[发明专利]一种加快高水头水电机组减负荷后系统稳定的方法

说明书

技术领域

本发明涉及水轮机调节技术，具体涉及一种加快高水头水电机组减负荷后系统稳定的方法。

背景技术

随着电力行业高新技术的发展，对电力系统的稳定性要求也越来越高。水电机组作为电力系统容量的重要组成部分，其稳定性成为保证电力系统安全、经济、高效运行的关键。对于具有长压力引水系统的机组，特别是带有调压井的水力系统，在突然减满负荷的过程中，不能满足电网的调节要求。而且，这种工况下对于调速器的参数需要采取自适应控制的措施，甚至为了保证可靠性，还必须经过仿真计算及现场试验确定。

目前，国内主要从两方面考虑改善系统稳定性：一方面，在励磁系统中引入附加控制可改善系统减负荷的稳定性；另一方面，考虑导叶最佳控制。但是选取的调速器PID(比例积分微分)模型，如图1所示，图中F_g、P_g是机组给定频率和给定出力与额定值的相对值,F_t、P是机组当前时刻频率和出力与额定值的相对值，e_P是永态差值系数，K_P、K_I、K_D分别是调速器的比例、积分、微分系数，T_y为主接力器响应时间常数，T_V为微分滤波时间常数，调速器PID模型输入由机组频率与电网给定频率偏差相对值构成，闭环调节中将被控水轮机组的功率P_g作为反馈值，构成调速器静特性，其中积分项的输入如图1所示，PID输出后经过不灵敏区环节、导叶开限以及液压系统后，输出调速器计算开度。由于长引水系统水流惯性时间系数较大，机组减负荷至零时，导叶迅速关闭，引起水力系统产生水锤压力上升，使机组输出力矩不能立即响应负荷的变化，不能很好的满足电网的要求。

也有学者考虑通过水锤效应的动态补偿，以达到提高系统动态稳定性的目的。基于上述假设，研究设计了水电机组调速器的非线性最优控制器，通过仿真机组减负荷试验得出其有效性的结论。但是所提的方法在目前的调速器上很难实现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，通过对带有调压井的高水头机组复杂非线性模型的仿真中引入调压井的涌浪反馈，加快高水头水电机组减满负荷后系统的稳定。

本发明通过以下技术方案实现上述目的。一种加快高水头水电机组减负荷后系统稳定的方法，其特征在于：在传统调速器PID模型的基础上，将调压室的涌浪反馈信号分别引入所述传统调速器PID模型系统中的微分环节、比例环节和积分环节，再进行机组减负荷的过渡过程仿真，最后选取机组减负荷后出力波动较其他方案稳定且超调量小的方案，其步骤如下：

1)在机组减负荷过渡过程仿真中，设定当前时刻为t,则上一时刻为t-Δt，Δt为仿真计算时间步长，已知上一时刻的机组转速为水头为

2)设定所述当前时刻t机组的转速为其中Δx为上一时刻为t-Δt时机组转速增加量；

3)设定所述当前时刻t机组的水头为其中Δh为上一时刻为t-Δt时机组水头增加量；

4)将所述当前时刻t机组的水头、转速带入新型调速器PID模型进行计算，得到对应的机组导叶开度y和机组单位转速n₁₁；

5)通过机组综合特性曲线流量表，在导叶开度为y和单位转速为n₁₁的情况下，利用线性插值计算所述当前时刻t的机组单位流量Q₁₁＝f₁(n₁₁,y)，将机组单位流量Q₁₁转换为机组实际流量Q_T；

6)由机组上、下游连接管道节点特征线方程，计算得到机组水头H＝H_U-H_D，其中H_U为上游管道连接点处水头，H_D为下游管道连接点处水头；

7)比较计算得到的所述当前时刻t机组水头H与开始设定的机组水头差值，当满足精度要求时，进行下一步骤8)；否则调整水头增加量Δh，回到步骤3)重新计算；

8)通过机组综合特性曲线力矩表，在导叶开度为y和单位转速为n₁₁的情况下，利用线性插值计算所述当前时刻t的机组单位力矩M₁₁＝f₂(n₁₁,y)，将机组单位力矩转M₁₁换算为机组实际力矩M_T及机组力矩相对偏差值m；

9)通过机组运动方程：求解机组转速N；