专利名称：水力机组附加机械阻尼系数的模拟计算方法
技术领域：
本发明涉及水力机组及电力系统稳定性分析和控制领域，属于水利水电技术领域
背景技术：
在研究水轮发电机组和电力系统稳定性，以及调速器、励磁、PSS等控制器设计时，经常用到发电机三阶模型。传统发电机三阶模型机组运动方程中的等效阻尼系数D是影响发电机及电力系统稳定的重要参数。一些学者从发电机及系统等值电路、派克方程等不同途径推导出了不同详细程度的系数D的计算公式。以这种方式进行的计算结果实际上只包含了等效的电气阻尼，而且计算电气阻尼系数需要的参数较多。当发电机与水轮机及其调节系统相连后，必然存在相应的附加机械阻尼。一些学者在研究中已发现这一问题，但未做进一步的研究。在电力系统小扰动以及励磁和电力系统稳定器(PSS)设计的研究中，通常忽略水轮机机械力矩的变化，即忽略了水轮机及其调节系统的影响，其本质也是忽略了附加机械阻尼的影响。由于水轮机调节系统包含引水系统、导叶控制机构和调速器，是一个复杂的高阶系统，其机械阻尼的计算尚无有效的计算方法。正是这一原因，目前，在涉及发电机三阶模型的应用中，阻尼系数主要是参照相近机组的情况假设得到。
发明内容
本发明的目的是提供一种水力机组附加机械阻尼的模拟计算方法，为研究水力机组及电力系统稳定性，以及为水力机组调速器、励磁控制器、PSS的控制设计提供一种附加机械阻尼的模拟计算方法；本发明可应用于涉及发电机组运动方程的其他稳定分析和控制设计的商业软件中。本发明的技术方案是以典型结构调速器、弹性水击水轮机线性化模型、发电机及电网三阶模型为基础单元，建立完整的水力机组线性化模型框架。由此得出从机组角速度变化到水轮机机械力矩变化的传递函数模型。依据传递函数模型，计算附加机械阻尼系数。具体包含以下步骤
步骤一选择水力机组线性化模型框架中各环节传递函数
建立水力机组线性化模型框架，其中Λ ω是机组角速度偏差(相对值)，是机组角速度额定值(相对值)，Δ δ是机组功角增量(弧度)，Δ&是水轮机机械力矩偏差(相对值)，是发电机电磁力矩偏差相对值，是主接力器位移偏差(相对值)，s是拉普拉斯算子4是发电机等效电气阻尼系数，Ti是机组惯性时间常数(秒)。-Δω — Afflt的传递函数为
权利要求
1.一种水力机组附加机械阻尼系数的模拟计算方法，其特征在于建立包含水轮机及其引水系统、调速器、发电机及电网三部份的水力机组线性化模型框架，依据该模型框架获得从机组转速变化到水轮机机械力矩变化的传递函数模型，该模型计算值的实部就是附加机械阻尼系数，具体包含以下步骤 步骤一选择水力机组线性化模型框架中各环节传递函数；建立水力机组线性化模型框架，根据应用目的选择模型框架中各环节不同详细程度的传递函数模型； -Δω — Amt的传递函数为 σ _ g · + ( -(s) 一 I-; 7 — Amt的传递函数为 n +(Vr 6)明 I- e4hGn (s) 其中，士是水轮机力矩对导叶开度的传递系数，是水轮机力矩对水头的传递系数，ex是水轮机力矩对机组转速的传递系数，是水轮机流量对导叶开度的传递系数，是水轮机流量对水头的传递系数，是水轮机流量对机组转速的传递系数，是水轮机流量增量Λ7到水头增量ΛA的传递函数，Ag是水轮机流量增量，Kh是水轮机水头增量； 步骤二 水力机组附加机械阻尼系数的模拟模型H = -G-WGtyO) — Gu(S) — Gger(S)Gm2(S)Gty(S),； 在不同振荡频率下，上式计算值是一复数形式，其实部与同相位，为机械阻尼系数久。
2.根据权利要求I所述的一种水力机组附加机械阻尼系数的模拟计算方法，其特征在于在步骤一中，引水系统考虑单机单管的简单情况，采用忽略水头损失的弹性水击模型，其传递函数为 明=戈次+严. STfs2 +48， 其中，Tr是水击传播时间，Ata是管道特征系数； 调速器输入Λ ω到主接力器位移的传递函数为 OmJs) = (KpX —^ . gOTl' .. f H-TkS s , l+Tys， 其中，4是并联PID控制器的比例系数，Kd是并联PID控制器的微分常数，K1是并联PID控制器的积分常数，Tln是实际微分环节的时间常数，Ty是主接力器时间常数；功率扰动到主接力器位移的传递函数为 Γ ,,,侧 _ Ki. ' I U'-.-J.S) =--X- · Lpt (s) s I + TyE， 假定机组给定功率不变，扰动来自电网侧，则功率扰动K P 二P C- (pe— Δ^β) =- NPe，Pc是给定功率，A是发电机端口功率，是电磁功率扰动，Sp是调差系数；从Δ 5 — Affle的传递函数为
3.根据权利要求I所述的一种水力机组附加机械阻尼系数的模拟计算方法，其特征在于系统的振荡角频率为，用代入机械阻尼系数计算模型，其实部与Νω同相位，其实部即为机械阻尼力矩系数久，对于不同的取值，计算得到不同振荡频率下的附加机械阻尼系数久。
4.根据权利要求I所述的一种水力机组附加机械阻尼系数的模拟计算方法，其特征在于机组的参数振荡频率在I. I赫兹，系统的振荡角频率为= 7. O,以S=rL Oj'代入计算模型进行计算，其实部即为附加机械阻尼力系数久。
全文摘要
本发明涉及一种水力机组附加机械阻尼的模拟方法，属于水利水电技术领域。本发明首先建立包含水轮机及其引水系统、调速器、发电机及电网三部份的水力机组线性化模型框架，线性化模型框架中各环节的传递函数，可根据应用目的选择不同详细程度的传递函数模型。从水力机组线性化模型框架获得从机组转速变化到水轮机机械力矩变化的传递函数模型，该模型计算值的实部就是附加机械阻尼系数。在不同振荡频率下进行仿真，可获得不同振荡频率下，水力机组附加机械阻尼系数的变化值。本发明可应用于涉及发电机组运动方程的稳定分析和控制设计中。
文档编号G06F17/50GK102629293SQ20121008725
公开日2012年8月8日 申请日期2012年3月29日 优先权日2012年3月29日
发明者张立翔, 徐天茂, 曾云, 李泽, 武亮, 王文全, 钱晶 申请人:昆明理工大学