[发明专利]基于状态空间分析的水轮机调速器参数整定方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于状态空间分析的水轮机调速器参数整定方法及系统，方法包括：计算异步联网送端系统负荷的频率响应系数；建立水轮机系统开环传递函数，并求解相应的阶跃响应函数；根据计算的频率响应系数建立异步联网下水轮机及其调速闭环系统的状态空间方程，并求解建立的状态空间方程实部最大的特征值及其对应的阻尼比；根据求解的阶跃响应函数、建立的状态空间方程以及状态空间方程实部最大的特征值对应的阻尼比，采用罚函数法建立粒子群适应度函数；根据粒子群适应度函数，以水电机组在阶跃响应下的一次调频动作特性最优为目标，采用粒子群算法求解水轮机调速器的最优参数。本发明鲁棒性强且一次调频性能好，可广泛应用于电力系统领域。

技术领域

本发明涉及电力系统领域，尤其是一种基于状态空间分析的水轮机调速器参数整定方法及系统。

背景技术

在异步联网高水电比例送端系统中，水轮机的水锤效应可能引起调速器不稳定，由于负荷频率调节效应系数较小，系统阻尼较低，进而引发超低频振荡。而水电机组呈现负阻尼特性是导致低频振荡的主要原因。一般而言，水轮机和调速器在低频段会产生负阻尼，汽轮机本身的相位滞后较小，当调速器的相位滞后也很小时，在低频段会产生正阻尼。这些都和水轮机调速器的参数整定有关。

南方电网异步联网方案实施后，云南电网独立运行，经直流与主网相连。云南电网的发电负荷重，水电比例超过75％，火电比例小于10％，其余为风电和光伏，是个典型的高水电比例电网。云南电网省内负荷占总发电约1/3，直流外送负荷占总发电约2/3，由于直流负荷在频率限制器死区内近似为刚性负荷，使得在49.9Hz～50.1Hz频率范围内负荷能够提供的阻尼大幅减少。外部阻尼系数的减小和水锤效应的影响，造成超低频振荡。云南电网异步试验和仿真报告也证明，若仍采用同步联网参数，云南电网将发生超低频振荡；而大幅度降低参数又将导致水电机组的一次调频速率过慢。

目前应对水轮机调速器负阻尼特性导致的低频振荡时，一般采取的解决方案是将发电机一次调频死区设置为大于直流频率限制器(Frequency Limit Controller，FLC)死区，但这种方法并不适用于异步联网送端系统。因此，业内亟需一种针对异步联网送端系统的水轮机调速器参数整定方案，在避免产生超低频振荡的同时最大限度地保证水电机组的一次调频动作特性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种鲁棒性强和一次调频性能好的，基于状态空间分析的水轮机调速器参数整定方法及系统。

本发明所采取的第一技术方案是：

基于状态空间分析的水轮机调速器参数整定方法，包括以下步骤：

计算异步联网送端系统负荷的频率响应系数；

建立水轮机系统开环传递函数，并求解相应的阶跃响应函数；

根据计算的频率响应系数建立异步联网下水轮机及其调速闭环系统的状态空间方程，并求解建立的状态空间方程实部最大的特征值及其对应的阻尼比；

根据求解的阶跃响应函数、建立的状态空间方程以及状态空间方程实部最大的特征值对应的阻尼比，采用罚函数法建立粒子群适应度函数；

根据粒子群适应度函数，以水电机组在阶跃响应下的一次调频动作特性最优为目标，采用粒子群算法求解水轮机调速器的最优参数。

进一步，所述计算异步联网送端系统负荷的频率响应系数这一步骤，具体为：

选取接近异步联网送端系统在丰小极限运行方式下发生的扰动，计算异步联网送端系统负荷的频率响应系数，所述丰小极限运行方式是指运行在丰水小负荷模式，所述异步联网送端系统负荷的频率响应系数K_f的计算公式为：