[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

摘要

本发明公开了一种考虑水轮机水锤效应的电网频率动态分析方法，解决了大型互联电网全时域仿真速度慢的问题。当水轮机容量比重较高的电网中发生较大的负荷扰动时，水锤效应的存在使得电网中有功功率缺额进一步扩大，导致系统频率偏移量恶化，威胁电网的安全稳定运行，为了快速分析水锤效应对电网动态的影响，本发明基于水轮机调速器延时模型，合理地简化了水轮机‑调速器系统，推导了计及旋转备用和水锤效应的电网频率响应解析解，进一步分析了水锤效应对电网频率的影响。

主权项

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。