一种抽水蓄能机组过水系统的建模方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105956350A(43)申请公布日2016.09.21(21)申请号201610521828.0(22)申请日2016.07.05(71)申请人华中科技大学地址430074湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号(72)发明人周建中许颜贺赵威郑阳张云程张楚付文龙胡弦李超顺胡肇伟赵志高张楠武越越(74)专利代理机构华中科技大学专利中心42201代理人赵伟(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书2页说明书9页附图7页(54)发明名称一种抽水蓄能机组过水系统的建模方法(57)摘要本发明公开了一种抽水蓄能机组过水系统的建模方法，利用电路等效法建立抽水蓄能机组的有压管道模型、调压室模型和水泵水轮机模型；根据上述模型形成抽水蓄能机组过水系统等效电路模型；并根据多维基尔霍夫电压和电流定理，建立过水系统的等效电路网络的常微分矩阵方程；本发明提出的建模方法，通过基于电路等效法的抽水蓄能机组调节系统数学模型仿真方法进行了验证，验证结果表明所建立的抽水蓄能机组过水系统模型可更大程度地满足水电能源系统仿真和电力系统分析的精细化建模要求。CN105956350ACN105956350A权利要求书1/2页1.一种抽水蓄能机组过水系统的建模方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采用等效T型电路建立有压过水管道的第一电路等效模型；(2)依据阻抗式调压室的基本方程建立调压室的第二电路等效模型；(3)根据水泵水轮机全特性曲线建立水泵水轮机的第三电路等效模型；(4)将所述第一电路等效模型、第二电路等效模型、第三电路等效模型进行叠加，获得包括电压源、电感、电容和可变电阻的抽水蓄能机组过水系统的电路等效模型。2.如权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述步骤(1)包括如下子步骤：(1-1)将整段有压过水管道划分成n个长度为dx的有压微管段；n为正整数；(1-2)对各有压微管段建模，获得各有压微管段的T型电路；(1-3)获取各有压微管段的T型电路的参数，包括等效电容C′、等效电感L′和等效电阻R′；等效电容等效电感等效电阻其中，Q为流量，D为管道直径，A为管道断面积，g为重力加速度，a为水击波速，λ为摩阻系数；(1-4)将n个有压微管段的T型等效电路进行级联，获得整段有压过水管道的第一等效电路模型。3.如权利要求1或2所述的建模方法，其特征在于，所述步骤(2)包括如下子步骤：(2-1)建立阻抗式调压室的基本方程；其基本方程为其中，HS、QS为调压室底部压强、流量，A1为阻抗孔口面积，A2为调压室的面积，HC为调压室水面高程，KR为底部孔口流量损失系数，HR为阻抗孔的水头损失，KS为流量进入调压室底部孔口阻抗系数，g为重力加速度；(2-2)根据阻抗式调压室的基本方程建立调压室的由电容Cs与电阻Rs组成的第二电路等效模型，电路等效模型的参数为：CS＝A2，RS＝KS|QS|。4.如权利要求1或2所述的建模方法，其特征在于，所述步骤(3)包括如下子步骤：(3-1)采用由Suter数值变换公式，用无量纲相似参数WH和WM对水泵水轮机全特性曲线进行描述，具体为：2CN105956350A权利要求书2/2页其中，a、q、h、m分别为转速、流量、水头和转矩的相对值，x为相对流量角，y为导叶相对开度，(3-2)将流入水泵水轮机的水流所具有的惯性等效为电感Lpt，将水泵水轮机的特性等效为可变电压源，根据所述电感和可变电压源建立水泵水轮机的第三电路等效模型；所述可变电压源的电压根据水泵水轮机的全特性曲线H(WH(y,q,a))插值计算获得。5.如权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述步骤(4)之后，还包括以下步骤：(a)根据多维基尔霍夫电压和电流定律对所述电路等效模型进行结点分析和回路分析，建立等效电路的矩阵方程；(b)根据所述矩阵方程获得过水系统的N阶非线性常微分状态方程；所述N阶非线性常微分矩阵方程中的状态变量X为过水系统各个分段点处的流量和水压；当机组发生工况转换时，状态变量X的值随着过渡过程的变化而变化，反应过水系统断面流量及水压特性。6.如权利要求1所述的建模方法，其特征在于，其步骤(4)之后，还包括抽水蓄能机组调节系统的建模步骤，具体为：利用n时刻工况参数、过水系统各个断面流量、过水系统各个断面水压和(n+1)时刻调速器控制输出的导叶开度yn+1，根据过水系统、水泵水轮机、发电机之间的非线性耦合关系，对水泵水轮机相对流量q和机组相对转速a分别进行迭代计算，获取(n+1)时刻系统各模块的响应结果；根据响应结果获取抽水蓄能机组调节系统的数学模型；其中，工况参数包括流量Qn、转速Nn，水头Hn和力矩Mn。3CN105956350A说明书1/9页一种抽水蓄能机组过水系统的建模方