基于热力系统实际出力约束的发电机调速系统模型及建模

摘要

本发明公开了一种基于热力系统实际出力约束的发电机调速系统模型及其建模方法，其中系统模型可以根据系统频率、给定的频率参考值以及给定的功率参考值，并基于热力系统的实际出力约束、汽门动作范围以及轴系系统的惯性，进而对发电机的输出机械功率进行实时控制，克服了现有模型过于复杂的问题，建立精细度适中、工程实用性较高以及可靠性高的发电机调速模型；其中建模方法操作简单，切合实际电网，所获取的模型参数可靠有效，对电力系统的稳定运行有着重要的意义。

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电机调速系统模型，特别是涉及一种基于热力系统实际出力约束的发电机调速系统模型及其建模方法，属于发电机调速系统实时控制技术领域。

背景技术

随着我国用电负荷不断增长，对于电力系统供电稳定性的要求越来越高。区域供配电稳定性影响了社会经济生产和生活。大型机组的参数性能与电网发输电的稳定性紧密相关。控制调节发电机机组的参数，提高电网运行的稳定性，将直接关系到系统的安全稳定运行水平。

目前，常规机电暂态仿真过于简化，不能精确仿真各类发电机组的发电过程；而现有的调速模型太过复杂，所以需要提供精细度适合、可靠性较高的发电机调速系统模型。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种基于热力系统实际出力约束的发电机调速系统模型及其建模方法，实现对发电机的输出机械功率的实时控制，具有模型精细度适合、工程实用性较高以及可靠性高的优点。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于热力系统实际出力约束的发电机调速系统模型，其输入量为系统频率f、给定的频率参考值f₀和给定的功率参考值P₀，输出量为发电机的输出机械功率p。

其中，所述系统频率f、给定的频率参考值f₀比较之后产生频率偏差信号Δf＝f-f₀，将频率偏差信号Δf乘以后所得的积值加数值1作为系统的约束条件；则约束条件表示为其中，D为比例因子。

而且，所述发电机的输出机械功率p与给定的功率参考值p₀作差值之后得到机械功率偏差Δp＝p-p₀，将机械功率偏差求和后所得的和值作为系统的反馈条件反馈到热力系统；则反馈条件表示为ΣΔp，再结合热力系统的实际出力A和约束条件控制热力系统的实际出力输出；将热力系统的实际出力输出依次通过汽门动作范围的限制以及轴系系统的惯性调节，实时控制并更新发电机的输出机械功率p。

本发明进一步设置为：所述汽门动作范围为B_min～B_max，其中，B_min为汽门动作的最小值，B_max为汽门动作的最大值。

本发明进一步设置为：所述轴系系统的惯性调节的传递函数为其中，C为轴系系统的比例环节参数，T为轴系系统惯性时间常数，s为微分算子。

本发明还提供基于热力系统实际出力约束的发电机调速系统模型的建模方法，包括以下步骤：

1)对待研究区域内的发电机组进行统计，获得发电机组的相关资料，即发电机的类型、发电机的潮流数据和发电机的暂态数据；

2)对统计的发电机进行分类，并针对每一类选取典型机组进行分析研究其机电暂态过程；

3)由实际电网的实测数据进行数据拟合，获取模型参数；

其中实测数据包括系统频率f、给定的频率参考值f₀、给定的功率参考值P₀和发电机的输出机械功率p；模型参数包括比例因子D、热力系统的实际出力A、汽门动作的最小值B_min、汽门动作的最大值B_max、轴系系统的比例环节参数C、轴系系统惯性时间常数T和微分算子s，以及差分或积分环节步长；

4)将模型参数与实测数据进行比对校核，判断数据误差是否在允许范围之内；

若数据误差是在允许范围之内，则模型参数确定，建模结束；

若数据误差不在允许范围之内，则返回步骤3)，进行重新数据拟合和获取模型参数。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

本发明提供的基于热力系统实际出力约束的发电机调速系统模型及其建模方法，其中系统模型可以根据系统频率、给定的频率参考值以及给定的功率参考值，并基于热力系统的实际出力约束、汽门动作范围以及轴系系统的惯性，进而对发电机的输出机械功率进行实时控制，克服了现有模型过于复杂的问题，建立精细度适中、工程实用性较高以及可靠性高的发电机调速模型；其中建模方法操作简单，切合实际电网，所获取的模型参数可靠有效，对电力系统的稳定运行有着重要的意义。

上述内容仅是本发明技术方案的概述，为了更清楚的了解本发明的技术手段，下面结合附图对本发明作进一步的描述。

附图说明

图1为本发明基于热力系统实际出力约束的发电机调速系统模型的模型示意图；

图2为本发明基于热力系统实际出力约束的发电机调速系统模型的建模方法的流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明提供一种基于热力系统实际出力约束的发电机调速系统模型，其输入量为系统频率f、给定的频率参考值f₀和给定的功率参考值p₀，输出量为发电机的输出机械功率p。

所述系统频率f、给定的频率参考值f₀比较之后产生频率偏差信号Δf＝f-f₀，将频率偏差信号Δf乘以后所得的积值加数值1作为系统的约束条件；则约束条件表示为其中，D为比例因子。

所述发电机的输出机械功率p与给定的功率参考值p₀作差值之后得到机械功率偏差Δp＝p-p₀，将机械功率偏差求和后所得的和值作为系统的反馈条件反馈到热力系统；则反馈条件表示为ΣΔp，再结合热力系统的实际出力A和约束条件控制热力系统的实际出力输出；将热力系统的实际出力输出依次通过汽门动作范围的限制以及轴系系统的惯性调节，实时控制并更新发电机的输出机械功率p。图1中所示的编号为1的方框表示热力系统的实际出力A，编号为2的方框表示汽门动作范围，编号为3的方框表示轴系系统的惯性。

所述汽门动作范围为B_min～B_max，其中，B_min为汽门动作的最小值，B_max为汽门动作的最大值。

所述轴系系统的惯性调节的传递函数为其中，C为轴系系统的比例环节参数，T为轴系系统惯性时间常数，s为微分算子。

如图2所示，本发明还提供基于热力系统实际出力约束的发电机调速系统模型的建模方法，包括以下步骤：

1)对待研究区域内的发电机组进行统计，获得发电机组的相关资料，即发电机的类型、发电机的潮流数据和发电机的暂态数据。

2)对统计的发电机进行分类，并针对每一类选取典型机组进行分析研究其机电暂态过程。

3)由实际电网的实测数据进行数据拟合，获取模型参数；其中实测数据包括系统频率f、给定的频率参考值f₀、给定的功率参考值P₀和发电机的输出机械功率p；模型参数包括比例因子D、热力系统的实际出力A、汽门动作的最小值B_min、汽门动作的最大值B_max、轴系系统的比例环节参数C、轴系系统惯性时间常数T和微分算子s，以及差分或积分环节步长。

4)将模型参数与实测数据进行比对校核，判断数据误差是否在允许范围之内；若数据误差是在允许范围之内，则模型参数确定，建模结束；若数据误差不在允许范围之内，则返回步骤3)，进行重新数据拟合和获取模型参数。

本发明的创新点在于，当发电机的输出机械功率和给定的功率参考值出现偏差时，即出现机械功率偏差不为零时，根据对机械功率偏差进行积分或微分处理的结果，对热力系统的实际出力进行调整；继而在考虑汽门动作范围以及轴系系统的惯性调节基础上，实现对发电机的输出机械功率进行实时控制。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。