一种水轮机调节系统用电子调节器模型的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统建模技术领域，具体涉及一种水轮机调节系统用电子调节器 模型。
【背景技术】
[0002] 电力系统稳定性为给定运行条件下的电力系统，在受到扰动后，重新回复到运行 平衡状态的能力。系统中的多数变量可维持在一定的范围，使整个系统能稳定运行。根据性 质的不同，电力系统稳定性可分为功角稳定、电压稳定和频率稳定三类。在分析功角稳定 时，还可进一步分为以下几类:静态稳定、暂态稳定、动态稳定及电压稳定。远距离输电线路 的输电能力受这4种稳定能力的限制会存在一个极限。它既不能等于或超过静态稳定极限， 也不能超过暂态稳定极限和动态稳定极限。在我国，由于网架结构薄弱，暂态稳定问题较突 出，因此，进行电力系统稳定分析计算是调整及保证电力系统稳定的必要手段。
[0003] 目前，国内电力系统稳定分析计算软件(PSASP，BPA)采用的水轮机调节系统电子 调节器模型采用中华人民共和国电力行业标准《同步发电机原动机及其调节系统参数实测 与建模导则》提供的模型，模型框图如图1所示。该模型的结构虽然具备功率模式和开度模 式，但控制逻辑不够全面，已经不能反映目前大型水轮机电子调节器的控制逻辑，影响了电 力系统稳定计算的仿真准确度。
[0004] 因此，亟需提供一种贴近实际，便于参数实测的适用于电力系统稳定分析计算的 水轮机调节系统电子调节器模型。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明提供的一种水轮机调节系统用电子调节器模型，该电子调节器 模型仿真精度高，可准确模拟实际控制功能；同时提供了多种可供选择的模型结构，提高了 模型应用的通用性;其控制参数意义明确，便于通过现场试验获取，具有实际工程应用价 值;为电力系统稳定分析计算提供了可靠且准确的依据，进而保证了电力系统的稳定性。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007] -种水轮机调节系统用电子调节器模型，所述水轮机调节系统用电子调节器模型 用于电力系统稳定分析计算;所述电子调节器模型包括大网控制系统和孤网控制系统；
[0008] 所述大网控制系统中设有PID调节模块；
[0009] 所述大网控制系统根据频率偏差值、与所述孤网控制系统自动切换。
[0010] 优选的，所述大网控制系统包括的开度控制系统与功率控制系统；
[0011] 所述功率控制系统与开度控制系统分别设有相互独立的PID调节模块；
[0012] 所述开度控制系统用于为所述电子调节器模型提供开度控制模式；
[0013] 所述功率控制系统用于为所述电子调节器模型提供功率控制模式；
[0014] 所述开度控制模式与所述功率控制模式手动切换、且所述开度控制模式或所述功 率控制模式均与所述孤网控制系统自动切换。
[0015] 优选的，
[0016] 所述大网控制系统包括开度控制系统与功率控制系统；
[0017] 所述功率控制系统与开度控制系统分别设有相互独立的PID调节模块；
[0018] 所述孤网控制系统与开度控制系统具有相同结构的PID调节模块；
[0019] 所述开度控制系统用于为所述电子调节器模型提供开度控制模式；
[0020] 所述功率控制系统用于为所述电子调节器模型提供功率控制模式；
[0021] 所述孤网控制系统用于为所述电子调节器模型提供孤网控制模式；
[0022] 所述开度控制模式与所述功率控制模式手动切换、且所述开度控制模式或所述功 率控制模式均与所述孤网控制模式自动切换。
[0023]优选的，所述频率测量模块，所述导叶开度测量模块及所述功率测量模块均包括 滞后单元和连接至所述滞后单元的延时单元；
[0024]所述PID调节模块包括并联的PID单元。
[0025] 优选的，当所述电子调节器模型处于所述开度控制模式时，负反馈信号的开度偏 差经积分环节输入所述开度控制系统中的所述PID调节模块，也可经PID环节输入所述开度 控制系统中的所述PID调节模块。
[0026] 优选的，所述开度控制系统中的所述PID调节模块计算调节器输出Ypidqut包括：
[0027] (1)当所述PID调节模块选择PID调节模块输出Ypidqut来计算开度偏差反馈时，包 括：
[0028] 1-A、当开度偏差反馈经所述积分环节输入时，计算电子调节器输出的拉普拉斯变 换值Ypidqut(s):
[0030] 1-B、当开度偏差反馈经PID环节输入时，计算电子调节器输出的拉普拉斯变换值 Ypidout(s):
[0032] (2)当所述PID调节模块选择导叶开度Y来计算开度偏差反馈时，包括：
[0033] 2-A、当开度偏差反馈经PID模块的积分环节输入时，计算电子调节器输出的拉普 拉斯变换值Ypidout(s):
[0035] 2-B、当开度偏差反馈经PID环节输入时，计算电子调节器输出的拉普拉斯变换值 Ypidout(s):
[0037]式中：Kpi为开度控制模式比例增益;Kii为开度控制模式积分增益;Kdi为度控制模 式微分增益;Tvl为开度控制模式微分时间常数;bP为永泰转差系数；
(S)为转速的拉普拉斯变换；ω (s)为机组转速；Coq(S)为转速给定；
^为开度 偏差的拉普拉斯变换;Y(S)为机组导叶开度;Yrrf(S)为导叶开度给定。
[0038] 优选的，当所述电子调节器模型处于所述功率控制模式时，功率控制模式具备两 套PID参数，并根据功率偏差量是否超出预设功率偏差设定值自动切换;所述功率控制系统 中的所述PID调节模块计算调节器输出Ypidout。
[0039] 优选的，所述功率控制系统中的所述PID调节模块计算调节器输出Ypidqut(S)包括：
[0041] 式中:Kp2为功率控制模式比例增益;K12为功率控制模式积分增益;Kd 2为功率控制 模式微分增益;Tv2为功率控制模式微分时间常数;eP为永泰转差系数；△ ω (S)= ω (S)-CO0 (S)为转速的拉普拉斯变换；ω (S)为机组转速；Oo(S)为转速给定；△ PE(S)=Pref(S)-PE(S) 为功率偏差的拉普拉斯变换;Pref (s)为功率给定;PE( s)为发电机功率。
[0042] 优选的，所述开度控制模式或所述功率控制模式均与所述孤网控制系统自动切换 的切换原则包括：
[0043] 当频率变化满足ω-ω〇2ω。+或ω-ω〇<ω 且持续时间大于Tdyi时，所述功率控 制模式或开度控制模式自动切换为孤网模式；
[0044] 当Oc-S ω-ω(^ ω。+且持续时间大于了喊时，所述孤网模式自动切换回所述功率 控制模式或开度控制模式；
[0045] 其中，ω。+为孤网大网模式切换频率正边界值；ω。-为孤网大网模式切换频率负边 界值;Tdy1S开度控制模式或功率控制模式切换孤网控制模式延时;Tdy 2为孤网控制模式切 换开度控制模式或功率控制模式延时。
[0046] 优选的，所述功率控制模式根据功率偏差量的大小，进行PID参数切换，且其切换 原则包括：
[0047]当abs( APe) >(^!+(^2时，功率控制模式的PID参数由当前运行参数切换为另一套 PID参数；
[0048] 当abs( APe)<dPdt，功率控制模式的PID参数切换回初始PID参数；
[0049] 其中，APe= ΔΡΕ+Δ co/ep且ClPhdP2均为功率模式PID参数切换门槛值。
[0050] 优选的，所述电子调节器模型在开度控制模式下，在频率偏差后增加有速率限制； 所述电子调节器模型在功率控制模式下，在一次调频功率和功率给定的功率偏差后增加了 速率限制，并在PID调节模块输出后增加有速率限制。
[0051] 从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种水轮机调节系统用电子调节器模 型，该模型具备开度控制模式，功率控制模式和孤网控制模式;根据需要可手动选择开度控 制模式或功率控制模式作为正常并网机组的控制模式。开度控制模式或功率控制模式可以 和孤网控制模式自动切换。功率控制模式具备两套PID控制参数，可以自动切换。本发明提 出的电子调节器模型结构清晰，通用性强，模型参数意义明确，便于通过现场实测获得，建 模过程高效，精度高，可准确模拟实际控制功能，能够满足实际工程需要；同时提高了模型 应用的通用性;其控制参数意义明确，便于通过现场试验获取，具有实际工程应用价值;为 电力系统稳定分析计算提供了可靠且准