全功率变流可变速抽水蓄能机组动态特性仿真建模方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115494726A(43)申请公布日2022.12.20(21)申请号202211355296.X(22)申请日2022.11.01(71)申请人武汉大学地址430072湖北省武汉市武昌区珞珈山街道八一路299号(72)发明人杨威嘉廖溢文邵子轩黄一凡赵志高杨建东(74)专利代理机构武汉科皓知识产权代理事务所(特殊普通合伙)42222专利代理师彭艳君(51)Int.Cl.G05B11/42(2006.01)权利要求书7页说明书17页附图6页(54)发明名称全功率变流可变速抽水蓄能机组动态特性仿真建模方法(57)摘要本发明涉及水力发电技术，具体涉及全功率变流可变速抽水蓄能机组动态特性仿真建模方法，包含建立水轮机调节系统模型、水泵水轮机全特性模型、同步发电电动机、励磁系统、变流器及其控制系统模型、协联控制器模型、整体模型和控制方法；该建模方法整体基于传递函数法；其中水泵水轮机采用基于对数投影法的全特性曲线进行建模，能够模拟大波动工况的水泵水轮机全特性；发电电动机采用六阶同步发电机模型进行构建；全功率变流器包括机侧变流器和网侧变流器，能够运行于功率优先模式和转速优先模式。该建模方法能够更充分反映全功率变流可变速抽水蓄能机组的水‑机‑电耦合特性，水力侧和电气侧过渡过程均能够得到较精确模拟。CN115494726ACN115494726A权利要求书1/7页1.全功率变流可变速抽水蓄能机组动态特性仿真建模方法，该方法基于全功率变流可变速抽水蓄能机组系统实现，系统包括站流道系统、水泵水轮机、调速器、励磁系统、同步发电电动机、变流器、协联控制器和电网；其特征在于：包括以下步骤：步骤1、建立基于传递函数法的流道系统和调速器模型；步骤2、建立模拟大波动工况的水泵水轮机全特性模型；步骤3、建立同步发电电动机、励磁系统、变流器及其控制系统模型；步骤4、建立协联控制器模型；步骤5、根据步骤1‑步骤4所建立的模型构建整体模型，设置整体模型参数；步骤6、根据控制方法更改模块连接逻辑，设定控制命令进行仿真。2.根据权利要求1所述全功率变流可变速抽水蓄能机组动态特性仿真建模方法，其特征在于：步骤1的实现包括以下具体步骤：步骤1.1、构建引水管道模型；步骤1.1.1、简化流道系统的布置，设压力引水管道水平安装，单管单机布置形式；步骤1.1.2、计算引水管道水流弹性时间常数：其中L为管道长度，单位m；c为压力波传播速度，单位m/s；步骤1.1.3、列出弹性水击模型数学表达式：其中q为流量，h为水头，f为摩阻损失系数，忽略摩擦阻力，则f=0；为水流惯性时间常数，s为拉普拉斯算子；步骤1.1.4、运用泰勒级数展开法对弹性水击模型数学表达式进行线性化处理，采用变参数的二阶水击模型：其中为弹性水击模型传递函数，为管道弹性系数是与有关的系数；步骤1.2、构建调压室模型；步骤1.2.1、水库‑引水隧洞‑调压室之间的流量偏差与水头偏差之间的分布参数传递函数为：为引水隧洞的摩擦系数；为引水隧洞的弹性水击系数为浪涌槽溢水时间，称为调压室调节时间常数；为引水隧洞的水力阻抗；其中的无穷因子展开式为：2CN115494726A权利要求书2/7页；步骤1.2.2、保留无穷因子展开式适当项数，取n=0，用集中参数等值近似传递函数；步骤1.3、构建调速器模型；步骤1.3.1、采用并联PI调节规律，信号输出后，通过辅助接力器放大，硬反馈环节对其进行负反馈调节，再输入主接力器控制导叶开度；忽略辅助接力器时间常数；步骤1.3.2、若输入值为频率给定，反馈值为机组频率，得到频率控制模式下的调速器模型：其中为永态转差系数；为主接力器时间常数；为比例增益；为积分增益为微分增益；y为导叶开度；为频率偏差；步骤1.3.3、若输入值为功率给定，反馈值为机组机械功率，得到功率控制模式下的调速器模型：其中P为功率频差，为调差系数的倒数。3.根据权利要求1所述全功率变流可变速抽水蓄能机组动态特性仿真建模方法，其特征在于：步骤2的实现包括以下具体步骤：步骤2.1、定义转速、流量、力矩相对单位值：其中为相对单位转速为相对单位力矩；为相对单位流量；为单位转速；为单位力矩；为单位流量；为额定单位转速；为额定单位力矩；为额定单位流量；步骤2.2、运用对数投影法处理全特性曲线；步骤2.2.1、利用步骤2.1所定义的相对单位值对水泵水轮机全特性曲线进行变换得到和两组全新曲线；步骤2.2.2、将上各点延对数曲线在相对单位转速轴上的投影作为横坐标，则任意点的横坐标可表示为，纵坐标为原特性曲线的单位流量和单位力矩；步骤2.3、插值求取水泵水轮机流量；3CN115494726A权利要求书3/7页步骤2.3.1、将经调速器输出的导叶开度标幺值y作为输入，根据基值求取接力器实际行