一种水轮机模型参数的测试方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种水轮机模型参数的测试方法及系统，该方法步骤包括：1)在多个不同特征工况点下对水轮机进行现场测试，获得多组对应各特征工况点的机组运行参数的实测值；2)根据步骤1)获得的多组机组运行参数的实测值构建机组运行参数与水轮机特征参数之间的关系，得到水轮机特征参数对应的非线性模型，并进行参数辨识得到非线性模型中参数；该系统包括多点现场测试模块和模型建立及辨识模块。本发明专利技术得到的非线性模型能够准确反应水轮机非线性特性，且能够适用于变化工况下测试，具有测试结果精确、适用范围广的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种水轮机模型参数的测试方法及系统
本专利技术涉及水电机组控制
，尤其涉及一种水轮机模型参数的测试方法及系统。
技术介绍
电力系统仿真是研究电力系统动态行为的重要手段之一，其在电力系统中有着越来越广泛的应用，目前已取得了很多研究成果，同时产生了良好的社会与经济效益。针对电力系统已经出现了大量成熟的仿真工具与软件，如RTDS、PSCAD/EMTDC、PSASP、BPA等。在仿真计算或电力系统潮流计算过程中，通常都需要使用到水电机组的数学模型以及相应的模型参数，因而电力系统仿真技术的实现首先需要依赖于准确的模型参数。水轮机调节系统具有明显的非线性特征，因而针对水轮机的模型需要能够准确的反应其非线性特性，以尽可能的接近水轮机的实际特性；同时在水轮机的实际工况中，经常存在工况发生变化的状况，例如电力系统遭受大扰动时，而目前的模型参数测试方法中通常未考虑工况变化的情况，因而对于变化工况的水轮机模型分析准确性不高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够准确反应水轮机非线性特性、且能够适用于工况变化状况的水轮机模型参数的测试方法及系统，具有测试结果准确、适用范围广的优点。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种水轮机模型参数的测试方法，步骤包括：1)在多个不同特征工况点下对水轮机进行现场测试，获得多组对应各特征工况点的机组运行参数的实测值；2)根据步骤1)获得的多组机组运行参数的实测值构建机组运行参数与水轮机的特征参数之间的关系，得到水轮机特征参数对应的非线性模型，并进行参数辨识得到所述非线性模型中的参数。作为本专利技术方法的进一步改进：所述步骤2)的具体步骤为：2.1)接收步骤1)获得的多组机组运行参数中机组转速n、水轮机水头H、流量Q、机组出力P以及接力器行程y的实测值，并计算各特征工况点下的流量特征参数Q11和出力特征参数P11；2.2)分别构造流量特征参数Q11、出力特征参数P11与接力器行程y、机组综合参量之间的关系矩阵，得到流量特征参数对应的水轮机流量特性的非线性模型以及出力特征参数对应的水轮机出力特性的非线性模型；2.3)将步骤2.2)得到的关系矩阵进行参数辨识，得到水轮机特征流量特性的非线性模型以及水轮机出力特性的非线性模型中参数。作为本专利技术方法的进一步改进，所述步骤2.2)的具体步骤为：由接力器行程y、机组综合参量按式(1)、(2)构造对应于水轮机流量特性的第一参数向量A、B，以及按式(3)、(4)构造对应于水轮机出力特性的第二参数向量C、D；将所述第一参数向量A、B与流量特征参数Q11按式(5)构建得到流量特性关系矩阵、所述第二参数向量C、D与出力特征参数P11按式(6)构建得到出力特性关系矩阵，由所述流量特性关系矩阵得到水轮机流量特性的非线性模型、所述出力特性关系矩阵得到水轮机出力特性的非线性模型；A＝[1yy2y3y4](1)C＝[1yy2y3y4](3)其中，AM为对应水轮机流量特性测试的第M个接力器行程工况点对应的参数向量A，M为接力器行程工况点的数目，BN为第N个水轮机水头工况点对应的参数向量B，N为水轮机水头工况点的数目，Q11MN为第M个接力器行程工况点、第N个水轮机水头工况点对应的流量特征参数；CM′为对应水轮机出力特性测试的第M’个接力器行程工况点对应的参数向量C，DN′为第N’个水轮机水头工况点对应的参数向量D，P11M′N′为第M’个接力器行程工况点、第N’个水轮机水头工况点对应的出力特征参数；F(Q)为水轮机流量特性的非线性模型，F(P)为水轮机出力特性的非线性模型。作为本专利技术方法的进一步改进，所述步骤2.1)中分别按式(7)、(8)计算量特征参数Q11和出力特征参数P11；其中，D1为水轮机转轮的标称直径，Q为流量，P为机组出力。作为本专利技术方法的进一步改进，所述步骤2.3)的具体步骤为：通过矩阵运算求解步骤2.2)得到的关系矩阵，并通过最小二乘法逼近得到水轮机特征流量特性的非线性模型以及水轮机出力特性的非线性模型中参数。一种水轮机模型参数的测试系统，包括：多点现场测试模块，用于在多个不同特征工况点下对水轮机进行现场测试，获得多组对应各特征工况点的机组运行参数的实测值；模型建立及辨识模块，用于根据多点现场测试模块获得的多组机组运行参数的实测值构建机组运行参数与水轮机的特征参数之间的关系，得到水轮机特征参数对应的非线性模型，并进行参数辨识得到所述非线性模型中的参数。作为本专利技术系统的进一步改进：所述多点现场测试模块中机组运行参数为机组转速n、水轮机水头H、流量Q、机组出力P以及接力器行程y。作为本专利技术系统的进一步改进：所述模型建立及辨识模块包括依次连接的特征参数计算单元、非线性模型建立单元以及参数辨识单元；所述特征参数计算单元用于接收多点现场测试模块获得的多组机组运行参数中机组转速n、水轮机水头H、流量Q、机组出力P以及接力器行程y的实测值，并计算各特征工况点下的流量特征参数Q11和出力特征参数P11；所述非线性模型建立单元用于分别构造流量特征参数Q11、出力特征参数P11与接力器行程y、机组综合参量之间的关系矩阵，得到流量特征参数对应的水轮机流量特性的非线性模型以及出力特征参数对应的水轮机出力特性的非线性模型；所述参数辨识单元用于将所述非线性模型建立单元得到的关系矩阵进行参数辨识，得到水轮机特征流量特性的非线性模型以及水轮机出力特性的非线性模型中参数。作为本专利技术系统的进一步改进：所述非线性模型建立单元中由接力器行程y、机组综合参量按式(1)、(2)构造对应于水轮机流量特性的第一参数向量A、B，以及按式(3)、(4)构造对应于水轮机出力特性的第二参数向量C、D，将所述第一参数向量A、B与流量特征参数Q11按式(5)构建得到流量特性关系矩阵、所述第二参数向量C、D与出力特征参数P11按式(6)构建得到出力特性关系矩阵，由所述流量特性关系矩阵得到水轮机流量特性的非线性模型、所述出力特性关系矩阵得到水轮机出力特性的非线性模型；A＝[1yy2y3y4](1)C＝[1yy2y3y4](3)其中，AM为对应水轮机流量特性测试的第M个接力器行程工况点对应的参数向量A，M为接力器行程工况点的数目，BN为第N个水轮机水头工况点对应的参数向量B，N为水轮机水头工况点的数目，Q11MN为第M个接力器行程工况点、第N个水轮机水头工况点对应的流量特征参数；CM′为对应水轮机出力特性测试的第M’个接力器行程工况点对应的参数向量C，DN′为第N’个水轮机水头工况点对应的参数向量D，P11M′N′为第M’个接力器行程工况点、第N’个水轮机水头工况点对应的出力特征参数；F(Q)为水轮机流量特性的非线性模型，F(P)为水轮机出力特性的非线性模型。作为本专利技术系统的进一步改进：所述特征参数计算单元(21)分别按式(7)、(8)计算量特征参数Q11和出力特征参数P11；其中，D1为水轮机转轮的标称直径，Q为流量，P为机组出力。作为本专利技术系统的进一步改进：所述参数辨识单元中通过矩阵运算求解所述非线性模型建立单元得到的关系矩阵，并通过最小二乘法逼近得到水轮机特征流量特性的非线性模型以及水轮机出力特性的非线性模型中参数。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1)本专利技术通过在多个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水轮机模型参数的测试方法，其特征在于步骤包括：1)在多个不同特征工况点下对水轮机进行现场测试，获得多组对应各特征工况点的机组运行参数的实测值；2)根据步骤1)获得的多组机组运行参数的实测值构建机组运行参数与水轮机的特征参数之间的关系，得到水轮机特征参数对应的非线性模型，并进行参数辨识得到所述非线性模型中的参数。

【技术特征摘要】
1.一种水轮机模型参数的测试方法，其特征在于步骤包括：1)在多个不同特征工况点下对水轮机进行现场测试，获得多组对应各特征工况点的机组运行参数的实测值；2)根据步骤1)获得的多组机组运行参数的实测值构建机组运行参数与水轮机的特征参数之间的关系，得到水轮机特征参数对应的非线性模型，并进行参数辨识得到所述非线性模型中的参数；所述步骤2)的具体步骤为：2.1)接收步骤1)获得的多组机组运行参数中机组转速n、水轮机水头H、流量Q、机组出力P以及接力器行程y的实测值，并计算各特征工况点下的流量特征参数Q11和出力特征参数P11；2.2)分别构造流量特征参数Q11、出力特征参数P11与接力器行程y、机组综合参量之间的关系矩阵，得到流量特征参数对应的水轮机流量特性的非线性模型以及出力特征参数对应的水轮机出力特性的非线性模型；2.3)将步骤2.2)得到的关系矩阵进行参数辨识，得到所述水轮机流量特性的非线性模型以及水轮机出力特性的非线性模型中参数。2.根据权利要求1所述的水轮机模型参数的测试方法，其特征在于，所述步骤2.2)的具体步骤为：由接力器行程y、机组综合参量按式(1)、(2)构造对应于水轮机流量特性的第一参数向量A、B，以及按式(3)、(4)构造对应于水轮机出力特性的第二参数向量C、D；将所述第一参数向量A、B与流量特征参数Q11按式(5)构建得到流量特性关系矩阵、所述第二参数向量C、D与出力特征参数P11按式(6)构建得到出力特性关系矩阵，由所述流量特性关系矩阵得到水轮机流量特性的非线性模型、所述出力特性关系矩阵得到水轮机出力特性的非线性模型；A＝[1yy2y3y4](1)C＝[1yy2y3y4](3)其中，AM为对应水轮机流量特性测试的第M个接力器行程工况点对应的参数向量A，M为接力器行程工况点的数目，BN为第N个水轮机水头工况点对应的参数向量B，N为水轮机水头工况点的数目，Q11MN为第M个接力器行程工况点、第N个水轮机水头工况点对应的流量特征参数；CM′为对应水轮机出力特性测试的第M’个接力器行程工况点对应的参数向量C，DN′为第N’个水轮机水头工况点对应的参数向量D，P11M′N′为第M’个接力器行程工况点、第N’个水轮机水头工况点对应的出力特征参数；F(Q)为水轮机流量特性的非线性模型，F(P)为水轮机出力特性的非线性模型。3.根据权利要求1或2所述的水轮机模型参数的测试方法，其特征在于，所述步骤2.1)中分别按式(7)、(8)计算量特征参数Q11和出力特征参数P11；其中，D1为水轮机转轮的标称直径，Q为流量，P为机组出力。4.根据权利要求3所述的水轮机模型参数的测试方法，其特征在于，所述步骤2.3)的具体步骤为：通过矩阵运算求解步骤2.2)得到的关系矩阵，并通过最小二乘法逼近得到水轮机流量特性的非线性模型以及水轮机出力特性的非线性模型中参数。5.一种水轮机模型参数的测试系统，其特征在于包括：多点现场测试模块(1)，用于在多个不同特征工况点下对水轮机进行现场测试，获得多组对应各特征工...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏加富，邹桂丽，孟佐宏，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网湖南省电力公司，国网湖南省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11