一种电力系统抽水蓄能机组的数字仿真计算平台技术方案

本实用新型专利技术公开一种电力系统抽水蓄能机组的数字仿真计算平台，包括：同步发电机单元、调速器单元、水轮机及管道系统单元、励磁系统单元、水泵单元、同步电动机单元和电网单元；所述同步发电机单元连接调速器单元、水轮机及管道系统单元、励磁系统单元、电网单元；所述调速器单元连接水轮机及管道系统单元；所述励磁系统单元连接电网单元；所述同步电动机单元连接水泵单元、电网单元。基于该数字仿真平台能够实现电力系统抽水蓄能机组的仿真计算，可以将抽水蓄能机组在数字仿真系统中进行数字仿真。本实用新型专利技术解决了抽水蓄能机组的仿真计算问题，提供了一种新的数字仿真计算平台。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

一种电力系统抽水蓄能机组的数字仿真计算平台
本技术涉及一种电力系统抽水蓄能机组的数字仿真计算平台。
技术介绍
抽水蓄能机组利用可以兼具水泵和水轮机两种工作方式的特点，在电力负荷出现 低谷时做水泵运行，用基荷火电机组发出的多余电能将下水库的水抽到上水库贮存起来， 在电力负荷出现高峰时作水轮机运行，将水放下来发电。近年来，随着国内电网的发展和系统电能结构的变化，充分利用能源及保障系统 的稳定性和可靠性问题，倍受国家电力部门和用户的关注。抽水蓄能机组以其独有的蓄能 和发电以及调峰填谷特性，可以有效地改进电力系统的能源结构和提高供电质量，抽水蓄 能电站的建设和发展已形成了较强劲的势头，全国各地根据电力发展的需要，纷纷提出兴 建大中型以及小型抽水蓄能电站的要求和计划。抽水蓄能机组是一个特性复杂的非线性系统，其过渡过程比较复杂，控制难度大， 动态特性对电力系统稳定有较大的影响。在这种情况下，从系统安全稳定运行的角度出发， 必须考虑对抽水蓄能机组进行详细建模，结合抽水蓄能机组的实际应用需求，开发适用于 抽水蓄能机组的电力系统数组仿真计算平台，一方面可运用于电网的安全稳定分析，同时 也可分析在电网经受大扰动时抽水蓄能机组所受的影响。目前国内外的电力系统仿真软件 对抽水蓄能机组模型的开发较少，且功能简单，不能适应目前抽水蓄能机组应用的现状，无 法对有抽水蓄能机组的大规模互联电网进行精确仿真。西北电网近年来发展迅速，独特的330kV/750kV电压等级网架结构逐渐形成，风 电、太阳能等新能源大量建设，调峰调频已经成为影响西北电网新能源外送的一大限制，因 此抽水蓄能机组的建设已进入规划研究。如何建设适用于西北电网的抽水蓄能数字仿真计 算平台，结合西北电网地域广大、网架结构特殊等特点，实现大电网背景下的抽水蓄能机组 特性分析和电网稳定性研究，满足对抽水蓄能机组仿真功能的需求，是有待解决的问题。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种电力系统抽水蓄能机组的数字仿真计算平台，基 于该平台能够通过对抽水蓄能机组状态的切换，将抽水蓄能机组模型接入电网数据，实现 仿真计算的功能；该平台能够进行准确建模和仿真；其模型结构灵活，可以适用于各种典 型的抽水蓄能机组。为了实现上述目的，本技术采用以下技术方案予以实现一种电力系统抽水蓄能机组的数字仿真计算平台，包括同步发电机单元、调速器 单元、水轮机及管道系统单元、励磁系统单元、水泵单元、同步电动机单元和电网单元；所述 同步发电机单元连接调速器单元、水轮机及管道系统单元、励磁系统单元、电网单元；所述 调速器单元连接水轮机及管道系统单元；所述励磁系统单元连接电网单元；所述同步电动 机单元连接水泵单元、电网单元。相对于现有技术，本技术具有以下优点(1)同步发电机单元和同步电动机单元通过发电和抽水两种工况切换的方式实现 对抽水蓄能机组的精确模拟，并能接入电网数据，以开展大电网背景下的抽水蓄能机组仿 真计算；(2)水轮机及管道系统单元考虑了公用输水管的影响，适用于单个水轮机和公用 输水管的多台水轮机，可灵活用于水轮机及管道系统的动态特性模型；(3)水泵单元适用于抽水工况下的抽水蓄能机组运行特性，可准确模拟机组的抽 水工况。由于本技术的抽水蓄能机组数字仿真计算平台通过对抽水蓄能的两种运行 工况进行精确的模拟和切换，并实现了公用输水管的多台水轮机特性模拟和水泵特性模 拟，提供了一种新的抽水蓄能机组数字仿真计算平台模式。因此，本技术可以进行数字 模型搭建的大规模电力系统背景下的抽水蓄能机组仿真计算，适用于电力系统抽水蓄能机 组动态过程研究和与电力系统交互影响的分析。附图说明图1是本技术的电力系统抽水蓄能机组数字仿真计算平台的示意图。具体实施方式图1为根据本技术的电力系统抽水蓄能机组数字仿真计算平台的示意图，表 示了数字仿真计算平台中各个部分之间的数据传递关系。如图1所示，本技术的电力系统抽水蓄能机组数字仿真计算平台主要包括 同步发电机单元10、调速器单元20、水轮机及管道系统单元30、励磁系统单元40、水泵单元 50、同步电动机单元60、电网单元70。同步发电机单元10模拟抽水蓄能机组在发电工况下的运行过程，从电网单元70 接收机端电压数据，从水轮机及管道系统单元30接收发电机机械功率数据，从励磁系统单 元40接收发电机励磁电压数据，经模型的数字仿真计算后，得到同步发电机的运行状态， 向电网单元70发送电流数据，向调速器单元20发送转速数据。调速器单元20得到同步发电机单元10的转速数据后与给定的转速参考值进行比 较，经计算得到水轮机的水门开度，发送给水轮机及管道系统单元30。水轮机及管道系统单元30，得到调速器单元20的水门开度数据后经计算得到水 轮机的输出机械功率，发送给同步发电机单元10。励磁系统单元40从电网单元70接收机端电压数据后与给定的机端电压参考值进 行比较，经计算得到励磁电压，发送给同步发电机单元10。同步电动机单元60模拟抽水蓄能机组在抽水工况下的运行过程，从电网单元70 接收机端电压数据，从水泵单元50收电动机械功率数据，经计算后，得到同步电动机的运 行状态，向电网单元70发送电流数据。水泵单元50模拟抽水蓄能机组的抽水负荷特性，计算同步电动机的机械功率，并 发送给同步电动机单元60。电网单元70，模拟除抽水蓄能机组外的系统特性，通过模式切换与同步发电机单4元10或同步电动机单元60进行数据交换，发送机端电压数据，接收计算后更新的电流数 据。在仿真中，根据抽水蓄能机组的运行状态确定运行工况，在每一时步进行以下计 算当为发电工况时，同步发电机单元10从电网单元70接收机端电压数据，通过调速器单 元20和水轮机及管道系统单元30计算同步发电机的输出机械功率，通过励磁系统单元40 计算同步发电机的励磁电压，进行同步发电机单元10的计算，并将计算电流返回给电网单 元70 ；当为抽水工况时，同步电动机单元10从电网单元70接收机端电压数据，通过水泵单 元30计算同步电动机的输出机械功率，进行同步电动模型10的计算，并将计算电流返回给 电网单元70。电网单元70得到抽水蓄能机组的注入电流数据后，进行网络计算，得到各个 节点的电压数据，然后进入下一时步的计算。本技术中同步发电机单元和同步电动机单元，两种模型结构相同，只是其出 力在发电时为正，抽水时为负。电机采用忽略定子绕组暂态过程而计及励磁绕组以及阻尼 绕组暂态过程的5阶模型，直轴上有励磁绕组和阻尼绕组，交轴上只有阻尼绕组。本技术中调速器单元，是根据反馈转速误差信号来控制水门开度，使用一个 比例-积分-微分控制环节和伺服机构环节、下降特性环节来模拟调速器的动态特性，从而 调节发电机的速度。本技术中水轮机及管道系统单元将水的动能转化为机械能，能够模拟流速方 程、水击方程和功率方程，向同步发电机输出机械功率。在水击方程中，考虑了多台水轮机 公用输水管的情况，以对称的水流时间常数矩阵来反映多个水轮机的交互影响，能够更准 确得模拟水轮机及管道系统的动态特性。本技术中励磁系统单元给同步发电机单元的磁场绕组提供直流电流，采用经 典的传递函数模拟励磁机、电压调节器和励磁系统稳定电路等部分，实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力系统抽水蓄能机组的数字仿真计算平台，其特征在于，包括：同步发电机单元（１０）、调速器单元（２０）、水轮机及管道系统单元（３０）、励磁系统单元（４０）、水泵单元（５０）、同步电动机单元（６０）和电网单元（７０）；所述同步发电机单元（１０）连接调速器单元（２０）、水轮机及管道系统单元（３０）、励磁系统单元（４０）、电网单元（７０）；所述调速器单元（２０）连接水轮机及管道系统单元（３０）；所述励磁系统单元（４０）连接电网单元（７０）；所述同步电动机单元（６０）连接水泵单元（５０）、电网单元（７０）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，胡晓波，张星，施荣，徐得超，朱旭凯，胡晓菁，于广亮，张林，刘娟楠，
申请(专利权)人：西北电网有限公司，中国电力科学研究院，
类型：实用新型
国别省市：87