一种PSCAD电磁暂态仿真用的调速器模型建模方法与流程

本发明涉及仿真软件数据模型相互转换
技术领域：
，尤其涉及一种PSCAD电磁暂态仿真用的调速器模型建模方法。
背景技术：
：调速器可以控制原动机向发电机输出的机械功率，并保持电网的正常运行频率。每一台发电机都配置了调速器，它根据发电机的转速与给定转速作比较，将偏差输入到调速器，以控制水轮机或者汽轮机的转速，以控制发电机的输出功率。随着电力电子装置，风电、光伏发电等新能源接入及应用到电网中，电力系统的运行和控制变得更加复杂。而数字仿真是电力系统规划、控制、分析的主要手段，因此需要采用对电力系统进行更准确更精细的仿真。近年来PSCAD/EMTDC软件在全球被广泛应用，随着开发人员对软件功能的不断完善和更新，使得该软件在模拟包含大量电力电子设备的交直流混合输电、柔性交流输电等非线性系统发挥着举足轻重的作用，因此各科研机构和高校常采用PSCAD软件进行电磁暂态过程的分析。PSCAD/EMTDC采用软件算法基于梯形积分法，动态元件采用伴随模型，用LU因式分解法和稀疏矩阵来求解由节点法建立的代数方程。PSCAD是仿真软件的图形化界面，自带元件库中提供了大量的电力系统元件模型，且可利用本身具有的用户自定义功能和与其他程序(如Fortran和Matlab)的接口新建自定义元件模型以满足系统中出现的新型元件。PSCAD是电磁暂态的仿真软件，广泛用于故障分析，其具有自定义建模的功能，用户可以根据自己的使用需要建立合适的模型。在大量电力电子设备的交直流混合电网的仿真分析中扮演着重要的角色。该软件自带模型库，提供了多种GOV模型，但是该模型是基于IEEE推荐的调速器传递函数框图而建立的，与PSASP软件的调速器模型有着较大的差别，因此直接使用真实发电机参数进行仿真时会带来误差和不稳定性。因此给电磁暂态的建模和仿真带来困难和误差。但由于我国电力管理部门和研究机构的大部分电力系统仿真数据都以PSASP、BPA、PSS/E三种机电仿真软件的环境储存的，用于PSCAD电力系统电磁暂态仿真的数据匮乏。目前有采用程序自动将机电暂态数据转换为PSCAD电磁暂态数据。但是两种软件模型库中的励磁模型和数据储存格式有较大差别，对励磁系统模型的计算处理也不一致，给数据和模型的自动转换造成了较大困难和误差。技术实现要素：本发明的目的是提供一种PSCAD电磁暂态仿真用的调速器模型建模方法，采用该方法可以使电磁暂态仿真模型精确化，降低误差，提高建模效率。采用该方法建立了PSCAD调速器模型库，实现仿真时调速器的准确而快速的调用，提高仿真建模的快速性和精确小，并使得PSCAD软件模型库中的调速器模型更加完善。本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种PSCAD电磁暂态仿真用的调速器模型建模方法，包括如下步骤：步骤S1.采用隐式梯形积分法对PSASP中的GOV模型的控制函数进行解析变换，确定各状态变量的代数关系和初始值；步骤S2.在PSCAD中采用自定义建模模块建立调速器模型元件，根据GOV模型的控制函数确定调速器模型的输入端口和输出端口的位置、维数和端口类型；步骤S3.根据上述的变换，确定各变量符号、名称和变量类型，并编辑参数表，在Fortran编码段编写控制编码；步骤S4.在Script中选择Fortran编码段，根据变换后的传递函数加载控制编码。优选方案，步骤S1中包括1-10型GOV模型，解析变换过程为：对其传递函数中的比例环节、限制环节、微分环节、惯性环节、反馈环节、积分环节均进行等效变换，再采用隐式梯形积分法进行求解，确定各状态变量的代数关系并对每个状态变量赋予初始值。优选方案，步骤S2中自定义调速器模型为三个输入端口，一个输出端口；且该调速器模型包括限制环节、比例环节、微分环节、一阶微分滞后环节。优选方案，步骤S3包括确定各变量符号、名称和变量类型，传递函数控制的T、K常数作为常量添加到元件的参数表中。由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：本发明可以建立准确的调速器模型库，PSCAD可以直接调用各种调速器模型，实现电磁暂态仿真模型的精确化，降低误差，提高建模效率；并形成了通用的GOV建模流程和方法，具有良好的适应性和扩展性，可以建立实际中使用的以及新型的调速器模型，能够使得PSCAD软件模型库中的励磁系统模型进行完善，为电力系统暂态仿真提供更多的励磁系统仿真模型。附图说明本发明的附图说明如下。图1为自定义GOV模型库；图2为PSAPS软件中1型调速器模型；图3为调速器传递函数常见一阶环节；图4为一阶微分滞后环节等效变换；图5为一阶超前滞后环节及其等效变换框图。具体实施方式如图1所示：下面以1型GOV模型的建立为例并结合附图对本发明作进一步说明:图2为PSASP软件中1型GOV模型的传递函数框图，该模型三个输入端口，一个输出端口，包括了限制环节、比例环节、微分环节、一阶微分滞后环节；对于这些环节采用隐式梯形积分法进变换求解，确定各状态变量的代数关系，以此方便后续编写控制程序。采用隐式梯形积分法的对其中的常见控制环节变换如下：如图3所示，其中(a)一阶比例环节、(b)一阶微分环节、(c)一阶微分滞后环节在时域中的方程分别为：y(t)＝Kx(t)dy(t)dt=KTx(t)]]>dy(t)dt=-1Ty(t)+KTx(t)]]>首先进等效变换，一阶微分滞后环节作等效变换如图4所示：超前滞后环节可等效变换如图5的框图所示：一阶微分滞后环节和一阶超前滞后环节中各输出量、状态变量在时域中的方程分别为：dx′(t)dt=-1Tx′(t)+1Tx(t)y(t)=KT[x(t)-x′(t)]]]>dx′(t)dt=dx′′(t)dt=-1Tx′(t)+1Tx(t)y(t)=x′′(t)+T1T2[x(t)-x′(t)]]]>利用上述隐式梯形积分法可以上述的各环节进行求解，对应求解结果分别下式所示。y(t)=y(t-Δt)+KΔt2T[x(t-Δt)+x(t)]]]>y(t)=(1+Δt2T)-1{(1-Δt2T)y(t-Δt)+KΔt2T[x(t-Δt)+x(t)]}]]>x′(t)=(1+Δt2T)-1{(1-Δt2T)x′(t-Δt)+KΔt2T[x(t-Δt)+x(t)]}y(t)=KT[x(t)-x′(t)]]]>x′(t)=x′′(t)=(1+Δt2T2)-1{(1-Δt2T2)x′(t-Δt)+KΔt2T2[x(t-Δt)+x(t)]}y(t)=x′′(t)+T1T2[x(t)-x′(t)]]]>其他控制环节皆可按照本方法进类似的等效变换。由此可以确定出各环节中状态变量的代数关系，ω初始值为0，从而可以从左端向右端根据代数关系确定各转台变量的初始值。在PSCAD中使用自定义建模功能，建立component(元件),输入元件的输入输出端口，如图5所示。建立元件的输入参数表，本模型所用常量参数如下，δi—调差系数(％)；Ts—伺服机构时间常数(秒)；ε—调速器死区(标幺值)；σmax—配压阀形成上限(≤1)；σmin—配压阀形成下限(≥-1)；μmax—汽门/导水叶开度上限(≤1)；μmin—汽门/导水叶开度下限(≥0)；T0—蒸汽容积时间常数(秒)；α—汽轮机过热系数，若无中间过热，则α＝1；对水轮机，也有α＝1；Trh—汽轮机中间过热时间常数(秒)；Kα—水轮机测量环节放大倍数；Kβ—水轮机软负反馈放大倍数；Ti—水轮机软负反馈时间常数(秒)；Tw—水轮机水锤效应时间常数(秒)；Kδ—量测环节放大倍数，若汽轮机，Kδ＝1/(δi/100)；若水轮机，须直接填写。此外，若选汽轮机：Ki＝1，Kβ＝1，Tw＝0，Ti＝100000；若选水轮机：Ki＝(δi/100)×Kδ，T0＝Tw/2。因此建立的参数表见图6所示。在Script中选择Fortran程序段，根据变换后的传递函数加载控制程序，以1型GOV模型为例，其控制程序如下，程序的结构为：(1)定义变量；(2)初始化，给状态变量赋予初始值；(3)根据状态变量的代数关系编写控制程序。将本模型直接放入到调速器模型库中，最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。当前第1页1 2 3