[發明專利]基于狀態空間分析的水輪機調速器參數整定方法及系統

有效

• 申請號: 201711180102.6
• 申請日: 2017-11-23
• 公開（公告）號: CN108107720B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 陳亦平;楊榮照;張勇;侯君;黃漢昌;莫維科;高琴;翟哲;杜旭;鄭曉東;吳小剛
• 申請（專利權）人: 中國南方電網有限責任公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05B11/42
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 譚英強

本發明公開了一種基于狀態空間分析的水輪機調速器參數整定方法及系統，方法包括：計算異步聯網送端系統負荷的頻率響應系數；建立水輪機系統開環傳遞函數，并求解相應的階躍響應函數；根據計算的頻率響應系數建立異步聯網下水輪機及其調速閉環系統的狀態空間方程，并求解建立的狀態空間方程實部最大的特征值及其對應的阻尼比；根據求解的階躍響應函數、建立的狀態空間方程以及狀態空間方程實部最大的特征值對應的阻尼比，采用罰函數法建立粒子群適應度函數；根據粒子群適應度函數，以水電機組在階躍響應下的一次調頻動作特性最優為目標，采用粒子群算法求解水輪機調速器的最優參數。本發明魯棒性強且一次調頻性能好，可廣泛應用于電力系統領域。

技術領域

本發明涉及電力系統領域，尤其是一種基于狀態空間分析的水輪機調速器參數整定方法及系統。

背景技術

在異步聯網高水電比例送端系統中，水輪機的水錘效應可能引起調速器不穩定，由于負荷頻率調節效應系數較小，系統阻尼較低，進而引發超低頻振蕩。而水電機組呈現負阻尼特性是導致低頻振蕩的主要原因。一般而言，水輪機和調速器在低頻段會產生負阻尼，汽輪機本身的相位滯后較小，當調速器的相位滯后也很小時，在低頻段會產生正阻尼。這些都和水輪機調速器的參數整定有關。

南方電網異步聯網方案實施后，云南電網獨立運行，經直流與主網相連。云南電網的發電負荷重，水電比例超過75％，火電比例小于10％，其余為風電和光伏，是個典型的高水電比例電網。云南電網省內負荷占總發電約1/3，直流外送負荷占總發電約2/3，由于直流負荷在頻率限制器死區內近似為剛性負荷，使得在49.9Hz～50.1Hz頻率范圍內負荷能夠提供的阻尼大幅減少。外部阻尼系數的減小和水錘效應的影響，造成超低頻振蕩。云南電網異步試驗和仿真報告也證明，若仍采用同步聯網參數，云南電網將發生超低頻振蕩；而大幅度降低參數又將導致水電機組的一次調頻速率過慢。

目前應對水輪機調速器負阻尼特性導致的低頻振蕩時，一般采取的解決方案是將發電機一次調頻死區設置為大于直流頻率限制器(Frequency Limit Controller，FLC)死區，但這種方法并不適用于異步聯網送端系統。因此，業內亟需一種針對異步聯網送端系統的水輪機調速器參數整定方案，在避免產生超低頻振蕩的同時最大限度地保證水電機組的一次調頻動作特性。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明的目的在于：提供一種魯棒性強和一次調頻性能好的，基于狀態空間分析的水輪機調速器參數整定方法及系統。

本發明所采取的第一技術方案是：

基于狀態空間分析的水輪機調速器參數整定方法，包括以下步驟：

計算異步聯網送端系統負荷的頻率響應系數；

建立水輪機系統開環傳遞函數，并求解相應的階躍響應函數；

根據計算的頻率響應系數建立異步聯網下水輪機及其調速閉環系統的狀態空間方程，并求解建立的狀態空間方程實部最大的特征值及其對應的阻尼比；

根據求解的階躍響應函數、建立的狀態空間方程以及狀態空間方程實部最大的特征值對應的阻尼比，采用罰函數法建立粒子群適應度函數；

根據粒子群適應度函數，以水電機組在階躍響應下的一次調頻動作特性最優為目標，采用粒子群算法求解水輪機調速器的最優參數。

進一步，所述計算異步聯網送端系統負荷的頻率響應系數這一步驟，具體為：

選取接近異步聯網送端系統在豐小極限運行方式下發生的擾動，計算異步聯網送端系統負荷的頻率響應系數，所述豐小極限運行方式是指運行在豐水小負荷模式，所述異步聯網送端系統負荷的頻率響應系數K_f的計算公式為：