[发明专利]一种多机共管道水轮机调节系统稳定域确定方法及系统

说明书

本发明提供一种多机共管道水轮机调节系统稳定域确定方法及系统，包括：确定高阶状态空间模型；模型通过状态方程表示多机共管道水轮机调节系统的状态变量与各个模块参数组成的系统矩阵之间的关系；确定系统矩阵的特征值；当特征值的实部均小于零时，水轮机调节系统处于稳定状态；通过变步长和二分法确定水轮机调节系统的稳定域；采用变步长方式确定稳定域的第一种稳定边界，第一种稳定边界为三个系数中一个系数为预设固定值，另外两个系数一个为0，另一个系数从0到最大值变化；采用二分法确定稳定域的第二种稳定边界，第二种稳定边界为三个系数中一个系数为预设固定值，另外两个系数均从0到最大值变化。本发明实现对系统稳定域的快速计算。

技术领域

本发明属于水轮机调节系统建模与稳定性分析技术领域，更具体地，涉及一种多机共管道水轮机调节系统稳定域确定方法及系统。

背景技术

过去几年，中国以水电为主可再生能源发电量持续增加，并规划建设雅鲁藏布江下游水电能源基地和金沙江上下大型清洁能源基地等。大力发展可再生能源与提高间歇性能源消纳能力已经成为全球能源改革趋势，水电能源在其中起着关键作用。水电能源作为运用规模最大的可再生能源，在许多电力系统中承担着调节、平衡与电能消纳的任务。在许多水能丰富的地区如中国的西南，更是形成了以水电为主导的电网结构。扩大水电生产规模与提高水电运行质量是支持长远发展可再生能源战略的结构基础。如何确保水电系统灵活持续稳定性是水力发电中最为基础与重要的工作。

水轮机调节系统是一个具有非最小相位特征水-机-电耦合的复杂系统，多机共管道水电系统相比单机系统水力耦合更为复杂，运行方式也更为灵活，其不仅可能运行在不同的水轮机工况，还可能以不同的机组组合和不同的机组运行。原本整定的PI控制参数在复杂工况下难以满足大工况变化的稳定性要求，极端情况甚至导致系统失稳。因此对于水电系统需要明确全水轮机工况下稳定性，对于多机公管道水轮机调节系统还应考虑灵活运行情景条件下的稳定性。

目前，水轮机调节系统稳定性分析方法主要源自经典控制理论或现代控制理论。常用的水轮机调节系统稳定性分析方法有Routh-Hurwitz准则，根轨迹，Hopf分叉理论以及Lyapunov理论等。但计算系统稳定域主要采用Hurwitz准则，这种方法计需要进行一系列的规划，对于低阶模型较为适用。但是如果模型阶数较高，求解难度将显著增加，计算速度将显著变慢，对于过高阶数的模型还可能无法求解。这严重制约了水轮机调节系统灵活运行条件下的稳定性研究。深入研究多机系统多水轮机工况和多种运行情景的条件的稳定性，充分发挥水电系统灵活运行的优势，亟需解决高阶系统稳定域计算问题与批量求解系统稳定域耗时较长的问题。因此需要一种迫切需要一种可以灵活，快速计算多机水力耦合水轮机调节系统稳定域的方法。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种多机共管道水轮机调节系统稳定域确定方法及系统，旨在解决现有解决高阶系统稳定域计算问题与批量求解系统稳定域耗时较长的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种多机共管道水轮机调节系统稳定域确定方法，包括如下步骤：

确定多机共管道水轮机调节系统高阶状态空间模型；所述水轮机调节系统包括：共管道的多台机组，每台机组包括：PID型调速器、引水系统、水轮机以及发电机组四个模块，所述高阶状态空间模型用于通过状态方程表示多机共管道水轮机调节系统的状态变量与各个模块参数组成的系统矩阵之间的关系；

确定所述系统矩阵的特征值；当所述特征值的实部均小于零时，所述水轮机调节系统处于稳定状态；