[發明專利]電力系統穩定計算用水輪機及引水系統參數建模與測試方法

有效

• 申請號: 202010323429.X
• 申請日: 2020-04-22
• 公開（公告）號: CN111507637B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 何常勝;胡亞州;陳義宣;董鴻魁;蘇杭;吳水軍
• 申請（專利權）人: 云南電力試驗研究院（集團）有限公司;云南電網有限責任公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q50/06;G06F113/04
• 代理公司: 昆明正原專利商標代理有限公司 53100
• 代理人: 金耀生

本發明公開了一種電力系統穩定計算用水輪機及引水系統參數建模與測試方法，其包括1）對并網運行的水電機組在不同工況點進行導葉給定階躍擾動，獲得有功功率反調規律；2）對傳統水輪機及引水系統模型進行改進；3）待測定水電機組的出水流慣性時間常數的測定；4）檢驗改進后水輪機及引水系統模型和辨識得水流慣性時間常數的有效性；本發明方法直接通過有功功率初始值關聯水輪機及引水系統模型，實現多個工況下有功功率反調變化，在機組有功功率初始值變化時電力穩定計算技術人員無需在穩定計算程序中逐一修改水流慣性時間常數，顯著提高工作效率；本發明模型通用工況更廣，測試方法簡單，測試值準確，極大的提高了電力系統穩定計算精度。

技術領域

本發明涉及一種用于電力系統穩定計算的水輪機及引水系統參數測試與建模方法。

背景技術

云南電網異步聯網運行后，大型水電機組由水錘效應引起的有功功率反調現象嚴重惡化系統穩定運行，水錘效應的發生是在有壓引水管道中，導葉開度的快速開啟或關閉導致流量突然改變，引起水流沖擊管壁，管道內水壓上升或降低，對系統呈相位滯后和負阻尼，在系統頻率振蕩事故中，易出現超低頻振蕩現象，在電力穩定計算中，表征水錘效應的主要參數為水輪機及引水系統模型中的水流慣性時間常數（Tw）。

水流慣性時間常數的物理表征為在額定水頭下，導葉瞬時全開，管道內水流從0加速至額定流量所用的時間，可通過水電站引水管道設計參數獲得，但是在機組實際運行中，設計值與理論值偏差較大，而且機組的運行工況隨時變化，理論值已不能滿足需求，為獲取精確的水流慣性時間常數參數，需對水流慣性時間常數進行精細化測試，同時為滿足電力系統穩定計算全工況仿真，需對傳統水輪機及引水系統進行改進。

發明內容

本發明提供了一種易于實現、精度滿足要求且適用于全工況仿真的水輪機及引水系統的水流慣性時間參數建模與測試方法，解決了目前電力系統穩定計算用水流慣性時間常數的取值不精確、水輪機及引水系統模型的局限性問題。

本發明通過多個工況點導葉開度大階躍試驗，獲得全工況點有功功率反調規律，通過仿真辨識獲得機組能帶額定負荷在最小水頭工況下的水流慣性時間常數，并對傳統水輪機及引水系統模型進行改進，改進后模型直接通過有功功率給定值關聯水輪機及引水系統模型，能實現全工況點有功功率反調仿真，仿真結果證明了所提出方法的有效性和準確性，具有實用價值。

本發明電力系統穩定計算用水輪機及引水系統參數建模與測試方法如下：

（1）對并網運行的水電機組在不同工況點進行導葉給定階躍擾動，具體為水電機組額定負荷運行時在調速器電氣柜動態試驗窗口直接設定導葉開度給定-5%～-10%階躍擾動，或修改調速器一次調頻參數：比例增益為20、積分增益為0/s、微分增益為0s、永態轉差系數為0、人工頻率死區為0Hz；通過調速器仿真測試儀在水電機組頻率反饋側施加階躍進行擾動0.125Hz~0.25Hz，采用調速器仿真測試儀記錄導葉開度、有功功率、機組流量的輸出曲線，并分析有功功率反調規律；

（2）根據有功功率反調變化規律，引入與有功功率反調線性關系的有功功率初始值和水流慣性時間常數修正系數，對傳統水輪機及引水系統模型進行改進獲得改進后水輪機及引水系統模型；

（3）基于改進后水輪機及引水系統模型和最小二乘參數辨識法，對待測定水電機組能帶額定負荷的最小水頭工況下記錄的導葉開度、有功功率進行仿真辨識，得待測定水電機組的出水流慣性時間常數；

（4）對不同工況點進行有功功率反調仿真校核，檢驗改進后水輪機及引水系統模型和辨識得水流慣性時間常數的有效性。

所述有功功率反調變化規律是指由水錘效應引起的有功功率反調隨著負荷升高而增大，與負荷近似呈線性關系，同一負荷水頭越低有功功率反調越大。