[发明专利]一种包含引水系统的调速系统数模混合实时仿真方法

摘要

本发明提供一种包含引水系统的调速系统数模混合实时仿真方法，包括以下步骤：步骤1：电力系统仿真平台输送模拟量给调速系统；步骤2：所述调速系统输送伺服机构指令给包含引水系统的水轮机；步骤3：水轮机将机械功率输送给电力系统仿真平台，实现数模混合实时仿真。本发明提供的包含引水系统的调速系统数模混合实时仿真方法，采用水轮机及其引水系统和电力系统仿真平台，引水系统可以根据水电厂实际结构进行自定义，解决了引水系统建模困难的问题并大大提高了数模混合仿真规模。

主权项

1.一种包含引水系统的调速系统数模混合实时仿真方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤1：电力系统仿真平台输送模拟量给调速系统；步骤2：所述调速系统输送伺服机构指令给包含引水系统的水轮机；步骤3：水轮机将机械功率输送给电力系统仿真平台，实现数模混合实时仿真；所述步骤1中，电力系统仿真平台输送给调速系统的模拟量包括水轮机的机端电压、水轮机的机端电流、水轮机的有功功率和水轮机的导叶开度反馈；所述水轮机的机端电压用UA、UB、UC表示，UA、UB、UC经功率放大器转变为0V～100V的电压信号后，由电力系统仿真平台输送给调速系统；所述水轮机的机端电流用IA、IB、IC表示，IA、IB、IC经功率放大器转变为0～1A的电流信号后，由电力系统仿真平台输送给调速系统；所述水轮机的有功功率和水轮机的导叶开度反馈分别用P、Y表示，P、Y经接口转换箱转变为4～20mA的电流信号后，由电力系统仿真平台输送给调速系统；所述步骤2中，调速系统接收水轮机的机端电压、水轮机的机端电流、水轮机的有功功率和水轮机的导叶开度反馈，根据调速系统接收的机端电压频率值与设定的频率参考值相比较，得到频率偏差值，频率偏差值经过PID环节得到伺服机构指令，调速系统将伺服机构指令输送给包含引水系统的水轮机；所述引水系统的基本方程包括运动方程和连续方程，所述运动方程和连续方程分别表示为：式(1)和(2)中，g表示重力加速度，f表示Darcy‑Weisbach摩擦系数，v表示液体流速，H表示计压水头，D为引水管道断面直径，L表示引水管道的长度，α为管轴与水平线之间的夹角，a为压力波传播速度，x表示从引水管道入水端算起的距离，t表示时间；所述水轮机为反击式水轮机，主要包括混流式水轮机和轴流式水轮机；所述混流式水轮机的传递函数表示为：式(3)中，TW1为压力管道水流惯性时间常数；所述轴流式水轮机的传递函数表示为：Gh(s)＝‑TW2s   (4)式(4)中，TW2为压力管道水流惯性时间常数；频率偏差值经过PID环节得到伺服机构指令，具体有：Δf＝fref‑fu   (5)式(5)、(6)中，Δf为频率偏差值，fref为设定的频率参考值，fu为机端电压频率值，PIDout为伺服机构指令，KP为比例增益，KD为微分时间常数，KI为积分时间常数；所述步骤3中，引水系统根据伺服机构指令控制液压伺服机构中的水流量，从而得到水轮机的机械功率，具体有：Ph＝9.81QH   (7)式(7)中，Ph为水轮机的机械功率，Q为水流量，H表示计压水头。