本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)仿真建模技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種考慮調(diào)頻及穩(wěn)定約束的水電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行控制參數(shù)協(xié)調(diào)優(yōu)化整定方法研究。

背景技術(shù)：

隨著大規(guī)模、遠(yuǎn)距離直流輸電線路的建設(shè)，各大區(qū)域電網(wǎng)間的聯(lián)系愈來(lái)愈緊密，電力系統(tǒng)擾動(dòng)的波及面也越來(lái)越廣。為了對(duì)擾動(dòng)原因進(jìn)行分析并提出改進(jìn)措施，目前主要采用仿真分析等手段進(jìn)行事故反演，而這又依賴于合理準(zhǔn)確的仿真模型。尤其是2015年1月23日、9月19日藏中電網(wǎng)功率振蕩導(dǎo)致減負(fù)荷事件、錦蘇直流閉鎖導(dǎo)致華東電網(wǎng)頻率速降事件，這些都對(duì)發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)模型準(zhǔn)確度及其參數(shù)設(shè)置提出了更高要求。

近年來(lái)，由于仿真分析、事故反演等工程應(yīng)用的迫切需求，國(guó)內(nèi)各大科研院所、電力企業(yè)等相繼開展了發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)測(cè)建模工作，目前主要集中于實(shí)測(cè)模型研究、模型應(yīng)用分析等方面，取得了顯著的成果。近年來(lái)，由于電網(wǎng)互聯(lián)規(guī)模的提升，調(diào)速系統(tǒng)模型參數(shù)對(duì)于電網(wǎng)低頻振蕩及動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響受到越來(lái)越多關(guān)注?？梢娬{(diào)速系統(tǒng)控制參數(shù)正確整定方法具有重要的理論和實(shí)際工程意義，配置正確參數(shù)有助于提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、能夠保障機(jī)組涉網(wǎng)性能。采用實(shí)測(cè)方法結(jié)合參數(shù)優(yōu)化，進(jìn)行機(jī)理分析對(duì)于定量分析具有積極作用，可以促進(jìn)參數(shù)配置可控性、可觀性。

目前火電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)模型研究取得了較為顯著的成果，機(jī)電暫態(tài)、中長(zhǎng)期等時(shí)間尺度模型已應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際，相對(duì)而言水電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)建模涉及引水管道及水輪機(jī)動(dòng)態(tài)過(guò)程建模，對(duì)于不同類型(立軸混流式機(jī)組、軸流轉(zhuǎn)漿式機(jī)組、抽蓄機(jī)組)的水輪機(jī)在原動(dòng)機(jī)方面存在較大差異，近年來(lái)取得了一定研究成果，但在機(jī)組調(diào)速控制系統(tǒng)參數(shù)整定尤其是水電機(jī)組控制參數(shù)優(yōu)化整定等方面研究較為鮮見，使得電力工業(yè)界對(duì)其技術(shù)儲(chǔ)備或重視度不足，藏木電廠“1.23”事件凸顯出水電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)正確合理整定的重要性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種考慮調(diào)頻及穩(wěn)定約束的機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)控制參數(shù)整定方法。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種考慮調(diào)頻及穩(wěn)定約束的機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)控制參數(shù)整定方法，其特征在于，包括以下步驟：s1：對(duì)可能孤網(wǎng)運(yùn)行水電機(jī)組調(diào)速控制系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行分析，確定研究對(duì)象；s2：考慮機(jī)組一次調(diào)頻性能約束，得到了控制參數(shù)的取值范圍；s3：在滿足小干擾穩(wěn)定性前提下給出機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)控制參數(shù)的取值范圍；s4：通過(guò)實(shí)測(cè)建模得到機(jī)組原動(dòng)機(jī)及調(diào)速系統(tǒng)實(shí)測(cè)參數(shù)，基于控制參數(shù)取值范圍交集，并將其應(yīng)用于整定方法的仿真分析驗(yàn)證實(shí)例；s5：針對(duì)一次調(diào)頻參數(shù)整定域、小干擾穩(wěn)定性參數(shù)穩(wěn)定域進(jìn)行綜合考慮，并最終得到了既能滿足調(diào)頻性能要求、又能滿足小干擾穩(wěn)定性要求參數(shù)取值范圍并對(duì)機(jī)組控制系統(tǒng)模型參數(shù)進(jìn)行整定。

本發(fā)明根據(jù)水電機(jī)組調(diào)速控制系統(tǒng)以及水輪機(jī)及引水管道、發(fā)電機(jī)及負(fù)荷傳遞函數(shù)模型，分別建立了整個(gè)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)以及閉環(huán)傳遞函數(shù)。針對(duì)傳遞函數(shù)未知參數(shù)進(jìn)行實(shí)測(cè)建模；針對(duì)開環(huán)傳遞函數(shù)進(jìn)行了拉普拉斯變換而后開展時(shí)域分析并確定了影響其一次調(diào)頻性能的關(guān)鍵參數(shù)；針對(duì)閉環(huán)傳遞函數(shù)進(jìn)行了頻域分析，根據(jù)自動(dòng)控制理論確定了其小干擾穩(wěn)定性的關(guān)鍵控制參數(shù)及其約束條件；針對(duì)一次調(diào)頻參數(shù)整定域、小干擾穩(wěn)定性參數(shù)穩(wěn)定域進(jìn)行綜合考慮，并最終得到了既能滿足調(diào)頻性能要求、又能滿足小干擾穩(wěn)定性要求參數(shù)取值范圍并對(duì)機(jī)組控制系統(tǒng)模型參數(shù)進(jìn)行整定。通過(guò)仿真表明此種整定方法，依賴于機(jī)組調(diào)速控制系統(tǒng)的實(shí)測(cè)參數(shù)，在滿足雙項(xiàng)指標(biāo)要求前提下，可以獲得兼顧兩者要求參數(shù)數(shù)值。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的調(diào)速控制系統(tǒng)模型。

圖2為本發(fā)明執(zhí)行機(jī)構(gòu)模型。

圖3為本發(fā)明一實(shí)施例引水管道及原動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)化模型。

圖4為本發(fā)明一實(shí)施例的發(fā)電機(jī)及負(fù)荷模型。

圖5為一實(shí)施例的調(diào)速控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)框圖。

圖6為圖5進(jìn)一步簡(jiǎn)化所得的傳遞函數(shù)模型。

圖7為本發(fā)明控制參數(shù)整定方案流程圖。

圖8為pid控制參數(shù)整定流程圖。

圖9為本發(fā)明一實(shí)施例中某水電廠孤立網(wǎng)運(yùn)行時(shí)地理接線圖。

圖10為本發(fā)明一實(shí)施例的+0.2hz頻差階躍pcv擬合效果圖。

圖11為導(dǎo)葉開度給定+5％階躍仿真、實(shí)測(cè)對(duì)比圖。

圖12為導(dǎo)葉開度給定-5％階躍仿真、實(shí)測(cè)對(duì)比。

圖13為設(shè)置不同pi控制參數(shù)時(shí)的機(jī)組一次調(diào)頻響應(yīng)對(duì)比(0.20hz階躍擾動(dòng))。

圖14設(shè)置不同pi控制參數(shù)時(shí)的機(jī)組一次調(diào)頻響應(yīng)對(duì)比(0.15hz階躍擾動(dòng))。

圖15為設(shè)置不同pi控制參數(shù)時(shí)的機(jī)組一次調(diào)頻響應(yīng)對(duì)比(0.10hz階躍擾動(dòng))。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步解釋說(shuō)明。

本發(fā)明提供一種考慮調(diào)頻及穩(wěn)定約束的機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)控制參數(shù)整定方法，其特包括以下步驟：s1：對(duì)可能孤網(wǎng)運(yùn)行水電機(jī)組調(diào)速控制系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行分析，確定研究對(duì)象；s2：考慮機(jī)組一次調(diào)頻性能約束，得到了控制參數(shù)的取值范圍；s3：在滿足小干擾穩(wěn)定性前提下給出機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)控制參數(shù)的取值范圍；s4：通過(guò)實(shí)測(cè)建模得到機(jī)組原動(dòng)機(jī)及調(diào)速系統(tǒng)實(shí)測(cè)參數(shù)，基于控制參數(shù)取值范圍交集，并將其應(yīng)用于整定方法的仿真分析驗(yàn)證實(shí)例；s5：針對(duì)一次調(diào)頻參數(shù)整定域、小干擾穩(wěn)定性參數(shù)穩(wěn)定域進(jìn)行綜合考慮，并最終得到了既能滿足調(diào)頻性能要求、又能滿足小干擾穩(wěn)定性要求參數(shù)取值范圍并對(duì)機(jī)組控制系統(tǒng)模型參數(shù)進(jìn)行整定。

發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括控制系統(tǒng)(如圖1所示)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、引水管道及原動(dòng)機(jī)模型(如圖3所示)，其中執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用如下所示模型進(jìn)行描述，根據(jù)其傳遞函數(shù)可得

其中，pcv表示導(dǎo)葉給定、kp1表示伺服卡放大倍數(shù)、t表示全開/全關(guān)時(shí)間(這里近似認(rèn)為全開時(shí)間＝全關(guān)時(shí)間)、pgv表示導(dǎo)葉反饋。可將上式變?yōu)?/p>

如圖2所示模型。其中τ表示慣性時(shí)間，τ＝t/kp1。

1機(jī)組動(dòng)態(tài)穩(wěn)定關(guān)鍵控制參數(shù)取值域分析

從圖1～3所示模型，可得機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，如下式所示，擾動(dòng)為頻差△f。

根據(jù)小干擾穩(wěn)定性分析理論，所示為從頻差到原動(dòng)機(jī)之間的整個(gè)前向通道開環(huán)傳遞函數(shù)。在原動(dòng)機(jī)輸出pm后還需經(jīng)過(guò)發(fā)電機(jī)等環(huán)節(jié)，然后得到轉(zhuǎn)速反饋至控制系統(tǒng)作為輸入，形成完整閉環(huán)傳遞函數(shù)。從上式可見，在不考慮發(fā)電機(jī)等環(huán)節(jié)時(shí)，傳遞函數(shù)已較復(fù)雜，若將發(fā)電機(jī)等傳遞函數(shù)模型考慮進(jìn)去，則對(duì)閉環(huán)傳遞函數(shù)而言會(huì)增加其復(fù)雜度：一方面發(fā)電機(jī)參數(shù)目前主要通過(guò)設(shè)計(jì)值獲取；另一方面增加發(fā)電機(jī)等傳遞函數(shù)模型會(huì)增加傳遞函數(shù)分子、分母階數(shù)，在高階情況下，其穩(wěn)定域難以求解甚至無(wú)解。

綜上所述，考慮分析模型的實(shí)用性兼顧機(jī)理分析的有效性，采用簡(jiǎn)化發(fā)電機(jī)及負(fù)荷模型，如圖4所示。

為了對(duì)可能孤網(wǎng)運(yùn)行水電機(jī)組調(diào)速控制系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行分析，將圖1～4所示傳遞函數(shù)模型拼接得到如下圖5中所示系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)框圖。

由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)模型采用圖2所示的傳遞函數(shù)描述，在實(shí)際應(yīng)用中該傳遞函數(shù)的濾波時(shí)間τ＝t/kp1，因伺服卡比例增益值kp1較大，所以一般τ較小(0.5s左右)。為了簡(jiǎn)化分析，進(jìn)一步將圖5模型簡(jiǎn)化為圖6所示的開環(huán)傳遞函數(shù)gk(s)模型，如式(4)所示。

gk(s)＝g1(s)g2(s)g3(s)(4)

其中

根據(jù)自動(dòng)控制理論，具有單位反饋的開環(huán)傳遞函數(shù)，其對(duì)應(yīng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)模型如下式(6)所示。

其中g(shù)k1(s)表示開環(huán)傳遞函數(shù)(式(4)所示)的分子部分。根據(jù)式(6)所示的閉環(huán)傳遞函數(shù)以及自動(dòng)控制理論，為了滿足系統(tǒng)穩(wěn)定，gb(s)分母的多項(xiàng)式必須滿足

其中

從式(8)可見，a3、a0均大于0；為了滿足系統(tǒng)穩(wěn)定充要條件，還需保證a2>0、a1a2－a0a3>0。從式(8)可看出，水輪機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)能否穩(wěn)定除了與控制系統(tǒng)pi參數(shù)有關(guān)，還和各個(gè)環(huán)節(jié)(例如引水管道及原動(dòng)機(jī)、機(jī)組及負(fù)荷慣性時(shí)間常數(shù)等)實(shí)測(cè)參數(shù)有關(guān)。

為了滿足式(8)中有關(guān)系數(shù)并簡(jiǎn)化問(wèn)題的分析流程，本發(fā)明將機(jī)組調(diào)速實(shí)測(cè)建模過(guò)程中的模型辨識(shí)結(jié)果作為已知條件代入式(8)傳遞函數(shù)分母中分別計(jì)算a2以及a1a2－a0a3數(shù)值。

2機(jī)組一次調(diào)頻關(guān)鍵控制參數(shù)取值域分析

2.1一次調(diào)頻性能指標(biāo)轉(zhuǎn)換

根據(jù)機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型(圖1～圖3)，同時(shí)考慮現(xiàn)有一次調(diào)頻響應(yīng)幅度、速度性能要求：采用開度作為反饋的機(jī)組，至接力器到達(dá)目標(biāo)值90％的上升時(shí)間t0.9不超過(guò)12s，機(jī)組在時(shí)域內(nèi)響應(yīng)幅度與控制系統(tǒng)的參數(shù)kp、ki、bp有關(guān)，采用公式表示如下：

一般情況，為了迅速響應(yīng)電網(wǎng)功率需求，機(jī)組一次調(diào)頻參數(shù)不會(huì)設(shè)置微分系數(shù)kd。

為了能在時(shí)域內(nèi)對(duì)其進(jìn)行分析并判斷其性能是否能滿足技術(shù)導(dǎo)則性能要求，這里采用階躍頻差進(jìn)行擾動(dòng)，并將式(9)變換如下：

從上式可看出，當(dāng)輸入為階躍量△f時(shí)，導(dǎo)葉開度給定pcv的變化量取決于式(11)～(12)所示的傳遞函數(shù)。

kkp(11)

由于式(11)對(duì)應(yīng)的傳遞函數(shù)所產(chǎn)生的響應(yīng)是階躍，可忽略其時(shí)間；所以pcv變化趨勢(shì)主要根據(jù)式(12)確定。

為滿足導(dǎo)則t0.9要求，分析導(dǎo)葉開度指令pcv上升時(shí)間的相關(guān)因素，需要在時(shí)域上對(duì)pcv變化趨勢(shì)進(jìn)行分析。本發(fā)明將式(12)進(jìn)行拉普拉斯反變換，如下所示：

從式(13)可看出，時(shí)域環(huán)境中在△f階躍作用下調(diào)速控制系統(tǒng)導(dǎo)葉開度指令輸出pcv變化幅度a可為：

△fkkp+△fk(1/bp-kp)(14)

即幅度有a＝△fk/bp，所以90％整體幅度等于：0.9△fk/bp，根據(jù)導(dǎo)則要求，從時(shí)域角度看，第2項(xiàng)式(12)對(duì)應(yīng)的時(shí)域函數(shù)在t0.9時(shí)需達(dá)到：

0.9△fk/bp-△fkkp(15)

根據(jù)上文時(shí)域函數(shù)可得：

進(jìn)一步地可得：

因此，可得

將上式變換即可得：

進(jìn)一步變換可得到：

2.2一次調(diào)頻關(guān)鍵控制參數(shù)

由于調(diào)速控制系統(tǒng)死區(qū)、不等率一般由電力調(diào)度機(jī)構(gòu)下發(fā)定值，本次分析所針對(duì)的孤網(wǎng)機(jī)組不等率為4％，因此在不等率bp一定的前提下，根據(jù)上文可得控制參數(shù)kp、ki必須滿足：

考慮極端情況，當(dāng)ki很小時(shí)，kp≥25；或者當(dāng)kp很小時(shí)，ki≥4.798都可以滿足上式的關(guān)系。在死區(qū)、不等率固定的情況下，一次調(diào)頻關(guān)鍵控制參數(shù)即為比例控制參數(shù)kp、積分控制參數(shù)ki。

3pi控制參數(shù)整定實(shí)現(xiàn)技術(shù)方案及其流程

3.1pi控制參數(shù)整定實(shí)現(xiàn)技術(shù)方案

目前機(jī)組孤網(wǎng)控制參數(shù)切換機(jī)理主要基于頻率擾動(dòng)大小進(jìn)行判斷，一般情況下采用這種切換機(jī)制是合適的，但在特定情況下(例如2015年9月19日因直流線路閉鎖導(dǎo)致華東電網(wǎng)頻率發(fā)生短時(shí)大幅波動(dòng))，此時(shí)頻率雖然發(fā)生較大幅度波動(dòng)，但實(shí)際上機(jī)組并未進(jìn)入孤網(wǎng)運(yùn)行，若采用上述參數(shù)切換機(jī)制，則機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)就會(huì)進(jìn)入孤網(wǎng)模式運(yùn)行。如果機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)調(diào)頻、孤網(wǎng)控制參數(shù)分開設(shè)置，一般孤網(wǎng)控制參數(shù)比例、積分系數(shù)較小，進(jìn)入孤網(wǎng)模式運(yùn)行后，機(jī)組調(diào)頻性能將難以滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。而頻率跌落過(guò)程正需要機(jī)組提供出力支撐，因此采用此種切換機(jī)制可能會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)需要機(jī)組提供支撐時(shí)機(jī)組卻無(wú)力提供出力的局面。在水電機(jī)組容量占比較多的區(qū)域，功率缺額將會(huì)進(jìn)一步造成頻率的跌落從而產(chǎn)生更為嚴(yán)重的后果，顯然不利于電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

由于控制設(shè)備以及采樣精度存在一定程度不確定性，因此本發(fā)明選擇以下方案作為水電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化控制策略：采用一套控制參數(shù)，既要實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻性能、又要實(shí)現(xiàn)機(jī)組并網(wǎng)以及小干擾穩(wěn)定性。考慮到小干擾穩(wěn)定性與一次調(diào)頻時(shí)間尺度不一樣，若先滿足小干擾穩(wěn)定性則容易出現(xiàn)取保守值而導(dǎo)致無(wú)法滿足一次調(diào)頻性能的情況出現(xiàn)；因此本發(fā)明分析思路為先滿足一次調(diào)頻性能的最低要求，其次再滿足小干擾穩(wěn)定性的要求。

基于上文分析，調(diào)速系統(tǒng)pi控制參數(shù)整定實(shí)現(xiàn)方案如下圖7中所示：

(1)確定可能孤網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組及其所在孤立網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

(2)原動(dòng)機(jī)及調(diào)速系統(tǒng)實(shí)測(cè)建模，獲得模型實(shí)測(cè)參數(shù)；

(3)頻域/時(shí)域模型轉(zhuǎn)換；

(4)時(shí)域模型性能分析并求出pi參數(shù)域1；

(5)代入模型實(shí)測(cè)參數(shù)，開展頻域模型穩(wěn)定分析，并求出pi參數(shù)域2；

(6)根據(jù)(4)、(5)所得pi參數(shù)域取交集，然后輸出整定pi控制參數(shù)約束域，使得其既滿足調(diào)頻性能、又滿足小干擾穩(wěn)定性。

3.2pid控制參數(shù)整定流程

根據(jù)上文提出的控制參數(shù)整定方案，提出了控制參數(shù)整定流程，如圖8所示。

4實(shí)例

在本發(fā)明一具體實(shí)施例中，首先，進(jìn)行各個(gè)環(huán)節(jié)模型參數(shù)辨識(shí)(控制系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、引水管道及原動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)及負(fù)荷)，由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)、引水管道及原動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)及負(fù)荷模型參數(shù)為機(jī)組及其所在孤網(wǎng)固有特性的展示，一般不去調(diào)整或者調(diào)整空間不大，可以調(diào)整的參數(shù)為控制系統(tǒng)pi控制參數(shù)?，F(xiàn)結(jié)合上文的參數(shù)整定思路，開展pi控制參數(shù)優(yōu)化。

如圖9所示為某水電廠孤立網(wǎng)運(yùn)行時(shí)地理接線圖。電廠通過(guò)2回220kv線路與大電網(wǎng)相連接，有2臺(tái)額定出力為50mw的水輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)組開機(jī)情況如表1，通過(guò)調(diào)節(jié)#1機(jī)組出力實(shí)現(xiàn)潮流平衡；機(jī)組為立軸混流式機(jī)組，采用某型號(hào)調(diào)速系統(tǒng)(控制框圖詳見圖1中所示)。

表1網(wǎng)內(nèi)機(jī)組出力情況

本發(fā)明模擬220kv連接線n-2故障情況下孤網(wǎng)內(nèi)機(jī)組調(diào)頻、穩(wěn)定性能仿真，內(nèi)有4個(gè)變電站，這里分別采用s1、s2、s3、s4表示，如表2所示。

表2網(wǎng)內(nèi)主要負(fù)荷情況

5機(jī)組調(diào)速控制系統(tǒng)實(shí)測(cè)建模

5.1控制參數(shù)實(shí)測(cè)建模

通過(guò)在頻差處施加+0.2hz階躍擾動(dòng)(含死區(qū)+0.05hz)，分別記錄頻差、導(dǎo)葉開度給定pcv數(shù)值，依次進(jìn)行比例、積分、比例+積分+bp測(cè)試，通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)辨識(shí)可得kp、ki、bp分別為kp＝4.5p.u.、ki＝6.4p.u.、bp＝4％。與控制系統(tǒng)設(shè)置值對(duì)比可見兩者基本一致，因此人機(jī)交換界面設(shè)置數(shù)值即為控制參數(shù)實(shí)際作用數(shù)值，擬合效果見圖10所示。本發(fā)明將會(huì)根據(jù)上文提出的兼顧小擾動(dòng)穩(wěn)定性及調(diào)頻性能的參數(shù)優(yōu)化策略對(duì)pi控制參數(shù)數(shù)值進(jìn)行優(yōu)化。導(dǎo)葉開度給+5％、-5％定階躍實(shí)測(cè)、仿真數(shù)據(jù)對(duì)比參見表3。

表3導(dǎo)葉開度給+5％、-5％定階躍實(shí)測(cè)、仿真數(shù)據(jù)對(duì)比

5.2執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)測(cè)建模

執(zhí)行機(jī)構(gòu)模型辨識(shí)如下：通過(guò)在主接力器入口處施加導(dǎo)葉開度給定±100％階躍擾動(dòng)，分別得到全開、全關(guān)時(shí)間to＝tc＝9.6s，在此基礎(chǔ)上辨識(shí)得執(zhí)行機(jī)構(gòu)伺服卡pid控制參數(shù)為：kp1＝20.0p.u.。所以執(zhí)行機(jī)構(gòu)慣性時(shí)間常數(shù)τ＝0.48s。執(zhí)行機(jī)構(gòu)擬合效果見圖11～12所示。

5.3引水管道及原動(dòng)機(jī)實(shí)測(cè)建模

某水電廠1號(hào)發(fā)電機(jī)組引水管道及水輪機(jī)采用圖3所示模型描述，在開環(huán)方式下，通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)辨識(shí)得到水輪機(jī)等效模型的參數(shù)：k1＝2.0，tw＝1.36s。

5.4發(fā)電機(jī)及負(fù)荷模型辨識(shí)

根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)辨識(shí)可得發(fā)電機(jī)及負(fù)荷簡(jiǎn)化模型參數(shù)en＝3.0p.u.，ta＝2.6p.u.。

5.5動(dòng)態(tài)穩(wěn)定分析以及調(diào)頻性能分析

5.5.1小干擾穩(wěn)定性分析

根據(jù)5.2辨識(shí)所得發(fā)電機(jī)組原動(dòng)機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)測(cè)參數(shù)，代入式(8)中進(jìn)行計(jì)算，分別可得a0、a1、a2、a3，見式(22)所示。

通過(guò)式(22)結(jié)合式(8)，即可得式(23)，pi控制參數(shù)必須滿足式(23)方可以滿足小干擾穩(wěn)定性。通過(guò)結(jié)合式(21)、(23)即可得到pi控制參數(shù)性能以及穩(wěn)定約束域。選取穩(wěn)定約束域內(nèi)的幾組pi控制參數(shù)進(jìn)行分析，如表4所示。

表4基于本文算法所得控制參數(shù)組合的穩(wěn)定性分析

為了進(jìn)一步從側(cè)面證明本發(fā)明方法的有效性，采用小干擾穩(wěn)定性分析軟件，依據(jù)表4中控制參數(shù)設(shè)定以及原動(dòng)機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng)各環(huán)節(jié)實(shí)測(cè)參數(shù)，根據(jù)表2～3所示的機(jī)組、負(fù)荷出力搭建圖12所示的網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行小干擾穩(wěn)定性分析，結(jié)果如表5所示。由于特征根的實(shí)部在s副半軸，且具備較大的阻尼比，因此表4中pi控制參數(shù)組合可以滿足小干擾穩(wěn)定性。

表5采用小干擾穩(wěn)定性分析軟件所得特征根及阻尼比

5.5.2調(diào)頻性能分析

構(gòu)建圖9所示的孤立電網(wǎng)仿真平臺(tái)，通過(guò)表4中所得pi控制參數(shù)組合，進(jìn)行±0.10hz、±0.15hz、±0.20hz頻差階躍擾動(dòng)，并觀察調(diào)速系統(tǒng)開度給定pcv的響應(yīng)特性，如圖13～15所示，導(dǎo)則規(guī)定的響應(yīng)特性分析如表6中所示。

表6基于本文算法所得控制參數(shù)組合的一次調(diào)頻響應(yīng)性能分析

可以看出，隨著積分系數(shù)增大，機(jī)組一次調(diào)頻能力逐漸提高。所選pi控制參數(shù)也能滿足一次調(diào)頻性能要求。

以上是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本發(fā)明技術(shù)方案的范圍時(shí)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。