CN114756810A - 水轮机调速系统的阻尼分析方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种水轮机调速系统的阻尼分析方法及其装置，可以从理论上实现对水轮机调速系统的阻尼进行分析并确定水轮机调速系统的阻尼状态为正阻尼或负阻尼。该水轮机调速系统的阻尼分析方法，包括：首先，获取第一传递函数和第二传递函数，其中第一传递函数为水轮机调速器的传递函数，第二传递函数为水轮机的传递函数，水轮机调速系统中包括水轮机调速器和水轮机；其次，根据第一传递函数和第二传递函数进行计算分析得到水轮机调速系统的阻尼转矩系数；最后，根据计算得到的阻尼转矩系数确定水轮机调速系统的阻尼状态，该阻尼状态包括正阻尼和负阻尼。
Description
技术领域
本发明涉及水轮机调速系统技术领域，尤其涉及一种水轮机调速系统的阻尼分析方法及其装置。
背景技术
在实际电网运行过程中会发生超低频振荡事件，电网中出现超低频振荡会严重危害电网稳定运行，因此，为维护电网稳定运行抑制超低频振荡在电网中发生显得尤为重要。
目前，相关技术中主要通过优化水轮机调速系统的参数来实现对超低频振荡的抑制，但研究发现水轮机调速系统产生的负阻尼是引起超低频振荡的重要原因。
在相关技术中并没有从理论分析上对水轮机调速系统的阻尼进行相关分析计算的技术方案。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，本发明提出了一种水轮机调速系统的阻尼分析方法及其装置，可以从理论上实现对水轮机调速系统的阻尼进行分析并确定水轮机调速系统的阻尼状态为正阻尼或负阻尼。
第一方面，本发明提供了一种水轮机调速系统的阻尼分析方法，包括：
首先，获取第一传递函数和第二传递函数，其中第一传递函数为水轮机调速器的传递函数，第二传递函数为水轮机的传递函数，水轮机调速系统中包括水轮机调速器和水轮机；其次，根据第一传递函数和第二传递函数进行计算分析得到水轮机调速系统的阻尼转矩系数；最后，根据计算得到的阻尼转矩系数确定水轮机调速系统的阻尼状态，该阻尼状态包括正阻尼和负阻尼。
可选的，在第一方面的一种可能的实现方式中，根据计算得到的阻尼转矩系数确定水轮机调速系统的阻尼状态具体包括以下三种情况：
当阻尼转矩系数大于0时，确定水轮机调速系统产生正阻尼；
当阻尼转矩系数等于0时，确定水轮机调速系统产生的阻尼为0；
当阻尼转矩系数小于0时，确定水轮机调速系统产生负阻尼。
本发明技术方案中在归纳得到阻尼转矩系数的基础上，还可以通过阻尼转矩系数确定相应的分界频率，进而根据分界频率确定水轮机调速系统的阻尼状态。
可选的，在第一方面的一种可能的实现方式中，根据计算得到的阻尼转矩系数确定水轮机调速系统的阻尼状态，包括：
先根据阻尼转矩系数确定分界频率，其中分界频率为水轮机调速系统产生阻尼为0时对应的振荡频率；
进一步，根据确定后的分界频率确定水轮机调速系统的阻尼状态。
进一步可选的，在第一方面的一种可能的实现方式中，根据确定后的分界频率确定水轮机调速系统的阻尼状态具体包括：
当水轮机调速系统的振荡频率大于分界频率时，确定水轮机调速系统产生正阻尼；
当水轮机调速系统的振荡频率等于分界频率时，确定水轮机调速系统产生的阻尼为0；
当水轮机调速系统的振荡频率小于分界频率时，确定水轮机调速系统产生负阻尼。
本发明技术方案中，在归纳分析得到阻尼转矩系数之后，还可以根据该阻尼转矩系数对水轮机调速系统中发电机的阻尼特性进行分析。
可选的，在第一方面的一种可能的实现方式中，该阻尼分析方法还包括：
使用阻尼转矩系数，对发电机运动方程进行计算得到发电系统的阻尼比，其中阻尼比与阻尼转矩系数之间具有正相关关系，发电系统是在水轮机带动下进行发电；
根据发电系统的阻尼比确定发电系统的阻尼特性。具体的，阻尼比越大表明系统的阻尼越大，系统稳定性越好，相反的，阻尼比越小表明系统的阻尼越小，系统稳定性越差。
本发明技术方案中，在归纳分析得到阻尼转矩系数之后，还可以根据该阻尼转矩系数对水轮机调速系统进行阻尼补偿。如可以通过优化系统参数实现阻尼补偿，或通过优化水轮机调速系统的系统模型实现阻尼补偿。
可选的，在第一方面的一种可能的实现方式中，通过优化系统参数实现阻尼补偿具体可以是：
根据阻尼转矩系数对优化算法中原有目标函数进行改进得到新目标函数，其中优化算法为所述水轮机调速系统中进行系统优化的算法，所述新目标函数以抑制系统震荡作为优化目标之一；
根据新目标函数，使用优化算法对水轮机调速系统进行优化。
可选的，在第一方面的一种可能的实现方式中，通过优化水轮机调速系统的系统模型实现阻尼补偿具体可以是：
根据阻尼转矩系数，在水轮机调速系统的系统模型中新增相位补偿环节；
在系统优化过程中，使用新增的相位补偿环节对水轮机转速系统的转速偏差进行调节，实现水轮机调速系统的系统优化。
本发明技术方案中，归纳分析得到阻尼转矩系数的实现方式之一可以是通过飞利蒲斯-海佛容Phillips-Heffron模型进行分析得到。
可选的，在第一方面的一种可能的实现方式中，根据第一传递函数和第二传递函数进行计算分析得到水轮机调速系统的阻尼系数，包括：
使用飞利蒲斯-海佛容Phillips-Heffron模型，对第一传递函数和第二传递函数进行计算得到发电机的机械偏差表达式；
对发电机的机械偏差表达式进行分析得到阻尼转矩系数。
第二方面，本发明提供了一种阻尼分析装置，包括：获取模块、计算模块和确定模块；
其中获取模块，用于获取第一传递函数和第二传递函数，其中第一传递函数为水轮机调速器的传递函数，第二函数为水轮机的传递函数；
计算模块，用于根据第一传递函数和第二传递函数进行计算分析得到水轮机调速系统的阻尼转矩系数；
确定模块，用于根据阻尼转矩系数确定水轮机调速系统的阻尼状态，其中阻尼状态包括正阻尼和负阻尼。
第三方面，本发明还提供了一种阻尼分析装置，包括：
处理器；以及
存储器，其上存储有可执行代码，当可执行代码被处理器执行时，使处理器执行如上述第一方面及其任意一种实现方式中的水轮机调速系统的阻尼分析方法。
第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行代码，可执行代码被处理器执行时，使处理器执行如上述第一方面及其任意一种实现方式中的水轮机调速系统的阻尼分析方法。
本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
通过对水轮机调速器的传递函数，和水轮机的传递函数进行分析计算，该分析是理论分析；通过理论分析后归纳总结得到了阻尼转矩系数，根据该阻尼转矩系数可以确定水轮机调速系统的阻尼状态是正阻尼或负阻尼，应理解，阻尼转矩系数是本方案中总结归纳得到的新的参数，通过该阻尼转矩系数可以确定水轮机调速系统的阻尼状态，因此，通过本发明的技术方案可以从理论上实现对水轮机调速系统的阻尼进行分析并确定水轮机调速系统的阻尼状态为正阻尼或负阻尼。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1为水轮机调速系统的一个系统原理示意图；
图2为本发明中水轮机调速系统的阻尼分析方法的一个实施例示意图；
图3为本发明中基于阻尼转矩系数分析发电机的阻尼特性的一个实施例示意图；
图4为本发明中基于阻尼转矩系数通过优化系统参数实现阻尼补偿的一个实施例示意图；
图5为本发明中基于阻尼转矩系数通过优化水轮机调速系统的系统模型实现阻尼补偿的一个实施例示意图；
图6为本发明中阻尼分析装置的一个结构示意图；
图7为本发明中阻尼分析装置的另一个结构示意图；
图8为本发明中阻尼分析装置的又一个结构示意图；
图9为本发明中阻尼分析装置的又一个结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的实施方式。虽然附图中显示了本发明的实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本发明可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本发明技术方案适用于水轮机调速系统中，具体用于对水轮机调速系统的阻尼进行分析，可以从理论上实现对水轮机调速系统的阻尼进行分析并确定水轮机调速系统的阻尼状态为正阻尼或负阻尼。
为了便于理解本发明技术方案，下面先对本发明涉及的水轮机调速系统进行介绍，具体如下：
图1为水轮机调速系统的一个系统原理示意图。
如图1所示，水轮机调速系统是电调型调速系统，为典型的PID调速系统，图1为其系统原理示意图，水电厂的功率和频率控制是根据水轮机导叶开度进行控制。水轮机调速系统用于对水轮机导叶开度进行控制，具体是对频率f进行控制，水轮机调速系统根据需求对额定频率f额定进行给定，然后对机端频率f机端与额定频率f额定进行比较，比较后通过死区进入中间部分的PID控制区域，在PID控制区域地控制下，进入后端的控制系统进行调解控制，最终控制导叶开度范围。
其中，死区deadband也称为中性区neutral zone或不作用区，是指控制系统的传递函数中，对应输出为零的输入信号范围。
导叶开度是指导叶出口边与相邻导叶之间的最短距离。水轮机调速系统主要就是控制水轮发电机的导叶开度。
对水轮机调速系统的系统原理进行介绍之后，下面结合附图对本发明中水轮机调速系统的阻尼分析方法进行介绍，具体如下：
图2为本发明中水轮机调速系统的阻尼分析方法的一个实施例示意图。
如图2所示，本发明中水轮机调速系统的阻尼分析方法包括：
201、获取第一传递函数和第二传递函数，其中第一传递函数为水轮机调速器的传递函数，第二函数为水轮机的传递函数。
水轮机调速器属于典型的PID调速系统，水轮机调速器的传递函数Ggov(s)如下：
在上述传递函数中，Δμ为导叶开度偏差；Δω为转速偏差；KP、KI、KD分别为调速系统的比例、积分和微分系数；BP为调差系数；TG为执行机构时间常数。
应理解，水轮机的执行机构包括电液/机液转换机构、导叶和桨叶等硬件，时间常数为响应动作的时间，时间常数越小，表明响应动作越快，相反的，时间常数越大，表明响应动作越慢。
水轮机的传递函数GW(s)如下：
在上述传递函数中，ΔPm为发电机的机械功率偏差；TW为水锤效应时间常数，满载时一般取值在0.5-4.0s。
其中，机械功率偏差是指给定功率和实际功率之间的功率差值，水锤效应时间常数为水锤对应的导管中的流量从0到额定流量的时间。
202、根据第一传递函数和第二传递函数进行计算分析得到水轮机调速系统的阻尼转矩系数。
具体的，计算分析得到阻尼转矩系数可以通过执行以下操作：使用飞利蒲斯-海佛容(Phillips-Heffron)模型，对第一传递函数和第二传递函数进行计算得到发电机的机械偏差表达式；
对发电机的机械偏差表达式进行分析得到阻尼转矩系数。
示例性的，设水轮机调速系统的传递函数为G(s)，当系统输入信号时，根据Phillips-Heffron模型，发动机产生的机械偏差Pm的表达式一为：
ΔPm＝-G(s)Δω(3)
式中：G(s)＝Ggov(s)GW(s)将s＝jωd代入机械偏差Pm的表达式中，并归纳整理分析得到用阻尼转矩系数表示的机械偏差表达式二：
ΔPm＝-DmdΔω-KmsΔδ(4)
其中Dmd和Kms为水轮机调速系统提供的阻尼和同步转矩系数，并且Dmd为：
在Dmd的表达式中：
其中，Dmd为系统阻尼系数，就是系统发生振荡的时候，系统回归正常的能力。该表达式中各个参数的含义均在上文中有，可参阅上文中相关部分的描述。
因此，通过上述理论分析推导可以得到水轮机调速系统的阻尼转矩系数，该阻尼转矩系数可以表征水轮机调速系统的系统阻尼。
203、根据阻尼转矩系数确定水轮机调速系统的阻尼状态，其中阻尼状态包括正阻尼和负阻尼。
具体的，本发明中根据计算得到的阻尼转矩系数确定水轮机调速系统的阻尼状态具体包括以下三种情况：
当阻尼转矩系数大于0时，确定水轮机调速系统产生正阻尼；
当阻尼转矩系数等于0时，确定水轮机调速系统产生的阻尼为0；
当阻尼转矩系数小于0时，确定水轮机调速系统产生负阻尼。
进一步的，在归纳得到阻尼转矩系数的基础上，还可以通过阻尼转矩系数确定相应的分界频率，进而根据分界频率确定水轮机调速系统的阻尼状态。
具体开说，根据计算得到的阻尼转矩系数确定水轮机调速系统的阻尼状态，包括：
先根据阻尼转矩系数确定分界频率，其中分界频率为水轮机调速系统产生阻尼为0时对应的振荡频率；
进一步，根据确定后的分界频率确定水轮机调速系统的阻尼状态。
再进一步的，与上述基于阻尼转矩系数类似，根据确定后的分界频率确定水轮机调速系统的阻尼状态具体包括以下三种情况：
当水轮机调速系统的振荡频率大于分界频率时，确定水轮机调速系统产生正阻尼；
当水轮机调速系统的振荡频率等于分界频率时，确定水轮机调速系统产生的阻尼为0；
当水轮机调速系统的振荡频率小于分界频率时，确定水轮机调速系统产生负阻尼。
示例性的，在上述通过理论分析得到阻尼转矩系数Dmd的表达式之后，若令Dmd＝0，求解得到振荡角频率ωd，且ωd＝2πfd。定义fd为分界频率，即调速系统提供阻尼为零时对应的振荡频率。当振荡频率f>fd时，水轮机调速系统产生负阻尼转矩；f<fd时，水轮机调速系统产生正阻尼转矩。
对于不同PID参数，可通过计算得到的水轮机调速系统的分界频率和阻尼转矩系数，用来判断水轮机调速系统提供的阻尼特性，从而判断整个发电系统的阻尼状态。当Dmd>0时，水轮机调速系统向整个发电系统提供正阻尼；当Dmd<0时，水轮机调速系统向整个发电系统提供负阻尼。其中，整个发电系统是包括水轮机调速系统、发电机等在内的整个水力发电系统，应理解，水轮机调速系统是整个发电系统中的一部分。
综上所述，本发明技术方案中，通过对水轮机调速器的传递函数，和水轮机的传递函数进行分析计算，该分析是理论分析；通过理论分析后归纳总结得到了阻尼转矩系数，根据该阻尼转矩系数可以确定水轮机调速系统的阻尼状态是正阻尼或负阻尼，应理解，阻尼转矩系数是本方案中总结归纳得到的新的参数，通过该阻尼转矩系数可以确定水轮机调速系统的阻尼状态，因此，通过本发明的技术方案可以从理论上实现对水轮机调速系统的阻尼进行分析并确定水轮机调速系统的阻尼状态为正阻尼或负阻尼。
本发明技术方案中，在归纳分析得到阻尼转矩系数之后，还可以根据该阻尼转矩系数对水轮机调速系统的阻尼特性进行分析。具体如下：
图3为本发明中基于阻尼转矩系数分析发电机的阻尼特性的一个实施例示意图。
301、获取计算得到的水轮机调速系统的阻尼转矩系数。
302、使用阻尼转矩系数，对发电机运动方程进行计算得到发电系统的阻尼比。
具体的，发电机运动方程如下：
其中，TJ为发电机的惯性时间常数；ΔPe为电磁功率偏差；D为发电机阻尼系数；ω0为基准角速度
基于复转矩系数法，ΔPe可写为
ΔPe＝DedΔω+KesΔδ (7)
式中：Ded为阻尼转矩分量；Kes为同步转矩分量。
将式(4)、(7)代入式(6)，可得
TJs2Δδ+(Dmd+Ded+D)sΔδ+
ω0(Kms+Kes)Δδ＝0 (8)
忽略网损，发电机的电磁功率变化量近似为负荷有功的变化量，即ΔPe＝KLΔω，其中KL为负荷频率调节系数。系统电磁功率变化量只考虑与Δω有关。由式(7)可得，Ded近似等于KL，不考虑Kes令其等于零，根据式(8)，可求得整个发电系统的阻尼比为
式中：DL＝KL+D。利用阻尼转矩法(即阻尼转矩系数)可分析计算整个发电系统的阻尼特性，
303、根据发电系统的阻尼比确定发电系统的阻尼特性。
具体的，根据上述式(9)中所示的阻尼比的表达式，根据发电系统的阻尼比确定发电机的阻尼特性具体包括：阻尼比越大表明系统的阻尼越大，系统稳定性越好，相反的，阻尼比越小表明系统的阻尼越小，系统稳定性越差。
综上所述，本发明技术方案中，在归纳分析得到阻尼转矩系数之后，还可以根据该阻尼转矩系数对发电机的阻尼特性进行分析。发电系统的阻尼比越大表明发电机系统的阻尼越大，系统稳定性越好，相反的，阻尼比越小表明发电机系统的阻尼越小，系统稳定性越差。
基于阻尼转矩系数分析了超低频振荡时系统出现负阻尼的机理，得到分析结结果。并且分析结果表明了在发生超低频振荡时，调速系统的阻尼转矩系数为负值，为超频率振荡提供了负阻尼振荡源。在改变PID参数后，调速系统不再产生负阻尼，系统阻尼变大，振荡现象随之消失，说明通过调速系统的阻尼转矩系数能够判断调速器对系统阻尼的影响程度。因此，基于阻尼转矩系数实现阻尼补偿，提升系统稳定性。
本发明技术方案中，在归纳分析得到阻尼转矩系数之后，还可以根据该阻尼转矩系数对水轮机调速系统进行阻尼补偿。如可以通过优化系统参数实现阻尼补偿，或通过优化水轮机调速系统的系统模型实现阻尼补偿。
图4为本发明中基于阻尼转矩系数通过优化系统参数实现阻尼补偿的一个实施例示意图。
401、获取计算得到的水轮机调速系统的阻尼转矩系数。
402、根据阻尼转矩系数对优化算法中原有目标函数进行改进得到新目标函数。
优化算法用于对系统进行优化以达到提升系统性能的目标，通常在系统均会使用，水轮机调速系统或整个发电系统也不例外。
水轮机转速系统中优化算法中原有目标函数主要以以转速偏差最小为目标，功率偏差最小为目标进行设计，没有考虑系统发生振荡时，调速器对系统抑制振荡的能力。
例如，传统的优化算法中一般以水轮机的转速偏差的ITAE指标作为优化算法的目标函数，ITAE指标的表达式为：
需要说明的是，ITAE指标是本领域常用方式，其相关描述可参阅本领域中其他相关资料中的描述，对此本发明中不做过多描述。
在上述原有目标函数的基础上，本发明中根据阻尼转矩系数对其进行改进。其改进具体是：
新增加以水轮机调速系统提供的阻尼力矩得到新目标函数，其中，阻尼力矩是根据阻尼转矩系数计算得到的。
阻尼力矩表达式为：
新目标函数的表达式为：
minJ＝αJITAE+(1-α)JDamping
其中，α∈[0,1]为权重系数；当α>0.5，说明新目标函数中考虑转速偏差的比重较大；α<0.5，说明新目标函数中考虑阻尼转矩的比重较大。
403、根据新目标函数，使用优化算法对水轮机调速系统进行优化。
在使用优化算法对水轮机调速系统进行优化过程中，将原有目标函数替换为新目标函数执行优化操作。使用优化算法对水轮机调速系统进行优化的具体实施方式，可参阅本领域中其他相关资料中的描述，对此本发明中不做过多描述。
需要说明的是，除新目标函数之外优化算法中的其他相关操作不变，其具体的优化方法不做任何限定。
综上所述，本发明技术方案中，基于阻尼转矩系数对优化算法中原有目标函数进行改进得到新目标函数，进而，在优化算法中使用新目标韩式对水轮机调速系统进行优化，由于阻尼转矩系数可以判断系统阻尼，而系统阻尼是引起超低频振荡的重要因素，因此通过将阻尼转矩系数引入到新目标函数中以优化系统参数，可以确保水轮机调速系统在任意时刻均能提供正阻尼，从而有效抑制超低频振荡。
图5为本发明中基于阻尼转矩系数通过优化水轮机调速系统的系统模型实现阻尼补偿的一个实施例示意图。
501、获取计算得到的水轮机调速系统的阻尼转矩系数。
502、根据阻尼转矩系数，在水轮机调速系统的系统模型中新增相位补偿环节。
具体的，根据阻尼转矩系数设计相位补偿环节，相位补偿环节包括GGPSS环节，其表达式如下：
其中，KGPSS是GGPSS环节的常数，可以预先设置好；T1、T2、T3和T4均是根据阻尼转矩系数进行系统优化后的参数，这些参数是预先设置好的。
503、在系统优化过程中，使用新增的相位补偿环节对水轮机转速系统的转速偏差进行调节，实现水轮机调速系统的系统优化。
具体的，将上述GGPSS环节新增至水轮机调速系统中对转速偏差进行调节，实现水轮机调速系统的系统优化。
需要说明的是，通过优化水轮机调速系统的系统模型对水轮机调速系统的系统优化中的其他操作与常规的模型优化方法类似，可本领域中其他相关资料中的描述，对此本发明中不做过多描述。
对调速器模型进行优化，
综上所述，本发明技术方案中，根据阻尼转矩系数，在水轮机调速系统的系统模型中新增相位补偿环节。进而，在系统优化过程中，使用新增的相位补偿环节对水轮机转速系统的转速偏差进行调节，实现水轮机调速系统的系统优化。由于阻尼转矩系数可以判断系统阻尼，而系统阻尼是引起超低频振荡的重要因素，因此将基于阻尼转矩系数新增相位补偿环节并使用相位补偿环节对转速偏差进行调节，以通过优化系统模型的方式优化系统，可以确保水轮机调速系统在任意时刻均能提供正阻尼，从而有效抑制超低频振荡。
与前述应用功能实现方法实施例相对应，本发明还提供了一种阻尼分析装置及相应的实施例。
图6为本发明中阻尼分析装置的一个结构示意图。
如图6所示，本发明中阻尼分析装置60包括：获取模块601、计算模块602和确定模块603；
其中其中获取模块601，用于获取第一传递函数和第二传递函数，其中第一传递函数为水轮机调速器的传递函数，第二函数为水轮机的传递函数，水轮机调速系统中包括水轮机和水轮机调速器；
计算模块602，用于根据第一传递函数和第二传递函数进行计算分析得到水轮机调速系统的阻尼转矩系数；
确定模块603，用于根据阻尼转矩系数确定水轮机调速系统的阻尼状态，其中阻尼状态包括正阻尼和负阻尼。
可选的，在本发明的一种实施方式中，确定模块603根据计算得到的阻尼转矩系数确定水轮机调速系统的阻尼状态具体包括以下三种情况：
当阻尼转矩系数大于0时，确定模块603确定水轮机调速系统产生正阻尼；
当阻尼转矩系数等于0时，确定模块603确定水轮机调速系统产生的阻尼为0；
当阻尼转矩系数小于0时，确定模块603确定水轮机调速系统产生负阻尼。
可选的，在本发明的一种实施方式中，确定模块603根据计算得到的阻尼转矩系数确定水轮机调速系统的阻尼状态具体还可以执行以下操作：
确定模块603先根据阻尼转矩系数确定分界频率，其中分界频率为水轮机调速系统产生阻尼为0时对应的振荡频率；
进一步，确定模块603根据确定后的分界频率确定水轮机调速系统的阻尼状态。
可选的，在本发明的一种实施方式中，确定模块603根据确定后的分界频率确定水轮机调速系统的阻尼状态具体可以包括以下三种情况：
当水轮机调速系统的振荡频率大于分界频率时，确定模块603确定水轮机调速系统产生正阻尼；
当水轮机调速系统的振荡频率等于分界频率时，确定模块603确定水轮机调速系统产生的阻尼为0；
当水轮机调速系统的振荡频率小于分界频率时，确定模块603确定水轮机调速系统产生负阻尼。
在阻尼分析装置60归纳分析得到阻尼转矩系数之后，还可以根据该阻尼转矩系数对水轮机调速系统中发电机的阻尼特性进行分析。
可选的，在本发明的一种实施方式中，计算模块602根据第一传递函数和第二传递函数进行计算分析得到水轮机调速系统的阻尼系数具体可以执行以下操作：
首先，计算模块602使用飞利蒲斯-海佛容Phillips-Heffron模型，对第一传递函数和第二传递函数进行计算得到发电机的机械偏差表达式；
其次，计算模块602对发电机的机械偏差表达式进行分析得到阻尼转矩系数。
图7为本发明中阻尼分析装置的另一个结构示意图。
如图7所示，与上述图6所示的结构相比，图7中新增加了阻尼特性分析模块604。
可选的，在本发明的一种实施方式中，阻尼特性分析模块604用于执行以下阻尼特性分析操作：
首先，阻尼特性分析模块604使用阻尼转矩系数，对发电机运动方程进行计算得到发电系统的阻尼比，其中阻尼比与阻尼转矩系数之间具有正相关关系，发电机是水轮机调速系统中在水轮机组带动下进行发电；
进而，阻尼特性分析模块604根据发电系统的阻尼比确定发电系统的阻尼特性。具体的，阻尼比越大表明系统的阻尼越大，系统稳定性越好，相反的，阻尼比越小表明系统的阻尼越小，系统稳定性越差。
在阻尼分析装置60归纳分析得到阻尼转矩系数之后，还可以根据该阻尼转矩系数对水轮机调速系统进行阻尼补偿。如可以通过优化系统参数实现阻尼补偿，或通过优化水轮机调速系统的系统模型实现阻尼补偿。
图8为本发明中阻尼分析装置的又一个结构示意图。
如图8所示，与上述图7所示的结构相比，图8中新增加了阻尼补偿模块605。
可选的，在本发明的一种实施方式中，阻尼补偿模块605可以通过执行以下操作以通过优化系统参数实现阻尼补偿：
首先，阻尼补偿模块605根据阻尼转矩系数对优化算法中原有目标函数进行改进得到新目标函数，其中优化算法为所述水轮机调速系统中进行系统优化的算法，所述新目标函数以抑制系统震荡作为优化目标之一；
进而，阻尼补偿模块605根据新目标函数，使用优化算法对水轮机调速系统进行优化。
可选的，在本发明的一种实施方式中，阻尼补偿模块605可以通过执行以下操作以通过优化水轮机调速系统的系统模型实现阻尼补偿：
首先，阻尼补偿模块605根据阻尼转矩系数，在水轮机调速系统的系统模型中新增相位补偿环节；
进而，阻尼补偿模块605在系统优化过程中，使用新增的相位补偿环节对水轮机转速系统的转速偏差进行调节，实现水轮机调速系统的系统优化。
综上所述，本发明中阻尼分析装置，计算模块602通过对水轮机调速器的传递函数，和水轮机的传递函数进行分析计算，该分析是理论分析；通过理论分析后归纳总结得到了阻尼转矩系数，确定模块603根据该阻尼转矩系数可以确定水轮机调速系统的阻尼状态是正阻尼或负阻尼，应理解，阻尼转矩系数是本方案中总结归纳得到的新的参数，通过该阻尼转矩系数可以确定水轮机调速系统的阻尼状态，因此，通过本发明的技术方案可以从理论上实现对水轮机调速系统的阻尼进行分析并确定水轮机调速系统的阻尼状态为正阻尼或负阻尼。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不再做详细阐述说明。
图9为本发明中阻尼分析装置的又一个结构示意图。
如图9所示，本发明实施例中阻尼分析装置90包括存储器901和处理器902。存储器上存储有可执行代码，当可执行代码被处理器执行时，使处理器执行上述任一方法实施例中的方法。
处理器902可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器901可以包括各种类型的存储单元，例如系统内存、只读存储器(ROM)，和永久存储装置。其中，ROM可以存储处理器902或者计算机的其他模块需要的静态数据或者指令。永久存储装置可以是可读写的存储装置。永久存储装置可以是即使计算机断电后也不会失去存储的指令和数据的非易失性存储设备。在一些实施方式中，永久性存储装置采用大容量存储装置(例如磁或光盘、闪存)作为永久存储装置。另外一些实施方式中，永久性存储装置可以是可移除的存储设备(例如软盘、光驱)。系统内存可以是可读写存储设备或者易失性可读写存储设备，例如动态随机访问内存。系统内存可以存储一些或者所有处理器在运行时需要的指令和数据。此外，存储器901可以包括任意计算机可读存储媒介的组合，包括各种类型的半导体存储芯片(DRAM，SRAM，SDRAM，闪存，可编程只读存储器)，磁盘和/或光盘也可以采用。在一些实施方式中，存储器901可以包括可读和/或写的可移除的存储设备，例如激光唱片(CD)、只读数字多功能光盘(例如DVD-ROM，双层DVD-ROM)、只读蓝光光盘、超密度光盘、闪存卡(例如SD卡、min SD卡、Micro-SD卡等等)、磁性软盘等等。计算机可读存储媒介不包含载波和通过无线或有线传输的瞬间电子信号。
存储器901上存储有可执行代码，当可执行代码被处理器902处理时，可以使处理器902执行上文述及的方法中的部分或全部。
此外，根据本发明的方法还可以实现为一种计算机程序或计算机程序产品，该计算机程序或计算机程序产品包括用于执行本发明的上述方法中部分或全部步骤的计算机程序代码指令。
或者，本发明还可以实施为一种计算机可读存储介质(或机器可读存储介质)，其上存储有可执行代码(或计算机程序、或计算机指令代码)，当可执行代码(或计算机程序、或计算机指令代码)被阻尼分析装置(或电子设备、服务器等)的处理器执行时，使处理器执行根据本发明的上述方法的各个步骤的部分或全部。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (10)
1.一种水轮机调速系统的阻尼分析方法，其特征在于，包括：
获取第一传递函数和第二传递函数，其中所述第一传递函数为水轮机调速器的传递函数，所述第二函数为水轮机的传递函数，所述水轮机调速系统中包括所述水轮机调速器和所述水轮机；
根据所述第一传递函数和所述第二传递函数进行计算分析得到所述水轮机调速系统的阻尼转矩系数；
根据所述阻尼转矩系数确定所述水轮机调速系统的阻尼状态，其中所述阻尼状态包括正阻尼和负阻尼。
2.根据权利要求1所述的阻尼分析方法，其特征在于，所述根据所述阻尼转矩系数确定所述水轮机调速系统的阻尼状态，包括：
当所述阻尼转矩系数大于0时，确定所述水轮机调速系统产生正阻尼；
当所述阻尼转矩系数等于0时，确定所述水轮机调速系统产生的阻尼为0；
当所述阻尼转矩系数小于0时，确定所述水轮机调速系统产生负阻尼。
3.根据权利要求1所述的阻尼分析方法，其特征在于，所述根据所述阻尼转矩系数确定所述水轮机调速系统的阻尼状态，包括：
根据所述阻尼转矩系数确定分界频率，其中所述分界频率为所述水轮机调速系统产生阻尼为0时对应的振荡频率；
根据所述分界频率确定所述水轮机调速系统的阻尼状态。
4.根据权利要求3所述的阻尼分析方法，其特征在于，所述根据所述分界频率确定所述水轮机调速系统的阻尼状态，包括：
当所述水轮机调速系统的振荡频率大于所述分界频率时，确定所述水轮机调速系统产生正阻尼；
当所述水轮机调速系统的振荡频率等于所述分界频率时，确定所述水轮机调速系统产生的阻尼为0；
当所述水轮机调速系统的振荡频率小于所述分界频率时，确定所述水轮机调速系统产生负阻尼。
5.根据权利要求1-3所述的阻尼分析方法，其特征在于，所述阻尼分析方法还包括：
使用所述阻尼转矩系数，对发电机运动方程进行计算得到发电系统的阻尼比，其中所述阻尼比与所述阻尼转矩系数之间具有正相关关系，所述发电系统是在所述水轮机带动下进行发电；
根据所述阻尼比确定所述发电系统的阻尼特性。
6.根据权利要求1-3所述的阻尼分析方法，其特征在于，所述阻尼分析方法还包括：
根据所述阻尼转矩系数，对优化算法中原有目标函数进行改进得到新目标函数，其中所述优化算法为所述水轮机调速系统中进行系统优化的算法，所述新目标函数以抑制系统震荡作为优化目标之一；
根据所述新目标函数，使用所述优化算法对所述水轮机调速系统进行优化。
7.根据权利要求1-3所述的阻尼分析方法，其特征在于，所述阻尼分析方法还包括：
根据所述阻尼转矩系数，在所述水轮机调速系统的系统模型中新增相位补偿环节；
在系统优化过程中，使用新增的所述相位补偿环节对所述水轮机转速系统的转速偏差进行调节。
8.根据权利要求1所述的阻尼分析方法，其特征在于，所述根据所述第一传递函数和所述第二传递函数进行计算分析得到所述水轮机调速系统的阻尼系数，包括：
使用飞利蒲斯-海佛容Phillips-Heffron模型，对所述第一传递函数和所述第二传递函数进行计算得到发电机的机械偏差表达式；
对发电机的所述机械偏差表达式进行分析得到所述阻尼转矩系数。
9.一种阻尼分析装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取第一传递函数和第二传递函数，其中所述第一传递函数为水轮机调速器的传递函数，所述第二函数为水轮机的传递函数；
计算模块，用于根据所述第一传递函数和所述第二传递函数进行计算分析得到所述水轮机调速系统的阻尼转矩系数；
确定模块，用于根据所述阻尼转矩系数确定所述水轮机调速系统的阻尼状态，其中所述阻尼状态包括正阻尼和负阻尼。
10.一种阻尼分析装置，其特征在于，包括：
处理器；以及
存储器，其上存储有可执行代码，当所述可执行代码被所述处理器执行时，使所述处理器执行如权利要求1-8中任一项所述的阻尼分析方法。
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