桨叶关向阀组动作延迟时间T_{rcd 1}、T_{rcd 2}、T_{rcd 3}、…、T_{r cd n}，桨叶关向阀组形成的接力器关闭侧各档时间常数T_{ryc 1}、T_{ryc 2}、T_{ryc 3}、…、T_rycn，桨叶关向阀组控制死区 一般地，参数整定如下： 也进一步称为桨叶关向阀组动作死区，也进一步称为桨叶阀组关向复归死区。

此外，参见图3，桨叶开度控制系统的桨叶开度y_r输出存在延迟环节T_rd，桨叶开度y_r输出还存在限幅，上限为y_{r max}，下限为y_{r min}。

以下给出桨叶开启侧的工作过程如下：

1、桨叶PID输出y_rc与桨叶开度y_r做差得到△y_r，△y_r经电液执行机构总延迟时间环节T_rd输出，因为只是时间上的延迟，△y_r值未发生变化，因此经延迟时间环节T_rd输出后的量下文仍称为△y_r。

2、当△y_r>0时，桨叶侧电液执行结构进行开向动作判断，各桨叶关向阀组控制死区模块后输出量为0；时，偏差控制量在第一组阀的动作死区内，也即未达到桨叶电液执行机构最小阀组的动作死区，各桨叶开向阀组控制死区模块后输出量为0，各限速环节前的输入量为0，桨叶开度维持不动；当时，偏差控制量满足第一组阀的动作死区，小于第二组阀的动作死区，此时仅第一组桨叶开向阀组控制死区模块后输出△y_r，第2、3、…、n桨叶开向阀组控制死区模块后输出量为0；当时，偏差控制量满足第一组阀和第二组阀的动作死区，小于第三组阀的动作死区，此时第1和2桨叶开向阀组控制死区模块后输出△y_r，第3、…、n桨叶开向阀组控制死区模块后输出量为0；当时，偏差控制量满足第一组阀、第二组阀和第三组阀的动作死区，小于第四组阀的动作死区，此时第1、2和3桨叶开向阀组控制死区模块后输出△y_r，第4、…、n桨叶开向阀组控制死区模块后输出量为0；以此类推，当 时，偏差控制量满足第1至n-1组阀的动作死区，小于第n组阀的动作死区，此时第1、2、3、…、n-1桨叶开向阀组控制死区模块后输出△y_r，第n桨叶开向阀组控制死区模块后输出量为0；当时，偏差控制量满足第1至n组阀的动作死区，此时第1、2、3、…、n桨叶开向阀组控制死区模块后输出△y_r，即桨叶开向阀组全部进行开向响应；

3、第2步确定桨叶开向阀组进行开向响应的阀组数量，并使其控制死区模块后的输出量△y_r，作用在各对应桨叶阀组开向速率限制模块，当满足△y_r≤v_{r max 1}、△y_r≤v_{r max 2}、△y_r≤v_{r max 3}、…、△y_r≤v_{r maxn}，各桨叶阀组开向速率限制模块后输出量为△y_r，注意第2步判断不进行开向响应的阀组本身其开向速率限制模块输入量为0，也可认为不需要第3步及后续步骤的判断。

当△y_r>v_{r max 1}时，第一组桨叶阀组开向速率限制模块输出量为v_{r max 1}；

当△y_r>v_{r max 2}时，第二组桨叶阀组开向速率限制模块输出量为v_{r max 2}；

当△y_r>v_{r max 3}时，第三组桨叶阀组开向速率限制模块输出量为v_{r max 3}；

以此类推，可得到当△y_r>v_{r maxn}时，第n组桨叶阀组开向速率限制模块输出量为v_{r maxn}；

4、开向响应的阀组经过桨叶阀组开向速率限制模块限幅后，进过对应开向阀组动作延迟时间T_{rod 1}、T_{rod 2}、T_{rod 3}、…、T_rodn作用，只是将该开向阀组输出量进行了时间延迟，不改变量值的大小；

5、经对应桨叶开向阀组动作延迟时间作用后，各输出量施加在接力器开启侧各档时间常数T_{ryo 1}、T_{ryo 2}、T_{ryo 3}、…、T_ryon构成的模块上；

6、由于第2步确定为桨叶开向后，各限幅模块(含积分)前的选择开关已自动切换至桨叶开向控制回路上，因此接力器关闭侧各档时间常数构成的模块输出被切断，不影响控制结果。此时，第5步的输出经过含积分的限幅模块作用后输出桨叶开度，当计算的桨叶输出开度>y_{r max}时，输出桨叶开度y_{r max}，反之输出实际计算得到的桨叶开度；

7、经过第1—6步循环，桨叶开度y_r不断正向逼近桨叶PID输出y_rc，当时，第n组桨叶开向阀组满足复归条件，即第n组桨叶开向阀组死区控制模块后输出为0，这也意味着第n组桨叶开向阀组被关闭，不再对桨叶开启起作用；当时，第n-1组桨叶开向阀组满足复归条件，即第n-1组桨叶开向阀组死区控制模块后输出为0，这也意味着第n-1和n组桨叶开向阀组被关闭，不再对桨叶开启起作用；以此类推，当时，第2组桨叶开向阀组满足复归条件，即第2组桨叶开向阀组死区控制模块后输出为0，这也意味着第2、3、…、n组桨叶开向阀组被关闭，不再对桨叶开启起作用；当时，第1组桨叶开向阀组满足复归条件，即第1组桨叶开向阀组死区控制模块后输出为0，这也意味着所有的桨叶开向阀组被关闭，不再对桨叶开启起作用，此时桨叶开启到指定位置，桨叶一次开启过程结束。

8、桨叶电液执行机构模块进入第1步，开始新一轮的桨叶动作判断。

类似的，桨叶关闭侧的工作过程如下：

1、桨叶PID输出y_rc与桨叶开度y_r做差得到△y_r，△y_r经电液执行机构总延迟时间环节T_rd输出，因为只是时间上的延迟，△y_r值未发生变化，因此经延迟时间环节T_rd输出后的量下文仍称为△y_r。

2、当△y_r<0时，桨叶侧电液执行结构进行关闭动作判断，各桨叶开向阀组控制死区模块后输出量为0；当时，偏差控制量在第一组阀的动作死区内，也即未达到桨叶电液执行机构最小阀组的动作死区，各桨叶关向阀组控制死区模块后输出量为0，各限速环节前的输入量为0，桨叶开度维持不动；当时，偏差控制量满足第一组阀的动作死区，小于第二组阀的动作死区，此时仅第一组桨叶关向阀组控制死区模块后输出△y_r，第2、3、…、n桨叶关向阀组控制死区模块后输出量为0；当时，偏差控制量满足第一组阀和第二组阀的动作死区，小于第三组阀的动作死区，此时第1和2桨叶关向阀组控制死区模块后输出△y_r，第3、…、n桨叶关向阀组控制死区模块后输出量为0；当时，偏差控制量满足第一组阀、第二组阀和第三组阀的动作死区，小于第四组阀的动作死区，此时第1、2和3桨叶关向阀组控制死区模块后输出△y_r，第4、…、n桨叶关向阀组控制死区模块后输出量为0；以此类推，当 时，偏差控制量满足第1至n-1组阀的动作死区，小于第n组阀的动作死区，此时第1、2、3、…、n-1桨叶关阀组控制死区模块后输出△y_r，第n桨叶关阀组控制死区模块后输出量为0；当时，偏差控制量满足第1至n组阀的动作死区，此时第1、2、3、…、n桨叶关向阀组控制死区模块后输出△y，即桨叶关向阀组全部进行关向响应；

3、第2步确定桨叶关向阀组进行关向响应的阀组数量，并使其控制死区模块后的输出量△y_r，作用在各对应桨叶阀组关向速率限制模块，当满足△y_r≥v_{r min 1}、△y_r≥v_{r min 2}、△y_r≥v_{r min 3}、…、△y_r≥v_{r min n}，各桨叶阀组关向速率限制模块后输出量为△y_r，注意第2步判断不进行关向响应的阀组本身其关向速率限制模块输入量为0，也可认为不需要第3步及后续步骤的判断。

当△y_r<v_{r min 1}时，第一组桨叶阀组关向速率限制模块输出量为v_{r min 1}；

当△y_r<v_{r min 2}时，第二组桨叶阀组关向速率限制模块输出量为v_{r min 2}；

当△y_r<v_{r min 3}时，第三组桨叶阀组关向速率限制模块输出量为v_{r min 3}；

以此类推，可得到当△y_r<v_{r min n}时，第n组桨叶阀组关向速率限制模块输出量为v_{r min n}；

4、关向响应的阀组经过桨叶阀组关向速率限制模块限幅后，进过对应关向阀组动作延迟时间T_{rcd 1}、T_{rcd 2}、T_{rcd 3}、…、T_rcdn作用，只是将该关向阀组输出量进行了时间延迟，不改变量值的大小；

5、经对应桨叶关向阀组动作延迟时间作用后，各输出量施加在接力器关闭侧各档时间常数T_{ryc 1}、T_{ryc 2}、T_{ryc 3}、…、T_rycn构成的模块上；

6、由于第2步确定为桨叶关向后，各限幅模块(含积分)前的选择开关已自动切换至桨叶关向控制回路上，因此接力器开启侧各档时间常数构成的模块输出被切断，不影响控制结果。此时，第5步的输出经过含积分的限幅模块作用后输出桨叶开度，当计算的桨叶输出开度<y_{r min}时，输出桨叶开度y_{r min}，反之输出实际计算得到的桨叶开度；

7、经过第1—6步循环，桨叶开度y_r不断逼近桨叶PID输出y_rc，当时，第n组桨叶关向阀组满足复归条件，即第n组桨叶关向阀组死区控制模块后输出为0，这也意味着第n组桨叶关向阀组被关闭，不再对桨叶关闭起作用；当时，第n-1组桨叶关向阀组满足复归条件，即第n-1组桨叶关向阀组死区控制模块后输出为0，这也意味着第n-1和n组桨叶关向阀组被关闭，不再对桨叶关闭起作用；以此类推，当时，第2组桨叶关向阀组满足复归条件，即第2组桨叶关向阀组死区控制模块后输出为0，这也意味着第2、3、…、n组桨叶关向阀组被关闭，不再对桨叶关闭起作用；当时，第1组桨叶关向阀组满足复归条件，即第1组桨叶关向阀组死区控制模块后输出为0，这也意味着所有的桨叶关向阀组被关闭，不再对桨叶关闭起作用，此时桨叶关闭到指定位置，桨叶一次关向动作过程结束。

8、桨叶电液执行机构模块进入第1步，开始新一轮的桨叶动作判断。

基于本发明实施例提供的上述模型，相比于现有技术，本发明具有如下显著效果：(1)本发明考虑了数字阀+插装阀结构水轮机调速器电液执行机构的实际动作特点，避免了传统电力系统软件中模型单一，无法匹配的问题，本发明实现理论模型可高精度反映现场设备动作过程，精度高；(2)本发明考虑了导叶和桨叶侧电液执行机构模型，同时对于单调节水轮机调速器，只需简单使用导叶侧模型即可；(3)本发明可以移植到专业电力系统分析软件中，如PSASP、BPA等，实用性强。

进一步的，以下通过试验本发明实施例提供的电液执行机构模型的有效性进行验证如下：

搭建包括图2所示的导叶开度控制系统和图3所示的桨叶开度控制系统的电液执行机构模型，以现场中常用的导叶和桨叶侧均为3组阀为例进行模型验证，其他数量的阀组只需要按照本发明并联模块即可。通过导叶±5％和±20％阶跃扰动试验和桨叶±5％和±20％阶跃扰动试验，模型中参数采用实测参数。仿真与实测导叶执行机构对比曲线见图4和图5，对应的仿真与实测导叶执行机构动作曲线的误差见表1-4；仿真与实测桨叶执行机构对比曲线见图6和图7，对应的仿真与实测桨叶执行机构动作曲线误差见表5-8。误差标准基于DL/T1235《同步发电机原动机及其调节系统模型参数实测与建模导则》。

表1导叶﹢5％阶跃扰动实测曲线与仿真曲线对比一览表

	上升时间T<sub>up</sub>(s)	调节时间T<sub>s</sub>(s)
			实测曲线	2.71	3.04
仿真曲线	2.73	3.06
			偏差	-0.02	-0.02
允许偏差	±0.20	±1.00

表2导叶-5％阶跃扰动实测曲线与仿真曲线对比一览表

表3导叶﹢20％阶跃扰动实测曲线与仿真曲线对比一览表

	上升时间T<sub>up</sub>(s)	调节时间T<sub>s</sub>(s)
			实测曲线	5.35	5.96
仿真曲线	5.32	5.92
			偏差	+0.03	+0.04
允许偏差	±0.20	±1.00

表4导叶-20％阶跃扰动实测曲线与仿真曲线对比一览表

	上升时间T<sub>up</sub>(s)	调节时间T<sub>s</sub>(s)
			实测曲线	2.58	2.93
仿真曲线	2.57	2.95
			偏差	+0.01	-0.02
允许偏差	±0.20	±1.00

表5桨叶﹢5％阶跃扰动实测曲线与仿真曲线对比一览表

	上升时间T<sub>up</sub>(s)	调节时间T<sub>s</sub>(s)
			实测曲线	5.11	5.56
仿真曲线	5.02	5.46
			偏差	+0.09	+0.10
允许偏差	±0.20	±1.00

表6桨叶-5％阶跃扰动实测曲线与仿真曲线对比一览表

	上升时间T<sub>up</sub>(s)	调节时间T<sub>s</sub>(s)
			实测曲线	5.79	6.29
仿真曲线	5.71	6.22
			偏差	+0.08	+0.07
允许偏差	±0.20	±1.00

表7桨叶﹢20％阶跃扰动实测曲线与仿真曲线对比一览表

表8桨叶-20％阶跃扰动实测曲线与仿真曲线对比一览表

	上升时间T<sub>up</sub>(s)	调节时间T<sub>s</sub>(s)
			实测曲线	11.05	12.70
仿真曲线	11.04	12.62
			偏差	+0.01	+0.08
允许偏差	±0.20	±1.00

观察表1-8以及图4-7，对比仿真与实测结果，可以看出，本发明所建立的导叶和桨叶电液执行机构模型误差可满足电力行业标准的要求，且指标表现优秀，可完全满足现场工程应用。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种水轮机调节系统用电液执行机构模型，用于电力系统稳定分析计算，其特征在于，所述电液执行机构模型包括导叶开度控制系统，所述导叶开度控制系统的输入接口为导叶PID输出，输出接口为导叶开度，所述导叶开度控制系统包括输出延迟单元、m个导叶开向阀组、m个导叶关向阀组以及输出限幅单元，m为正整数；

其中，每个导叶开向阀组和导叶关向阀组包括依次连接的死区控制模块、速率限制模块、延迟模块、时间常数模块。

2.根据权利要求1所述的模型，其特征在于，所述电液执行机构模块还包括浆叶开度控制系统，所述桨叶开度控制系统的输入接口为浆叶PID输出，输出接口为浆叶开度，所述桨叶开度控制系统包括输出延迟单元、n个桨叶开向阀组、n个桨叶关向阀组以及输出限幅单元，n为正整数；

其中，每个桨叶开向阀组和桨叶关向阀组包括依次连接的死区控制模块、速率限制模块、延迟模块、时间常数模块。

3.根据权利要求1或2所述的模型，其特征在于，所述m个导叶开向阀组包含的模型参数如下：导叶开向阀组速率限制参数v_gmax1、v_gmax2、v_gmax3、…、v_gmaxm，导叶开向阀组动作延迟时间T_god1、T_god2、T_god3、…、T_godm，导叶开向阀组形成的接力器开启侧各档时间常数T_gyo1、T_gyo2、T_gyo3、…、T_gyom，导叶开向阀组控制死区 其中，

4.根据权利要求3所述的模型，其特征在于，所述m个导叶关向阀组包含的模型参数如下：导叶关向阀组速率限制v_gmin1、v_gmin2、v_gmin3、…、v_gminn，导叶关向阀组动作延迟时间T_gcd1、T_gcd2、T_gcd3、…、T_gcdm，导叶关向阀组形成的接力器关闭侧各档时间常数T_gyc1、T_gyc2、T_gyc3、…、T_gycm，导叶关向阀组控制死区 其中，

5.根据权利要求2所述的模型，其特征在于，所述n个桨叶开向阀组包含的模型参数如下：桨叶开向阀组速率限制v_rmax1、v_rmax2、v_rmax3、…、v_rmaxn，桨叶开向阀组动作延迟时间T_rod1、T_rod2、T_rod3、…、T_rodn，桨叶开向阀组形成的接力器开启侧各档时间常数T_ryo1、T_ryo2、T_ryo3、…、T_ryon，桨叶开向阀组控制死区其中，

6.根据权利要求2所述的模块，其特征在于，所述n个桨叶关向阀组包含模型参数如下：桨叶关向阀组速率限制v_rmin1、v_rmin2、v_rmin3、…、v_rminn，桨叶关向阀组动作延迟时间T_rcd1、T_rcd2、T_rcd3、…、T_rcdn，桨叶关向阀组形成的接力器关闭侧各档时间常数T_ryc1、T_ryc2、T_ryc3、…、T_rycn，桨叶关向阀组控制死区其中，