[发明专利]基于自适应控制特性的水轮机一次调频控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于自适应控制特性的水轮机一次调频控制方法及系统，包括：根据水轮机单位时间内的水力功率，确定水轮机的第一流量调节方程；在确定水轮机的流量仅与水头、导叶开度和桨叶开度有关时，对所述流量调节方程进行变换，获得水轮机的第二流量调节方程；根据所述第二流量调节方程，确定所述水轮机单位时间内的水力功率对应的数组；在水轮机一次调频响应过程中，若当前导叶开度变化量与水轮机一次调频导叶开度的实际变化总量的比值小于等于预设阈值时，则将水轮机当前时刻一次调频动作稳定后功率对应的数组代替所述水轮机单位时间内的水力功率对应的数组，完成水轮机一次调频。解决目前水电一次调频能力随水头变化而不准确的问题。

技术领域

本申请涉及电力系统领域，具体涉及一种基于自适应控制特性的水轮机一次调频控制方法及系统。

背景技术

以新能源为主体的新型电力系统中，常规电源将从传统的电力电量主体电源逐步演变为重要组成部分，并最终转变为系统调节电源，为新型电力系统的安全可控、灵活高效提供保障。常规电源的一次调频能力对系统的频率稳定有至关重要的影响。国内的大型水电机组，基本都是混流式类型，其一次调频控制特性与水头密切相关，现在水轮机控制系统基本都为PID控制，这就形成了在高水头时机组一次调频性能满足标准，但在低水头时机组一次调频性能不满足标准。如果采用变参数运行，对电网稳定计算又增加了大量的工作。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请提供一种基于自适应控制特性的水轮机一次调频控制方法，包括：

根据水轮机单位时间内的水力功率，确定水轮机的第一流量调节方程；

在确定水轮机的流量仅与水头、导叶开度和桨叶开度有关时，对所述流量调节方程进行变换，获得水轮机的第二流量调节方程；

根据所述第二流量调节方程，确定所述水轮机单位时间内的水力功率对应的数组；

在水轮机一次调频响应过程中，若当前导叶开度变化量与水轮机一次调频导叶开度的实际变化总量的比值小于等于预设阈值时，则将水轮机当前时刻一次调频动作稳定后功率对应的数组代替所述水轮机单位时间内的水力功率对应的数组，完成水轮机一次调频。

进一步的，根据水轮机单位时间内的水力功率，确定水轮机的第一流量调节方程，包括：

水轮机单位时间内的水力功率N的计算公式如下：

N＝γQH

式中，N为水轮机的水力功率，γ为水的重度，Q为流量；

根据水轮机单位时间内的水力功率，确定水轮机的第一流量调节方程如下：

式中，Q为水轮机单位时间内流量，α₀为导叶出口处流出角，β₂为转轮叶片出口角，b₀为导叶高度，η_r为轮叶效率，η_g为水力效率，A₂为转轮叶片出口边处过流面积，g为重力加速度，H为水轮机工作水头，ω为导水叶片出口处角速度，r为导水叶片出口处半径。

进一步的，在确定水轮机的流量仅与水头、导叶开度和桨叶开度有关时，对所述流量调节方程进行变换，获得水轮机的第二流量调节方程，包括：

将所述水轮机的第一流量调节方程用函数表示为，

Q＝f(Hηα₀β₂)

式中，η为水轮机总效率；

在忽略水轮机总效率时，确定水轮机的流量仅与水头、导叶开度和桨叶开度有关，对用函数表示的所述第一流量调节方程进行变换，获得用函数表示的水轮机的第二流量调节方程为，