专利名称：水轮机调速器主接力器的仿真方法
技术领域：
本发明主要涉及用于电力系统稳定分析计算的一种水轮机调速器主接力器 的仿真方法。
背景技术：
水轮机调速器是水力发电机组最重要的控制部件，主接力器作为调速器的 执行机构，其仿真方法的正确性和准确性直接关系到电力系统仿真计算的结果。 而目前一般仿真分析和电力系统计算软件里面所采用的仿真方法如图1所示， 该仿真方法较简单，没有考虑到主接力器运动过程中的限制条件，物理意义不 明确，影响其仿真的准确性，在频率波动较大的情况下将出现较大的误差。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的用于电力系统计算用的水轮机调速器主接力 器仿真方法，其解决了现有电力系统计算中所采用的水轮机调速器主接力器仿 真方法仿真准确性差、在频率波动较大的情况下误差较大的技术问题。
本发明的技术解决方案是
一种水轮机调速器主接力器的仿真方法，其特殊之处是其包括放大步骤、
接力器速度限幅步骤和积分限幅步骤，
所述放大步骤是将调速器随动系统输入信号除以接力器反应时间常数来进
行输入信号的放大并得到随动系统的相对速度 <formula>formula see original document page 4</formula>其中，V—接力器相对速度；凡一随动系统输入；7;—接力器反应时间常数； 所述接力器速度限幅步骤是根据接力器相对速度的大小对主接力器的速度 进行限制
<formula>formula see original document page 4</formula>
其中，L^一接力器最快开启速度；、m—接力器最快关闭速度； 所述积分限幅步骤是将主接力器的相对速度进行积分得到主接力器的相对 位移值，然后根据该相对位移值对主接力器的位移进行限制。
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l,v上l
y,O s i
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其中，y—接力器位移。
上述仿真方法还包括用于克服主配压阀死区的迟滞步骤，所述迟滞步骤的
参数值通过参数辨识得到
「y0+a/2， O广y0)S-a/2
少=、_yQ， —_y0)Sa/2
L_y0-a/2， (乂-少0)^/2
其中，^一输入迟滞环节的初始值；力一输入迟滞环节的值；^一迟滞环 节的输出值；"一迟滞环节宽度。 本发明的优点是-
1、 采用本发明仿真方法可以从理论上解释主接力器各步骤工作过程，各步 骤和参数的物理意义明确；
2、 本仿真方法中各参数可以通过实测或参数辨识进行确定；
3、 原仿真方法对于频率扰动较大或大波动过程是不合适的，本发明仿真方 法可以仿真一次调频、增减负荷以及大波动调节过程，仿真精度较高。
图1为现有主接力器仿真方法的结构示意图2为主配压阀死区较大时本发明的主接力器仿真方法的结构示意图； 图3为主配压阀死区较小时可忽略主配压阀死区步骤(忽略迟滞步骤)的 主接力器仿真方法的结构示意图4为采用图1的原仿真方法的仿真曲线、图2中的本法明仿真方法的仿
真曲线以及现场实测的曲线的比较图。
其中凡一调速器随动系统输入；？;一接力器反应时间常数；v^—接力
器最快开启速度，v隨-l/ ;; vn
-接力器最快关闭速度，vn
接力器位移上限，即全开位置，其值为l; ^mm—接力器位移下限，即全关位置，
其值为0。
具体实施例方式
本发明的主接力器仿真方法具体包括四个步骤，分别为放大步骤(参见图2 或图3中的第一个模块)、迟滞步骤(参见图2中的第二个模块)、接力器速度 限幅步骤(参见图2中的第三个模块或图3中的第二个模块)、积分限幅步骤(参 见图2中的第四个模块或图3中的第三个模块)。
放大步骤的系数7;为接力器反应时间常数。
迟滞歩骤是指由于主配压阀的搭叠量引起的死区和主接力器调节滞后。 接力器速度限幅步骤是指接力器速度受最快开、关机时间的限制，通过测 试接力器最快开、关机时间来确定，开启方向上的速度限幅v^ =1/7>，关闭方
向上的速度限幅、,，=-i/t;。
积分限幅步骤描述了主接力器的动作特性，主接力器位移从全关位置到全
开位置，以相对值表示，对应限幅最小值为>^,， =0，对应限幅最大值为^_=1。 本发明原理
在水轮机调速器随动系统一般由放大器、电液/机转换、主配压阀、主接力 器组成，其工作过程为放大器首先对随动系统的输入信号进行放大以及数模转 换，通过电液/机转换后转换为可以控制主配压阀的液压或位移信号，通过主配 压阀的动作操作主接力器移动。因此仿真方法中需要反应出各步骤的工作过程
及限制条件。
接力器反应时间常数7;在数值上等于开环放大系数K,的倒数。在随动系统 中开环放大系数^,是可以调整的，通过改变机械液压随动系统的局部反馈杠杆 比或电气液压随动系统的电气综合放大器的放大系数。
在水轮机调速器的主配压阀中为减少压力油的泄漏，主配压阀存衬套孔口 高度与阀盘存在一定的搭叠量。在实际工作中主接力器活塞还承受作用在导叶 上的水力矩所造成的力w，以及接力器活塞在移动时还要克服摩擦力r，在往一 个方向运动时需要克服的阻力是/ + r，在往相反的方向运动时需要克服的阻力 是/ -r。主配压阀阀体位移从中间位置向开启和关闭方向需要超过一定的位置 时主接力器才开始移动，此范围称为主配压阀死区，阀体在此范围内移动，主
接力器并不移动。这个死区使得调速器存在转速死区和主接力器调节延迟，在 死区较小时可以忽略，而在死区较大时不能忽略，用一个迟滞步骤来表示。
在实际工作过程中，主接力器速度受到主接力器最快开、关机速度的限制。 开机方向上的速度限制值，在数值上等于接力器以最快速度从全关位置到全开 位置的时间z;的倒数。关机方向上的速度限制值，在数值上等于接力器以最快
速度从全开位置到全关位置的时间r,的倒数的相反数。主接力器的位移值从全 开位置到全关位置，因此需要对主接力器的位移值进行限制，用相对值表示从0 到i，分别表示全关位置和全开位置。
在频率扰动较小的情况下，原仿真方法与本发明仿真方法相差不明显，但 在大的频率扰动下，由于原仿真方法没有对主接力器速度进行限制，仿真将出 现较大的差异。图4为采用图l的原仿真方法的仿真曲线、图2中的本法明仿 真方法的仿真曲线以及现场实测的曲线的比较，显然本发明仿真方法的曲线与 实测曲线更接近，而原仿真方法的曲线出现较大的误差。
权利要求
1、一种水轮机调速器主接力器的仿真方法，其特征在于其包括放大步骤、接力器速度限幅步骤和积分限幅步骤，所述放大步骤是将调速器随动系统输入信号除以接力器反应时间常数来进行输入信号的放大并得到随动系统的相对速度其中，v—接力器相对速度；yu—随动系统输入；Ty—接力器反应时间常数；所述接力器速度限幅步骤是根据接力器相对速度的大小对主接力器的速度进行限制其中，vmax—接力器最快开启速度；vmin—接力器最快关闭速度；所述积分限幅步骤是将主接力器的相对速度进行积分得到主接力器的相对位移值，然后根据该相对位移值对主接力器的位移进行限制。其中，y—接力器位移。
2、根据权利要求1的水轮机调速器主接力器的仿真方法，其特征在于 所述仿真方法还包括用于克服主配压阀死区的迟滞步骤，所述迟滞步骤的 [值通过参数辨识得到>>()+"/2， (乂a/2， (j^—_y0)2fl/2 其中，少。一输入迟滞环节的初始值；输入迟滞环节的值；^一迟滞环 节的输出值；"一迟滞环节宽度。
全文摘要
本发明涉及水轮机调速器主接力器的仿真方法，其解决了现有电力系统计算中所采用的水轮机调速器主接力器仿真方法仿真准确性差、在频率波动较大的情况下误差较大的技术问题。包括放大步骤、接力器速度限幅步骤和积分限幅步骤，放大步骤是进行输入信号的放大并得到随动系统的相对速度接力器速度限幅步骤对主接力器的速度进行限制积分限幅步骤是将主接力器的相对速度进行积分得到主接力器的相对位移值，然后根据该相对位移值对主接力器的位移进行限制。具有可以从理论上解释主接力器各步骤工作过程，各步骤和参数的物理意义明确；各参数可以通过实测或参数辨识进行确定；可以仿真一次调频、增减负荷以及大波动调节过程，仿真精度较高的优点。
文档编号G06F17/50GK101382967SQ20081015078
公开日2009年3月11日 申请日期2008年9月2日 优先权日2008年9月2日
发明者万天虎, 张江滨, 华 李 申请人:陕西电力科学研究院