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一种水轮机组暂态模型的仿真方法

阅读：768发布：2021-03-01

IPRDB可以提供一种水轮机组暂态模型的仿真方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明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。，下面是一种水轮机组暂态模型的仿真方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一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。

2.根据权利要求1所述的一种水轮机组暂态模型的仿真方法，其特征在于在基于水轮机调速模型来构建水轮机调速器计算模型的过程中，将水轮机调速模型的各一阶惯性环节的积分表示形式中的yg1(t)、yg2(t)采用各自上一仿真周期的中间计算结果yg1(t-1)、yg2(t-1)来替代。

3.根据权利要求1所述的一种水轮机组暂态模型的仿真方法，其特征在于在基于水轮机模型来构建水轮机计算模型的过程中，将水轮机模型的一阶惯性环节的积分表示形式中的yh(t)采用上一仿真周期的中间计算结果yh(t-1)来替代。

4.根据权利要求1所述的一种水轮机组暂态模型的仿真方法，其特征在于所述仿真时间步长ΔT＜0.1s。

5.根据权利要求1所述的一种水轮机组暂态模型的仿真方法，其特征在于所述水轮机调速器为机械液压调速器或电气液压调速器。

6.根据权利要求2所述的一种水轮机组暂态模型的仿真方法，其特征在于，水轮机调速模型的一阶惯性环节的积分表示形式中的yg1(t)经上一仿真周期的中间计算结果yg1(t-1)替代后的形式为通过离散化代数求和操作输出中间计算结果yg1(t)；

水轮机调速模型的一阶惯性环节的积分表示形式中的yg2(t)经上一仿真周期的中间计算结果yg2(t-1)替代后的形式为通过离散化代数求和操作输出中间计算结果yg2(t)。

7.根据权利要求3所述的一种水轮机组暂态模型的仿真方法，其特征在于水轮机模型的一阶惯性环节的积分表示形式中的yh(t)经上一仿真周期的中间计算结果yh(t-1)替代后的形式为通过离散化代数求和操作输出中间计算结果yh(t)。

8.根据权利要求1所述的一种水轮机组暂态模型的仿真方法，其特征在于针对水轮机调速模型功率输出的积分表示形式通过离散化求和操作得出水轮机调速器的功率输出结果ΔPGV(t)。

说明书全文

一种水轮机组暂态模型的仿真方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电力系统技术领域，具体为一种水轮机组暂态模型的仿真方法。

背景技术

[0002] 电力系统是一个由发电、输电、变电、配电和用电等设备，以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。

[0003] 电力系统有功功率平衡是一个极其复杂的过程，其平衡过程涉及因素众多，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，这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。

[0004] 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以下几种：①基于设备暂态模型的仿真，这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，这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；③基于代数运算与抽象模型的仿真，如文献Yu Ba and Wei-Dong Li.A Simulation Scheme for AGC Relevant Studies.IEEE Transactions on Power Systems,2013,28(4):3621-3628.提出的仿真方式，其核心是以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，但是由于这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。

[0005] 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，难以实用；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③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，难以实用；若采用简单的抽象模型，仿真效率虽然得以保证，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。

发明内容

[0006] 本发明针对以上问题的提出，而研制一种水轮机组暂态模型的仿真方法。

[0007] 本发明的技术手段如下：

[0008] 一种水轮机组暂态模型的仿真方法，包括如下步骤：

[0009] 步骤1：建立水轮机调速器模型和水轮机模型；

[0010] 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；

[0011] 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；

[0012] 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；

[0013] 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；

[0014] 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；

[0015] 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；

[0016] 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)；

[0017] 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)；

[0018] 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)；

[0019] 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)；

[0020] 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；

[0021] 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；

[0022] 步骤37：重复步骤31至步骤36直至仿真完成。

[0023] 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；

[0024] 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)；

[0025] 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；

[0026] 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；

[0027] 步骤44：重复步骤41至步骤43直至仿真完成；

[0028] 进一步地，在基于水轮机调速模型来构建水轮机调速器计算模型的过程中，将水轮机调速模型的各一阶惯性环节的积分表示形式中的yg1(t)、yg2(t)采用各自上一仿真周期的中间计算结果yg1(t-1)、yg2(t-1)来替代；

[0029] 进一步地，在基于水轮机模型来构建水轮机计算模型的过程中，将水轮机模型的一阶惯性环节的积分表示形式中的yh(t)采用上一仿真周期的中间计算结果yh(t-1)来替代；

[0030] 进一步地，所述仿真时间步长ΔT≤0.1s；

[0031] 进一步地，所述水轮机调速器为机械液压调速器或电气液压调速器；

[0032] 进一步地，

[0033] 水轮机调速模型的一阶惯性环节的积分表示形式中的yg1(t)经上一仿真周期的中间计算结果yg1(t-1)替代后的形式为通过离散化代数求和操作输出中间计算结果yg1(t)；

[0034] 水轮机调速模型的一阶惯性环节的积分表示形式中的yg2(t)经上一仿真周期的中间计算结果yg2(t-1)替代后的形式为通过离散化代数求和操作输出中间计算结果yg2(t)；

[0035] 进一步地，水轮机模型的一阶惯性环节的积分表示形式中的yh(t)经上一仿真周期的中间计算结果yh(t-1)替代后的形式为通过离散化代数求和操作输出中间计算结果yh(t)；

[0036] 进一步地，针对水轮机调速模型功率输出的积分表示形式通过离散化求和操作得出水轮机调速器的功率输出结果ΔPGV(t)。

[0037] 由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种水轮机组暂态模型的仿真方法，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，用于由水轮机组构成的电力系统中，可以实现高效的开展有功平衡相关仿真研究。

附图说明

[0038] 图1是本发明所述仿真方法的流程图；

[0039] 图2是本发明水轮机调速器模型的示意图；

[0040] 图3是本发明水轮机模型的示意图；

[0041] 图4是第①种仿真方式与本发明所述仿真方法在精度上的对比结果图；

[0042] 图5是第①种仿真方式与本发明所述仿真方法在执行时间上的对比结果图；

[0043] 图6是水道示意图。

具体实施方式

[0044] 如图1、图2和图3所示的一种水轮机组暂态模型的仿真方法，包括如下步骤：

[0045] 步骤1：建立水轮机调速器模型和水轮机模型；

[0046] 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；

[0047] 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；

[0048] 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；

[0049] 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；

[0050] 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；

[0051] 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；

[0052] 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)，当当前仿真周期为第一个仿真周期时，ΔPGV(t-1)取0，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)；

[0053] 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)；

[0054] 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)；

[0055] 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)；

[0056] 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；

[0057] 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；

[0058] 步骤37：重复步骤31至步骤36直至仿真完成。

[0059] 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；

[0060] 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)；

[0061] 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；

[0062] 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；

[0063] 步骤44：重复步骤41至步骤43直至仿真完成；

[0064] 进一步地，在基于水轮机调速模型来构建水轮机调速器计算模型的过程中，将水轮机调速模型的各一阶惯性环节的积分表示形式中的yg1(t)、yg2(t)采用各自上一仿真周期的中间计算结果yg1(t-1)、yg2(t-1)来替代，当当前仿真周期为第一个仿真周期时，yg1(t-1)和yg2(t-1)均为0；进一步地，在基于水轮机模型来构建水轮机计算模型的过程中，将水轮机模型的一阶惯性环节的积分表示形式中的yh(t)采用上一仿真周期的中间计算结果yh(t-1)来替代，当当前仿真周期为第一个仿真周期时，yh(t-1)为0；进一步地，所述仿真时间步长ΔT≤0.1s；进一步地，所述水轮机调速器为机械液压调速器或电气液压调速器；进一步地，水轮机调速模型的一阶惯性环节的积分表示形式中的yg1(t)经上一仿真周期的中间计算结果yg1(t-1)替代后的形式为通过离散化代数求和操作输出中间计算结果yg1(t)；
水轮机调速模型的一阶惯性环节的积分表示形式中的yg2(t)经上一仿真周期的中间计算结果yg2(t-1)替代后的形式为通过离散化代
数求和操作输出中间计算结果yg2(t)；进一
步地，水轮机模型的一阶惯性环节的积分表示形式中的yh(t)经上一仿真周期的中间计算结果yh(t-1)替代后的形式为通过离散化代数
求和操作输出中间计算结果yh(t)；进一步地，
针对水轮机调速模型功率输出的积分表示形式通过离散化求和操作
得出水轮机调速器的功率输出结果ΔPGV(t)。

[0065] 为保证实际的水轮机组稳定运行，水轮机调速器要求具有较大的瞬态调差特性和较长的恢复时间，以便获得稳定的速度控制性能，本发明瞬态调差率δ可以根据实际的水轮机参数确定，具体地，其中，Tw为水启动时间、H为水轮机组惯性时间常数；一阶惯性环节Ⅰ的时间常数TP一般取值0.03～0.05s，根据实际水轮机调速器的控制阀和伺服电机时间常数确定，比例环节的比例系数一般取值 TG根据实际水轮机调速器的主伺服电机时间常数确定，一阶惯性环节Ⅱ的时间常数TR＝5Tw。

[0066] 水启动时间Tw是指水在水道中的加速时间，如图6所示，水道位于水轮机入口和蓄电池之间，本发明设定的水启动时间Tw可以根据实际的水轮机参数确定，具体地，其中，P为发电厂发电功率、L为水道长度、HT为水头高度、A为水道平均横截面积、e为水轮机效率与发电机效率的乘积、g为重力加速度。

[0067] 图2是本发明水轮机调速器模型的示意图，如图2所示，Δf为给定频率偏差、P0为给定参考功率、σ为水轮机调速器的静态调差率、ΔPGV为水轮机调速器的功率输出；水轮机调速器的一阶惯性环节有2个，分别是一阶惯性环节Ⅰ和一阶惯性环节Ⅱ，TP为一阶惯性环节Ⅰ的时间常数，TR为一阶惯性环节Ⅱ的时间常数。

[0068] 图3是本发明水轮机模型的示意图，如图3所示，ΔPGV为水轮机的功率输入即水轮机调速器的功率输出、PM为水轮机的功率输出，水轮机的一阶惯性环节有1个。

[0069] 当到达仿真时间则仿真完成，如仿真时间为10s，步长为0.1s，则仿真过程具有100次仿真周期。

[0070] 在作水轮机功率输出的仿真时，将一阶惯性环节Ⅰ的时间常数TP设定为0.04s，将一阶惯性环节Ⅱ的时间常数TR设定为5，将水启动时间Tw设定为0.5s，静态调差率σ设定为0.05，瞬态调差率δ设定为0.3，比例系数设定为输入给定参考功率输入函数P0(t)为单位阶跃函数，输入给定频率偏差输入函数Δf(t)为0，设置仿真时间步长ΔT为0.02s等，即将背景技术中第①种仿真方式与本发明所述仿真方法采用相同的设定和输入条件，分别采用背景技术中第①种仿真方式(基于设备暂态模型的仿真)与本发明所述仿真方法进行仿真，仿真时间持续5s内的仿真结果如图4所示，可以看出，对于有功平衡仿真而言，本发明所述仿真方法可以提供足够精度的动态过程，并且可以保证稳态结果的正确性；设置仿真时间长度为30天的情况下，比对背景技术中第①种仿真方式与本发明所述仿真方法在执行时间上的对比结果，如图5所示，本发明所述仿真方法的时间效率是第①种仿真方式的7.5倍左右，可以看出，本发明非常适用于有功平衡所需的长时间仿真。

[0071] 电力系统有功功率平衡仿真的特点是仿真区域复杂，仿真时间尺度长，对仿真效率有较高的要求，本发明提供的一种水轮机组暂态模型的仿真方法，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，用于由水轮机组构成的电力系统中，可以实现高效的开展有功平衡相关仿真研究；本发明适用于有功平衡所需的长时间多区域仿真，同时极大提高了解算速度。

[0072] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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一种水轮机组暂态模型的仿真方法

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