[發明專利]集群水輪發電機組仿真模型及其建模方法

有效

• 申請號: 202011156328.4
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112270088B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 鄧友漢;余志強;羅仁彩;程遠楚;郭欣然;黃家志;王本紅;朱斌;羅倚天;翟玉杰;周立成
• 申請（專利權）人: 中國長江電力股份有限公司;武漢大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 成鋼

集群水輪發電機組仿真模型及其建模方法，包括等效調速器模型、等效水輪機模型、等效引水系統模型和等效發電機模型，將電力系統內具有相似特性的多臺水電機組用等效集群水輪發電機組仿真模型代替，用等效集群水輪發電機組仿真模型與電網或負荷仿真模型連接構成電力系統整體仿真模型，系統中的大量水電機組簡化為一系列等效水電機組模型，再將上述等效水電機組模型與電網模型和負荷模型綜合構成電力系統整體模型，便可進行系統仿真計算，系統中的大量水電機組簡化為一系列等效水電機組模型，能夠在保證精確度的基礎上大幅減小仿真計算的運算量。

技術領域

本發明涉及數學建模領域，具體涉及一種集群水輪發電機組仿真模型及其建模方法。

背景技術

為保障能源供應，我國近年來大力開發水電能源。大量水電站的建設使得我國十三大水電基地出現了大規模的水電機組集群。這些集群水電機組的出現使得水電能源在當地電力系統中占據的地位和以前大不相同。與此同時，隨著電力系統逐漸由交流大電網轉變為區域電網異步互聯，以及新能源機組、直流輸電線路的大量建設，電力系統自身特性也發生了顯著變化。基于以上原因，基于傳統交流電網特性制定的單機獨立控制策略不再適用于集群水電機組。為保障電力系統穩定性，應當對集群水電機組在電力系統中的動態響應特性及其對電力系統的影響展開研究，并據此分析集群水電機組的控制策略。

研究集群水電機組的動態特性需要大量計算和試驗，但電力系統承擔著電力供應的重要任務，不具備進行大量真機實驗的條件，因此仿真計算成為分析集群水電機組特性的重要手段。目前對于水電機組的建模仿真計算主要以單機系統仿真計算為主，應用于多機并列運行仿真計算的方法和裝置較少，采用的水電機組模型精細化程度也有很大不足。為實現對電力系統的精確仿真計算，應當建立更加精確的水電機組模型。但隨著電力系統構成愈加復雜，對系統內所有水電機組都采用精細化模型會使得計算量大幅上升，難以實現。為實現對電力系統的精確仿真計算，需要對集群水電機組進行合理的等效簡化。

現有技術中心也有對水輪機進行仿真的技術，例如中國專利文獻CN?106894945A記載了一種水輪機及其調節系統的建模方法，包括：使用基于開度滯環的變時間常數方法搭建執行機構模型，以實現執行機構分段關閉特性的模擬。還包括利用分段函數搭建水輪機模型，以實現全負荷段水輪機開度與功率非線性特性的模擬。該建模方法構建的模型結構簡單清晰，能夠使調速器模型、執行結構模型和水輪機模型更接近實際，不僅可以實現孤島電力系統頻率的快速、無差調節，還可以在全負荷段實現水輪機開度與功率曲線非線性的模擬，使仿真結果更接近實際曲線。但其主要針對單個水輪發電機的調節系統建模，對與多個水電機組與電網或符合之間的情況并不能很好的進行仿真。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種集群水輪發電機組仿真模型及其建模方法，能夠在保證精確度的基礎上大幅減小仿真計算的運算量。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

集群水輪發電機組仿真模型，將電力系統內具有相似特性的多臺水電機組用等效集群水輪發電機組仿真模型代替，用等效集群水輪發電機組仿真模型與電網或負荷仿真模型連接構成電力系統整體仿真模型，可大幅降低電網仿真維度；

等效集群水輪發電機組仿真模型包括等效調速器模型、等效水輪機模型、等效引水系統模型和等效發電機模型，等效調速器模型的輸出作用于等效水輪機模型，等效水輪機模型上輸出一方面作用于等效引水系統模型，產生相應流量與水頭變化并重新作用于等效水輪機模型，另一方面作用于等效發電機模型，等效發電機模型根據輸出的力矩及電網并列方式計算出相應的機組轉速和有功功率，反饋給等效調速器模型。

優選的方案中，上述的等效調速器模型包括等效調節器子模型和等效隨動系統子模型，等效調節器子模型接收等效發電機模型反饋的機組轉速和有功功率，對當前的參數進行調整輸出調節指令，并將結果輸出至等效隨動系統子模型，等效隨動系統子模型接收調節指令，通過調速器隨動系統時間常數計算模塊進行計算并傳送至等效隨動系統子模型，等效隨動系統子模型輸出結果至等效水輪機模型。