[发明专利]一种适用于FRTDS的燃气机发电系统仿真建模方法

权利要求书

1.一种适用于FRTDS的燃气机发电系统仿真建模方法，基于FPGA的实时数字解算器(FRTDS)，由若干个用于完成运算任务的微处理核构成，微处理核通过数据交换站完成数据交互，能够应用于多速率仿真；其特征在于，包括以下步骤：

(1)建立燃气机发电系统的数学模型；燃气机发电系统由电力系统、机械系统与热力系统三个部分组成；

(2)考察燃气机发电系统内各元件的动态特性，对单一元件采用常微分或偏微分方程进行描述后进行离散化，利用离散网络法进行仿真计算，再根据连接关系列写网络方程；结合含燃气轮机的电力系统的网络特点，建立一种适用于燃气机发电系统的网络计算方法和求解过程；

(3)考虑燃气机发电系统中不同元件暂态响应速度和计算量的差异，在实时仿真时对整个燃气机发电系统进行多速率分网，在满足响应速度的基础上，减少燃气机发电系统运行的计算量。

2.根据权利要求1所述一种适用于FRTDS的燃气机发电系统仿真建模方法，其特征在于，步骤(2)中所采用的网络计算方法和求解过程为：对燃气机发电系统中电力系统部分进行网络划分，得到子网络的多端口诺顿等效电路即等效子网络，再根据等效子网络的连接关系，列写电压电流的约束方程；在实时仿真时，仅需对标准的诺顿等效电路连接而成的燃气机发电系统采用节点电压法，采用节点电压消去法求解各等效子网络的端口输入变量，得到任意时刻各个等效子网络的端口节点电压；等效子网络内部求解时能够使用线性组合法计算各个等效子网络的诺顿等效电流、端口节点的注入电流、以及等效子网络的内部电气量进行更新。

3.根据权利要求1所述一种适用于FRTDS的燃气机发电系统仿真建模方法，其特征在于，所述的燃气轮机发电系统中由二级管组成的整流器、IGBT与续流二极管并联组成的逆变器属于非线性元件；采用双值电阻模型描述功率开关的状态，在确定开关状态的过程中，反复修改网络方程并进行求解；使功率开关动作前后网络方程的矩阵维数保持恒定。

4.根据权利要求1所述一种适用于FRTDS的燃气机发电系统仿真建模方法，其特征在于，在常见多速率分网方法即显示欧拉法的基础上提出了基于显示预测的隐式差分法和基于插值预测的隐式差分法，仿真基于显示预测的隐式差分法和基于插值预测的隐式差分法在燃气轮机电力系统多速率分网中实际应用和多速率仿真的仿真过程。

5.根据权利要求2所述一种适用于FRTDS的燃气机发电系统仿真建模方法，其特征在于，通过线性组合求解等效子网络的等效电流源，等效电流源由各动态元件状态变量前一时刻值和独立电流源当前时刻值的线性组合构成；对于等效子网络内部状态变量，通过将网络端口电压值由独立电压源值替代，将输出动态元件的状态变量当前时刻值表达成状态变量前一时刻值、独立电流源当前时刻值、等效子网络的端口节点当前时刻电压值的线性组合。

6.根据权利要求4所述一种适用于FRTDS的燃气机发电系统仿真建模方法，其特征在于，对一阶微分方程在t_n到t_n+1积分步长内采用显示欧拉法差分可得x_n+1＝x_n+Δtf(x_n,t_n)；使用隐式梯形法进行多速率分网时，对一阶微分方程，在t_n到t_n+1积分步长内采用隐式梯形法差分可得基于显示预测的隐式差分法，即先通过显式欧拉法对隐式梯形法求解中的未知变量f(x_n+1,t_n+1)进行预测，再通过隐式梯形法使用预测的数据进行求解；基于插值预测的隐式差分法，即先通过拉格朗日插值多项式对后续隐式梯形法求解中的未知变量f(x_n+1,t_n+1)进行预测，再通过隐式梯形法使用预测的数据进行求解。