一种水轮机组暂态模型的仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种水轮机组暂态模型的仿真方法，包括如下步骤：建立水轮机调速器模型和水轮机模型；基于所建立的水轮机调速模型构建水轮机调速器计算模型，基于所建立的水轮机模型构建水轮机计算模型；根据水轮机调速器计算模型作水轮机调速器功率输出的仿真；根据水轮机调速器的功率输出结果和水轮机计算模型作水轮机功率输出的仿真；本发明专利技术能够提高水轮机组仿真效率，且在有功平衡仿真的时间尺度内能够保证足够的仿真精度。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，包括如下步骤：建立水轮机调速器模型和水轮机模型；基于所建立的水轮机调速模型构建水轮机调速器计算模型，基于所建立的水轮机模型构建水轮机计算模型；根据水轮机调速器计算模型作水轮机调速器功率输出的仿真；根据水轮机调速器的功率输出结果和水轮机计算模型作水轮机功率输出的仿真；本专利技术能够提高水轮机组仿真效率，且在有功平衡仿真的时间尺度内能够保证足够的仿真精度。【专利说明】-种水轮机组暂态模型的仿真方法
本专利技术设及一种电力系统
，具体为。
技术介绍
[000引电力系统是一个由发电、输电、变电、配电和用电等设备，W及辅助控制设备和保 护系统构成的超大规模复杂系统，组成元件众多。电力系统的功能是将自然界的一次能源 通过发电动力装置转化成电能，再经输电、变电和配电将电能供应到各用户。电能质量指标 主要有频率、电压等，其中频率既是表征电能质量的主要指标，又是系统运行的重要参数， 因此维持频率在计划值附近对于电力系统稳定运行有着重要的意义。而使频率保持在计划 值附近的前提便是电力系统有功功率的平衡。 电力系统有功功率平衡是一个极其复杂的过程，其平衡过程设及因素众多，具有 多时间尺度、多手段的特点。为了有效地完成互联电网的有功功率平衡，需要更加深入的研 究；同时由于电力是国家经济的命脉，电力系统的安全稳定运行对于工业生产和人民生活 有着重要意义，因此，有关有功平衡方面的研究成果在试验阶段不可能直接运用于实际的 电力系统，否则一旦发生事故，将导致生产停顿、生活混乱、甚至危及人身和设备安全，形成 十分严重的后果，该样给国民经济造成的损失会远远超过电力系统本身的损失。 为了避免上述提到的不必要的损失，实际操作中通过在仿真系统中的相关试验来 验证研究方案在所有可能面临的运行条件下均具有正确性和可靠性；因此，采用准确易用 的仿真平台及方式对于电力系统有功功率平衡的相关研究十分重要。现有技术中的仿真 平台及仿真方式主要有W下几种；①基于设备暂态模型的仿真，该种仿真方式动态过程刻 画精细准确、模型参数复杂、仿真时间较长、由于有功平衡仿真是面向分钟及小时量级的中 长时间尺度的系统运行动态仿真，不关注秒级尺度的动态过程，且对仿真效率要求较高； ②针对大范围电网的稳态仿真，如电网的潮流计算等，该种仿真方式完全忽略所有中间动 态过程，只能给出最后的稳态结果；⑨基于代数运算与抽象模型的仿真，如文献化Ba and Wei-Dong Li.A Simulation Scheme for AGC 民elevant Studies. IEEE Transactions on Power Systems, 2013, 28(4) :3621-3628?提出的仿真方式，其棱屯、是臥能量守恒定律为基 础，且将机组模型抽象为端部特性参数，具有模型参数简单、仿真效率高等优点，更适合于 有功平衡所需的多区域长时间仿真研究，但是由于该种方式采用简单而统一的端部输出特 性参数描述方式，不能区分各类机组间的性能差异，造成中长期动态仿真过程误差过大，不 能很好地满足有功功率平衡研究的仿真精度需求。 综上所述，第①种仿真方式模型过于精细造成仿真时间过长，难W实用；而有功功 率平衡仿真注重分钟?小时时间尺度内整个系统的动态过程，对动态细节要求不高；同时 第①种仿真方式大量采用微分方程进行建模，而对于微分方程求解往往基于迭代法，需要 大量计算，仿真效率比较低，尤其是当有功平衡研究经常需要长时间（如月、年）仿真时，会 造成仿真耗时过长；第②种仿真方式是针对大范围电网稳态仿真，只保留稳态结果，并无动 态过程，而有功平衡相关仿真研究，需要对系统中各类发电机组进行模拟，并针对负荷秒至 分钟级的波动而进行调整，因此第②种仿真方式并不适用于有功平衡仿真；第⑨种仿真方 式虽然简化了模型且提高了仿真效率，但采用统一模型忽略了各类机组性能差异，在有功 平衡仿真的时间尺度上会造成一定误差，导致仿真动态过程精度不够，而有功平衡仿真通 常需要反映不同类型机组如汽轮机组、水轮机组等的特性差异；若为保证仿真精度，则必须 采用暂态模型，势必造成仿真效率低下，难W实用；若采用简单的抽象模型，仿真效率虽然 得W保证，但会导致仿真动态过程不够准确，仿真结果不能起到实际的指导作用。
技术实现思路
本专利技术针对W上问题的提出，而研制。 本专利技术的技术手段如下： [000引，包括如下步骤； 步骤1 ;建立水轮机调速器模型和水轮机模型； 将水轮机调速器的功率输出APcv通过一阶惯性环节、积分环节和比例环节的形 式表示；所述一阶惯性环节、积分环节和比例环节的形式为AC，，=^、= - -f \ ~\ e = P"〇-b-Af、6=《+a A户其中S为拉普拉斯算子、丄为比例环节的比 V 」 Tg 例系数、Tp为一阶惯性环节I的时间常数、P。为给定参考功率、O为水轮机调速器的静态调 差率、Af为给定频率偏差、5为水轮机调速器的瞬态调差率、Tk为一阶惯性环节II的时间 常数； 将水轮机的功率输出Pm通过比例环节和一阶惯性环节的形式表示；所述比例环节 和一阶惯性环节的形式为=户+1 + 057 r尸";其中T，为水启动时间、AP CV为水轮机 功率输入即水轮机调速器的功率输出； 步骤2 ;基于所建立的水轮机调速模型构建水轮机调速器计算模型，基于所建立 的水轮机模型构建水轮机计算模型； 通过 【权利要求】1. ，其特征在于包括如下步骤： 步骤1:建立水轮机调速器模型和水轮机模型； 将水轮机调速器的功率输出APct通过一阶惯性环节、积分环节和比例环节的形式表数、Tp为一阶惯性环节I的时间常数、P^为给定参考功率、〇为水轮机调速器的静态调差 率、Af?为给定频率偏差、S为水轮机调速器的瞬态调差率、TkS-阶惯性环节II的时间常 数； 将水轮机的功率输出Pm通过比例环节和一阶惯性环节的形式表示；所述比例环节和一输入即水轮机调速器的功率输出； 步骤2 :基于所建立的水轮机调速模型构建水轮机调速器计算模型，基于所建立的水 轮机模型构建水轮机计算模型；环节的比例系数，PtlU)为当前仿真周期的给定参考功率输入函数，〇为水轮机调速器的静 态调差率，Af(t)为当前仿真周期的给定频率偏差输入函数，S为水轮机调速器的瞬态调 差率，1为第一预设比例系数，APCT(t_l)为上一仿真周期的水轮机调速器功率输出函数， !^为一阶惯性环节II的时间常数，ygl(t)、e(t)、b(t)、yg2(t)为当前仿真周期的中间计算结 果，ygl (t-1)、yg2 (t-1)为上一仿真周期的中间计算结果； 通过Pm (t) = 3Xyh (t) -2XAPw⑴表示水轮机计算模型；其中t为当前仿真周期，PM(t)为当前仿真周期的水轮机功 率输出函数，Kh为第二预设比例系数，APCT(t)为当前仿真周期的水轮机调速器功率输出函 数，1；为水启动时间，yh(t)为当前仿真周期的中间计算结果，yh(t-1)为上一仿真周期的中 间计算结果； 步骤3 :根据水轮机调速器计算模型作水轮机调速器功率输出的仿真； 步骤31 :设定一阶惯性环节II的时间常数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水轮机组暂态模型的仿真方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：建立水轮机调速器模型和水轮机模型；将水轮机调速器的功率输出ΔPGV通过一阶惯性环节、积分环节和比例环节的形式表示；所述一阶惯性环节、积分环节和比例环节的形式为e＝P0σ‑b‑Δf、其中s为拉普拉斯算子、为比例环节的比例系数、TP为一阶惯性环节Ⅰ的时间常数、P0为给定参考功率、σ为水轮机调速器的静态调差率、Δf为给定频率偏差、δ为水轮机调速器的瞬态调差率、TR为一阶惯性环节Ⅱ的时间常数；将水轮机的功率输出PM通过比例环节和一阶惯性环节的形式表示；所述比例环节和一阶惯性环节的形式为其中Tw为水启动时间、ΔPGV为水轮机功率输入即水轮机调速器的功率输出；步骤2：基于所建立的水轮机调速模型构建水轮机调速器计算模型，基于所建立的水轮机模型构建水轮机计算模型；通过表示水轮机调速器计算模型；其中e(t)＝P0(t)σ‑b(t)‑Δf(t)，b(t)＝(δ+σ)ΔPGV(t‑1)‑δyg2(t)，t为当前仿真周期，ΔPGV(t)为当前仿真周期的水轮机调速器功率输出函数，TP为一阶惯性环节Ⅰ的时间常数，为比例环节的比例系数，P0(t)为当前仿真周期的给定参考功率输入函数，σ为水轮机调速器的静态调差率，Δf(t)为当前仿真周期的给定频率偏差输入函数，δ为水轮机调速器的瞬态调差率，Kg为第一预设比例系数，ΔPGV(t‑1)为上一仿真周期的水轮机调速器功率输出函数，TR为一阶惯性环节Ⅱ的时间常数，yg1(t)、e(t)、b(t)、yg2(t)为当前仿真周期的中间计算结果，yg1(t‑1)、yg2(t‑1)为上一仿真周期的中间计算结果；通过PM(t)＝3×yh(t)‑2×ΔPGV(t)表示水轮机计算模型；其中t为当前仿真周期，PM(t)为当前仿真周期的水轮机功率输出函数，Kh为第二预设比例系数，ΔPGV(t)为当前仿真周期的水轮机调速器功率输出函数，Tw为水启动时间，yh(t)为当前仿真周期的中间计算结果，yh(t‑1)为上一仿真周期的中间计算结果；步骤3：根据水轮机调速器计算模型作水轮机调速器功率输出的仿真；步骤31：设定一阶惯性环节Ⅱ的时间常数TR、第一预设比例系数Kg，输入上一仿真周期的水轮机调速器功率输出函数ΔPGV(t‑1)，同时结合上一仿真周期的中间计算结果yg1(t‑1)，利用进行仿真输出中间计算结果yg2(t)；步骤32：设定水轮机调速器的静态调差率σ和瞬态调差率δ，输入上一仿真周期的水轮机调速器功率输出函数ΔPGV(t‑1)，同时结合前一步骤输出的中间计算结果yg2(t)，利用b(t)＝(δ+σ)ΔPGV(t‑1)‑δyg2(t)进行仿真输出中间计算结果b(t)；步骤33：输入当前仿真周期的给定参考功率输入函数P0(t)和给定频率偏差输入函数Δf(t)、设定水轮机调速器的静态调差率σ，同时结合前一步骤输出的中间计算结果b(t)，利用e(t)＝P0(t)σ‑b(t)‑Δf(t)进行仿真输出中间计算结果e(t)；步骤34：设定一阶惯性环节Ⅰ的时间常数TP和比例环节的比例系数同时结合上一仿真周期的中间计算结果yg1(t‑1)和前一步骤输出的中间计算结果e(t)，利用进行仿真输出中间计算结果yg1(t)；步骤35：结合前一步骤输出的中间计算结果yg1(t)，利用得出当前仿真周期的水轮机调速器功率输出ΔPGV；步骤36：更新仿真周期t＝t+ΔT，其中ΔT为设定的仿真时间步长；步骤37：重复步骤31至步骤36直至仿真完成；步骤4：根据水轮机调速器的功率输出结果和水轮机计算模型作水轮机功率输出的仿真；步骤41：输入水启动时间Tw，设定第二预设比例系数Kh，设置ΔPGV(t)为水轮机调速器的功率输出结果ΔPGV，结合上一仿真周期的中间计算结果yh(t‑1)，利用进行仿真输出中间计算结果yh(t)；步骤42：设置ΔPGV(t)为水轮机调速器的功率输出结果ΔPGV，结合前一步骤输出的中间计算结果yh(t)，利用PM(t)＝3×yh(t)‑2×ΔPGV(t)得出当前仿真周期的水轮机功率输出PM；步骤43：更新仿真周期t＝t+ΔT，其中ΔT为设定的仿真时间步长；步骤44：重复步骤41至步骤43直至仿真完成。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘娆，沈硕，王海霞，巴宇，吕泉，李卫东，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21