一種水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)用電子調(diào)節(jié)器模型的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)建模技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)用電子調(diào)節(jié)器 模型。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性為給定運(yùn)行條件下的電力系統(tǒng)，在受到擾動后，重新回復(fù)到運(yùn)行 平衡狀態(tài)的能力。系統(tǒng)中的多數(shù)變量可維持在一定的范圍，使整個系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行。根據(jù)性 質(zhì)的不同，電力系統(tǒng)穩(wěn)定性可分為功角穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定三類。在分析功角穩(wěn)定 時，還可進(jìn)一步分為以下幾類:靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定、動態(tài)穩(wěn)定及電壓穩(wěn)定。遠(yuǎn)距離輸電線路 的輸電能力受這4種穩(wěn)定能力的限制會存在一個極限。它既不能等于或超過靜態(tài)穩(wěn)定極限， 也不能超過暫態(tài)穩(wěn)定極限和動態(tài)穩(wěn)定極限。在我國，由于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱，暫態(tài)穩(wěn)定問題較突 出，因此，進(jìn)行電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析計算是調(diào)整及保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定的必要手段。
[0003] 目前，國內(nèi)電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析計算軟件(PSASP，BPA)采用的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)電子 調(diào)節(jié)器模型采用中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《同步發(fā)電機(jī)原動機(jī)及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)實測 與建模導(dǎo)則》提供的模型，模型框圖如圖1所示。該模型的結(jié)構(gòu)雖然具備功率模式和開度模 式，但控制邏輯不夠全面，已經(jīng)不能反映目前大型水輪機(jī)電子調(diào)節(jié)器的控制邏輯，影響了電 力系統(tǒng)穩(wěn)定計算的仿真準(zhǔn)確度。
[0004] 因此，亟需提供一種貼近實際，便于參數(shù)實測的適用于電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析計算的 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)電子調(diào)節(jié)器模型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明提供的一種水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)用電子調(diào)節(jié)器模型，該電子調(diào)節(jié)器 模型仿真精度高，可準(zhǔn)確模擬實際控制功能；同時提供了多種可供選擇的模型結(jié)構(gòu)，提高了 模型應(yīng)用的通用性;其控制參數(shù)意義明確，便于通過現(xiàn)場試驗獲取，具有實際工程應(yīng)用價 值;為電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析計算提供了可靠且準(zhǔn)確的依據(jù)，進(jìn)而保證了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0007] -種水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)用電子調(diào)節(jié)器模型，所述水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)用電子調(diào)節(jié)器模型 用于電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析計算;所述電子調(diào)節(jié)器模型包括大網(wǎng)控制系統(tǒng)和孤網(wǎng)控制系統(tǒng)；
[0008] 所述大網(wǎng)控制系統(tǒng)中設(shè)有PID調(diào)節(jié)模塊；
[0009] 所述大網(wǎng)控制系統(tǒng)根據(jù)頻率偏差值、與所述孤網(wǎng)控制系統(tǒng)自動切換。
[0010] 優(yōu)選的，所述大網(wǎng)控制系統(tǒng)包括的開度控制系統(tǒng)與功率控制系統(tǒng)；
[0011] 所述功率控制系統(tǒng)與開度控制系統(tǒng)分別設(shè)有相互獨立的PID調(diào)節(jié)模塊；
[0012] 所述開度控制系統(tǒng)用于為所述電子調(diào)節(jié)器模型提供開度控制模式；
[0013] 所述功率控制系統(tǒng)用于為所述電子調(diào)節(jié)器模型提供功率控制模式；
[0014] 所述開度控制模式與所述功率控制模式手動切換、且所述開度控制模式或所述功 率控制模式均與所述孤網(wǎng)控制系統(tǒng)自動切換。
[0015] 優(yōu)選的，
[0016] 所述大網(wǎng)控制系統(tǒng)包括開度控制系統(tǒng)與功率控制系統(tǒng)；
[0017] 所述功率控制系統(tǒng)與開度控制系統(tǒng)分別設(shè)有相互獨立的PID調(diào)節(jié)模塊；
[0018] 所述孤網(wǎng)控制系統(tǒng)與開度控制系統(tǒng)具有相同結(jié)構(gòu)的PID調(diào)節(jié)模塊；
[0019] 所述開度控制系統(tǒng)用于為所述電子調(diào)節(jié)器模型提供開度控制模式；
[0020] 所述功率控制系統(tǒng)用于為所述電子調(diào)節(jié)器模型提供功率控制模式；
[0021] 所述孤網(wǎng)控制系統(tǒng)用于為所述電子調(diào)節(jié)器模型提供孤網(wǎng)控制模式；
[0022] 所述開度控制模式與所述功率控制模式手動切換、且所述開度控制模式或所述功 率控制模式均與所述孤網(wǎng)控制模式自動切換。
[0023]優(yōu)選的，所述頻率測量模塊，所述導(dǎo)葉開度測量模塊及所述功率測量模塊均包括 滯后單元和連接至所述滯后單元的延時單元；
[0024]所述PID調(diào)節(jié)模塊包括并聯(lián)的PID單元。
[0025] 優(yōu)選的，當(dāng)所述電子調(diào)節(jié)器模型處于所述開度控制模式時，負(fù)反饋信號的開度偏 差經(jīng)積分環(huán)節(jié)輸入所述開度控制系統(tǒng)中的所述PID調(diào)節(jié)模塊，也可經(jīng)PID環(huán)節(jié)輸入所述開度 控制系統(tǒng)中的所述PID調(diào)節(jié)模塊。
[0026] 優(yōu)選的，所述開度控制系統(tǒng)中的所述PID調(diào)節(jié)模塊計算調(diào)節(jié)器輸出Ypidqut包括：
[0027] (1)當(dāng)所述PID調(diào)節(jié)模塊選擇PID調(diào)節(jié)模塊輸出Ypidqut來計算開度偏差反饋時，包 括：
[0028] 1-A、當(dāng)開度偏差反饋經(jīng)所述積分環(huán)節(jié)輸入時，計算電子調(diào)節(jié)器輸出的拉普拉斯變 換值Ypidqut(s):
[0030] 1-B、當(dāng)開度偏差反饋經(jīng)PID環(huán)節(jié)輸入時，計算電子調(diào)節(jié)器輸出的拉普拉斯變換值 Ypidout(s):
[0032] (2)當(dāng)所述PID調(diào)節(jié)模塊選擇導(dǎo)葉開度Y來計算開度偏差反饋時，包括：
[0033] 2-A、當(dāng)開度偏差反饋經(jīng)PID模塊的積分環(huán)節(jié)輸入時，計算電子調(diào)節(jié)器輸出的拉普 拉斯變換值Ypidout(s):
[0035] 2-B、當(dāng)開度偏差反饋經(jīng)PID環(huán)節(jié)輸入時，計算電子調(diào)節(jié)器輸出的拉普拉斯變換值 Ypidout(s):
[0037]式中：Kpi為開度控制模式比例增益;Kii為開度控制模式積分增益;Kdi為度控制模 式微分增益;Tvl為開度控制模式微分時間常數(shù);bP為永泰轉(zhuǎn)差系數(shù)；
(S)為轉(zhuǎn)速的拉普拉斯變換；ω (s)為機(jī)組轉(zhuǎn)速；Coq(S)為轉(zhuǎn)速給定；
^為開度 偏差的拉普拉斯變換;Y(S)為機(jī)組導(dǎo)葉開度;Yrrf(S)為導(dǎo)葉開度給定。
[0038] 優(yōu)選的，當(dāng)所述電子調(diào)節(jié)器模型處于所述功率控制模式時，功率控制模式具備兩 套PID參數(shù)，并根據(jù)功率偏差量是否超出預(yù)設(shè)功率偏差設(shè)定值自動切換;所述功率控制系統(tǒng) 中的所述PID調(diào)節(jié)模塊計算調(diào)節(jié)器輸出Ypidout。
[0039] 優(yōu)選的，所述功率控制系統(tǒng)中的所述PID調(diào)節(jié)模塊計算調(diào)節(jié)器輸出Ypidqut(S)包括：
[0041] 式中:Kp2為功率控制模式比例增益;K12為功率控制模式積分增益;Kd 2為功率控制 模式微分增益;Tv2為功率控制模式微分時間常數(shù);eP為永泰轉(zhuǎn)差系數(shù)；△ ω (S)= ω (S)-CO0 (S)為轉(zhuǎn)速的拉普拉斯變換；ω (S)為機(jī)組轉(zhuǎn)速；Oo(S)為轉(zhuǎn)速給定；△ PE(S)=Pref(S)-PE(S) 為功率偏差的拉普拉斯變換;Pref (s)為功率給定;PE( s)為發(fā)電機(jī)功率。
[0042] 優(yōu)選的，所述開度控制模式或所述功率控制模式均與所述孤網(wǎng)控制系統(tǒng)自動切換 的切換原則包括：
[0043] 當(dāng)頻率變化滿足ω-ω〇2ω。+或ω-ω〇<ω 且持續(xù)時間大于Tdyi時，所述功率控 制模式或開度控制模式自動切換為孤網(wǎng)模式；
[0044] 當(dāng)Oc-S ω-ω(^ ω。+且持續(xù)時間大于了喊時，所述孤網(wǎng)模式自動切換回所述功率 控制模式或開度控制模式；
[0045] 其中，ω。+為孤網(wǎng)大網(wǎng)模式切換頻率正邊界值；ω。-為孤網(wǎng)大網(wǎng)模式切換頻率負(fù)邊 界值;Tdy1S開度控制模式或功率控制模式切換孤網(wǎng)控制模式延時;Tdy 2為孤網(wǎng)控制模式切 換開度控制模式或功率控制模式延時。
[0046] 優(yōu)選的，所述功率控制模式根據(jù)功率偏差量的大小，進(jìn)行PID參數(shù)切換，且其切換 原則包括：
[0047]當(dāng)abs( APe) >(^!+(^2時，功率控制模式的PID參數(shù)由當(dāng)前運(yùn)行參數(shù)切換為另一套 PID參數(shù)；
[0048] 當(dāng)abs( APe)<dPdt，功率控制模式的PID參數(shù)切換回初始PID參數(shù)；
[0049] 其中，APe= ΔΡΕ+Δ co/ep且ClPhdP2均為功率模式PID參數(shù)切換門檻值。
[0050] 優(yōu)選的，所述電子調(diào)節(jié)器模型在開度控制模式下，在頻率偏差后增加有速率限制； 所述電子調(diào)節(jié)器模型在功率控制模式下，在一次調(diào)頻功率和功率給定的功率偏差后增加了 速率限制，并在PID調(diào)節(jié)模塊輸出后增加有速率限制。
[0051] 從上述的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供了一種水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)用電子調(diào)節(jié)器模 型，該模型具備開度控制模式，功率控制模式和孤網(wǎng)控制模式;根據(jù)需要可手動選擇開度控 制模式或功率控制模式作為正常并網(wǎng)機(jī)組的控制模式。開度控制模式或功率控制模式可以 和孤網(wǎng)控制模式自動切換。功率控制模式具備兩套PID控制參數(shù)，可以自動切換。本發(fā)明提 出的電子調(diào)節(jié)器模型結(jié)構(gòu)清晰，通用性強(qiáng)，模型參數(shù)意義明確，便于通過現(xiàn)場實測獲得，建 模過程高效，精度高，可準(zhǔn)確模擬實際控制功能，能夠滿足實際工程需要；同時提高了模型 應(yīng)用的通用性;其控制參數(shù)意義明確，便于通過現(xiàn)場試驗獲取，具有實際工程應(yīng)用價值;為 電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析計算提供了可靠且準(zhǔn)