[发明专利]一种弹性水击下水轮机暂态功率的模拟计算方法

摘要

本发明涉及一种弹性水击下水轮机暂态功率的模拟计算方法，属于水轮机及水力机组稳定性分析和控制领域。本发明利用水轮机水头、流量和导叶开度的基本关系，将弹性水击下增量形式的传递函数描述的水力系统动态转化成相对值形式的非线性微分方程。引入水轮机主接力器运动微分方程，并与水力动态方程一起构成了水力动态计算的微分方程模型，该模型首先计算出暂态过程中水轮机流量和主接力器位移的变化值，采用代数方程计算水轮机水头和水轮机功率的暂态变化。本发明的微分方程模型可与励磁控制器、调速控制器、发电机及电网系统微分方程相结合，研究控制器的非线性控制策略设计，以及分析水力机组、机组及电网的稳定性，适用于大扰动和小扰动的分析。

主权项

1.一种弹性水击下水轮机暂态功率的模拟计算方法，其特征在于：利用水轮机水头、流量和导叶开度的基本关系，将弹性水击下增量形式的传递函数描述的水力系统动态转化成相对值形式的微分方程，引入水轮机主接力器运动微分方程，与水力动态方程一起构成水轮机暂态力矩计算的微分方程模型，模拟计算水轮机暂态功率；具体步骤如下：步骤一：计算水力系统特征参数，具体采用以下公式进行计算：水力涌浪阻抗的规格化值：；管道弹性时间常数：；管道的摩擦损失系数：；其中：Z_n是管道的水力涌浪阻抗的规格化值，g是重力加速度，α是水击波速，A是管道断面面积，Q_r是水轮机额定流量，H_r是水轮机额定水头，T_e是管道弹性时间常数，L是管道长度，f_p是圆形断面管道的摩擦损失系数，N是粗糙系数，D为圆管直径；      采用额定工况参数计算水轮机增益常数：；其中：A_t为水轮机增益常数，q_nl为水轮机空载流量相对值，即q_nl=Q_nl/Q_r；p_r是额定工况下水轮机输出功率相对值，q_r是水轮机额定流量的相对值，h_r是水轮机水头的相对值；步骤二：采用以下微分方程组计算暂态过程中水轮机流量和主接力器位移的变化：，其中：x₁、x₂、x₃是中间变量，无具体意义，x₄=q，q是水轮机流量相对值，即q=Q/Q_r，Q是水轮机流量；x₅=y，y是水轮机主接力器位移相对值，即y=Y/Y_max，Y是主接力器位移，Y_max是主接力器位移最大值，y₀是主接力器位移初值相对值，即y₀=Y₀/Y_max，Y₀是主接力器位移初值，y_r是额定工况下主接力器的相对值，即y_r=Y_r/Y_max，Y_r是额定工况下的导叶开度；T_y是主接力器时间常数；       采用下式计算暂态过程中水轮机水头的变化：；其中，h_t是水轮机水头相对值，即h_t=H_t/H_r，H_t是水轮机水头；步骤三：采用以下方程计算模拟水轮机暂态功率的变化：；其中：q_nl为水轮机空载流量相对值，即q_nl=Q_nl/Q_r；D_t为阻尼因子；Δω为机组角速度偏差相对值；p_m是水轮机输出机械功率相对值，即p_m=P_m/P_r，P_m是水轮机功率。