CN103942355B - 一种模拟水轮发电机组电液随动***的建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种模拟水轮发电机组电液随动***的建模方法,特别是一种适用于孤岛运行条件下模拟水轮发电机组电液随动***的精确建模方法。本发明模拟电液传动***的控制过程,考虑主配压阀实际动作过程及导叶接力器的两段开关速率限制,提出电力***仿真计算中电液随动***数学模型的实现方法。本发明的模型能准确反映导叶动作的实际特性,能精确地模拟主配压阀的动作特性及导叶接力器的开关过程,特别是在孤岛***中,频率变化范围大且变化速率高,能准确地计算***扰动过程中导叶开度的变化。特别适用于精确仿真水电站仅与直流输电整流站相连接的孤岛***的功率波动与频率变化之间的关系。
Description
技术领域
本发明主要涉及电力***仿真计算技术领域,特别涉及一种适用于孤岛运行条件下模拟水轮发电机组电液随动***的精确建模方法,属于模拟水轮发电机组电液随动***的建模方法的创新技术。
技术背景
现代水轮发电机组的水轮机主接力器运转通常是由微机调速***控制的,由电液随动***与微机调节器成,它是水轮发电机组控制***的一个主要部分。电液随动***由于具有功率放大系数大、运动平稳、时间常数小、响应快、控制精度高等优点,在调速***中得到了广泛的应用。
电液随动***主要由主配压阀、集成阀块、滤油器等几部分组成。主配压阀是实现操作接力器的功能部件;集成阀块上集成了***中的绝大部分液压控制和操作元件,是实现液压逻辑各元件总成后的功能部件;滤油器是向***中液压控制元件提供洁净压力油的功能部件。电液随动***各元件动态性能相互影响及***本身的非线性,致使其动态性能复杂,难以用固定的解析式来描述,需要通过不同运行工况的试验来测定。目前在电力***计算中采用的电液随动***计算模型一般是一个简化的一阶反馈环节,但其固定的PI参数无法适应所有的运行工况,导致电力***计算结果与实际响应存在较大偏差。特别是在水电站仅与直流输电整流站相连接,即一个或多个水电站与直流输电送端换流站组成孤岛***运行时,对有功功率变化非常敏感,功率波动导致的频率变化范围大。例如,云广特高压直流输电工程在送端楚雄换流站孤岛运行时,由于各种扰动,孤岛***频率可能在48Hz至65Hz范围内。因此,建立更为贴近实际的精确电液随动***模型,才能准确地反映电力***与发电机组的功率调整和频率变化,为准确的分析计算提供可靠的基础。
发明内容
本发明的目的在于克服现有电液随动***计算的不足,提出了一种模拟水轮发电机组电液随动***的建模方法,本发明能精确地模拟主配压阀的动作特性及导叶接力器的开关过程,特别适用于精确仿真水电站仅与直流输电整流站相连接的孤岛***的功率波动与频率变化之间的关系。
本发明提供的一种模拟水轮发电机组电液随动***的建模方法,包括以下步骤:
本发明的模拟水轮发电机组电液随动***的建模方法,所述模拟水轮发电机组电液随动***包括有导叶位移传感器、比例阀、主配压阀、导叶接力器,模拟水轮发电机组电液随动***的建模方法包括如下步骤:
1)导叶位移传感器采集导叶开度Y;
2)计算所述导叶开度Y与开度目标值Y_ref的差值即开度偏差量△Y;
3)根据所述开度偏差量△Y计算主配压阀行程计算值Sp1;
4)判断所述主配压阀行程计算值Sp1是否越限,若是,则将Sp1限制在允许范围Spmin~Spmax之间,得到主配压阀行程Sp,否则进入步骤5);
5)根据所述主配压阀行程Sp计算导叶接力器行程,即导叶开度计算值Y1;
6)判断所述导叶开度计算值Y1是否属于打开过程,若是,则进入步骤7),否则进入步骤10);
7)判断导叶开度计算值Y1是否大于临界值Y_inf,若是则进入步骤8),否则进入步骤9);
8)判断导叶开度计算值Y1的变化速率是否超过快开速率Ryo_ft,若是,则限制导叶开度计算值Y1的变化率为快开速率Ryo_ft,得到导叶开度限制值Y2,否则进入步骤13);
9)判断导叶开度计算值Y1的变化速率是否超过慢开速率Ryo_sw,若是,则限制Y1的变化率为慢开速率Ryo_sw,得到导叶开度限制值Y2,否则进入步骤13);
10)判断导叶开度计算值Y1是否大于临界值Y_inf,若是,则进入步骤11),否则进入步骤12);
11)判断导叶开度计算值Y1的变化速率是否超过快关速率Ryc_ft,若是,则限制Y1的变化率为快关速率Ryc_ft, 得到导叶开度限制值Y2,否则进入步骤13);
12)判断导叶开度计算值Y1的变化速率是否超过慢关速率Ryc_sw,若是,则限制Y1的变化率为慢关速率Ryc_sw,得到导叶开度限制值Y2,否则进入步骤13);
13)判断所述导叶开度限制值Y2是否越限,若是,则限制导叶开度在允许范围Ymin~Ymax之间,得到导叶开度Y,否则进入步骤14);
14)输出导叶开度Y,返回步骤1)进行下一次采样;
上述步骤3)用积分方法计算主配压阀的行程。
上述步骤7)~9),对导叶打开的过程进行两段速率限制。
上述步骤10)~12),对导叶关闭的过程进行两段速率限制。
上述步骤3)主配压阀行程计算值Sp1的计算通过开度偏差量△Y的积分反馈计算得到。
上述步骤5) 导叶开度计算值Y1通过主配压阀行程Sp的积分计算得到。
本发明与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明详细模拟了电液传动***的控制过程,考虑了主配压阀实际动作过程及导叶接力器的两段开关速率限制,提出了电力***仿真计算中电液随动***数学模型的实现方法。该模型能准确反映导叶动作的实际特性,特别是在孤岛***中,频率变化范围大且变化速率高,本发明能准确地计算***扰动过程中导叶开度的变化,为电力***的分析计算提供可靠的基础。
附图说明
图1为电液随动***控制结构。
图2为电液随动***传递函数框图。
图3为电液随动***的精确模型的实现方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明,但本发明不受所述具体实施例所限。
本发明研究了水轮发电机组调速器电液随动***的控制结构,如附图1,提出了模拟水轮发电机组调速器电液随动***模型,如附图2所示,图2中,T1为主配压阀时间常数,T2为导叶接力器时间常数,该模型结构合理,具有较好的可操作性和适应性,可以正确模拟水轮发电机组导叶接力器的动作特性。仿真模型包含主配压阀动作环节、导叶接力器动作环节、导叶变化速率限制环节等。
1)主配压阀动作环节说明
主配压阀行程对应油门开度,最大油门开度对应导叶接力器的最快开启速度,故需对主配压阀行程进行上下限制,满足Spmin<Sp<Spmax。
2)导叶接力器动作环节说明
导叶接力器由油动机推动,油量对应即接力器行程,故接力器行程为油门开度的积分值。接力器行程即对应导叶开度Y,控制水轮机进水量的大小,导叶开度Y需满足Ymin<Y<Ymax。
3)导叶变化速率限制环节说明
为了保护水轮机导叶,一般设置有两段关闭规律。即在导叶开度大于临界值Y_inf时,可以较大的速度进行开关,在导叶开度小于Y_inf时,需以较小的速度进行开关。导叶开关的速度不同,在负载变化时,水轮发电机组的频率响应曲线也不同,故该环节对水轮发电机组的频率仿真计算至关重要。
附图3是本发明实施例的电力***仿真中水轮发电机组电液随动***模型的实现方法流程图。
本发明实施例的电力***仿真中水轮发电机组电液随动***包括有导叶位移传感器、比例阀、主配压阀、导叶接力器等,模拟水轮发电机组电液随动***的建模方法包括如下步骤:
1)导叶位移传感器采集导叶开度Y;
2)计算所述导叶开度Y与开度目标值Y_ref的差值即开度偏差量△Y;
3)根据所述开度偏差量△Y计算主配压阀行程计算值Sp1;
4)判断所述主配压阀行程计算值Sp1是否越限,若是则将Sp1限制在允许范围Spmin~Spmax之间,得到主配压阀行程Sp,否则进入步骤5);
5)根据所述主配压阀行程Sp计算导叶接力器行程,即导叶开度计算值Y1;
6)判断所述导叶开度计算值Y1是否属于打开过程,若是则进入步骤7),否则进入步骤10);
7)判断导叶开度计算值Y1是否大于临界值Y_inf,若是则进入步骤8),否则进入步骤9);
8)判断导叶开度计算值Y1的变化速率是否超过快开速率Ryo_ft,若是,则限制Y1的变化率为快开速率Ryo_ft,得到导叶开度限制值Y2,否则进入步骤13);
9)判断导叶开度计算值Y1的变化速率是否超过慢开速率Ryo_sw,若是,则限制Y1的变化率为慢开速率Ryo_sw,得到导叶开度限制值Y2,否则进入步骤13);
10)判断导叶开度计算值Y1是否大于临界值Y_inf,若是,则进入步骤11),否则进入步骤12);
11)判断导叶开度计算值Y1的变化速率是否超过快关速率Ryc_ft,若是,则限制Y1的变化率为快关速率Ryc_ft, 得到导叶开度限制值Y2,否则进入步骤13);
12)判断导叶开度计算值Y1的变化速率是否超过慢关速率Ryc_sw,若是,则限制Y1的变化率为慢关速率Ryc_sw,得到导叶开度限制值Y2,否则进入步骤13);
13)判断所述导叶开度限制值Y2是否越限,若是,则限制导叶开度在允许范围Ymin~Ymax之间,得到导叶开度Y,否则进入步骤14);
14)输出导叶开度Y,返回步骤1)进行下一次采样。
综上所述,依照本发明的电力***仿真中水轮发电机组电液随动***模型的实现方法,具有较好的可操作性和适应性,可以方便的模拟水轮发电机组导叶开度的开关过程,能够应用于电力***水轮发电机组,特别是直流输电工程送端***孤岛运行中的水轮发电机组的仿真计算。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种模拟水轮发电机组电液随动***的建模方法,模拟水轮发电机组电液随动***包括有导叶位移传感器、比例阀、主配压阀、导叶接力器,其特征在于模拟水轮发电机组电液随动***的建模方法包括如下步骤:
1)导叶位移传感器采集导叶开度Y;
2)计算所述导叶开度Y与开度目标值Y_ref的差值即开度偏差量△Y;
3)根据所述开度偏差量△Y计算主配压阀行程计算值Sp1;
4)判断所述主配压阀行程计算值Sp1是否越限,若是,则将Sp1限制在允许范围Spmin~Spmax之间,得到主配压阀行程Sp,否则进入步骤5);
5)根据所述主配压阀行程Sp计算导叶接力器行程,即导叶开度计算值Y1;
6)判断所述导叶开度计算值Y1是否属于打开过程,若是,则进入步骤7),否则进入步骤10);
7)判断导叶开度计算值Y1是否大于临界值Y_inf,若是则进入步骤8),否则进入步骤9);
8)判断导叶开度计算值Y1的变化速率是否超过快开速率Ryo_ft,若是,则限制导叶开度计算值Y1的变化率为快开速率Ryo_ft,得到导叶开度限制值Y2,否则进入步骤13);
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10)判断导叶开度计算值Y1是否大于临界值Y_inf,若是,则进入步骤11),否则进入步骤12);
11)判断导叶开度计算值Y1的变化速率是否超过快关速率Ryc_ft,若是,则限制Y1的变化率为快关速率Ryc_ft, 得到导叶开度限制值Y2,否则进入步骤13);
12)判断导叶开度计算值Y1的变化速率是否超过慢关速率Ryc_sw,若是,则限制Y1的变化率为慢关速率Ryc_sw,得到导叶开度限制值Y2,否则进入步骤13);
13)判断所述导叶开度限制值Y2是否越限,若是,则限制导叶开度在允许范围Ymin~Ymax之间,得到导叶开度Y,否则进入步骤14);
14)输出导叶开度Y,返回步骤1)进行下一次采样。
2.根据权利要求1所述的模拟水轮发电机组电液随动***的建模方法,其特征在于上述步骤3)用积分方法计算主配压阀的行程。
3.根据权利要求1所述的模拟水轮发电机组电液随动***的建模方法,其特征在于上述步骤5) 导叶开度计算值Y1通过主配压阀行程Sp的积分计算得到。
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