CN109918852A - 原动机模拟方法、装置及多机同步系统频率特性模拟系统 - Google Patents

原动机模拟方法、装置及多机同步系统频率特性模拟系统 Download PDF

Info

Publication number
CN109918852A
CN109918852A CN201910271151.3A CN201910271151A CN109918852A CN 109918852 A CN109918852 A CN 109918852A CN 201910271151 A CN201910271151 A CN 201910271151A CN 109918852 A CN109918852 A CN 109918852A
Authority
CN
China
Prior art keywords
prime mover
mechanical output
circuit
reference value
digital signal
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.)
Pending
Application number
CN201910271151.3A
Other languages
English (en)
Inventor
孙大卫
雷为民
高舜安
赵峰
王耀函
刘辉
程雪坤
李蕴红
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.)
State Grid Corp of China SGCC
North China Electric Power Research Institute Co Ltd
State Grid Jibei Electric Power Co Ltd
Electric Power Research Institute of State Grid Jibei Electric Power Co Ltd
Original Assignee
State Grid Corp of China SGCC
North China Electric Power Research Institute Co Ltd
State Grid Jibei Electric Power Co Ltd
Electric Power Research Institute of State Grid Jibei 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 State Grid Corp of China SGCC, North China Electric Power Research Institute Co Ltd, State Grid Jibei Electric Power Co Ltd, Electric Power Research Institute of State Grid Jibei Electric Power Co Ltd filed Critical State Grid Corp of China SGCC
Priority to CN201910271151.3A priority Critical patent/CN109918852A/zh
Publication of CN109918852A publication Critical patent/CN109918852A/zh
Priority to PCT/CN2019/124949 priority patent/WO2020199644A1/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/30—Circuit design
    • G06F30/32—Circuit design at the digital level
    • G06F30/33—Design verification, e.g. functional simulation or model checking
    • 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
    • H02J3/24—Arrangements for preventing or reducing oscillations of power in networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

本发明公开了一种原动机模拟方法、装置及多机同步系统频率特性模拟系统，其中原动机模拟装置包括：信号获取模块，D/A转换器，参考值获得模块，汽轮机模拟电路，机械功率确定模块和A/D转换器；参考值获得模块，用于根据转速模拟信号和电磁功率模拟信号，获得机械功率参考值；汽轮机模拟电路，用于根据机械功率参考值，确定非再热机组机械功率，根据机械功率参考值和比例系数，确定再热机组机械功率；机械功率确定模块，用于根据再热机组机械功率和非再热机组机械功率，确定机械功率模拟信号。本发明在控制建模工作量的基础上提高了频率特性模拟效果，为模拟多机同步系统出现大型功率缺额后的频率特性以及研究电力系统频率稳定性奠定基础。

Description

原动机模拟方法、装置及多机同步系统频率特性模拟系统
技术领域
本发明涉及电力系统特性模拟技术领域，尤其涉及原动机模拟方法、装置及多机同步系统频率特性模拟系统。
背景技术
频率稳定性是电力系统在遭受严重扰动导致系统发电-负荷出现严重不平衡时，频率能够保持或恢复到允许的范围内不发生频率崩溃的能力。对于频率稳定性的研究，学者们最初采用时域仿真的分析方法，该方法可以得到详细的系统频率动态响应曲线，并可以考虑频率动态的时空分布特征。但由于考虑因素较多，分析速度较慢，为此，有学者提出平均系统频率模型(Average System Frequency model,ASF模型)和系统频率响应模型(System Frequency Response model,SFR模型)的频率稳定性分析方法。ASF模型将全网所有发电机转子运动方程等值聚合为单机模型，保留了各机组原动机调速器的独立响应，降低了系统规模，计算量小，但是对于包含上万台机组的大型同步电网，采用ASF模型需要对全网所有的原动机分别进行建模，工作量极大。SFR模型则在ASF模型基础上进行了简化，全系统用单机模型来表示，仅考虑系统惯性时间常数和再热时间常数，可解析求解给定扰动下系统频率最大偏移量及其对应出现的时间，虽然无需分别对不同机组的原动机进行建模，但进行频率特性模拟时模拟效果较差，难以复现系统出现大型功率缺额后的频率特性。
发明内容
本发明实施例提供一种原动机模拟装置，用以模拟全网所有原动机的运行过程，在控制建模工作量的基础上提高频率特性模拟效果，为模拟多机同步系统出现大型功率缺额后的频率特性以及研究电力系统频率稳定性奠定基础，该装置包括：信号获取模块，D/A转换器，参考值获得模块，汽轮机模拟电路，机械功率确定模块和A/D转换器；
所述信号获取模块，用于获取发电机的转速数字信号和电磁功率数字信号；
所述D/A转换器，用于将所述的发电机的转速数字信号和电磁功率数字信号转换为转速模拟信号和电磁功率模拟信号；
所述参考值获得模块，用于根据所述转速模拟信号和电磁功率模拟信号，获得原动机的机械功率参考值；
所述汽轮机模拟电路，用于根据所述的原动机的机械功率参考值，确定原动机的非再热机组机械功率，根据所述的原动机的机械功率参考值和比例系数，确定原动机的再热机组机械功率；
所述机械功率确定模块，用于根据所述的原动机的再热机组机械功率和非再热机组机械功率，确定原动机的机械功率模拟信号；
所述A/D转换器，用于将所述的原动机的机械功率模拟信号转换为机械功率数字信号。
相比于现有技术中平均系统频率模型和系统频率响应模型，本发明实施例提供的原动机模拟装置，对全网所有原动机进行统一建模，不仅在参考值获得模块中模拟了全网原动机中调速器的运行过程，还利用汽轮机模拟电路模拟了全网原动机中汽轮机的运行过程，在获得原动机的机械功率参考值之后，根据原动机的机械功率参考值，确定原动机的非再热机组机械功率，根据原动机的机械功率参考值和比例系数，确定原动机的再热机组机械功率，最后根据原动机的再热机组机械功率和非再热机组机械功率，确定原动机的机械功率模拟信号。本发明实施例提供的原动机模拟装置仅利用一个综合模型实现全网所有原动机的运行过程模拟，有效控制了建模工作量，并且通过在原动机模拟装置中加入原动机中汽轮机运行过程的模拟，在控制建模工作量的基础上提高了频率特性模拟效果，为模拟多机同步系统出现大型功率缺额后的频率特性以及研究电力系统频率稳定性奠定基础。
本发明实施例提供一种利用上述原动机模拟装置进行原动机模拟的方法，用以模拟全网所有原动机的运行过程，在控制建模工作量的基础上提高频率特性模拟效果，为模拟多机同步系统出现大型功率缺额后的频率特性以及研究电力系统频率稳定性奠定基础，该方法包括：
获取发电机的转速数字信号和电磁功率数字信号，将所述的发电机的转速数字信号和电磁功率数字信号转换为转速模拟信号和电磁功率模拟信号；
根据所述转速模拟信号和电磁功率模拟信号，获得原动机的机械功率参考值；
根据所述的原动机的机械功率参考值，确定原动机的非再热机组机械功率，根据所述的原动机的机械功率参考值和比例系数，确定原动机的再热机组机械功率；
根据所述的原动机的再热机组机械功率和非再热机组机械功率，确定原动机的机械功率模拟信号，将所述原动机的机械功率模拟信号转换为机械功率数字信号。
本发明实施例通过获取发电机的转速数字信号和电磁功率数字信号，将发电机的转速数字信号和电磁功率数字信号转换为转速模拟信号和电磁功率模拟信号，根据转速模拟信号和电磁功率模拟信号，获得原动机的机械功率参考值，根据原动机的机械功率参考值，确定原动机的非再热机组机械功率，根据原动机的机械功率参考值和比例系数，确定原动机的再热机组机械功率，最后根据所述的原动机的再热机组机械功率和非再热机组机械功率，确定原动机的机械功率模拟信号，将原动机的机械功率模拟信号转换为机械功率数字信号。相比于现有技术中平均系统频率模型和系统频率响应模型，本发明实施例仅利用一个综合模型实现全网所有原动机的运行过程模拟，有效控制了建模工作量，并且通过在原动机模拟装置中加入原动机中汽轮机运行过程的模拟，在控制建模工作量的基础上提高了频率特性模拟效果，为模拟多机同步系统出现大型功率缺额后的频率特性以及研究电力系统频率稳定性奠定基础。
本发明实施例提供一种多机同步系统频率特性模拟系统，用以模拟多机同步系统出现大型功率缺额后的频率特性，在控制建模工作量的基础上提高频率特性模拟效果，为研究电力系统频率稳定性奠定基础，该系统包括：电网络模块，发电机模块和上述原动机模拟装置；
所述电网络模块，用于产生发电机的电磁功率数字信号；
所述发电机模块，用于产生发电机的转速数字信号，获取原动机的机械功率数字信号，以及根据原动机的机械功率数字信号调整发电机的转速数字信号；
所述原动机模拟装置，分别与所述电网络模块和发电机模块连接，用于根据电网络模块产生的发电机的电磁功率数字信号和发电机模块产生的发电机的转速数字信号，获得原动机的机械功率数字信号。
相比于现有技术中平均系统频率模型和系统频率响应模型，本发明实施例提供的多机同步系统频率特性模拟系统，模拟了多机同步系统出现大型功率缺额后的频率特性，在原动机的模拟装置中对全网所有原动机进行统一建模，不仅在参考值获得模块中模拟了全网原动机中调速器的运行过程，还利用汽轮机模拟电路模拟了全网原动机中汽轮机的运行过程，在获得原动机的机械功率参考值之后，根据原动机的机械功率参考值，确定原动机的非再热机组机械功率，根据原动机的机械功率参考值和比例系数，确定原动机的再热机组机械功率，最后根据原动机的再热机组机械功率和非再热机组机械功率，确定原动机的机械功率模拟信号。将原动机的机械功率模拟信号转换为原动机的机械功率数字信号之后，由发电机模块获取原动机的机械功率数字信号，根据原动机的机械功率数字信号调整发电机的转速数字信号，由此可以模拟多机同步系统出现大型功率缺额后的频率特性。本发明实施例仅利用一个综合模型实现全网所有原动机的运行过程模拟，有效控制了建模工作量，并且通过在原动机模拟装置中加入原动机中汽轮机运行过程的模拟，在控制建模工作量的基础上提高了频率特性模拟效果，为研究电力系统频率稳定性奠定基础。
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。在附图中：
图1为本发明实施例中原动机模拟装置的结构图；
图2为本发明实施例中原动机模拟装置的参考值获得模块的结构图；
图3为本发明实施例中原动机模拟装置的参考值获得模块、汽轮机模拟电路以及机械功率确定模块的结构图；
图4为本发明实施例中原动机模拟方法的示意图；
图5为本发明实施例中多机同步系统频率特性模拟系统的结构图；
图6为本发明实施例中利用多机同步系统频率特性模拟系统进行模拟实验的结果图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
为了模拟全网所有原动机的运行过程，在控制建模工作量的基础上提高频率特性模拟效果，为模拟多机同步系统出现大型功率缺额后的频率特性以及研究电力系统频率稳定性奠定基础，本发明实施例提供一种原动机模拟装置，如图1所示，该装置可以包括：信号获取模块100，D/A转换器200，参考值获得模块300，汽轮机模拟电路400，机械功率确定模块500和A/D转换器600；
所述信号获取模块100，用于获取发电机的转速数字信号和电磁功率数字信号；
所述D/A转换器200，用于将所述的发电机的转速数字信号和电磁功率数字信号转换为转速模拟信号和电磁功率模拟信号；
所述参考值获得模块300，用于根据所述转速模拟信号和电磁功率模拟信号，获得原动机的机械功率参考值；
所述汽轮机模拟电路400，用于根据所述的原动机的机械功率参考值，确定原动机的非再热机组机械功率，根据所述的原动机的机械功率参考值和比例系数，确定原动机的再热机组机械功率；
所述机械功率确定模块500，用于根据所述的原动机的再热机组机械功率和非再热机组机械功率，确定原动机的机械功率模拟信号；
所述A/D转换器600，用于将所述的原动机的机械功率模拟信号转换为机械功率数字信号。
由图1所示可以得知，本发明实施例提供的原动机模拟装置，对全网所有原动机进行统一建模，不仅在参考值获得模块中模拟了全网原动机中调速器的运行过程，还利用汽轮机模拟电路模拟了全网原动机中汽轮机的运行过程，在获得原动机的机械功率参考值之后，根据原动机的机械功率参考值，确定原动机的非再热机组机械功率，根据原动机的机械功率参考值和比例系数，确定原动机的再热机组机械功率，最后根据原动机的再热机组机械功率和非再热机组机械功率，确定原动机的机械功率模拟信号。本发明实施例提供的原动机模拟装置仅利用一个综合模型实现全网所有原动机的运行过程模拟，有效控制了建模工作量，并且通过在原动机模拟装置中加入原动机中汽轮机运行过程的模拟，在控制建模工作量的基础上提高了频率特性模拟效果，为模拟多机同步系统出现大型功率缺额后的频率特性以及研究电力系统频率稳定性奠定基础。
下面结合图2-图3的示例说明本发明实施例的原动机模拟装置的具体实施。当然，本领域技术人员容易理解，图2-图3所示的具体结构仅为实现本发明实施例原动机模拟装置的一个具体实例，在具体实施时完全可以将装置中的部分或全部结构单元进行变形，例如可以通过增加或减少加法器电路或乘法器电路来实现相同的功能。
如图2所示，本例的原动机模拟装置中，参考值获得模块300包括：调速器模拟电路310和伺服电机模拟电路320，调速器模拟电路310，用于根据发电机的转速模拟信号、原动机的转速参考值和原动机的功率参考值，确定原动机的电磁功率参考值；伺服电机模拟电路320，用于根据发电机的电磁功率模拟信号和原动机的电磁功率参考值，确定原动机的机械功率参考值。
发明人发现，现有技术中通常仅模拟全网原动机中调速器的运行过程，而缺少对于原动机中伺服电机和汽轮机的模拟，这使得进行频率特性模拟时模拟效果较差，无法复现系统出现大型功率缺额后的频率特性。因此，本发明实施例中原动机模拟装置中加入了伺服电机模拟电路320和汽轮机模拟电路400，在伺服电机模拟电路320中得到原动机的机械功率参考值，然后在汽轮机模拟电路400中根据原动机的机械功率参考值分别得到原动机的再热机组机械功率和非再热机组机械功率。通过模拟伺服电机和汽轮机的运行过程，有效提高了原动机模拟装置的模拟准确性，为复现系统出现大型功率缺额后的频率特性奠定基础。
如图3所示，本例的原动机模拟装置中，调速器模拟电路310包括：第一加法器电路、第二加法器电路和第一乘法器电路，所述伺服电机模拟电路320包括：第三加法器电路。第一加法器电路输入端接入发电机的转速模拟信号和原动机的转速参考值；第一加法器电路输出端连接第一乘法器电路输入端；第一乘法器电路输出端连接第二加法器电路输入端；第二加法器电路输入端接入原动机的功率参考值；第二加法器电路输出端获得原动机的电磁功率参考值；第三加法器电路输入端接入发电机的电磁功率模拟信号和第二加法器电路输出端获得的原动机的电磁功率参考值；第三加法器电路输出端获得原动机的机械功率参考值。
本例的原动机模拟装置中，伺服电机模拟电路320还包括：第四加法器电路、第二乘法器电路、第三乘法器电路和积分器电路。第二加法器电路输出端分别连接第三加法器电路输入端和第三乘法器电路输入端；第三加法器电路输出端分别连接第二乘法器电路输入端和积分器电路输入端；第四加法器电路输入端分别连接第二乘法器电路输出端、积分器电路输出端和第三乘法器电路输出端；第四加法器电路输出端获得原动机的机械功率参考值。
实施例中，比例系数包括：高压缸比例系数、低压缸比例系数和中压缸比例系数。
本例的原动机模拟装置中，汽轮机模拟电路400包括：第一积分电路、第二积分电路、第三积分电路、第四积分电路、第四乘法器电路、第五乘法器电路、第六乘法器电路和第五加法器电路。第一积分电路输入端接入参考值获得模块300得到的原动机的机械功率参考值；第一积分电路输出端分别连接由高压缸比例系数构造的第四乘法器电路的输入端和第二积分电路输入端；第二积分电路输出端分别连接第三积分电路输入端和由中压缸比例系数构造的第六乘法器电路的输入端；第三积分电路输出端连接由低压缸比例系数构造的第五乘法器电路的输入端；第五加法器电路输入端分别连接第四乘法器电路输出端、第五乘法器电路输出端和第六乘法器电路输出端；第五加法器电路输出端获得原动机的再热机组机械功率；第四积分电路输入端接入参考值获得模块300得到的原动机的机械功率参考值；第四积分电路输出端获得原动机的非再热机组机械功率。
本例的原动机模拟装置中，汽轮机模拟电路400还包括：第一限幅电路。第一限幅电路可以有效保护汽轮机模拟电路400中的第一积分电路、第二积分电路、第三积分电路、第四乘法器电路、第五乘法器电路、第六乘法器电路和第五加法器电路。参考值获得电路300得到的原动机的机械功率参考值经过第一限幅电路接入第一积分电路输入端。
本例的原动机模拟装置中，汽轮机模拟电路400还包括：第二限幅电路。第二限幅电路可以有效保护汽轮机模拟电路400中的第四积分电路。参考值获得电路300得到的原动机的机械功率参考值经过第二限幅电路接入第四积分电路输入端。
本例的原动机模拟装置中，机械功率确定模块500包括：第七乘法器电路、第八乘法器电路和第六加法器电路。由再热机组系数构造的第七乘法器电路的输入端接入汽轮机模拟电路400，获得的原动机的再热机组机械功率；由非再热机组系数构造的第八乘法器电路的输入端接入汽轮机模拟电路400，获得的原动机的非再热机组机械功率；第七乘法器电路输出端和第八乘法器电路输出端连接第六加法器电路输入端；第六加法器电路输出端获得原动机的机械功率模拟信号。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种利用上述的装置进行原动机模拟的方法，如下面的实施例所述。
图4为本发明实施例中原动机模拟方法的示意图，如图4所示，该方法包括：
步骤401、获取发电机的转速数字信号和电磁功率数字信号，将所述的发电机的转速数字信号和电磁功率数字信号转换为转速模拟信号和电磁功率模拟信号；
步骤402、根据所述转速模拟信号和电磁功率模拟信号，获得原动机的机械功率参考值；
步骤403、根据所述的原动机的机械功率参考值，确定原动机的非再热机组机械功率，根据所述的原动机的机械功率参考值和比例系数，确定原动机的再热机组机械功率；
步骤404、根据所述的原动机的再热机组机械功率和非再热机组机械功率，确定原动机的机械功率模拟信号，将所述原动机的机械功率模拟信号转换为机械功率数字信号。
一个实施例中，按如下方式确定原动机的机械功率模拟信号：
将原动机的再热机组机械功率与再热机组系数相乘，得到第一机械功率；
将原动机的非再热机组机械功率与非再热机组系数相乘，得到第二机械功率；
将所述第一机械功率与第二机械功率的和作为原动机的机械功率模拟信号。
本发明实施例还提供了一种多机同步系统频率特性模拟系统，如下面的实施例所述。
图5为本发明实施例中多机同步系统频率特性模拟系统的结构图，如图5所示，该系统包括：电网络模块501，发电机模块502和上述原动机模拟装置503；
所述电网络模块501，用于产生发电机的电磁功率数字信号；
所述发电机模块502，用于产生发电机的转速数字信号，获取原动机的机械功率数字信号，以及根据原动机的机械功率数字信号调整发电机的转速数字信号；
所述原动机模拟装置503，分别与电网络模块和发电机模块连接，用于根据电网络模块产生的发电机的电磁功率数字信号和发电机模块产生的发电机的转速数字信号，获得原动机的机械功率数字信号。
下面以图3-图5为例，详细说明本发明实施例的多机同步系统频率特性模拟系统是如何模拟多机同步系统出现大型功率缺额后的频率特性以及系统中的原动机模拟装置是如何实现原动机模拟的。
如图3-图5所示，首先，电网络模块501产生发电机的电磁功率数字信号PeD，发电机模块502产生发电机的转速数字信号ωD，原动机模拟装置503分别与电网络模块501和发电机模块502连接，通过信号获取模块100获取发电机的转速数字信号ωD和电磁功率数字信号PeD，然后利用D/A转换器200将发电机的转速数字信号ωD和电磁功率数字信号PeD转换为转速模拟信号ωS和电磁功率模拟信号PeS。
本例中，在得到发电机的转速模拟信号ωS和电磁功率模拟信号PeS之后，将发电机的转速模拟信号ωS和转速参考值ωref输入第一加法器电路，得到发电机的转速模拟信号ωS与转速参考值ωref的差值。将转速模拟信号ωS和转速参考值ωref的差值，经过第一乘法器电路，乘以有功调频系数Kf，再与功率参考值Pref一起输入第二加法器电路，得到电磁功率参考值Peref，其中，转速参考值ωref可以取1p.u.，有功调频系数Kf可以取20。按如下公式获得原动机的电磁功率参考值Peref：
Peref＝(ωS-ωref)×Kf+Pref (1)
本例中，在得到原动机的电磁功率参考值Peref之后，将原动机的电磁功率参考值Peref与电磁功率模拟信号PeS输入第三加法器电路，得到原动机的电磁功率参考值Peref与电磁功率模拟信号PeS的差值，然后通过积分器电路和第二乘法器电路构成的PI控制电路，而后与原动机的电磁功率参考值Peref经过负荷前馈系数KL构成的第三乘法器电路输出叠加，得到原动机的机械功率参考值Pmref，如下式：
Pmref＝Peref×KL+(Peref-Pes)×KP+(Peref-Pes)×KI/S (2)
本例中，以原动机的机械功率参考值Pmref作为输入，通过三个一阶积分电路、三个乘法器电路、一个加法器电路和一个限幅电路的组合，得到再热机组机械功率PmS1，如下式：
其中，PmvF1为第一限幅电路的限幅值。
本例中，以原动机的机械功率参考值Pmref作为输入，通过一个一阶积分电路和一个限幅电路的组合，得到非再热机组机械功率PmS2，如下式：
式中，PmvF2为第二限幅电路的限幅值。
本例中，将再热机组机械功率PmS1和非再热机组机械功率PmS2分别通过再热机组系数R1构成的第七乘法器电路和非再热机组系数R2构成的第八乘法器电路后进行相加，得到机械功率模拟信号PmS作为整体输出，如下式：
PmS＝PmS1×R1+PmS2×R2 (5)
本例中，在获得机械功率模拟信号PmS之后，利用A/D转换器600，将原动机的机械功率模拟信号PmS转换为机械功率数字信号PmD。发电机模块502获取原动机的机械功率数字信号PmD，然后根据原动机的机械功率数字信号PmD调整发电机的转速数字信号ωD。
利用本例中提供的多机同步系统频率特性模拟系统，分析模型中电网络模块出现电源容量3.6％的功率缺额后的发电机转速，并将其与实际系统发生3.6％功率缺额后的发电机转速录波数据进行对比，结果如图6所示。由图6可以看出，根据本发明提出的多机同步系统频率特性模拟系统可复现实际系统的同步机转速特性，进而复现实际系统频率特性。
综上所述，本发明实施例提供的原动机模拟装置，对全网所有原动机进行统一建模，不仅在参考值获得模块中模拟了全网原动机中调速器的运行过程，还利用汽轮机模拟电路模拟了全网原动机中汽轮机的运行过程，在获得原动机的机械功率参考值之后，根据原动机的机械功率参考值，确定原动机的非再热机组机械功率，根据原动机的机械功率参考值和比例系数，确定原动机的再热机组机械功率，最后根据原动机的再热机组机械功率和非再热机组机械功率，确定原动机的机械功率模拟信号。本发明实施例提供的原动机模拟装置仅利用一个综合模型实现全网所有原动机的运行过程模拟，有效控制了建模工作量，并且通过在原动机模拟装置中加入原动机中汽轮机运行过程的模拟，在控制建模工作量的基础上提高了频率特性模拟效果，为模拟多机同步系统出现大型功率缺额后的频率特性以及研究电力系统频率稳定性奠定基础。
本发明实施例提出的原动机模拟方法，通过获取发电机的转速数字信号和电磁功率数字信号，将发电机的转速数字信号和电磁功率数字信号转换为转速模拟信号和电磁功率模拟信号，根据转速模拟信号和电磁功率模拟信号，获得原动机的机械功率参考值，根据原动机的机械功率参考值，确定原动机的非再热机组机械功率，根据原动机的机械功率参考值和比例系数，确定原动机的再热机组机械功率，最后根据所述的原动机的再热机组机械功率和非再热机组机械功率，确定原动机的机械功率模拟信号，将原动机的机械功率模拟信号转换为机械功率数字信号。相比于现有技术中平均系统频率模型和系统频率响应模型，本发明实施例仅利用一个综合模型实现全网所有原动机的运行过程模拟，有效控制了建模工作量，并且通过在原动机模拟装置中加入原动机中汽轮机运行过程的模拟，在控制建模工作量的基础上提高了频率特性模拟效果，为模拟多机同步系统出现大型功率缺额后的频率特性以及研究电力系统频率稳定性奠定基础。
本发明实施例提出的多机同步系统频率特性模拟系统，模拟了多机同步系统出现大型功率缺额后的频率特性，在原动机的模拟装置中对全网所有原动机进行统一建模，不仅在参考值获得模块中模拟了全网原动机中调速器的运行过程，还利用汽轮机模拟电路模拟了全网原动机中汽轮机的运行过程，在获得原动机的机械功率参考值之后，根据原动机的机械功率参考值，确定原动机的非再热机组机械功率，根据原动机的机械功率参考值和比例系数，确定原动机的再热机组机械功率，最后根据原动机的再热机组机械功率和非再热机组机械功率，确定原动机的机械功率模拟信号。将原动机的机械功率模拟信号转换为原动机的机械功率数字信号之后，由发电机模块获取原动机的机械功率数字信号，根据原动机的机械功率数字信号调整发电机的转速数字信号，由此可以模拟多机同步系统出现大型功率缺额后的频率特性。本发明实施例仅利用一个综合模型实现全网所有原动机的运行过程模拟，有效控制了建模工作量，并且通过在原动机模拟装置中加入原动机中汽轮机运行过程的模拟，在控制建模工作量的基础上提高了频率特性模拟效果，为研究电力系统频率稳定性奠定基础。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种原动机模拟装置，其特征在于，包括：信号获取模块，D/A转换器，参考值获得模块，汽轮机模拟电路，机械功率确定模块和A/D转换器；
所述信号获取模块，用于获取发电机的转速数字信号和电磁功率数字信号；
所述D/A转换器，用于将所述的发电机的转速数字信号和电磁功率数字信号转换为转速模拟信号和电磁功率模拟信号；
所述参考值获得模块，用于根据所述转速模拟信号和电磁功率模拟信号，获得原动机的机械功率参考值；
所述汽轮机模拟电路，用于根据所述的原动机的机械功率参考值，确定原动机的非再热机组机械功率，根据所述的原动机的机械功率参考值和比例系数，确定原动机的再热机组机械功率；
所述机械功率确定模块，用于根据所述的原动机的再热机组机械功率和非再热机组机械功率，确定原动机的机械功率模拟信号；
所述A/D转换器，用于将所述的原动机的机械功率模拟信号转换为机械功率数字信号。
2.如权利要求1所述的原动机模拟装置，其特征在于，所述参考值获得模块包括：
调速器模拟电路，用于根据发电机的转速模拟信号、原动机的转速参考值和原动机的功率参考值，确定原动机的电磁功率参考值；
伺服电机模拟电路，用于根据发电机的电磁功率模拟信号和原动机的电磁功率参考值，确定原动机的机械功率参考值。
3.如权利要求2所述的原动机模拟装置，其特征在于，所述调速器模拟电路包括：第一加法器电路、第二加法器电路和第一乘法器电路，所述伺服电机模拟电路包括：第三加法器电路；
第一加法器电路输入端接入发电机的转速模拟信号和原动机的转速参考值；第一加法器电路输出端连接第一乘法器电路输入端；第一乘法器电路输出端连接第二加法器电路输入端；第二加法器电路输入端接入原动机的功率参考值；第二加法器电路输出端获得原动机的电磁功率参考值；第三加法器电路输入端接入发电机的电磁功率模拟信号和第二加法器电路输出端获得的原动机的电磁功率参考值；第三加法器电路输出端获得原动机的机械功率参考值。
4.如权利要求3所述的原动机模拟装置，其特征在于，所述伺服电机模拟电路还包括：第四加法器电路、第二乘法器电路、第三乘法器电路和积分器电路；
第二加法器电路输出端分别连接第三加法器电路输入端和第三乘法器电路输入端；第三加法器电路输出端分别连接第二乘法器电路输入端和积分器电路输入端；第四加法器电路输入端分别连接第二乘法器电路输出端、积分器电路输出端和第三乘法器电路输出端；第四加法器电路输出端获得原动机的机械功率参考值。
5.如权利要求1所述的原动机模拟装置，其特征在于，所述比例系数包括：高压缸比例系数、低压缸比例系数和中压缸比例系数。
6.如权利要求1所述的原动机模拟装置，其特征在于，所述汽轮机模拟电路包括：第一积分电路、第二积分电路、第三积分电路、第四积分电路、第四乘法器电路、第五乘法器电路、第六乘法器电路和第五加法器电路；
第一积分电路输入端接入参考值获得模块得到的原动机的机械功率参考值；第一积分电路输出端分别连接第四乘法器电路输入端和第二积分电路输入端；第二积分电路输出端分别连接第三积分电路输入端和第六乘法器电路输入端；第三积分电路输出端连接第五乘法器电路输入端；第五加法器电路输入端分别连接第四乘法器电路输出端、第五乘法器电路输出端和第六乘法器电路输出端；第五加法器电路输出端获得原动机的再热机组机械功率；第四积分电路输入端接入参考值获得模块得到的原动机的机械功率参考值；第四积分电路输出端获得原动机的非再热机组机械功率。
7.如权利要求6所述的原动机模拟装置，其特征在于，所述汽轮机模拟电路还包括：第一限幅电路；
参考值获得模块得到的原动机的机械功率参考值经过第一限幅电路接入第一积分电路输入端。
8.如权利要求7所述的原动机模拟装置，其特征在于，所述汽轮机模拟电路还包括：第二限幅电路；
参考值获得模块得到的原动机的机械功率参考值经过第二限幅电路接入第四积分电路输入端。
9.如权利要求1所述的原动机模拟装置，其特征在于，所述机械功率确定模块包括：第七乘法器电路、第八乘法器电路和第六加法器电路；
第七乘法器电路输入端接入汽轮机模拟电路获得的原动机的再热机组机械功率；第八乘法器电路输入端接入汽轮机模拟电路获得的原动机的非再热机组机械功率；第七乘法器电路输出端和第八乘法器电路输出端连接第六加法器电路输入端；第六加法器电路输出端获得原动机的机械功率模拟信号。
10.一种利用权利要求1-9任一所述的装置进行原动机模拟的方法，其特征在于，包括：
获取发电机的转速数字信号和电磁功率数字信号，将所述的发电机的转速数字信号和电磁功率数字信号转换为转速模拟信号和电磁功率模拟信号；
根据所述转速模拟信号和电磁功率模拟信号，获得原动机的机械功率参考值；
根据所述的原动机的机械功率参考值，确定原动机的非再热机组机械功率，根据所述的原动机的机械功率参考值和比例系数，确定原动机的再热机组机械功率；
根据所述的原动机的再热机组机械功率和非再热机组机械功率，确定原动机的机械功率模拟信号，将所述原动机的机械功率模拟信号转换为机械功率数字信号。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，按如下方式确定原动机的机械功率模拟信号：
将原动机的再热机组机械功率与再热机组系数相乘，得到第一机械功率；
将原动机的非再热机组机械功率与非再热机组系数相乘，得到第二机械功率；
将所述第一机械功率与第二机械功率的和作为原动机的机械功率模拟信号。
12.一种多机同步系统频率特性模拟系统，其特征在于，包括：电网络模块，发电机模块和权利要求1-9任一所述的原动机模拟装置；
所述电网络模块，用于产生发电机的电磁功率数字信号；
所述发电机模块，用于产生发电机的转速数字信号，获取原动机的机械功率数字信号，以及根据原动机的机械功率数字信号调整发电机的转速数字信号；
所述原动机模拟装置，分别与所述电网络模块和发电机模块连接，用于根据电网络模块产生的发电机的电磁功率数字信号和发电机模块产生的发电机的转速数字信号，获得原动机的机械功率数字信号。
CN201910271151.3A 2019-04-04 2019-04-04 原动机模拟方法、装置及多机同步系统频率特性模拟系统 Pending CN109918852A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910271151.3A CN109918852A (zh) 2019-04-04 2019-04-04 原动机模拟方法、装置及多机同步系统频率特性模拟系统
PCT/CN2019/124949 WO2020199644A1 (zh) 2019-04-04 2019-12-12 原动机模拟方法、装置及多机同步系统频率特性模拟系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910271151.3A CN109918852A (zh) 2019-04-04 2019-04-04 原动机模拟方法、装置及多机同步系统频率特性模拟系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109918852A true CN109918852A (zh) 2019-06-21

Family

ID=66968706

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910271151.3A Pending CN109918852A (zh) 2019-04-04 2019-04-04 原动机模拟方法、装置及多机同步系统频率特性模拟系统

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN109918852A (zh)
WO (1) WO2020199644A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020199644A1 (zh) * 2019-04-04 2020-10-08 华北电力科学研究院有限责任公司 原动机模拟方法、装置及多机同步系统频率特性模拟系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101042058A (zh) * 2007-04-27 2007-09-26 冯伟忠 一种新型汽轮发电机组
CN104201953A (zh) * 2014-09-02 2014-12-10 东南大学 一种发电机组中汽轮机输出机械功率控制方法
WO2018007012A1 (en) * 2016-07-06 2018-01-11 Universität Stuttgart Control system, wind turbine and control method
US10103666B1 (en) * 2015-11-30 2018-10-16 University Of South Florida Synchronous generator modeling and frequency control using unscented Kalman filter
CN109445277A (zh) * 2018-12-14 2019-03-08 国网山东省电力公司电力科学研究院 基于数据自动寻取的功率控制参数自动调整系统及方法
CN209460762U (zh) * 2019-04-04 2019-10-01 华北电力科学研究院有限责任公司 原动机模拟装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2384541A2 (en) * 2009-01-30 2011-11-09 Siemens Aktiengesellschaft Power system frequency inertia for wind turbines
CN102521441B (zh) * 2011-12-02 2014-12-17 中国电力科学研究院 一种发电机超速保护的电力系统机电暂态仿真建模方法
WO2016029944A1 (en) * 2014-08-28 2016-03-03 Abb Technology Ltd Control of a microgrid
KR20170032779A (ko) * 2015-09-15 2017-03-23 한국전력공사 발전소 시뮬레이터
CN108565854B (zh) * 2018-04-20 2024-01-23 华北电力科学研究院有限责任公司 用于复现电力系统频率特性的模拟方法及系统
CN208013689U (zh) * 2018-04-20 2018-10-26 华北电力科学研究院有限责任公司 一种vsg中的虚拟主汽压力模块的模拟装置
CN109918852A (zh) * 2019-04-04 2019-06-21 华北电力科学研究院有限责任公司 原动机模拟方法、装置及多机同步系统频率特性模拟系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101042058A (zh) * 2007-04-27 2007-09-26 冯伟忠 一种新型汽轮发电机组
CN104201953A (zh) * 2014-09-02 2014-12-10 东南大学 一种发电机组中汽轮机输出机械功率控制方法
US10103666B1 (en) * 2015-11-30 2018-10-16 University Of South Florida Synchronous generator modeling and frequency control using unscented Kalman filter
WO2018007012A1 (en) * 2016-07-06 2018-01-11 Universität Stuttgart Control system, wind turbine and control method
CN109445277A (zh) * 2018-12-14 2019-03-08 国网山东省电力公司电力科学研究院 基于数据自动寻取的功率控制参数自动调整系统及方法
CN209460762U (zh) * 2019-04-04 2019-10-01 华北电力科学研究院有限责任公司 原动机模拟装置

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TERENCE HAZEL等: "Industrial Power Systems Using Dry Low Emission Turbines", TEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS *
VEDRAN MRZLJAK: "Turbogenerator Steam Turbine Variation in Developed Power:Analysis of Exergy Efficiency and Exergy Destruction Change", MODELLING AND SIMULATION IN ENGINEERING *
刘辉等: "考虑机组协调控制的汽轮机调速器模型及其应用", 电力系统自动化, vol. 32, no. 22 *
田云峰等: "用于电网稳定性计算的再热凝汽式汽轮机数学模型", 华北电力技术 *
竺炜;唐颖杰;谭喜意;周有庆;: "发电机调速附加控制对系统频率稳定的作用", 电力自动化设备, no. 12 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020199644A1 (zh) * 2019-04-04 2020-10-08 华北电力科学研究院有限责任公司 原动机模拟方法、装置及多机同步系统频率特性模拟系统

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020199644A1 (zh) 2020-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Djilali et al. Real‐time neural sliding mode field oriented control for a DFIG‐based wind turbine under balanced and unbalanced grid conditions
Zaker et al. A novel measurement-based dynamic equivalent model of grid-connected microgrids
Guo et al. An approximate wind turbine control system model for wind farm power control
US11616365B2 (en) Decentralized hardware-in-the-loop scheme
CN109962495B (zh) 一种超低频振荡扰动源定位及抑制方法
CN110829487B (zh) 一种电力系统的频率动态预测方法
Liang et al. Two-level dynamic stochastic optimal power flow control for power systems with intermittent renewable generation
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
CN110492479B (zh) 一种分布式并网设备的转动惯量和阻尼辨识方法
CN104836253A (zh) 双馈风机虚拟惯量的控制方法及控制装置
Zaker et al. Small signal equivalent model of synchronous generator-based grid-connected microgrid using improved Heffron-Phillips model
Overbye et al. An interactive, stand-alone and multi-user power system simulator for the pmu time frame
WO2018102720A1 (en) System and method for a fast power network simulator
Neshati et al. Hardware-in-the-loop testing of wind turbine nacelles for electrical certification on a dynamometer test rig
CN109918852A (zh) 原动机模拟方法、装置及多机同步系统频率特性模拟系统
CN209460762U (zh) 原动机模拟装置
CN110210106A (zh) 基于fpga的风电场实时仿真器模块级流水线设计方法
CN109904863B (zh) 一种附加阻尼控制器、水轮机调速器及水轮机控制系统
CN113505525A (zh) 基于微分神经网络的电力系统动态元件建模方法及装置
El-Guindy et al. Formal LPV control for transient stability of power systems
Ni et al. Cross‐gramian‐based dynamic equivalence of wind farms
CN112186767B (zh) 含高比例可再生能源的海岛微电网频率稳定的优化控制方法
CN114465280A (zh) 一种新能源并网系统动态等效建模方法
Li Hydro turbine and governor modeling and scripting for small-signal and transient stability analysis of power systems
Fetzer Development of a MATLAB/Simulink Framework for Phasor-Based Power System Simulation and Component Modeling Based on State Machines

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination