[发明专利]一种冲击式水电机甩负荷时折向器数学模型

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种主要用于电力系统稳定计算的冲击式水电机甩负荷时折向器数学模型。 

背景技术

电力系统仿真计算是电力系统动态分析安全控制的基本工具，电力系统建模是仿真计算的基础，如果模型不够精确，在临界情况或者再现事故特性时，可能改变定性结论。冲击式水电机组在西南地区电网中占有一定比例，在一些电网容量较小、容易发生孤网运行的地区，冲击式机组控制规律和动作过程对分析电网波动有重要意义，这对电力系统仿真计算用冲击式水电机相关模型提出了更高的要求。 

冲击式水电机折向器可分为以下两种模型：偏流直板和偏流锥管。偏流直板是在水柱下面有一个与水柱相平行的直板，当需要切断水柱时，通过折向器的接力器动作，使直板向上旋转90度切断水柱；偏流锥管是一锥管套筒，其中心过流面积比喷嘴最大流量水柱截面积稍大，当需要切断水柱时，通过接力器作用，使套筒以其支点为圆心，进行旋转运动，使套筒截断从中心流过水流，从而切断水流。由于冲击式水电机折向器动态特性与过水管道中的水流动态特性相关，过水管道中涉及水体的可压缩性、水流的惯性、水流的速度等诸多因素。要建立完全能够反映冲击式水电机折向器模型比较困难，在以前的电力系统仿真计算中，没有冲击式水电机的相关模型，往往是采用混流式机组模型替代，在小扰动范围内是可以接受的，但是在甩负荷等大波动时，冲击式水电机将表现出独特的动态特性，如折向器作用的关闭规律，喷针切换规律等，这些对电力系统仿真分析起关键作用。折向器数学模型和对水流影响模型搭建仿真一直是个难点，目前还很少出现关于折向器的研究。本发明建立一个结构简单，各参数辨识方便，并且精度满足要求的冲击式水电机甩负荷时折向器通用模型。 

发明内容

本发明的目的是提出了一种用于电力系统稳定计算用的冲击式水电机甩负荷时折向器数学模型，解决了目前电力系统计算用冲击式水电机甩负荷时折向器数学模型的空白。 

本发明的技术解决方案是： 

一种冲击式水电机甩负荷时折向器数学模型，本发明特征是，对经过喷嘴后冲向水斗水流在折向器作用下对水斗做功大小的影响系数，影响系数大小用剩余水柱面积标幺值表示， 如下式所示： 

ρ=(1-ξ)^v

其中，ρ—折向器对水流做功影响系数；ξ—折向器在转动过程中挡水面积占总水柱的百分比；v—影响因子； 

所述影响因子是折向器遮挡的水会顺着挡板流动，这部分水流可能会冲击到冲向水斗做功的另外部分水流，形成对水斗做功的反作用力，这种力随着折向水流的增大而快速增大，呈现一个非线性关系，近似为指数关系，即折向器对水流的做功与水柱的面积成一定的指数关系，经验值为1≤v≤3； 

所述折向器在转动过程中挡水面积占总水柱的百分比由下式表示： 

ξ=γ-sinγ2π]]>

其中，γ—遮挡部分水柱对应夹角； 

所述水柱夹角如图1所示，是通过偏流板围绕固定基点由水平逆时针旋转的角度、折向器由全开到全关的时间、折向器动作时间、喷针开度求得；