本發(fā)明涉及電力領(lǐng)域，尤其是一種水電機(jī)組經(jīng)直流送出系統(tǒng)的調(diào)速器參數(shù)整定方法。

背景技術(shù)：

孤島系統(tǒng)中，水輪機(jī)的水錘效應(yīng)可能會導(dǎo)致調(diào)速器不穩(wěn)定，進(jìn)而引發(fā)低頻振蕩。而水電機(jī)組呈現(xiàn)負(fù)阻尼特性是導(dǎo)致低頻振蕩的主要原因。一般而言，水輪機(jī)和調(diào)速器在低頻段會產(chǎn)生負(fù)阻尼，汽輪機(jī)本身的相位滯后較小，當(dāng)調(diào)速器的相位滯后也很小時，在低頻段會產(chǎn)生正阻尼。這些都和水輪機(jī)調(diào)速器的參數(shù)整定有關(guān)。

云南電網(wǎng)與南方電網(wǎng)主網(wǎng)異步聯(lián)網(wǎng)后，云南電網(wǎng)高水電比例和直流外送負(fù)荷高占比的特點，與大型水電廠經(jīng)直流孤島送出系統(tǒng)非常相似，外部阻尼的降低和水輪機(jī)的水錘效應(yīng)會在低頻段產(chǎn)生較大的相位滯后，造成超低頻振蕩問題。異步聯(lián)網(wǎng)的特性實驗也證明，如果云南水電機(jī)組仍采用同步聯(lián)網(wǎng)時的參數(shù)，將會造成振蕩頻率為0.05Hz，波動范圍在49.9Hz～50.1Hz之間的持續(xù)超低頻振蕩，魯棒性較弱。

在孤島系統(tǒng)中，應(yīng)對水輪機(jī)調(diào)速器負(fù)阻尼特性導(dǎo)致的低頻振蕩時，一般采取的解決方案是將發(fā)電機(jī)一次調(diào)頻死區(qū)設(shè)置大于直流頻率限制器(Frequency Limit Controller，F(xiàn)LC)死區(qū)，但這種方法并不適應(yīng)于區(qū)域電網(wǎng)通過直流來實現(xiàn)的異步互聯(lián)系統(tǒng)。因此，亟需從源頭入手，提出一種水電機(jī)組經(jīng)直流送出系統(tǒng)的調(diào)速器參數(shù)整定方法，在相應(yīng)頻段進(jìn)行相位補(bǔ)償以避免產(chǎn)生超低頻振蕩。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于：提供一種魯棒性強(qiáng)的水電機(jī)組經(jīng)直流送出系統(tǒng)的調(diào)速器參數(shù)整定方法。

本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種水電機(jī)組經(jīng)直流送出系統(tǒng)的調(diào)速器參數(shù)整定方法，其特征在于：包括以下步驟：

建立水輪機(jī)調(diào)速器穩(wěn)定性分析模型；

根據(jù)水輪機(jī)調(diào)速器穩(wěn)定性分析模型得出發(fā)電機(jī)及其外部系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，水輪機(jī)線性化模型的傳遞函數(shù)和調(diào)速器線性化模型的傳遞函數(shù)；

根據(jù)發(fā)電機(jī)及其外部系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，水輪機(jī)線性化模型的傳遞函數(shù)和調(diào)速器線性化模型的傳遞函數(shù)求出水輪機(jī)調(diào)速器穩(wěn)定性分析模型對應(yīng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)以及調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程，然后根據(jù)調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程利用勞斯穩(wěn)定判據(jù)得到使調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定的暫態(tài)下降率取值范圍以及緩沖時間常數(shù)取值范圍；

在使調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定的暫態(tài)下降率取值范圍以及緩沖時間常數(shù)取值范圍內(nèi)進(jìn)行時域仿真，得出水輪機(jī)調(diào)速器的最優(yōu)參數(shù)。

進(jìn)一步，所述發(fā)電機(jī)及其外部系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G_d(s)的表達(dá)式為：其中，ΔP(s)為機(jī)械功率變化量與電磁功率變化量的差值，Δf(s)為頻率變化量，T_M為發(fā)電機(jī)的慣性時間常數(shù)，D為發(fā)電機(jī)內(nèi)部阻尼系數(shù)，K_f為外部阻尼系數(shù)，s為拉普拉斯算子。

進(jìn)一步，所述水輪機(jī)線性化模型的傳遞函數(shù)G_ht(s)的表達(dá)式為：其中，T_w為水啟動時間，s為拉普拉斯算子。

進(jìn)一步，所述水輪機(jī)調(diào)速器為加速-緩沖型調(diào)速器，所述加速-緩沖型調(diào)速器線性化模型的傳遞函數(shù)G_gov(s)的表達(dá)式為：

其中，b_p為永態(tài)下降率；b_t為暫態(tài)下降率；T_d為緩沖時間常數(shù)；T_n為測量加速時間常數(shù)，T_1v為測量慣性時間常數(shù)；T_y為主配壓閥和主接力器時間常數(shù)，T_G為導(dǎo)葉伺服電動機(jī)時間常數(shù)，s為拉普拉斯算子。

進(jìn)一步，所述加速度-緩沖型調(diào)速器的暫態(tài)下降率b_t、緩沖時間常數(shù)T_d、測量加速度時間常數(shù)T_n與PID型微機(jī)調(diào)速器的比例增益K_P、積分增益K_I、微分增益K_D的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：

進(jìn)一步，所述根據(jù)發(fā)電機(jī)及其外部系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，水輪機(jī)線性化模型的傳遞函數(shù)和調(diào)速器線性化模型的傳遞函數(shù)求出水輪機(jī)調(diào)速器穩(wěn)定性分析模型對應(yīng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)以及調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程，然后根據(jù)調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程利用勞斯穩(wěn)定判據(jù)得到使調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定的暫態(tài)下降率取值范圍以及緩沖時間常數(shù)取值范圍這一步驟，其包括：

根據(jù)發(fā)電機(jī)及其外部系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G_d(s)，水輪機(jī)線性化模型的傳遞函數(shù)G_ht(s)和調(diào)速器線性化模型的傳遞函數(shù)G_gov(s)求出水輪機(jī)調(diào)速器穩(wěn)定性分析模型對應(yīng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)G_bh(s)，所述閉環(huán)傳遞函數(shù)G_bh(s)的表達(dá)式為：

根據(jù)閉環(huán)傳遞函數(shù)G_bh(s)的表達(dá)式得到調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程，所述調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程為：1+G_gov(s)G_ht(s)G_d(s)＝0；

采用勞斯穩(wěn)定判據(jù)對調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程進(jìn)行求解，得到使調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定的暫態(tài)下降率b_t取值范圍以及緩沖時間常數(shù)T_d取值范圍，所述勞斯穩(wěn)定判據(jù)為：調(diào)速系統(tǒng)的特征方程各項系數(shù)符號相同且不為零，且由各項系數(shù)組成的勞斯排列陣的第一列所有項均為正。

進(jìn)一步，所述采用勞斯穩(wěn)定判據(jù)對調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程進(jìn)行求解，得到使調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定的暫態(tài)下降率b_t取值范圍以及緩沖時間常數(shù)T_d取值范圍這一步驟，其包括：

采用簡化的調(diào)速器線性化模型的傳遞函數(shù)G_gov(s)對調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程進(jìn)行化簡，得到化簡后的閉環(huán)特征方程；

采用勞斯穩(wěn)定判據(jù)對化簡后的閉環(huán)特征方程進(jìn)行求解，得到使調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定的暫態(tài)下降率b_t取值范圍以及緩沖時間常數(shù)T_d取值范圍。

進(jìn)一步，所述簡化的調(diào)速器線性化模型的傳遞函數(shù)G_gov(s)的表達(dá)式為：或其中，b_p為永態(tài)下降率；T_n為測量加速時間常數(shù)，T_G為導(dǎo)葉伺服電動機(jī)時間常數(shù)，s為拉普拉斯算子。

進(jìn)一步，所述在使調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定的暫態(tài)下降率取值范圍以及緩沖時間常數(shù)取值范圍內(nèi)進(jìn)行時域仿真，得出水輪機(jī)調(diào)速器的最優(yōu)參數(shù)這一步驟，其具體為：

若調(diào)速器線性化模型的傳遞函數(shù)G_gov(s)的表達(dá)式為則在使調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定的暫態(tài)下降率b_t取值范圍以及緩沖時間常數(shù)T_d取值范圍內(nèi)進(jìn)行時域仿真，得出水輪機(jī)調(diào)速器的最優(yōu)參數(shù)范圍，所述水輪機(jī)調(diào)速器的最優(yōu)參數(shù)范圍為：T_d＝4T_w，其中，s為拉普拉斯算子，T_w為水啟動時間，T_M為發(fā)電機(jī)的慣性時間常數(shù)；

若調(diào)速器線性化模型的傳遞函數(shù)G_gov(s)的表達(dá)式為則在使調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定的暫態(tài)下降率b_t取值范圍以及緩沖時間常數(shù)T_d取值范圍內(nèi)進(jìn)行時域仿真，得出水輪機(jī)調(diào)速器的最優(yōu)參數(shù)范圍，所述水輪機(jī)調(diào)速器的最優(yōu)參數(shù)范圍為：

T_d＝[5-0.5(T_w-1)]T_w，

其中，b_p為永態(tài)下降率，s為拉普拉斯算子，T_w為水啟動時間，T_M為發(fā)電機(jī)的慣性時間常數(shù)，T_G為導(dǎo)葉伺服電動機(jī)時間常數(shù)；

若調(diào)速器線性化模型的傳遞函數(shù)G_gov(s)的表達(dá)式為則在使調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定的暫態(tài)下降率b_t取值范圍以及緩沖時間常數(shù)T_d取值范圍內(nèi)進(jìn)行時域仿真，得出水輪機(jī)調(diào)速器的最優(yōu)參數(shù)范圍，所述水輪機(jī)調(diào)速器的最優(yōu)參數(shù)范圍為：

T_n＝(0.3～0.5)T_w，3T_w＜T_d<5T_w，其中，s為拉普拉斯算子，T_w為水啟動時間，T_M為發(fā)電機(jī)的慣性時間常數(shù)，T_n為測量加速時間常數(shù)。

進(jìn)一步，所述水輪機(jī)調(diào)速器的最優(yōu)參數(shù)為阻尼特性最好且恢復(fù)速度最快時對應(yīng)的暫態(tài)下降率取值以及緩沖時間常數(shù)取值。

本發(fā)明的有益效果是：包括建立水輪機(jī)調(diào)速器穩(wěn)定性分析模型，獲取水輪機(jī)調(diào)速器穩(wěn)定性分析模型的閉環(huán)傳遞函數(shù)和調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程，利用勞斯穩(wěn)定判據(jù)得到使調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定的暫態(tài)下降率取值范圍以及緩沖時間常數(shù)取值范圍以及時域仿真得出水輪機(jī)調(diào)速器的最優(yōu)參數(shù)的過程，采用了水輪機(jī)調(diào)速器穩(wěn)定性分析模型，并結(jié)合勞斯穩(wěn)定判據(jù)和時域仿真最終得到使調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定的水輪機(jī)調(diào)速器最優(yōu)參數(shù)，能夠有效避免外部阻尼的降低和水輪機(jī)的水錘效應(yīng)造成的超低頻振蕩，魯棒性更強(qiáng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種水電機(jī)組經(jīng)直流送出系統(tǒng)的調(diào)速器參數(shù)整定方法的整體流程圖；

圖2為本發(fā)明的水輪機(jī)調(diào)速器穩(wěn)定性分析模型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的水輪機(jī)加速-緩沖型調(diào)速器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的水輪機(jī)并聯(lián)型PID型微機(jī)調(diào)速器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

參照圖1，一種水電機(jī)組經(jīng)直流送出系統(tǒng)的調(diào)速器參數(shù)整定方法，其特征在于：包括以下步驟：

建立水輪機(jī)調(diào)速器穩(wěn)定性分析模型；

根據(jù)水輪機(jī)調(diào)速器穩(wěn)定性分析模型得出發(fā)電機(jī)及其外部系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，水輪機(jī)線性化模型的傳遞函數(shù)和調(diào)速器線性化模型的傳遞函數(shù)；

根據(jù)發(fā)電機(jī)及其外部系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，水輪機(jī)線性化模型的傳遞函數(shù)和調(diào)速器線性化模型的傳遞函數(shù)求出水輪機(jī)調(diào)速器穩(wěn)定性分析模型對應(yīng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)以及調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程，然后根據(jù)調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程利用勞斯穩(wěn)定判據(jù)得到使調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定的暫態(tài)下降率取值范圍以及緩沖時間常數(shù)取值范圍；

在使調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定的暫態(tài)下降率取值范圍以及緩沖時間常數(shù)取值范圍內(nèi)進(jìn)行時域仿真，得出水輪機(jī)調(diào)速器的最優(yōu)參數(shù)。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實施方式，所述發(fā)電機(jī)及其外部系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G_d(s)的表達(dá)式為：其中，ΔP(s)為機(jī)械功率變化量與電磁功率變化量的差值，Δf(s)為頻率變化量，T_M為發(fā)電機(jī)的慣性時間常數(shù)，D為發(fā)電機(jī)內(nèi)部阻尼系數(shù)，K_f為外部阻尼系數(shù)，s為拉普拉斯算子。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實施方式，所述水輪機(jī)線性化模型的傳遞函數(shù)G_ht(s)的表達(dá)式為：其中，T_w為水啟動時間，s為拉普拉斯算子。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實施方式，所述水輪機(jī)調(diào)速器為加速-緩沖型調(diào)速器，所述加速-緩沖型調(diào)速器線性化模型的傳遞函數(shù)G_gov(s)的表達(dá)式為：

其中，b_p為永態(tài)下降率；b_t為暫態(tài)下降率；T_d為緩沖時間常數(shù)；T_n為測量加速時間常數(shù)，T_1v為測量慣性時間常數(shù)；T_y為主配壓閥和主接力器時間常數(shù)，T_G為導(dǎo)葉伺服電動機(jī)時間常數(shù)，s為拉普拉斯算子。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實施方式，所述加速度-緩沖型調(diào)速器的暫態(tài)下降率b_t、緩沖時間常數(shù)T_d、測量加速度時間常數(shù)T_n與PID型微機(jī)調(diào)速器的比例增益K_P、積分增益K_I、微分增益K_D的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實施方式，所述根據(jù)發(fā)電機(jī)及其外部系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，水輪機(jī)線性化模型的傳遞函數(shù)和調(diào)速器線性化模型的傳遞函數(shù)求出水輪機(jī)調(diào)速器穩(wěn)定性分析模型對應(yīng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)以及調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程，然后根據(jù)調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程利用勞斯穩(wěn)定判據(jù)得到使調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定的暫態(tài)下降率取值范圍以及緩沖時間常數(shù)取值范圍這一步驟，其包括：

根據(jù)發(fā)電機(jī)及其外部系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G_d(s)，水輪機(jī)線性化模型的傳遞函數(shù)G_ht(s)和調(diào)速器線性化模型的傳遞函數(shù)G_gov(s)求出水輪機(jī)調(diào)速器穩(wěn)定性分析模型對應(yīng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)G_bh(s)，所述閉環(huán)傳遞函數(shù)G_bh(s)的表達(dá)式為：

根據(jù)閉環(huán)傳遞函數(shù)G_bh(s)的表達(dá)式得到調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程，所述調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程為：1+G_gov(s)G_ht(s)G_d(s)＝0；

采用勞斯穩(wěn)定判據(jù)對調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程進(jìn)行求解，得到使調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定的暫態(tài)下降率b_t取值范圍以及緩沖時間常數(shù)T_d取值范圍，所述勞斯穩(wěn)定判據(jù)為：調(diào)速系統(tǒng)的特征方程各項系數(shù)符號相同且不為零，且由各項系數(shù)組成的勞斯排列陣的第一列所有項均為正。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實施方式，所述采用勞斯穩(wěn)定判據(jù)對調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程進(jìn)行求解，得到使調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定的暫態(tài)下降率b_t取值范圍以及緩沖時間常數(shù)T_d取值范圍這一步驟，其包括：

采用簡化的調(diào)速器線性化模型的傳遞函數(shù)G_gov(s)對調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程進(jìn)行化簡，得到化簡后的閉環(huán)特征方程；

采用勞斯穩(wěn)定判據(jù)對化簡后的閉環(huán)特征方程進(jìn)行求解，得到使調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定的暫態(tài)下降率b_t取值范圍以及緩沖時間常數(shù)T_d取值范圍。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實施方式，所述簡化的調(diào)速器線性化模型的傳遞函數(shù)G_gov(s)的表達(dá)式為：或其中，b_p為永態(tài)下降率；T_n為測量加速時間常數(shù)，T_G為導(dǎo)葉伺服電動機(jī)時間常數(shù)，s為拉普拉斯算子。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實施方式，所述在使調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定的暫態(tài)下降率取值范圍以及緩沖時間常數(shù)取值范圍內(nèi)進(jìn)行時域仿真，得出水輪機(jī)調(diào)速器的最優(yōu)參數(shù)這一步驟，其具體為：

若調(diào)速器線性化模型的傳遞函數(shù)G_gov(s)的表達(dá)式為則在使調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定的暫態(tài)下降率b_t取值范圍以及緩沖時間常數(shù)T_d取值范圍內(nèi)進(jìn)行時域仿真，得出水輪機(jī)調(diào)速器的最優(yōu)參數(shù)范圍，所述水輪機(jī)調(diào)速器的最優(yōu)參數(shù)范圍為：T_d＝4T_w，其中，s為拉普拉斯算子，T_w為水啟動時間，T_M為發(fā)電機(jī)的慣性時間常數(shù)；

若調(diào)速器線性化模型的傳遞函數(shù)G_gov(s)的表達(dá)式為則在使調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定的暫態(tài)下降率b_t取值范圍以及緩沖時間常數(shù)T_d取值范圍內(nèi)進(jìn)行時域仿真，得出水輪機(jī)調(diào)速器的最優(yōu)參數(shù)范圍，所述水輪機(jī)調(diào)速器的最優(yōu)參數(shù)范圍為：

T_d＝[5-0.5(T_w-1)]T_w，

其中，b_p為永態(tài)下降率，s為拉普拉斯算子，T_w為水啟動時間，T_M為發(fā)電機(jī)的慣性時間常數(shù)，T_G為導(dǎo)葉伺服電動機(jī)時間常數(shù)；

若調(diào)速器線性化模型的傳遞函數(shù)G_gov(s)的表達(dá)式為則在使調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定的暫態(tài)下降率b_t取值范圍以及緩沖時間常數(shù)T_d取值范圍內(nèi)進(jìn)行時域仿真，得出水輪機(jī)調(diào)速器的最優(yōu)參數(shù)范圍，所述水輪機(jī)調(diào)速器的最優(yōu)參數(shù)范圍為：

T_n＝(0.3～0.5)T_w，3T_w＜T_d<5T_w，其中，s為拉普拉斯算子，T_w為水啟動時間，T_M為發(fā)電機(jī)的慣性時間常數(shù)，T_n為測量加速時間常數(shù)。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實施方式，所述水輪機(jī)調(diào)速器的最優(yōu)參數(shù)為阻尼特性最好且恢復(fù)速度最快時對應(yīng)的暫態(tài)下降率取值以及緩沖時間常數(shù)取值。

下面結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實施例一

針對現(xiàn)有技術(shù)無法避免外部阻尼的降低和水輪機(jī)的水錘效應(yīng)造成的超低頻振蕩的問題，本發(fā)明提出了一種全新的水電機(jī)組經(jīng)直流送出系統(tǒng)的調(diào)速器參數(shù)整定方法。該方法通過調(diào)整調(diào)速器的參數(shù)來在相應(yīng)頻段進(jìn)行相位補(bǔ)償，以避免產(chǎn)生超低頻振蕩。

如圖1所示，該水電機(jī)組經(jīng)直流送出系統(tǒng)的調(diào)速器參數(shù)整定方法包括以下步驟：

步驟1，建立如圖2所示的水輪機(jī)調(diào)速器穩(wěn)定性分析模型。

步驟2，根據(jù)圖2所示的水輪機(jī)調(diào)速器穩(wěn)定性分析模型得出發(fā)電機(jī)及其外部系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G_d(s)，水輪機(jī)線性化模型的傳遞函數(shù)G_ht(s)，調(diào)速器線性化模型的傳遞函數(shù)G_gov(s)。

1)如圖2所示，發(fā)電機(jī)及其外部系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G_d(s)為：

其中，ΔP(s)為機(jī)械功率變化量與電磁功率變化量的差值，Δf(s)為頻率變化量，T_M為發(fā)電機(jī)的慣性時間常數(shù)，D為發(fā)電機(jī)內(nèi)部阻尼系數(shù)，K_f為外部阻尼系數(shù)(其包括負(fù)荷阻尼、發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻作用、直流FLC(即直流頻率限制)控制作用)，s為拉普拉斯算子。

在本實施例中，由于異步聯(lián)網(wǎng)后，云南電網(wǎng)直流外送負(fù)荷占比很高，外部阻尼系數(shù)K_f極小，可忽略不計。同時，為簡化計算，本實施例可忽略數(shù)值較小的發(fā)電機(jī)內(nèi)部阻尼系數(shù)D。故本實施例在計算發(fā)電機(jī)及其外部系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G_d(s)，將不考慮D、K_f。

2)如圖2所示，水輪機(jī)線性化模型的傳遞函數(shù)G_ht(s)為：

其中，T_w為水啟動時間(即水錘效應(yīng)時間常數(shù))，T_w隨發(fā)電機(jī)工況變化而變化，T_w的取值一般在0.5～4.0s之間。

3)如圖3所示，忽略死區(qū)和飽和等非線性環(huán)節(jié)以及忽略輔助閥及伺服電動機(jī)環(huán)節(jié)(該環(huán)節(jié)的時間常數(shù)T_p足夠小，通常T_p取0.05s)的影響，加速-緩沖型調(diào)速器線性化模型的傳遞函數(shù)G_gov(s)為：

其中，b_p為永態(tài)下降率(即調(diào)差系數(shù))；b_t為暫態(tài)下降率；T_d為緩沖時間常數(shù)；T_n為測量加速時間常數(shù)，T_1v為測量慣性時間常數(shù)；T_p為輔助閥及伺服電動機(jī)時間常數(shù)；T_y為主配壓閥和主接力器時間常數(shù)，R_max為主配壓閥和主接力器的過速開啟系數(shù)，R_min為主配壓閥和主接力器的過速關(guān)閉系數(shù)；T_G為導(dǎo)葉伺服電動機(jī)時間常數(shù)。

參照圖4，當(dāng)b_p取b_p＝0和忽略T_y，T_1v的作用時，并聯(lián)型和串聯(lián)型PID結(jié)構(gòu)具有相同的傳遞函數(shù)：

而PID型微機(jī)調(diào)速器模型與加速-緩沖型調(diào)速器模型間存在明確的參數(shù)轉(zhuǎn)化關(guān)系。其中，PID型微機(jī)調(diào)速器的比例增益K_P、積分增益K_I、微分增益K_D與加速度-緩沖型調(diào)速器的暫態(tài)下降率b_t、緩沖時間常數(shù)T_d、測量加速度時間常數(shù)T_n的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：

以加速緩沖性型調(diào)速器模型的傳遞函數(shù)為例，G_gov(s)可根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕?，而采用不同化簡模型其對?yīng)的最優(yōu)整定參數(shù)不同。本實施例采用的簡化的傳遞函數(shù)G_gov(s)為：

步驟3，根據(jù)發(fā)電機(jī)及其外部系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G_d(s)，水輪機(jī)線性化模型的傳遞函數(shù)G_ht(s)和調(diào)速器線性化模型的傳遞函數(shù)G_gov(s)求出水輪機(jī)調(diào)速器穩(wěn)定性分析模型對應(yīng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)G_bh(s)，根據(jù)閉環(huán)傳遞函數(shù)G_bh(s)的表達(dá)式得到調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程，然后利用勞斯穩(wěn)定判據(jù)調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程進(jìn)行求解，得到使調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定的暫態(tài)下降率b_t取值范圍以及緩沖時間常數(shù)T_d取值范圍。

此過程可進(jìn)一步細(xì)分為：

1)求出水輪機(jī)調(diào)速器穩(wěn)定性分析模型對應(yīng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)G_bh(s)：

2)令G_bh(s)分母中的多項式為零，得到調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程：

1+G_gov(s)G_ht(s)G_d(s)＝0 (8)

在本實施例中，將簡化的傳遞函數(shù)代入上式(8)得到的對應(yīng)閉環(huán)特征方程為：

0.5b_tT_dT_MT_ws³+(b_tT_dT_M-T_wT_d)s²+(T_d-T_w)s+1＝0 (9)

其中，T_M和T_w均為已知量，因此為了對該閉環(huán)特征方程進(jìn)行求解，還需要確定的參數(shù)為暫態(tài)下降率b_t取值范圍以及緩沖時間常數(shù)T_d取值范圍。

3)利用勞斯穩(wěn)定判據(jù)(即調(diào)速系統(tǒng)的特征方程各項系數(shù)符號相同且不為零，且由各項系數(shù)組成的勞斯排列陣的第一列所有項均為正)對化簡后的閉環(huán)特征方程式(9)進(jìn)行求解，得到使調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定的b_t、T_d取值范圍，如下式(10)和式(11)所示：

(b_tT_dT_M-T_wT_d)(T_d-T_w)＞0.5b_tT_dT_MT_w (10)

步驟4，根據(jù)時域仿真在使調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定的b_t、T_d取值范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，確定出輪機(jī)調(diào)速器的最優(yōu)參數(shù)。

本發(fā)明在使調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定的b_t、T_d取值范圍內(nèi)，通過大量的時域仿真，最終確定出阻尼特性好且恢復(fù)速度快的最優(yōu)參數(shù)，最終完成對水輪機(jī)組的參數(shù)整定過程。

本實施例中采用的簡化的傳遞函數(shù)G_gov(s)為公式(6)，其對應(yīng)的最優(yōu)參數(shù)整定方案為：

同理，可采用本實施例的方法確定采用其他調(diào)速器模型所對應(yīng)的最優(yōu)參數(shù)整定方案：

a.若采用的調(diào)速器簡化模型為：則通過采用本實施例的方法對水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的特征值進(jìn)行分析和大量的時域仿真，可得出其所對應(yīng)的最優(yōu)參數(shù)整定方案為：

b.若采用的調(diào)速器簡化模型為：通過采用本實施例的方法對水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的特征值進(jìn)行分析和大量的時域仿真，可得出其所對應(yīng)的最優(yōu)參數(shù)整定方案

為：

本發(fā)明提出了一種水電機(jī)組經(jīng)直流送出系統(tǒng)的調(diào)速器參數(shù)整定方法，該方法采用了水輪機(jī)調(diào)速器穩(wěn)定性分析模型，并結(jié)合勞斯穩(wěn)定判據(jù)和時域仿真最終得到使調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定的水輪機(jī)調(diào)速器最優(yōu)參數(shù)，能夠有效避免外部阻尼的降低和水輪機(jī)的水錘效應(yīng)造成的超低頻振蕩，魯棒性更強(qiáng)，對于合理設(shè)置大規(guī)模水電經(jīng)直流送出系統(tǒng)的調(diào)頻策略，優(yōu)化異步聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)安全防線的設(shè)計有著重要的意義。

以上是對本發(fā)明的較佳實施進(jìn)行了具體說明，但本發(fā)明并不限于所述實施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可做作出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。