水电机组调速控制仿真系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种水电机组调速控制仿真系统，包括：RTDS仿真装置、引水系统及水轮机仿真装置、第一接口设备和第二接口设备；RTDS仿真装置通过第一接口设备与水电机组的水轮机调速器相连接，并通过第二接口设备与引水系统及水轮机仿真装置相连接；RTDS仿真装置通过第一接口设备接收水轮机调速器发送的仿真数据，并通过第二接口设备将仿真数据转发至引水系统及水轮机仿真装置；引水系统及水轮机仿真装置接收仿真数据，对引水管道水击效应进行仿真，并通过第二接口设备将引水管道水击效应仿真数据输出至RTDS仿真装置；RTDS仿真装置接收引水管道水击效应仿真数据，并对水电机组的频率特性和负荷特性进行仿真，最终得到水轮机调速系统的频率特性，提高了仿真精确度。

A simulation system for speed control of hydropower units

The utility model relates to a hydro generator speed control simulation system, including RTDS simulation device, diversion system and turbine simulation device, the first interface and the second interface equipment equipment; RTDS simulation device connected through the first interface device and the hydraulic turbine governor of hydropower unit, and is connected with the second interface device and the water diversion system and turbine machine simulation device; RTDS simulation device through the simulation data of the first interface device receives the governor sent, and simulation data is forwarded to the water diversion system and turbine simulation device through the second interface equipment; water diversion system and turbine simulation device receives the simulation data of the pipeline water hammer effect is simulated, and the water diversion pipeline hammer effect simulation data output to the RTDS simulation device through the second interface equipment; RTDS simulation device receiving water diversion pipeline The simulation data of the impact effect and the frequency characteristics and load characteristics of the hydroelectric generating unit are simulated, and the frequency characteristics of the turbine governor system are finally obtained, which improves the accuracy of the simulation.

【技术实现步骤摘要】
水电机组调速控制仿真系统
本技术涉及水电机组仿真
，特别是涉及一种水电机组调速控制仿真系统。
技术介绍
对于大型水电通过高压直流输电送出系统，大型水电机组控制与直流控制紧密耦合，其相互协调特性将直接影响电网的安全稳定运行，特别是大型水电机组调速控制系统特性对于系统频率稳定影响重大。而水电机组调速控制系统是一个非线性、非最小相位、复杂的闭环调节系统，由调节对象和调速器组成。调节对象包括：压力引水系统和泄水系统、水轮机、发电机和机组并入运行的电网，是一个将水力过程、机械过程和电气过程综合于一体、彼此密切联系的结构复杂、非线性和参数时变的被控制系统。为了研究直流送端孤岛运行以及异步联网方式下的系统频率特性，急需对水电机组的工作特性进行仿真。然而，传统的仿真装置一般基于BPA(BonnevillePowerAdministration，邦纳维尔电力管理)的电力系统仿真软件或PSCAD/EMTDC(PowerSystemsComputerAidedDesign/ElectromagneticTransientsincludingDC)设计，PSCAD是一种电磁暂态仿真软件，EMTDC是其仿真计算核心，提供图形操作界面。然而，传统的仿真装置仿真精确度较低。
技术实现思路
基于此，有必要针对仿真精确度较低的问题，提供一种水电机组调速控制仿真系统。一种水电机组调速控制仿真系统，包括：RTDS仿真装置、引水系统及水轮机仿真装置、第一接口设备和第二接口设备；所述RTDS仿真装置通过所述第一接口设备与水电机组的水轮机调速器相连接，并通过第二接口设备与所述引水系统及水轮机仿真装置相连接；所述RTDS仿真装置通过第一接口设备接收水轮机调速器发送的仿真数据，并通过第二接口设备将所述仿真数据转发至引水系统及水轮机仿真装置；所述引水系统及水轮机仿真装置接收所述仿真数据，对引水管道水击效应进行仿真，并通过第二接口设备将引水管道水击效应仿真数据输出至RTDS仿真装置；所述RTDS仿真装置接收所述引水管道水击效应仿真数据，并对水电机组的频率特性和负荷特性进行仿真。上述水电机组调速控制仿真系统，通过述RTDS仿真装置与真实的水轮机调速器相连接，根据水轮机调速器发送的仿真数据进行RTDS仿真，并通过引水系统及水轮机仿真装置对引水管道水击效应进行仿真，从而能够模拟真实的水击现象，最终得到水轮机调速系统的频率特性，提高了仿真精确度。附图说明图1为一个实施例的水电机组调速控制仿真系统的模块图；图2为一个实施例的水电机组调速控制仿真系统的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本技术的技术方案进行说明。在一个实施例中，本技术提供一种水电机组调速控制仿真系统，可包括：RTDS仿真装置(RealTimeDigitalSimulator，实时数字仿真仪)、引水系统及水轮机仿真装置、第一接口设备和第二接口设备；所述RTDS仿真装置通过所述第一接口设备与水电机组的水轮机调速器相连接，并通过第二接口设备与所述引水系统及水轮机仿真装置相连接；所述RTDS仿真装置通过第一接口设备接收水轮机调速器发送的仿真数据，并通过第二接口设备将所述仿真数据转发至引水系统及水轮机仿真装置；所述引水系统及水轮机仿真装置接收所述仿真数据，对引水管道水击效应进行仿真，并通过第二接口设备将引水管道水击效应仿真数据输出至RTDS仿真装置；所述RTDS仿真装置接收所述引水管道水击效应仿真数据，并对水电机组的频率特性和负荷特性进行仿真。RTDS仿真装置可接入大型水电站中真实的水轮机调速器，真实的水轮机调速器包含不同工况的切换，RTDS仿真装置可通过参数与结构辨识实现与实际装置特性一致的水轮机调速器RTDS建模。该模型可考虑调速器空载、联网、孤岛三种不同运行模式，以及开度和功率两种控制方式，不同运行模式下的PID控制考虑限幅等非线性环节，实现了水轮机调速器控制特性的精确仿真，不同控制方式考虑速率限制、死区等非线性环节。引水系统及水轮机仿真装置的作用是对引水系统及水轮机进行仿真，对于引水系统而言，引水管道内的水流特性极大地影响了水轮机调节系统的性能。水流惯性使得引水管道内流量的变化滞后于导叶开度的变化，与此同时，管道内水体的可压缩性和管壁的弹性使得液体内部产生压强并在管道内交替升降传递，形成水击现象，它发生在压力管道管壁的所有表面，有时会达到很大的数值，造成功率变化在响应初期出现反调现象，影响系统频率特性。针对一般仿真无法准确模拟水击现象问题，本技术设置了引水系统及水轮机仿真装置，可根据典型水电站参数建立详细的仿真模型，得到引水管道水击效应数据，并通过第二接口设备与RTDS仿真装置进行数据互通，实现与RTDS仿真装置联合仿真，最终得到水轮机调速系统的频率特性。在一个进一步的实施例中，上述第一接口设备可包括第一高速模拟量输出板卡(GTAO，TheGigabitTransceiverAnalogueOutputCard)、测频单元、第一高速数字量输出板卡(GTDO，TheGigabitTransceiverDigitalInputCard)、第一高速模拟量输入板卡(GTAI，TheGigabitTransceiverAnalogueInputCard)和数模转换装置；所述RTDS仿真装置的第一输出端通过第一高速模拟量输出板卡分别与测频单元和水轮机调速器相连接，所述测频单元与水轮机调速器相连接；所述RTDS仿真装置的第二输出端通过所述第一高速数字量输出板卡与水轮机调速器相连接；所述RTDS仿真装置的第一输入端通过第一高速模拟量输入板卡与数模转换装置相连接，所述数模转换装置与水轮机调速器相连接。在实际的一个应用场景中，所述第一高速模拟量输出板卡可采用硬接线方式与所述测频单元相连接；所述测频单元、第一高速模拟量输出板卡和数模转换装置可采用硬接线方式与所述水轮机调速器相连接；所述数模转换装置可采用硬接线方式与所述第一高速模拟量输入板卡相连接；所述第一高速模拟量输出板卡、第一高速数字量输出板卡和第一高速模拟量输入板卡可通过光纤与所述RTDS仿真装置相连接。具体来讲，RTDS仿真装置可通过第一高速模拟量输出板卡将实时瞬时的机端三相电压送入测频单元，测频单元检测电压频率，通过硬接线连接，将频率信号送入水轮机调速器；RTDS仿真装置还可通过第一高速模拟量输出板卡将导叶行程信号送入水轮机调速器；RTDS仿真装置还可通过第一高速数字量输出板卡将机端断路器位置、孤岛、联网等运行方式送入水轮机调速器；水轮机调速器可通过DA转换模块将控制开度信号送入第一高速模拟量输入板卡，第一高速模拟量输入板卡将控制信号输入RTDS仿真装置。在另一个进一步的实施例中，所述第二接口设备可包括多个高速通信板卡(GTNET，TheGigabitTransceiveNetworkInterfaceCard)；所述RTDS仿真装置的输入输出端分别通过各个高速通信板卡与引水系统及水轮机仿真装置的输入输出端相连接。RTDS仿真装置可通过高速通信板卡将调速器控制开度和发电机转速信号送入引水系统及水轮机仿真装置，引水系统及水轮机仿真装置通过GTNET卡将导叶行程和发电机转矩信号送入RTDS实时仿真装置。在实际的一个应用场景中，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水电机组调速控制仿真系统，其特征在于，包括：RTDS仿真装置、水轮机调速器、引水系统及水轮机仿真装置、第一接口设备和第二接口设备；所述RTDS仿真装置通过所述第一接口设备与水电机组的水轮机调速器相连接，并通过第二接口设备与所述引水系统及水轮机仿真装置相连接；所述RTDS仿真装置通过第一接口设备接收水轮机调速器发送的仿真数据，并通过第二接口设备将所述仿真数据转发至引水系统及水轮机仿真装置；所述引水系统及水轮机仿真装置接收所述仿真数据，对引水管道水击效应进行仿真，并通过第二接口设备将引水管道水击效应仿真数据输出至RTDS仿真装置；所述RTDS仿真装置接收所述引水管道水击效应仿真数据，并对水电机组的频率特性和负荷特性进行仿真。

【技术特征摘要】
1.一种水电机组调速控制仿真系统，其特征在于，包括：RTDS仿真装置、水轮机调速器、引水系统及水轮机仿真装置、第一接口设备和第二接口设备；所述RTDS仿真装置通过所述第一接口设备与水电机组的水轮机调速器相连接，并通过第二接口设备与所述引水系统及水轮机仿真装置相连接；所述RTDS仿真装置通过第一接口设备接收水轮机调速器发送的仿真数据，并通过第二接口设备将所述仿真数据转发至引水系统及水轮机仿真装置；所述引水系统及水轮机仿真装置接收所述仿真数据，对引水管道水击效应进行仿真，并通过第二接口设备将引水管道水击效应仿真数据输出至RTDS仿真装置；所述RTDS仿真装置接收所述引水管道水击效应仿真数据，并对水电机组的频率特性和负荷特性进行仿真。2.根据权利要求1所述的水电机组调速控制仿真系统，其特征在于，所述第一接口设备包括：第一高速模拟量输出板卡、测频单元、第一高速数字量输出板卡、第一高速模拟量输入板卡和数模转换装置；所述RTDS仿真装置的第一输出端通过第一高速模拟量输出板卡分别与测频单元和水轮机调速器相连接，所述测频单元与水轮机调速器相连接；所述RTDS仿真装置的第二输出端通过所述第一高速数字量输出板卡与水轮机调速器相连接；所述RTDS仿真装置的第一输入端通过第一高速模拟量输入板卡与数模转换装置相连接，所述数模转换装置与水轮机调速器相连接。3.根据权利要求2所述的水电机组调速控制仿真系统，其特征在于，所述第一高速模拟量输出板卡采用硬接线与所述测频单元相连接；所述测频单元、第一高速模拟量输出板卡和数模转换装置采用硬接线与所述水轮机调速器相连接；所述数模转换装置采用硬接线与所述第一高速模拟量输入板卡相连接；所述第一高速模拟量输出板卡、第一高速数字量输出板卡和第一高速模拟量输入板卡通过光纤与所述R...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁艺，郭琦，李书勇，李伟，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心，
类型：新型
国别省市：广东,44