CN117331305A - 水轮机调节系统控制参数与振荡特性关联方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了水轮机调节系统控制参数与振荡特性关联方法及系统，属于水轮机调节系统振荡特性分析技术领域，方法包括：计算水轮机调节系统状态空间模型中状态矩阵的特征值以及零点和极点，将距离虚轴最近且预设距离内没有零点的极点作为主导特征值；根据主导特征值，在复平面确定水轮机调节系统振荡特性区域；由赫尔维茨稳定性判据，获取系统控制参数稳定域；计算不同控制参数对应的主导特征值，依据主导特征值所在复平面的振荡特性区域，对控制参数进行分类，在系统控制参数稳定域中划分出振荡特性区域。本发明简化了运行人员评估参数设置对系统振荡的影响。
Description
技术领域
本发明属于水轮机调节系统振荡特性分析技术领域，更具体地，涉及水轮机调节系统控制参数与振荡特性关联方法及系统。
背景技术
近年来，水电主导系统超低频振荡频发，这将降低系统的供电品质与长距离送电容量，使得调频单元调速器，从而缩短调速器的使用寿命。在严重的情况下，超低频振荡可能导致继电保护单元的大规模运行，这可能导致大面积停电。水轮机调节系统控制参数显著影响水电系统调节特性，明确不同控制参数对应的系统振荡是保障系统安全稳定运行的基础，控制参数的细致分区对控制参数的调整和优化至关重要。以往确定系统控制参数对应的系统的振荡特性是采用时域仿真方式，只对调节后的性能进行约束，没有对控制参数进行分区，这不利于操作人员的快速调整以及对系统振荡特性的理解。因此，提出了一种水轮机调节系统控制参数与振荡特性关联方法，将系统的调节振荡特性直观反映在控制参数稳定域的详细划分中，控制参数稳定域被划分为超低频振荡风险区、超低频振荡安全区等。这有助于运行人员快速评估参数设置对系统振荡的影响、明确风险运行的参数边界，从而推动机组安全运行。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供水轮机调节系统控制参数与振荡特性关联方法及系统，旨在解决现有对于水轮机调节系统，确定系统控制参数对应的系统的振荡特性是采用时域仿真方法，只对调节后的性能进行约束，没有对控制参数进行分区，导致无法直观地获取控制参数与系统振荡之间的关系，因此，无法通过快速调节控制参数保证水轮机组的安全运行的问题。
为实现上述目的，一方面，本发明提供了水轮机调节系统控制参数与振荡特性关联方法，包括以下步骤：
步骤一：计算水轮机调节系统状态空间模型中状态矩阵的特征值以及零点和极点，将距离虚轴最近且预设距离内没有零点的极点作为主导特征值；
步骤二：根据主导特征值，在复平面确定水轮机调节系统振荡特性区域；
步骤三：将水轮机调节系统状态空间模型转换为传递函数模型，提取传递函数模型的特征方程，由赫尔维茨稳定性判据，获取系统控制参数稳定域；
步骤四：计算系统控制参数稳定域内不同控制参数对应的主导特征值，依据主导特征值所在复平面的水轮机调节系统振荡特性区域，对系统控制参数稳定域中的控制参数进行分类，在系统控制参数稳定域中划分出水轮机调节系统振荡特性区域。
进一步优选地，水轮机调节系统振荡特性区域的划分方法为：采用主导特征值的虚部确定系统振荡频率，将复平面划分为无振荡区、0~0.01Hz振荡区、超低频振荡区和0.1Hz以上的振荡区；采用主导特征值的实部确定系统衰减速率，将复平面内的超低频振荡区划分为超低频振荡安全区和超低频振荡风险区；其中，实部小于等于-0.07则划分为超低频振荡安全区，否则划分为超低频振荡风险区。
进一步优选地，水轮机调节系统状态空间模型包括调速器子模型、引水模块子模型、水轮机子模型和发电机子模型。
进一步优选地，传递函数模型的特征方程为：
其中，为特征值，/>为特征方程系数，/>；/>为系统阶数，由状态空间模型中的状态变量数目决定。
进一步优选地，步骤四具体为：按照固定步长枚举控制参数稳定域内控制参数，计算各控制参数对应的主导特征值，依据主导特征值所在的复平面的水轮机调节系统振荡特性区域，对系统控制参数稳定域中的控制参数进行分类，计算出无振荡区、0~0.01Hz振荡区、超低频振荡区以及0.1Hz以上的振荡区对应的控制参数，实现水轮机调节系统振荡特性区域向控制参数稳定域平面的映射。
另一方面，本发明提供了水轮机调节系统控制参数与振荡特性关联系统，包括：
水轮机调节系统状态空间模型的构建模块，用于构建水轮机调节系统状态空间模型；
主导特征值获取模块，用于计算水轮机调节系统状态空间模型中状态矩阵的特征值以及零点和极点，将距离虚轴最近且预设距离内没有零点的极点作为主导特征值；
水轮机调节系统振荡特性区域的确定模块，用于根据主导特征值，在复平面确定水轮机调节系统振荡特性区域；
系统控制参数稳定域的获取模块，用于将水轮机调节系统状态空间模型转换为传递函数模型，提取传递函数模型的特征方程，由赫尔维茨稳定性判据，获取系统控制参数稳定域；
系统控制参数稳定域划分模块，用于计算系统控制参数稳定域内不同控制参数对应的主导特征值，依据主导特征值所在复平面的水轮机调节系统振荡特性区域，对系统控制参数稳定域中的控制参数进行分类，在系统控制参数稳定域中划分出水轮机调节系统振荡特性区域。
进一步优选地，水轮机调节系统振荡特性区域的划分方法为：采用主导特征值的虚部确定系统振荡频率，将复平面划分为无振荡区、0~0.01Hz振荡区、超低频振荡区和0.1Hz以上的振荡区；采用主导特征值的实部确定系统衰减速率，将复平面内的超低频振荡区划分为超低频振荡安全区和超低频振荡风险区；其中，实部小于等于-0.07则划分为超低频振荡安全区，否则划分为超低频振荡风险区。
进一步优选地，水轮机调节系统状态空间模型包括调速器子模型、引水模块子模型、水轮机子模型和发电机子模型。
进一步优选地，系统控制参数稳定域的获取模块中的传递函数模型的特征方程为：
其中，为特征值，/>为特征方程系数，/>；/>为系统阶数，由状态空间模型中的状态变量数目决定。
进一步优选地，系统控制参数稳定域划分模块具体划分系统控制参数稳定域的方法为：按照固定步长枚举控制参数稳定域内控制参数，计算各控制参数对应的主导特征值，依据主导特征值所在的复平面的水轮机调节系统振荡特性区域，对系统控制参数稳定域中的控制参数进行分类，计算出无振荡区、0~0.01Hz振荡区、超低频振荡区以及0.1Hz以上的振荡区对应的控制参数，实现水轮机调节系统振荡特性区域向控制参数稳定域平面的映射。
第三方面，本申请提供一种电子设备，包括：至少一个存储器，用于存储程序；至少一个处理器，用于执行存储器存储的程序，当存储器存储的程序被执行时，处理器用于执行第一方面或第一方面的任一种进一步优选地所描述的方法。
第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，当计算机程序在处理器上运行时，使得处理器执行第一方面或第一方面的任一种进一步优选地所描述的方法。
第五方面，本申请提供一种计算机程序产品，当计算机程序产品在处理器上运行时，使得处理器执行第一方面或第一方面的任一种进一步优选地所描述的方法。
可以理解的是，上述第二方面至第五方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明提供了一种水轮机调节系统控制参数与振荡特性关联方法及系统，其中，首先根据主导特征值，在复平面确定水轮机调节系统振荡特性区域；再将水轮机调节系统状态空间模型转换为传递函数模型，提取传递函数模型的特征方程，由赫尔维茨稳定性判据，获取系统控制参数稳定域；计算系统控制参数稳定域内不同控制参数对应的主导特征值，依据主导特征值所在复平面的水轮机调节系统振荡特性区域，对系统控制参数稳定域中的控制参数进行分类，在系统控制参数稳定域中划分出水轮机调节系统振荡特性区域。从中可以看出，本发明建立了控制参数的详细分区，不仅可以区别控制参数是否能使水轮机调节系统稳定，还可以区别控制参数是否使得水轮机调节系统产生振荡，产生什么频段的振荡，产生的振荡能否快速衰减。相比于以往确定系统控制参数对应的振荡特性是采用时域仿真方式（需要求算和/>），本发明由于在系统控制参数稳定域中划分出了水轮机调节系统振荡特性区域，每次对控制参数进行调整可以直接获取对应的水轮机调节系统振荡特性，大大降低了控制参数的处理复杂度。且现有控制参数的调节往往需要运行人员的评估，而本发明获取的划分后的系统控制参数稳定域适用于任何操作人员参考也可以采用计算机等智能设备对水轮机调节系统进行控制。简化了运行人员评估控制参数设置对系统振荡的影响。
本发明提供了一种水轮机调节系统控制参数与振荡特性关联方法及系统，其中，复平面振荡特性向控制参数稳定域平面映射，通过控制参数的划分，明确了超低频振荡的控制参数安全调整区域，明确风险运行的参数边界，助力运行人员对控制参数的调整，从而推动了水轮机组的安全运行。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的水轮机调节系统控制参数与振荡特性关联方法流程图；
图2是本发明实施例1提供的水轮机调节系统状态空间模型的示意图；
图3是本发明实施例1提供的水轮机调节系统的主导特征值确定示意图；
图4是本发明实施例1提供的水轮机调节系统不同振荡模式区示意图；
图5是本发明实施例1提供的超低频振荡风险和安全区域示意图；
图6是本发明实施例1提供的控制参数不同振荡模式区；
图7是本发明实施例1提供的控制参数不同振荡的安全区与风险区；
图8是本发明实施例2提供的水轮机调节系统控制参数与振荡特性关联系统示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本文中术语“和/或”，是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。本文中符号“/”表示关联对象是或者的关系，例如A/B表示A或者B。
本文中的说明书和权利要求书中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述对象的特定顺序。例如，第一响应消息和第二响应消息等是用于区别不同的响应消息，而不是用于描述响应消息的特定顺序。
在本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或者两个以上，例如，多个处理单元是指两个或者两个以上的处理单元等；多个元件是指两个或者两个以上的元件等。
本发明提供了一种水轮机调节系统控制参数与振荡特性关联方法及系统，将系统的调节振荡特性直观反映在控制参数稳定域的详细划分中，控制参数稳定域被划分为超低频振荡风险区和超低频振荡安全区等，这有助于运行人员快速评估参数设置对系统振荡的影响、明确风险运行的参数边界，从而推动机组安全运行。
实施例1
本实施例以某水电站为研究对应，具体水轮机调节系统参数如表1所示；
表1
如图1所示，本发明提供了一种水轮机调节系统控制参数与振荡特性关联方法，包括以下步骤：
步骤一：如图2所示，建立水轮机调节系统状态空间模型；其中，水轮机调节系统状态空间模型包括调速器、引水模块、水轮机与发电机四个模块组成；通过状态空间模型表示水轮机调节系统的状态变量与各个模块参数组成的系统矩阵之间的关系，确定系统状态矩阵；
具体为：水轮机调节系统子模型包括：PID调速器、引水模块、水轮机与发电机四个模块；PID调速器子模型可表示为：
其中，为比例系数，/>为积分系数，/>为微分系数，/>为微分时间常数，/>为永态转差系数，/>,/>和/>分别为比例信号、积分信号、微分信号，x为机组转速偏差相对值，/>为设定转速相对值，/>和y分别为辅助接力器输出信号和导叶开度偏差相对值；/>为辅助接力器反应时间常数，/>为主接力器反应时间常数；
引水模块子模型可表示为：
其中，,/>,/>,/>均为引入计算二阶近似弹性水击而引入的计算中间状态变量，/>,/>,/>分别为压力管道、尾水管和尾水隧洞的水击相长；/>，/>，/>分别为压力管道、尾水管和尾水隧洞的管道特征系数；/>为压力管道末端断面的水头偏差相对值，/>为尾水管入口水头的偏差相对值，/>为尾水管出口水头的偏差相对值；/>为水轮机流量的偏差相对值，/>为尾水管出口流量的偏差相对值，/>为调压井流量偏差相对值；/>为调压井流量时间常数；/>为调压井时间常数；/>为尾水隧洞入口流量的偏差相对值；/>为尾水隧洞的管道损失常数；
水轮机子模型可表示为：
其中，为水轮机力矩偏差相对值；/>为水轮机流量偏差相对值；/>为转速偏差相对值，/>为水轮机水头偏差相对值；/>为导叶开度偏差相对值；/>为水轮机力矩对导叶开度传递系数；/>为水轮机力矩对转速传递系数；/>为水轮机力矩对工作水头传递系数；/>为水轮机流量对导叶开度传递系数；/>为水轮机流量对转速传递系数；/>为水轮机流量对工作水头传递系数；
发电机和负载子模型可表示为：
其中，为机组惯性时间常数，/>为机组主动力矩的偏差相对值，/>为负载力矩偏差相对值，/>为发电机负载自调节系数；
结合以上系统的状态空间模型可以表示为：
其中，，/>，
其中，
其中，为状态变量微分向量；/>为输出量；/>为状态矩阵；/>为状态变量向量；/>为控制矩阵；/>为控制向量；/>为状态输出矩阵；/>为控制输出矩阵；/>中上述未给出的其他元素均为0；/>中上述未给出的其他元素均为0；
步骤二：如图3所示，步骤二中系统主导特征值的确定，首先计算状态空间模型中的状态矩阵的特征值，以及系统零点和极点；距离虚轴最近且附近没有零点的极点为主导极点，也是主导特征值/>；
步骤三：依据主导特征值在复平面确定水轮机调节系统振荡特性区域；在复平面内，依据主导特征值的虚部确定系统振荡角频率，实部/>确定系统衰减速率；系统振荡角频率和系统振荡频率转换关系为/>；依据系统振荡频率将复平面划分为无振荡区（）、0~0.01Hz振荡区（/>Hz）、超低频振荡区（/>Hz）与0.1Hz以上的振荡区（/>Hz），如图4所示；在此基础上依据系统衰减因子大小/>划分超低频振荡安全区与超低频振荡风险区，在振荡模式区域内，如果/>为系统振荡安全区域，如果/>为系统振荡安全风险区，如图5所示；
需指出，步骤三是根据主导特征值在复平面确定水轮机调节系统振荡特性区域，以下步骤四和步骤五的目的是为了获取系统控制参数稳定域（横轴为K p，纵轴为K I构建的平面），再进一步将系统控制参数稳定域划分成超低频振荡安全区、非超低频振荡区和超低频振荡风险区，可以看出，这里系统控制参数稳定域与主导特征值构建的复平面的划分一致，不同之处在于，复平面的横轴为主导特征值的实部，纵轴为主导特征值的虚部；而系统控制参数稳定域的横轴为K p，纵轴为K I，本领域技术人员调整K p和K I可以直观地获取水轮机调节系统振荡特性；以下具体介绍步骤四和步骤五。
步骤四：确定系统控制参数稳定域；利用Hurwitz判据判定系统稳定性，求解系统控制参数的稳定域；具体步骤如下：
Step1：将系统状态空间模型转化为传递函数模型：
Step2：提取传递函数模型的特征方程：
其中，为特征值，/>为特征方程系数，/>为系统阶数/>=14；
Step3：控制参数稳定域求解：
由赫尔维茨稳定性判据可知，该系统稳定的必要条件为：临界PI条件时，，/>；求解/>的PI临界稳定参数；该曲线的内部为系统控制参数稳定域，PI参数稳定域如图6所示；
其中，为为特征方程的系数，其与控制参数有关；/>为第j阶系数行列式；/>为系统阶数；
步骤五：确定控制参数稳定域的振荡特性区域；计算稳定域内不同控制参数对应的主导特征值，依据主导特征值所在的复平面振荡特性区域对控制参数进行分类，实现复平面振荡特性向控制参数稳定域平面的映射，划分出控制参数对应的振荡特性区域。
进一步优选地，步骤五中依据不同控制参数对应主导特征值所在的系统振荡特性区域划分控制参数；按照固定步长枚举稳定域内控制参数，计算对应的主导特征值，依据主导特征值所在的复平面振荡特性区域对控制参数进行分类，计算出无振荡区、0~0.01Hz振荡区、超低频振荡区以及0.1Hz以上的振荡区对应的控制参数，控制参数的划分结果如图7所示，实现复平面振荡特性向控制参数稳定域平面的映射。
实施例2
如图8所示，本发明提供了一种水轮机调节系统控制参数与振荡特性关联系统，包括：
水轮机调节系统状态空间模型的构建模块，用于构建水轮机调节系统状态空间模型；
主导特征值获取模块，用于计算水轮机调节系统状态空间模型中状态矩阵的特征值以及零点和极点，将距离虚轴最近且预设距离内没有零点的极点作为主导特征值；
水轮机调节系统振荡特性区域的确定模块，用于根据主导特征值，在复平面确定水轮机调节系统振荡特性区域；
系统控制参数稳定域的获取模块，用于将水轮机调节系统状态空间模型转换为传递函数模型，提取传递函数模型的特征方程，由赫尔维茨稳定性判据，获取系统控制参数稳定域；
系统控制参数稳定域划分模块，用于计算系统控制参数稳定域内不同控制参数对应的主导特征值，依据主导特征值所在复平面的水轮机调节系统振荡特性区域，对系统控制参数稳定域中的控制参数进行分类，在系统控制参数稳定域中划分出水轮机调节系统振荡特性区域。
进一步优选地，水轮机调节系统振荡特性区域的划分方法为：采用主导特征值的虚部确定系统振荡频率，将复平面划分为无振荡区、0~0.01Hz振荡区、超低频振荡区和0.1Hz以上的振荡区；采用主导特征值的实部确定系统衰减速率，将复平面内的超低频振荡区划分为超低频振荡安全区和超低频振荡风险区；其中，实部小于等于-0.07则划分为超低频振荡安全区，否则划分为超低频振荡风险区。
进一步优选地，水轮机调节系统状态空间模型包括调速器子模型、引水模块子模型、水轮机子模型和发电机子模型。
进一步优选地，传递函数模型的特征方程为：
其中，为特征值，/>为特征方程系数，/>；/>为系统阶数，由状态空间模型中的状态变量数目决定。
进一步优选地，系统控制参数稳定域划分模块具体划分系统控制参数稳定域的方法为：按照固定步长枚举控制参数稳定域内控制参数，计算各控制参数对应的主导特征值，依据主导特征值所在的复平面的水轮机调节系统振荡特性区域，对系统控制参数稳定域中的控制参数进行分类，计算出无振荡区、0~0.01Hz振荡区、超低频振荡区以及0.1Hz以上的振荡区对应的控制参数，实现水轮机调节系统振荡特性区域向控制参数稳定域平面的映射。
综上所述，本发明与现有技术相比，存在以下优势：
本发明提供了一种水轮机调节系统控制参数与振荡特性关联方法及系统，其中，建立了控制参数的详细分区，不仅可以区别参数是否使系统稳定，还可区别参数是否使得系统产生振荡，产生什么频段的振荡，产生的振荡能否快速衰减。简化了运行人员评估参数设置对系统振荡的影响。
本发明通过控制参数的划分，明确了超低频振荡的控制参数安全调整区域，明确风险运行的参数边界，助力运行人员对控制参数的调整，从而推动机组安全运行。
应当理解的是，上述系统用于执行上述实施例中的方法，系统中相应的程序模块，其实现原理和技术效果与上述方法中的描述类似，该系统的工作过程可参考上述方法中的对应过程，此处不再赘述。
基于上述实施例中的方法，本申请实施例提供了一种电子设备。该设备可以包括：至少一个用于存储程序的存储器和至少一个用于执行存储器存储的程序的处理器。其中，当存储器存储的程序被执行时，处理器用于执行上述实施例中所描述的方法。
基于上述实施例中的方法，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，当计算机程序在处理器上运行时，使得处理器执行上述实施例中的方法。
基于上述实施例中的方法，本申请实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在处理器上运行时，使得处理器执行上述实施例中的方法。
可以理解的是，本申请的实施例中的处理器可以是中央处理单元(centralprocessing unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，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、晶体管逻辑器件，硬件部件或者其任意组合。通用处理器可以是微处理器，也可以是任何常规的处理器。
本申请的实施例中的方法步骤可以通过硬件的方式来实现，也可以由处理器执行软件指令的方式来实现。软件指令可以由相应的软件模块组成，软件模块可以被存放于随机存取存储器(random access memory，RAM)、闪存、只读存储器(read-only memory，ROM)、可编程只读存储器(programmable rom，PROM)、可擦除可编程只读存储器(erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(electrically EPROM，EEPROM)、寄存器、硬盘、移动硬盘、CD-ROM或者本领域熟知的任何其它形式的存储介质中。一种示例性的存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者通过所述计算机可读存储介质进行传输。所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk，SSD))等。
可以理解的是，在本申请的实施例中涉及的各种数字编号仅为描述方便进行的区分，并不用来限制本申请的实施例的范围。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.水轮机调节系统控制参数与振荡特性关联方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：计算水轮机调节系统状态空间模型中状态矩阵的特征值以及零点和极点，将距离虚轴最近且预设距离内没有零点的极点作为主导特征值；
步骤二：根据主导特征值，在复平面确定水轮机调节系统振荡特性区域；
步骤三：将水轮机调节系统状态空间模型转换为传递函数模型，提取传递函数模型的特征方程，由赫尔维茨稳定性判据，获取系统控制参数稳定域；
步骤四：计算系统控制参数稳定域内不同控制参数对应的主导特征值，依据主导特征值所在复平面的水轮机调节系统振荡特性区域，对系统控制线束稳定域中的控制参数进行分类，在系统控制参数稳定域中划分出水轮机调节系统振荡特性区域。
2.根据权利要求1所述的水轮机调节系统控制参数与振荡特性关联方法，其特征在于，水轮机调节系统振荡特性区域的划分方法为：采用主导特征值的虚部确定系统振荡频率，将复平面划分为无振荡区、0~0.01Hz振荡区、超低频振荡区和0.1Hz以上的振荡区；采用主导特征值的实部确定系统衰减速率，将复平面内的超低频振荡区划分为超低频振荡安全区和超低频振荡风险区；其中，实部小于等于-0.07则划分为超低频振荡安全区，否则划分为超低频振荡风险区。
3.根据权利要求1或2所述的水轮机调节系统控制参数与振荡特性关联方法，其特征在于，水轮机调节系统状态空间模型包括调速器子模型、引水模块子模型、水轮机子模型和发电机子模型。
4.根据权利要求1或2所述的水轮机调节系统控制参数与振荡特性关联方法，其特征在于，所述传递函数模型的特征方程为：
其中，为特征值，/>为特征方程系数，/>；/>为系统阶数，由状态空间模型中的状态变量数目决定。
5.根据权利要求1所述的水轮机调节系统控制参数与振荡特性关联方法，其特征在于，步骤四具体为：按照固定步长枚举控制参数稳定域内控制参数，计算各控制参数对应的主导特征值，依据主导特征值所在的复平面的水轮机调节系统振荡特性区域，对系统控制参数稳定域中的控制参数进行分类，计算出无振荡区、0~0.01Hz振荡区、超低频振荡区以及0.1Hz以上的振荡区对应的控制参数，实现水轮机调节系统振荡特性区域向控制参数稳定域平面的映射。
6.水轮机调节系统控制参数与振荡特性关联系统，其特征在于，包括：
水轮机调节系统状态空间模型的构建模块，用于构建水轮机调节系统状态空间模型；
主导特征值获取模块，用于计算水轮机调节系统状态空间模型中状态矩阵的特征值以及零点和极点，将距离虚轴最近且预设距离内没有零点的极点作为主导特征值；
水轮机调节系统振荡特性区域的确定模块，用于根据主导特征值，在复平面确定水轮机调节系统振荡特性区域；
系统控制参数稳定域的获取模块，用于将水轮机调节系统状态空间模型转换为传递函数模型，提取传递函数模型的特征方程，由赫尔维茨稳定性判据，获取系统控制参数稳定域；
系统控制参数稳定域划分模块，用于计算系统控制参数稳定域内不同控制参数对应的主导特征值，依据主导特征值所在复平面的水轮机调节系统振荡特性区域，对系统控制参数稳定域中的控制参数进行分类，在系统控制参数稳定域中划分出水轮机调节系统振荡特性区域。
7.根据权利要求6所述的水轮机调节系统控制参数与振荡特性关联系统，其特征在于，所述水轮机调节系统振荡特性区域的划分方法为：采用主导特征值的虚部确定系统振荡频率，将复平面划分为无振荡区、0~0.01Hz振荡区、超低频振荡区和0.1Hz以上的振荡区；采用主导特征值的实部确定系统衰减速率，将复平面内的超低频振荡区划分为超低频振荡安全区和超低频振荡风险区；其中，实部小于等于-0.07则划分为超低频振荡安全区，否则划分为超低频振荡风险区。
8.根据权利要求6或7所述的水轮机调节系统控制参数与振荡特性关联系统，其特征在于，水轮机调节系统状态空间模型包括调速器子模型、引水模块子模型、水轮机子模型和发电机子模型。
9.根据权利要求6所述的水轮机调节系统控制参数与振荡特性关联系统，其特征在于，系统控制参数稳定域的获取模块中的传递函数模型的特征方程为：
其中，为特征值，/>为特征方程系数，/>；/>为系统阶数，由状态空间模型中的状态变量数目决定。
10.根据权利要求6所述的水轮机调节系统控制参数与振荡特性关联系统，其特征在于，系统控制参数稳定域划分模块具体划分系统控制参数稳定域的方法为：按照固定步长枚举控制参数稳定域内控制参数，计算各控制参数对应的主导特征值，依据主导特征值所在的复平面的水轮机调节系统振荡特性区域，对系统控制参数稳定域中的控制参数进行分类，计算出无振荡区、0~0.01Hz振荡区、超低频振荡区以及0.1Hz以上的振荡区对应的控制参数，实现水轮机调节系统振荡特性区域向控制参数稳定域平面的映射。
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- 2023-11-30 CN CN202311620353.7A patent/CN117331305B/zh active Active
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| 李超顺: "水电机组控制系统辨识及故障诊断研究", 水电机组控制系统辨识及故障诊断研究 * |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117331305B (zh) | 2024-02-20 |
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