一种模拟水轮发电机组电液随动系统的建模方法
【专利摘要】本发明是一种模拟水轮发电机组电液随动系统的建模方法，特别是一种适用于孤岛运行条件下模拟水轮发电机组电液随动系统的精确建模方法。本发明模拟电液传动系统的控制过程，考虑主配压阀实际动作过程及导叶接力器的两段开关速率限制，提出电力系统仿真计算中电液随动系统数学模型的实现方法。本发明的模型能准确反映导叶动作的实际特性，能精确地模拟主配压阀的动作特性及导叶接力器的开关过程，特别是在孤岛系统中，频率变化范围大且变化速率高，能准确地计算系统扰动过程中导叶开度的变化。特别适用于精确仿真水电站仅与直流输电整流站相连接的孤岛系统的功率波动与频率变化之间的关系。
【专利说明】一种模拟水轮发电机组电液随动系统的建模方法
【技术领域】
[0001]本发明主要涉及电力系统仿真计算【技术领域】，特别涉及一种适用于孤岛运行条件下模拟水轮发电机组电液随动系统的精确建模方法，属于模拟水轮发电机组电液随动系统的建模方法的创新技术。
技术背景
[0002]现代水轮发电机组的水轮机主接力器运转通常是由微机调速系统控制的，由电液随动系统与微机调节器成，它是水轮发电机组控制系统的一个主要部分。电液随动系统由于具有功率放大系数大、运动平稳、时间常数小、响应快、控制精度高等优点，在调速系统中得到了广泛的应用。
[0003]电液随动系统主要由主配压阀、集成阀块、滤油器等几部分组成。主配压阀是实现操作接力器的功能部件；集成阀块上集成了系统中的绝大部分液压控制和操作元件，是实现液压逻辑各元件总成后的功能部件；滤油器是向系统中液压控制元件提供洁净压力油的功能部件。电液随动系统各元件动态性能相互影响及系统本身的非线性，致使其动态性能复杂，难以用固定的解析式来描述，需要通过不同运行工况的试验来测定。目前在电力系统计算中采用的电液随动系统计算模型一般是一个简化的一阶反馈环节，但其固定的PI参数无法适应所有的运行工况，导致电力系统计算结果与实际响应存在较大偏差。特别是在水电站仅与直流输电整流站相连接，即一个或多个水电站与直流输电送端换流站组成孤岛系统运行时，对有功功率变化非常敏感，功率波动导致的频率变化范围大。例如，云广特高压直流输电工程在送端楚雄换流站孤岛运行时，由于各种扰动，孤岛系统频率可能在48HZ至65Hz范围内。因此，建立更为贴近实际的精确电液随动系统模型，才能准确地反映电力系统与发电机组的功率调整和频率变化，为准确的分析计算提供可靠的基础。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有电液随动系统计算的不足，提出了一种模拟水轮发电机组电液随动系统的建模方法，本发明能精确地模拟主配压阀的动作特性及导叶接力器的开关过程，特别适用于精确仿真水电站仅与直流输电整流站相连接的孤岛系统的功率波动与频率变化之间的关系。
[0005]本发明提供的一种模拟水轮发电机组电液随动系统的建模方法，包括以下步骤: 本发明的模拟水轮发电机组电液随动系统的建模方法，所述模拟水轮发电机组电液随
动系统包括有导叶位移传感器、比例阀、主配压阀、导叶接力器，模拟水轮发电机组电液随动系统的建模方法包括如下步骤:
1)导叶位移传感器采集导叶开度Y;
2)计算所述导叶开度Y与开度目标值Y_ref的差值即开度偏差量ΛY ；
3)根据所述开度偏差量ΛY计算主配压阀行程计算值Spl ；
4)判断所述主配压阀行程计算值Spl是否越限，若是，则将Spl限制在允许范围Spmin~Spmax之间,得到主配压阀行程Sp,否则进入步骤5)；
5) 根据所述主配压阀行程Sp计算导叶接力器行程，即导叶开度计算值Yl；
6)判断所述导叶开度计算值Yl是否属于打开过程，若是，则进入步骤7)，否则进入步骤 10)；
7)判断导叶开度计算值Yl是否大于临界值￥」社，若是则进入步骤8)，否则进入步骤
9)；
8)判断导叶开度计算值Yl的变化速率是否超过快开速率Ryo_ft，若是，则限制导叶开度计算值Yl的变化率为快开速率Ryo_ft，得到导叶开度限制值Y2，否则进入步骤13)；
9)判断导叶开度计算值Yl的变化速率是否超过慢开速率Ryo_sw，若是，则限制Yl的变化率为慢开速率Ryo_sw，得到导叶开度限制值Y2，否则进入步骤13)；
10)判断导叶开度计算值Yl是否大于临界若是，则进入步骤11)，否则进入步骤 12)；
11)判断导叶开度计算值Yl的变化速率是否超过快关速率Ryc_ft，若是，则限制Yl的变化率为快关速率Ryc_ft，得到导叶开度限制值Y2，否则进入步骤13)；
12)判断导叶开度计算值Yl的变化速率是否超过慢关速率Ryc_sw，若是，则限制Yl的变化率为慢关速率Ryc_sw，得到导叶开度限制值Y2，否则进入步骤13)；
13)判断所述导叶开度限制值Y2是否越限，若是，则限制导叶开度在允许范围Ymin~Ymax之间，得到导叶开度Y，否则进入步骤14)；
14)输出导叶开度Y，返回步骤I)进行下一次采样；
上述步骤3)用积分方法计算主配压阀的行程。
[0006]上述步骤7)~9)，对导叶打开的过程进行两段速率限制。
[0007]上述步骤10)~12)，对导叶关闭的过程进行两段速率限制。
[0008]上述步骤3)主配压阀行程计算值Spl的计算通过开度偏差量Λ Y的积分反馈计算得到。
[0009]上述步骤5)导叶开度计算值Yl通过主配压阀行程Sp的积分计算得到。
[0010]本发明与现有技术相比，本发明的有益效果为:
本发明详细模拟了电液传动系统的控制过程，考虑了主配压阀实际动作过程及导叶接力器的两段开关速率限制，提出了电力系统仿真计算中电液随动系统数学模型的实现方法。该模型能准确反映导叶动作的实际特性，特别是在孤岛系统中，频率变化范围大且变化速率高，本发明能准确地计算系统扰动过程中导叶开度的变化，为电力系统的分析计算提供可靠的基础。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为电液随动系统控制结构。
[0012]图2为电液随动系统传递函数框图。
[0013]图3为电液随动系统的精确模型的实现方法的流程图。
【具体实施方式】
[0014]以下结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的说明，但本发明不受所述具体实施例所限。
[0015]本发明研究了水轮发电机组调速器电液随动系统的控制结构，如附图1，提出了模拟水轮发电机组调速器电液随动系统模型，如附图2所示，图2中，Tl为主配压阀时间常数，T2为导叶接力器时间常数，该模型结构合理，具有较好的可操作性和适应性，可以正确模拟水轮发电机组导叶接力器的动作特性。仿真模型包含主配压阀动作环节、导叶接力器动作环节、导叶变化速率限制环节等。
[0016]I)主配压阀动作环节说明
主配压阀行程对应油门开度，最大油门开度对应导叶接力器的最快开启速度，故需对主配压阀行程进行上下限制，满足Spmin〈Sp〈Spmax。
[0017]2)导叶接力器动作环节说明
导叶接力器由油动机推动，油量对应即接力器行程，故接力器行程为油门开度的积分值。接力器行程即对应导叶开度Y，控制水轮机进水量的大小，导叶开度Y需满足Ymin〈Y〈Ymax。
[0018]3)导叶变化速率限制环节说明
为了保护水轮机导叶，一般设置有两段关闭规律。即在导叶开度大于临界值Y_inf时，可以较大的速度进行开关，在导叶开度小于Y_inf时，需以较小的速度进行开关。导叶开关的速度不同，在负载变化时，水轮发电机组的频率响应曲线也不同，故该环节对水轮发电机组的频率仿真计算至 关重要。
[0019]附图3是本发明实施例的电力系统仿真中水轮发电机组电液随动系统模型的实现方法流程图。
[0020]本发明实施例的电力系统仿真中水轮发电机组电液随动系统包括有导叶位移传感器、比例阀、主配压阀、导叶接力器等，模拟水轮发电机组电液随动系统的建模方法包括如下步骤:
1)导叶位移传感器采集导叶开度Y;
2)计算所述导叶开度Y与开度目标值Y_ref的差值即开度偏差量ΛY ；
3)根据所述开度偏差量ΛY计算主配压阀行程计算值Spl ；
4)判断所述主配压阀行程计算值Spl是否越限，若是则将Spl限制在允许范围Spmin~Spmax之间,得到主配压阀行程Sp,否则进入步骤5)；
5)根据所述主配压阀行程Sp计算导叶接力器行程，即导叶开度计算值Yl；
6)判断所述导叶开度计算值Yl是否属于打开过程，若是则进入步骤7)，否则进入步骤
10)；
7)判断导叶开度计算值Yl是否大于临界值￥」社，若是则进入步骤8)，否则进入步骤
9)；
8)判断导叶开度计算值Yl的变化速率是否超过快开速率Ryo_ft，若是，则限制Yl的变化率为快开速率Ryo_ft，得到导叶开度限制值Y2，否则进入步骤13)；
9)判断导叶开度计算值Yl的变化速率是否超过慢开速率Ryo_sw，若是，则限制Yl的变化率为慢开速率Ryo_sw，得到导叶开度限制值Y2，否则进入步骤13)；
10)判断导叶开度计算值Yl是否大于临界值Y_inf，若是，则进入步骤11)，否则进入步骤 12)； 11)判断导叶开度计算值Yl的变化速率是否超过快关速率Ryc_ft，若是，则限制Yl的变化率为快关速率Ryc_ft，得到导叶开度限制值Y2，否则进入步骤13)；
12)判断导叶开度计算值Yl的变化速率是否超过慢关速率Ryc_sw，若是，则限制Yl的变化率为慢关速率Ryc_sw，得到导叶开度限制值Y2，否则进入步骤13)；
13)判断所述导叶开度限制值Y2是否越限，若是，则限制导叶开度在允许范围Ymin?Ymax之间，得到导叶开度Y，否则进入步骤14)；
14)输出导叶开度Y，返回步骤I)进行下一次采样。
[0021]综上所述，依照本发明的电力系统仿真中水轮发电机组电液随动系统模型的实现方法，具有较好的可操作性和适应性，可以方便的模拟水轮发电机组导叶开度的开关过程，能够应用于电力系统水轮发电机组，特别是直流输电工程送端系统孤岛运行中的水轮发电机组的仿真计算。
[0022]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，对本发明的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种模拟水轮发电机组电液随动系统的建模方法，模拟水轮发电机组电液随动系统包括有导叶位移传感器、比例阀、主配压阀、导叶接力器，其特征在于模拟水轮发电机组电液随动系统的建模方法包括如下步骤: 1)导叶位移传感器采集导叶开度Y; 2)计算所述导叶开度Y与开度目标值Y_ref的差值即开度偏差量ΔY ； 3)根据所述开度偏差量ΔY计算主配压阀行程计算值Spl ； 4)判断所述主配压阀行程计算值Spl是否越限，若是，则将Spl限制在允许范围Spmin~Spmax之间,得到主配压阀行程Sp,否则进入步骤5)； 5)根据所述主配压阀行程Sp计算导叶接力器行程，即导叶开度计算值Yl； 6)判断所述导叶开度计算值Yl是否属于打开过程，若是，则进入步骤7)，否则进入步骤 10)； 7)判断导叶开度计算值Yl是否大于临界值￥」社，若是则进入步骤8)，否则进入步骤9)； 8)判断导叶开度计算值Yl的变化速率是否超过快开速率Ryo_ft，若是，则限制导叶开度计算值Yl的变化率为快开速率Ryo_ft，得到导叶开度限制值Y2，否则进入步骤13)； 9)判断导叶开度计算值Yl的变化速率是否超过慢开速率Ryo_sw，若是，则限制Yl的变化率为慢开速率Ryo_sw，得到导叶开度限制值Y2，否则进入步骤13)； 10)判断导叶开度计算值Yl是否大于临界若是，则进入步骤11)，否则进入步骤 12)； 11)判断导叶开度计算值Yl的变化速率是否超过快关速率Ryc_ft，若是，则限制Yl的变化率为快关速率Ryc_ft，得到导叶开度限制值Y2，否则进入步骤13)； 12)判断导叶开度计算值Yl的变化速率是否超过慢关速率Ryc_sw，若是，则限制Yl的变化率为慢关速率Ryc_sw，得到导叶开度限制值Y2，否则进入步骤13)； 13)判断所述导叶开度限制值Y2是否越限，若是，则限制导叶开度在允许范围Ymin~Ymax之间，得到导叶开度Y，否则进入步骤14)； 14)输出导叶开度Y，返回步骤I)进行下一次采样。
2.根据权利要求1所述的模拟水轮发电机组电液随动系统的建模方法，其特征在于上述步骤3)用积分方法计算主配压阀的行程。
3.根据权利要求1所述的模拟水轮发电机组电液随动系统的建模方法，其特征在于上述步骤7)~9)，对导叶打开的过程进行两段速率限制。
4.根据权利要求1所述的模拟水轮发电机组电液随动系统的建模方法，其特征在于上述步骤10)~12)，对导叶关闭的过程进行两段速率限制。
5.根据权利要求1所述的模拟水轮发电机组电液随动系统的建模方法，其特征在于上述步骤3)主配压阀行程计算值Spl的计算通过开度偏差量Λ Y的积分反馈计算得到。
6.根据权利要求1所述的模拟水轮发电机组电液随动系统的建模方法，其特征在于上述步骤5)导叶开度计算值Yl通过主配压阀行程Sp的积分计算得到。
【文档编号】G06F17/50GK103942355SQ201310730488
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年5月8日 优先权日:2014年5月8日
【发明者】樊丽娟, 洪潮, 赵勇, 刘兴福, 何常胜 申请人:南方电网科学研究院有限责任公司