技術領域

本發明涉及一種電力系統技術領域，具體為一種水輪機組暫態模型的仿真方法。

背景技術

電力系統是一個由發電、輸電、變電、配電和用電等設備，以及輔助控制設備和保護系統構成的超大規模復雜系統，組成元件眾多。電力系統的功能是將自然界的一次能源通過發電動力裝置轉化成電能，再經輸電、變電和配電將電能供應到各用戶。電能質量指標主要有頻率、電壓等，其中頻率既是表征電能質量的主要指標，又是系統運行的重要參數，因此維持頻率在計劃值附近對于電力系統穩定運行有著重要的意義。而使頻率保持在計劃值附近的前提便是電力系統有功功率的平衡。

電力系統有功功率平衡是一個極其復雜的過程，其平衡過程涉及因素眾多，具有多時間尺度、多手段的特點。為了有效地完成互聯電網的有功功率平衡，需要更加深入的研究；同時由于電力是國家經濟的命脈，電力系統的安全穩定運行對于工業生產和人民生活有著重要意義，因此，有關有功平衡方面的研究成果在試驗階段不可能直接運用于實際的電力系統，否則一旦發生事故，將導致生產停頓、生活混亂、甚至危及人身和設備安全，形成十分嚴重的后果，這樣給國民經濟造成的損失會遠遠超過電力系統本身的損失。

為了避免上述提到的不必要的損失，實際操作中通過在仿真系統中的相關試驗來驗證研究方案在所有可能面臨的運行條件下均具有正確性和可靠性；因此，采用準確易用的仿真平臺及方式對于電力系統有功功率平衡的相關研究十分重要。現有技術中的仿真平臺及仿真方式主要有以下幾種：①基于設備暫態模型的仿真，這種仿真方式動態過程刻畫精細準確、模型參數復雜、仿真時間較長、由于有功平衡仿真是面向分鐘及小時量級的中長時間尺度的系統運行動態仿真，不關注秒級尺度的動態過程，且對仿真效率要求較高；②針對大范圍電網的穩態仿真，如電網的潮流計算等，這種仿真方式完全忽略所有中間動態過程，只能給出最后的穩態結果；③基于代數運算與抽象模型的仿真，如文獻Yu Ba and Wei-Dong Li.A Simulation Scheme for AGC Relevant Studies.IEEE Transactions on Power Systems,2013,28(4):3621-3628.提出的仿真方式，其核心是以能量守恒定律為基礎，且將機組模型抽象為端部特性參數，具有模型參數簡單、仿真效率高等優點，更適合于有功平衡所需的多區域長時間仿真研究，但是由于這種方式采用簡單而統一的端部輸出特性參數描述方式，不能區分各類機組間的性能差異，造成中長期動態仿真過程誤差過大，不能很好地滿足有功功率平衡研究的仿真精度需求。

綜上所述，第①種仿真方式模型過于精細造成仿真時間過長，難以實用；而有功功率平衡仿真注重分鐘～小時時間尺度內整個系統的動態過程，對動態細節要求不高；同時第①種仿真方式大量采用微分方程進行建模，而對于微分方程求解往往基于迭代法，需要大量計算，仿真效率比較低，尤其是當有功平衡研究經常需要長時間(如月、年)仿真時，會造成仿真耗時過長；第②種仿真方式是針對大范圍電網穩態仿真，只保留穩態結果，并無動態過程，而有功平衡相關仿真研究，需要對系統中各類發電機組進行模擬，并針對負荷秒至分鐘級的波動而進行調整，因此第②種仿真方式并不適用于有功平衡仿真；第③種仿真方式雖然簡化了模型且提高了仿真效率，但采用統一模型忽略了各類機組性能差異，在有功平衡仿真的時間尺度上會造成一定誤差，導致仿真動態過程精度不夠，而有功平衡仿真通常需要反映不同類型機組如汽輪機組、水輪機組等的特性差異；若為保證仿真精度，則必須采用暫態模型，勢必造成仿真效率低下，難以實用；若采用簡單的抽象模型，仿真效率雖然得以保證，但會導致仿真動態過程不夠準確，仿真結果不能起到實際的指導作用。

發明內容

本發明針對以上問題的提出，而研制一種水輪機組暫態模型的仿真方法。

本發明的技術手段如下：

一種水輪機組暫態模型的仿真方法，包括如下步驟：

步驟1：建立水輪機調速器模型和水輪機模型；

將水輪機調速器的功率輸出ΔP_GV通過一階慣性環節、積分環節和比例環節的形式表示；所述一階慣性環節、積分環節和比例環節的形式為e＝P₀σ-b-Δf、其中s為拉普拉斯算子、為比例環節的比例系數、T_P為一階慣性環節Ⅰ的時間常數、P₀為給定參考功率、σ為水輪機調速器的靜態調差率、Δf為給定頻率偏差、δ為水輪機調速器的瞬態調差率、T_R為一階慣性環節Ⅱ的時間常數；