抽蓄储能水电机组建模方法、装置及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术涉及电力系统仿真技术领域，尤其是指一种抽蓄储能水电机组建模方法、装置及计算机存储介质。本发明专利技术所述的抽蓄储能水电机组建模方法，建立了引水系统的等效电路，并进行暂态分析，计算得到了引水系统水头与流量的传递函数，进而计算了水轮机的传递函数，并在抽蓄储能水电机组PID控制器传递函数和伺服驱动环节传递函数的基础上，构建了抽蓄储能水电机组的小信号模型开环传递函数；本发明专利技术所建立的抽蓄储能水电机组模型，考虑了引水系统所带来的水锤效应，对其进行系统性的分析，突出了抽蓄储能水电机组的非线性特征，更能够真实反映抽蓄储能水电机组在各个工况下的实际工作状态。蓄储能水电机组在各个工况下的实际工作状态。蓄储能水电机组在各个工况下的实际工作状态。

【技术实现步骤摘要】
抽蓄储能水电机组建模方法、装置及存储介质


[0001]本专利技术涉及电力系统仿真
，尤其是指一种抽蓄储能水电机组建模方法、装置及计算机存储介质。

技术介绍

[0002]伴随电力系统中抽蓄储能水电机组的并网比例不断提高，对此类机组参与电网频率控制的能力提出了更高的要求。水锤效应和抽蓄储能水电机组动态特性会引发系统的频率振荡，使电力系统安全稳定运行存在隐患。因此，如何准确反映抽蓄储能水电机组工作特性成为研究热点。
[0003]现有经典抽蓄储能水电机组模型，将引水系统做简化处理，无法体现水头、流量以及流速产生的水锤效应对机组运行的不利影响，不符合抽蓄储能水电机组的非线性特征，不符合抽蓄储能水电机组实际工作状态。

技术实现思路

[0004]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中无法体现管道水锤效应产生的非线性特征的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种抽蓄储能水电机组建模方法，包括：建立抽蓄储能水电机组引水系统的等效电路；对所述等效电路进行暂态分析，并根据所述等效电路计算引水系统水头和流量，获得引水系统水头与流量的传递函数；根据所述引水系统水头与流量的传递函数和水轮机传递系数，计算水轮机传递函数；根据PID控制器传递函数、伺服驱动环节传递函数和所述水轮机传递函数，计算得到抽蓄储能水电机组小信号模型开环传递函数。
[0006]优选地，所述建立抽蓄储能水电机组引水系统的等效电路包括：将引水系统的流量等效为电流，水头等效为电压，压力管道特征等效为电感和电阻，调压罐容量等效为电容，动态特征等效为额外引入的一个扰动电压源，得到抽蓄储能水电机组引水系统的等效电路。
[0007]优选地，所述对所述等效电路进行暂态分析，并根据所述等效电路计算引水系统水头和流量包括：对所述等效电路进行暂态分析，并根据基尔霍夫电压和电流定律计算引水系统水头和流量，其公式表示为：头和流量，其公式表示为：
其中，s为拉格朗日算子，L1和R1为第一压力管道特征等效电感和电阻，L2和R2为第二压力管道特征等效电感和电阻，ΔQ1表示调压前流量，ΔHt1表示t1时刻对应的调压罐水头，ΔHt2表示t2时刻对应的调压罐水头，Ct1表示调压罐容量，ΔH表示扰动信号，即引水系统水头，ΔQ表示调压后流量，即引水系统流量。
[0008]优选地，所述获取引水系统水头与流量的传递函数，包括：根据引水系统水头和流量的比值获得所述引水系统水头与流量的传递函数，其公式表示为：其中，，，Q0为管道中初始流量，H0为管道中初始水头。
[0009]优选地，所述根据所述引水系统水头与流量的传递函数和水轮机传递系数，计算水轮机传递函数，其公式表示为：其中，e
y
、e
h
、e
qy
、e
qh
分别为抽蓄储能水电机组中水轮机力矩对导叶开度传递系数、水轮机力矩对水头传递系数、水轮机流量对导叶开度传递系数、水轮机流量对水头传递系数。
[0010]优选地，所述根据PID控制器传递函数、伺服驱动环节传递函数和所述水轮机传递函数，计算得到抽蓄储能水电机组小信号模型开环传递函数，其公式表示为：其中，为PID控制器传递函数，为伺服驱动环节传递函数，为水轮机传递函数。
[0011]优选地，所述PID控制器传递函数为分数阶PID控制器传递函数，其公式表示为：其中，k
P
、k
I
、k
D
分别为分数阶PID控制比例系数、积分系数、微分系数，λ和μ为对应的分数阶次，Δy为导叶开度偏差,Δω为转速偏差,k
w
是惯性常数,s为拉格朗日算子,T
d
为微分系数,b
p
为永态转差系数。
[0012]优选地，所述伺服驱动环节传递函数的公式表示为：
其中，k
p1
、k
i1
、k
d1
为伺服驱动环节PID参数，T0和T
c
分别为水轮发电机启动和关闭时间系数，T2为水轮发电机反馈系数，为拉格朗日算子。
[0013]本专利技术还提供了一种装置，包括：等效电路建立模块，用于建立抽蓄储能水电机组引水系统的等效电路；水头与流量传递函数获取模块，用于对所述等效电路进行暂态分析，并根据所述等效电路计算引水系统水头和流量，获得引水系统水头与流量的传递函数；水轮机传递函数获取模块，用于根据所述引水系统水头与流量的传递函数和水轮机传递系数，计算水轮机传递函数；抽蓄储能水电机组模型获取模块，用于根据PID控制器传递函数、伺服驱动环节传递函数和所述水轮机传递函数，计算得到抽蓄储能水电机组小信号模型开环传递函数。
[0014]本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述一种抽蓄储能水电机组建模方法的步骤。
[0015]本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：本专利技术所述的抽蓄储能水电机组建模方法，建立了引水系统的等效电路，并进行暂态分析，计算得到了引水系统水头与流量的传递函数，进而计算了水轮机的传递函数，并在抽蓄储能水电机组PID控制器传递函数和伺服驱动环节传递函数的基础上，构建了抽蓄储能水电机组的小信号模型开环传递函数；本专利技术所建立的抽蓄储能水电机组模型，考虑了引水系统所带来的水锤效应，对其进行系统性的分析，突出了抽蓄储能水电机组的非线性特征，更能够真实反映抽蓄储能水电机组在各个工况下的实际工作状态。
附图说明
[0016]为了使本专利技术的内容更容易被清楚的理解，下面根据本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明，其中：图1是抽蓄储能水电机组一次结构图；图2是本专利技术所提供的一种抽蓄储能水电机组建模方法的实现流程图；图3是引水系统结构示意图；图4是引水系统等效电路示意图；图5是引水系统小信号电路模型示意图；图6是分数阶PID控制器传递函数模型图；图7是抽蓄储能水电机组中水轮机调速系统分数阶PID控制器传递函数模型图；图8是抽蓄储能水电机组经典模型与小信号模型对比图。
具体实施方式
[0017]本专利技术的核心是提供一种抽蓄储能水电机组建模方法、装置及计算机存储介质，
体现了抽蓄储能水电机组的非线性特征，能够真实反映抽蓄储能水电机组在各个工况下的实际工作状态。
[0018]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0019]如图1所示，抽蓄储能水电机组按照一次系统结构分为调速系统和水轮发电机组两部分，调速系统由控制器和液压伺服驱动环节组成，水轮发电机组由原动机和发电机组成。
[0020]抽蓄储能水电机组在进行功率调解时，水轮发电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抽蓄储能水电机组建模方法，其特征在于，包括：建立抽蓄储能水电机组引水系统的等效电路；对所述等效电路进行暂态分析，并根据所述等效电路计算引水系统水头和流量，获得引水系统水头与流量的传递函数；根据所述引水系统水头与流量的传递函数和水轮机传递系数，计算水轮机传递函数；根据PID控制器传递函数、伺服驱动环节传递函数和所述水轮机传递函数，计算得到抽蓄储能水电机组小信号模型开环传递函数。2.根据权利要求1所述的抽蓄储能水电机组建模方法，其特征在于，所述建立抽蓄储能水电机组引水系统的等效电路包括：将引水系统的流量等效为电流，水头等效为电压，压力管道特征等效为电感和电阻，调压罐容量等效为电容，动态特征等效为额外引入的一个扰动电压源，得到抽蓄储能水电机组引水系统的等效电路。3.根据权利要求2所述的抽蓄储能水电机组建模方法，其特征在于，所述对所述等效电路进行暂态分析，并根据所述等效电路计算引水系统水头和流量包括：对所述等效电路进行暂态分析，并根据基尔霍夫电压和电流定律计算引水系统水头和流量，其公式表示为：流量，其公式表示为：其中，s为拉格朗日算子，L1和R1为第一压力管道特征等效电感和电阻，L2和R2为第二压力管道特征等效电感和电阻，ΔQ1表示调压前流量，ΔHt1表示t1时刻对应的调压罐水头，ΔHt2表示t2时刻对应的调压罐水头，Ct1表示调压罐容量，ΔH表示扰动信号，即引水系统水头，ΔQ表示调压后流量，即引水系统流量。4.根据权利要求3所述的抽蓄储能水电机组建模方法，其特征在于，所述获得引水系统水头与流量的传递函数，包括：根据引水系统水头和流量的比值获得所述引水系统水头与流量的传递函数，其公式表示为：其中，，，Q0为管道中初始流量，H0为管道中初始水头。5.根据权利要求4所述的抽蓄储能水电机组建模方法，其特征在于，所述根据所述引水系统水头与流量的传递函数和水轮机传递系数，计算水轮机传递函数，其公式表示为：
其中，e
y
、e
h
、e
qy
、e
qh
分别为抽蓄储能水电机组中水轮机力矩对导叶开度传递系数、水轮机力矩对水头传递系数、水轮机...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨沛豪，孙钢虎，兀鹏越，柴琦，寇水潮，王小辉，高峰，孙梦瑶，郭新宇，薛磊，张立松，贺婷，赵俊博，燕云飞，陈予伦，李志鹏，王劼文，高欢欢，殷悦，代本谦，李菁华，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：