[发明专利]一种考虑水轮机水锤效应的电网频率动态分析方法

权利要求书

1.一种考虑水轮机水锤效应的电网频率动态分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对水轮机调速器进行简化，将水轮机导水叶打开/闭合的动作过程近似为斜坡，构建水轮机斜坡模型；

S2、根据水轮机斜坡模型计算水轮机组单机系统频率响应解析解；

S3、对汽轮机调速器进行简化，将汽轮机汽门打开/闭合的动作过程近似为斜坡，构建汽轮机斜坡模型；

S4、根据汽轮机斜坡模型计算汽轮机组单机系统频率响应解析解；

S5、根据水轮机组单机系统频率响应解析解和汽轮机组单机系统频率响应解析解计算包含水轮机和汽轮机的多机系统频率响应解析解；

所述步骤S1具体为：

根据公式(1)计算水轮机斜坡模型的斜率k：

其中ΔP_L为扰动功率，M为发电机转动惯量，R_T为下降率，μ为水轮机导水叶开度；

根据公式(2)计算水轮机斜坡段所需时间t_d：

其中D为发电机的等效阻尼系数，Δμ为导水叶开度变化量，R_p为永久下降率，T_G为水轮机调速器主伺服时间常数，t₁为导水叶开度保持稳定的时间；

根据公式(3)计算导水叶开度变化率σ₀：

σ₀＝kε(t-T_G) (3)

其中ε(·)表示单位阶跃函数，t为时间变量；

则导水叶开度变化量Δμ随时间t的变化过程表示为：

Δμ＝σ₀t-σ₀(t-t_d)ε(t-t_d) (4)

所述步骤S2具体为：

对公式(4)进行Laplace变换，得到：

其中e为自然对数底，s为Laplace变换后的复变量；

根据公式(6)计算水轮机的输出功率变化量ΔP_m：

其中T_w表示水流时间常数；

构建同步发电机的转子运动方程为：

其中ΔP_e为发电机的输出功率的变化量，Δω为频率偏差；

对公式(7)进行Laplace变换，得到：

式中，

当系统中负荷的有功功率发生阶跃函数形式的扰动且扰动幅值为ΔP_e0时，ΔP_e(s)＝ΔP_e0/s，对公式(9)进行Laplace逆变换得到水轮机组单机系统频率响应解析解为：

Δω(t)＝Δω₁(t)+Δω₂(t)+Δω₃(t) (10)

式中，

公式(8)～(11)中，Δω₁的物理意义为水轮机无备用时扰动后的频率自由响应，Δω₂的物理意义为水轮机旋转备用的释放对频率的影响，Δω₃的物理意义为水轮机备用约束对频率的影响。

2.根据权利要求1所述的电网频率动态分析方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：

根据公式(12)计算汽轮机斜坡模型的斜率k_q：

其中ΔP_eL为扰动幅值，Δμ_q为汽轮机汽门开度变化量；

根据公式(13)计算汽轮机斜坡段所需时间t_qd：

t_qd＝M (13)。