[发明专利]一种用于电力系统稳定分析的冲击式水轮机调节系统

说明书

本发明公开了一种用于电力系统稳定分析的冲击式水轮机调节系统，包括有调节器模型、喷针随动系统模型、折向器随动系统模型、冲击式水轮机模型，其中调节器模型的信号输入端输入发电机频率及发电机电磁功率，喷针随动系统模型及折向器随动系统模型的信号输入端与调节器模型的信号输出端连接，冲击式水轮机模型的信号输入端与喷针随动系统模型及折向器随动系统模型的信号输出端连接，调节器模型根据输入的机组频率信号计算调节器模型的输出，喷针随动系统模型根据调节器模型输入计算喷针开度输出，折向器随动系统模型根据机组频率信号计算折向器模型开度输出，冲击式水轮机模型根据喷针开度输入和折向器开度输入计算冲击式水轮机模型的机械功率输出。本发明结构精细、清晰，模型参数意义明确、易获取，建模过程快捷、高效、精确，实用性强。

技术领域

本发明涉及水力发电及电力系统建模技术领域，具体涉及一种用于电力系统稳定分析的冲击式水轮机调节系统。

背景技术

水力发电是我国最重要的发电方式之一，占到我国电力系统装机容量的20％以上。建立可表征水力发电系统实际特性的水轮机调节系统模型，含水电的电力系统仿真及稳定分析的重要基础，其仿真结果的准确度直接影响电力系统运行和规划中决策的正确性。然而，现有的电力系统分析软件(PSASP、BPA、PSS\E)中，均没有适用于电力系统稳定分析的冲击式水轮机调速系统模型。

目前，国内的电力系统稳定分析软件，如PSASP、PSD-BPA等，均建立了通用的水轮机调节系统模型，该模型主要是针对混流式水轮机调节系统建立的，由机械液压式调速器模型和理想水轮机模型两块构成。其中，理想水轮机模型是在假定水轮机理想无损失且引水系统为刚性模型的条件下得到的，该模型主要针对额定工况下的单调节的混流式水轮机，且未考虑机械功率与喷针开度的非线性关系，模拟暂态稳定下水轮机的机械功率时仿真误差大。机械液压式调速器模型也不适用于现有水轮机广泛采用的数字电液调节器不符。针对现有电力系统仿真软件问题，一些学者研究了混流式水轮机水力系统详细模型及非线性特性对电力系统暂态过程的影响问题，表明水力系统非线性对电力系统稳定分析影响显著。

冲击式水轮机具有高水头、长输水系统、独特的折向器机构及双调节特性，通用的水轮机调节系统模型不适用于表征冲击式水轮机调节系统的动态特性。当前已有的冲击式水轮机模型主要应用于水力系统暂态过程分析，所以该模型过于复杂，不利于模型参数实测，不适用于电力系统稳定分析。因此，亟需提供一种符合实际情况、考虑水力系统非线性及喷针和折向器双调节特性、仿真精度高、建模方便且具有推广应用价值的适用于电力系统稳定分析的冲击式水轮机调节系统模型。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术中的不足，提供一种符合实际情况、考虑水力系统非线性及喷针和折向器双调节特性、仿真精度高、建模方便且具有推广应用价值的适用于电力系统稳定分析的冲击式水轮机调节系统。

本发明的上述目的采用如下技术方案来实现的：本发明的用于电力系统稳定分析的冲击式水轮机调节系统，包括有调节器模型、喷针随动系统模型、折向器随动系统模型、冲击式水轮机模型，其中调节器模型的信号输入端输入发电机频率及发电机电磁功率，喷针随动系统模型及折向器随动系统模型的信号输入端与调节器模型的信号输出端连接，冲击式水轮机模型的信号输入端与喷针随动系统模型及折向器随动系统模型的信号输出端连接，调节器模型根据输入的机组频率信号计算调节器模型的输出，喷针随动系统模型根据调节器模型输入计算喷针开度输出，折向器随动系统模型根据机组频率信号计算折向器模型开度输出，冲击式水轮机模型根据喷针开度输入和折向器开度输入计算冲击式水轮机模型的机械功率输出。

上述调节器模型为微机型PID调节器模型。

上述喷针随动系统模型由综合放大环节、电液伺服环节、配压阀及主接力器构成，并考虑主接力器开启/关闭速率限制环节及限幅等非线性环节，其输入为PID调节器输出信号，其输出为喷针开度。