[发明专利]一种发电机全过程仿真模型及其建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电机全过程仿真模型，还涉及一种发电机全过程仿真模型的建模方法，属于发电机技术领域。

背景技术

我国电网的快速发展对其运行控制提出了新的问题与挑战，其中大电网的频率控制与响应问题显得尤为突出。比如，随着区域内大型机组的比例越来越高，而中小机组的比例越来越低，反而弱化了电源的一次调频能力。此外，核电站、风电场、直流电源等因素，也是造成调频能力弱化的重要原因；再比如，特高压直流逆变站发生闭锁，甚至多个直流逆变站发生相继闭锁，将会给受端电网带来严重的冲击与功率缺失，进而造成非常严重的频率问题。因此，对频率控制问题采取相应的措施显得尤为重要。

现有发电机调频系统模型出现了两种较极端化的处理方式，一种是模型被过于简化处理，一些重要的环节未被考虑，导致模型不能很好地切合实际工程项目；另一种是模型被精细化处理，但考虑到的影响因素大多是死区、调差系数以及调频限幅，没有将其它较重要的环节考虑进去，且参数设置也不够精确。另外，现有的模型只适合短期内的电力系统暂态仿真分析，并不适用于电力系统全过程的仿真。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种精细度适宜且适用于机电暂态和中长期电力系统暂态分析的发电机全过程仿真模型。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种发电机全过程仿真模型，包括机组静态拟合环节和机组动态拟合环节；

所述机组静态拟合环节包括：

调差系数约束环节，用于根据静态频率调节系数计算频率变化所带来的发电机输出功率的变化量；

综合限幅环节，用于表示综合限幅效应；

爬坡环节，用于描述自动增益控制作用效果；

所述机组动态拟合环节包括：

总体惯性环节，用于描述整个汽轮机-发电机组的时滞效应；

热力约束环节，用于描述热力系统的储能效应。

所述综合限幅环节包含两个限制：一是，发电机组调频过程中汽门开度的限制；二是，在调频过程中每个发电机能够提供的一次调频容量限制。

一次调频容量限制是指：发电机组在调频过程中有功出力能上升到的最大值与机组自身的初始有功出力功率、额定有功功率均无单独关系，而与机组扰动前的初始有功出力功率与机组额定有功功率的比值有关系。

所述爬坡环节的函数表达式如下：

式中，Y_min取值为0，Y_max值根据机组需要人为设定，满足取值范围为0～(P_max-P₀)，其中P_max为发电机的最大有功功率，P₀为发电机的初始有功功率，A和B的取值在1min之内。

发电机输出功率的变化量其中：D为静态频率调节系数，f为电网的实际频率，f₀为电网的初始频率；P_GN为发电机的额定有功功率；f_N为电网的额定频率。

所述综合限幅环节为非线性函数。

所述总体惯性环节为一阶惯性环节，具体为：其中A₁表示机电惯性环节的放大倍数；T₁表示机电惯性环节的时间常数。

所述热力约束环节为一阶惯性环节，具体为：其中A₂表示热力系统约束环节的放大倍数；T₂表示热力系统约束环节的时间常数。

本发明还提供了一种发电机全过程仿真模型的建模方法，包括如下步骤：

步骤一：采用实际电网数据，进行模型参数拟合：

通过机组静态拟合的参数：静态频率特性系数D、综合限幅函数F(X)和爬坡函数g(t)；

通过机组动态拟合的参数：表示总体惯性中的A₁和T₁，表示热力约束中的A₂和T₂；

步骤二：基于仿真平台，输入相同的电网初始频率f₀、电网实际频率f和发电机的初始有功功率P₀，并通过将考虑综合限幅和自动增益控制的发电机全过程仿真模型仿真输出的波形与发电机有功出力的实际录波曲线进行比较，不断调整上述模型的参数，直至满足仿真输出的波形与实测波形一致为止。

所述仿真平台为MATLAB仿真平台。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：