一种大型抽水蓄能电站通用仿真平台，在Matlab/Simulink环境下建立水力—机械—电气系统数学模型，其为：采用一管四机布置形式，上游水库通过长引水隧洞与上游调压井相连，然后经过一段较长的高压隧洞后与3个并列卜形的高压岔管连通，每根高压岔管后布置一台300MW的水泵水轮机，水流经过水泵水轮机后进入到3个并列卜形的尾水管岔管，再汇流到尾水支管，流经下游调压井和尾水隧洞后到达下游水库。本发明专利技术充分考虑通用性，且可实时并任意查看各曲线的整体变化响应情况。
【技术实现步骤摘要】
大型抽水蓄能电站通用仿真平台
本专利技术涉及一种大型抽水蓄能电站通用仿真平台，尤其是涉及一种基于长引水管道一管多机的大型抽水蓄能电站通用仿真平台。
技术介绍
抽水蓄能电站是目前电力系统最可靠、最经济、寿命周期最长、容量最大的储能装置，对替代传统化石能源和节能减排以及改善电网运行品质都起着十分重要的作用，而抽水蓄能所具有的调峰、调频、调压、事故备用和黑启动等功能，对坚强智能电网的安全、稳定、经济运行又起着非常重要的支撑作用，对促进我国核电、风电等可再生能源的大规模发展及特高压远距离输电系统的安全稳定经济运行具有特殊意义。同时，大型抽水蓄能机组的一次调频功能对维持电网频率的稳定至关重要，特别是对于那些快速调节机组所占比重较小的电网尤为关键，它们可以在电网突发大负荷变化时快速地提供功率支援，提高电力系统的可靠性和稳定性；对短时间负荷波动的调节可以减少二次调频的动作，优化系统调度、稳定电网频率。因此，建立调节系统的仿真模型模拟运行工况，并通过相关参数的辨识确定一次调频时调速器稳定运行参数，对改善机组一次调频性能和确保电网稳定至关重要。在建模方面，之前的研究大多相对独立地针对水力系统、机械系统或电气系统；或者站在水力系统的角度，简化电磁系统模型，建立相应的水力系统模型，重点分析水力系统的动态过程；或者站在电磁系统的角度，简化水力系统模型，建立相应的电磁系统模型，用于电磁系统的动态过程分析。这些研究都取得了较大的进展，理论也已经趋于完善。沈祖诒在1989年建立了水电机组调节系统数学模型，分析了水轮机力矩对长输电线路上产生的机电低频振荡的阻尼作用，提出了并网运行的调速器参数整定法。陈舟、陈寿孙等学者通过比较水力系统的弹性水击模型、刚性水击模型和简化模型，分析研究了水力系统对电力系统低频振荡、暂态稳定性的影响时发现简化模型过于简单，使得计算结果正确性不能得到保证，不能如实反映情况；明确弹性水击模型比较符合实际情况，刚性水击模型与弹性水击模型相比，计算结果普遍较为保守，但在引水道不太长，Tr较小时，两者比较接近，这与学者一贯研究水力一机械过渡过程时的观点一致。潘学萍和鞠平等教授以单机带无穷小电网为例，也进行了水力系统对电力系统低频振荡影响的研究，发现水力系统参数Tr和Tw对系统振荡的影响较大，调速器参数KP、K1、KD对系统振荡的影响较小。程远楚对水电站中水力、机械与电气系统的相互作用机理进行了初步分析，包括电磁过渡过程对调速器过程的影响，水力系统对电气系统暂态过程的影响，水轮机转速控制对电气系统暂态稳定性的影响，以及励磁调节参数对电力系统暂态稳定性的影响。其研究认为:①水轮机和引水系统的水锤效应对电力系统的暂态与动态稳定会带来较为明显的负面影响。②励磁调节作用和发电机的电磁过程对水轮机调速器的负荷扰动特性的不利影响较为明显。在机组调节特性方面，卢勇等指出，广蓄电站采取一洞四机的布置方式，机组负荷调整、开停机对相邻运行机组影响明显。在试验中由于相邻机组运行导致试验机组数据变化较大，建议考虑优化调节参数降低影响。胡静等通过对不同类型抽水蓄能机组进行大量一次调频试验，对其一次调频功能和性能进行了充分的验证，并提出如何将非线性PID等先进控制策略实际应用于抽水蓄能调速器控制中，进一步提高一次调频调节品质，是值得深入研究的课题。而在仿真平台研究方面，之前的研究往往没有或极少考虑通用性方面的问题，所搭建的平台通常是只针对某一特定电站或某一特定机组，导致了同一类型工作的重复性；且在以往的抽水蓄能电站建模仿真过程中,仿真平台往往难以实时并任意查看各曲线的整体变化响应情况，即在模型可视化和各曲线相互比较等方面存在一定的不足和较大的提升空间。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题，就是提供一种基于长引水管道一管多机的大型抽水蓄能电站通用仿真平台，本专利技术充分考虑通用性，且可实时并任意查看各曲线的整体变化响应情况。解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案:一种大型抽水蓄能电站通用仿真平台，其特征是:在Matlab/Simulink环境下建立水力一机械一电气系统数学模型，其为:依次连接的上游水库J1、上游水库至调压井管段L1、上游调压室J2、上调压井至岔管管段L2、岔管前阀门J3、第一钢混卜形岔管L3、第一卜形管道连接处J4 ；第一卜形管道连接处J4之后分为两支路:一支路为依次连接的第一钢支管至球阀管段L6、第一球阀J11、第一球阀至蜗壳管段L10、第一蜗壳J7、第一蜗壳段钢管L14、# 5机组J23、第一钢支管至机组段L22、第二卜形管道连接处J19、第二钢混卜形岔管L21、第三卜形管道连接处J18、第三钢混卜形岔管L20、第四卜形管道连接处J17、下调压井至卜形岔管段L19、下游调压室J16、尾水隧洞L18、下游水库Jl5 ;另一支路为依次连接的第四钢混卜形岔管L4、第五卜形管道连接处J5、第五钢混卜形岔管L5、第六卜形管道连接处J6、第二钢支管至球阀管段L9、第二球阀J14、第二球阀至蜗壳管段L13、第二蜗壳J10、第四蜗壳段钢管L17、# 8机组J20、第二钢支管至机组段L25、第四卜形管道连接处J17 ；在第五卜形管道连接处J5还设有分支，依次为:第三钢支管至球阀管段L7、第三球阀J12、第三球阀至蜗壳管段L11、第三蜗壳J8、第二蜗壳段钢管L15、# 6机组J22、第三钢支管至机组段L23、第二卜形管道连接处J19 ；在第六卜形管道连接处J6还设有分支，依次为:第四钢支管至球阀管段L8、第四球阀J13、第四球阀至蜗壳管段L12、第四蜗壳J9、第三蜗壳段钢管L16、# 7机组J21、第四钢支管至机组段L24、第六卜形管道连接处J18 ；在计算和仿真过程中，将上游调压井等效为上游水库，并且不考虑尾水管、尾水隧洞以及下游调压井和下游水库等对机组一次调频性能的影响，并对管段进行适当的等效合并；以Labwindows/CVI为开发平台开发出界面程序,采用C语言编程,通过对Matlab/Simulink运行文件数据的实时调用，软件直接从Matlab/Simulink工作空间中调用数据和M文件以及相关函数，软件采用多线程设计，并将仿真所用控制参数通过M文件的形式保存于平台根目录下以供调用。所述的数学模型中，水泵水轮机模型的建立方法为:水轮机/水泵特性用5个参数来表示:转矩M，流量Q，水头H，转速η (或机组频率X)和导叶开度(或接力器行程Y)；这五个参数，用函数来表达它们之间的关系，即Mt=Mt (X, Y, H)Q=Q (X, Y, H)；五个参数中X、Y、H三个参变量是独立的，流量和力矩可由转速、导叶开度和水头表示，构成一个立体的三维坐标；用SUTER法对水泵水轮机综合特性曲线进行变化，利用插值法得出单位流量和单位转矩，最后换算成流量和转矩信号输出；SUTER法是将转轮全特性曲线上的点改用“相对单位值”(a，q，m, h)表示；再将单位流量一单位转速，单位力矩一单位转速平面上各点按照公式变化，在X轴上作为新描述法的横坐标，以WH (X，y),WM(x, y)为纵坐标；SUTER变化公式为本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种大型抽水蓄能电站通用仿真平台，其特征是：在Matlab/Simulink环境下建立水力—机械—电气系统数学模型，其为：依次连接的上游水库（J1）、上游水库至调压井管段（L1）、上游调压室（J2）、上调压井至岔管管段（L2）、岔管前阀门（J3）、第一钢混卜形岔管（L3）、第一卜形管道连接处（J4）；第一卜形管道连接处（J4）之后分为两支路：一支路为依次连接的第一钢支管至球阀管段（L6）、第一球阀（J11）、第一球阀至蜗壳管段（L10）、第一蜗壳（J7）、第一蜗壳段钢管（L14）、＃5机组（J23）、第一钢支管至机组段（L22）、第二卜形管道连接处（J19）、第二钢混卜形岔管（L21）、第三卜形管道连接处（J18）、第三钢混卜形岔管（L20）、第四卜形管道连接处（J17）、下调压井至卜形岔管段（L19）、下游调压室（J16）、尾水隧洞（L18）、下游水库（J15）；另一支路为依次连接的第四钢混卜形岔管（L4）、第五卜形管道连接处（J5）、第五钢混卜形岔管（L5）、第六卜形管道连接处（J6）、第二钢支管至球阀管段（L9）、第二球阀（J14）、第二球阀至蜗壳管段(L13)、第二蜗壳(J10)、第四蜗壳段钢管(L17)、＃8机组(J20)、第二钢支管至机组段(L25)、第四卜形管道连接处(J17)；在第五卜形管道连接处(J5)还设有分支，依次为：第三钢支管至球阀管段(L7)、第三球阀(J12)、第三球阀至蜗壳管段(L11)、第三蜗壳(J8)、第二蜗壳段钢管(L15)、＃6机组(J22)、第三钢支管至机组段(L23)、第二卜形管道连接处(J19)；在第六卜形管道连接处(J6)还设有分支，依次为：第四钢支管至球阀管段(L8)、第四球阀（J13）、第四球阀至蜗壳管段（L12）、第四蜗壳（J9）、第三蜗壳段钢管（L16）、＃7机组（J21）、第四钢支管至机组段（L24）、第六卜形管道连接处（J18）；在计算和仿真过程中，将上游调压井等效为上游水库，并且不考虑尾水管、尾水隧洞以及下游调压井和下游水库等对机组一次调频性能的影响，并对管段进行适当的等效合并；以Labwindows/CVI为开发平台开发出界面程序，采用C语言编程，通过对Matlab/Simulink运行文件数据的实时调用，软件直接从Matlab/Simulink工作空 间中调用数据和M文件以及相关函数，软件采用多线程设计，并将仿真所用控制参数通过M文件的形式保存于平台根目录下以供调用。...
【技术特征摘要】
1.一种大型抽水蓄能电站通用仿真平台，其特征是:在Matlab/Simulink环境下建立水力一机械一电气系统数学模型，其为:依次连接的上游水库(J1)、上游水库至调压井管段(LI)、上游调压室(J2)、上调压井至岔管管段(L2)、岔管前阀门(J3)、第一钢混卜形岔管(L3)、第一卜形管道连接处(J4)； 第一卜形管道连接处(J4)之后分为两支路: 一支路为依次连接的第一钢支管至球阀管段(L6)、第一球阀(J11)、第一球阀至蜗壳管段(L10)、第一蜗壳(J7)、第一蜗壳段钢管(L14)、# 5机组(J23)、第一钢支管至机组段(L22)、第二卜形管道连接处(J19)、第二钢混卜形岔管(L21)、第三卜形管道连接处(J18)、第三钢混卜形岔管(L20)、第四卜形管道连接处(J17)、下调压井至卜形岔管段(L19)、下游调压室(J16)、尾水隧洞(L18)、下游水库(J15)； 另一支路为依次连接的第四钢混卜形岔管(L4)、第五卜形管道连接处(J5)、第五钢混卜形岔管(L5)、第六卜形管道连接处(J6)、第二钢支管至球阀管段(L9)、第二球阀(J14)、第二球阀至蜗壳管段(L13)、第二蜗壳(JlO)、第四蜗壳段钢管(L17)、# 8机组(J20)、第二钢支管至机组段(L25)、第四卜形管道连接处(J17)； 在第五卜形管道连接处(J5)还设有分支，依次为:第三钢支管至球阀管段(L7)、第三球阀(J12)、第三球阀至蜗壳管段(L11)、第三蜗壳(J8)、第二蜗壳段钢管(L15)、# 6机组(J22)、第三钢支管至机组段(L23)、第二卜形管道连接处(J19)； 在第六卜形管道连接处(J6)还设有分支，依次为:第四钢支管至球阀管段(L8)、第四球阀(J13)、第四球阀至蜗壳管段(L12)、第四蜗壳(J9)、第三蜗壳段钢管(L16)、# 7机组(J21)、第四钢支管至机组段(L24)、第六卜形管道连接处(J18)； 在计算和仿真过程中，将上游调压井等效为上游水库，并且不考虑尾水管、尾水隧洞以及下游调压井和下游水库等对机组一次调频性能的影响，并对管段进行适当的等效合并；以Labwindows/CVI为开发平台开发出界面程序,采用C语言编程，通过对Matlab/Simulink运行文件数据的实时调用，软件直接从Matlab/Simulink工作空间中调用数据和M文件以及相关函数，软件采用多线程设计，并将仿真所用控制参数通过M文件的形式保存于平台根目录下以供调用。2.根据权利要求1所述的大型抽水蓄能电站通用仿真平台，其特征是:所述的数学模型中，水泵水轮机模型的建立方法为: 水轮机/水泵特性用5个参数来表示:...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐广文，李俊益，黄青松，陈启卷，曾洪涛，田文刚，
申请(专利权)人：广东电网公司电力科学研究院，武汉大学，
类型：发明
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