本發(fā)明涉及仿真軟件數(shù)據(jù)模型相互轉(zhuǎn)換
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種PSCAD電磁暫態(tài)仿真用的調(diào)速器模型建模方法。
背景技術(shù)：
：調(diào)速器可以控制原動(dòng)機(jī)向發(fā)電機(jī)輸出的機(jī)械功率，并保持電網(wǎng)的正常運(yùn)行頻率。每一臺(tái)發(fā)電機(jī)都配置了調(diào)速器，它根據(jù)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速作比較，將偏差輸入到調(diào)速器，以控制水輪機(jī)或者汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，以控制發(fā)電機(jī)的輸出功率。隨著電力電子裝置，風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源接入及應(yīng)用到電網(wǎng)中，電力系統(tǒng)的運(yùn)行和控制變得更加復(fù)雜。而數(shù)字仿真是電力系統(tǒng)規(guī)劃、控制、分析的主要手段，因此需要采用對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行更準(zhǔn)確更精細(xì)的仿真。近年來(lái)PSCAD/EMTDC軟件在全球被廣泛應(yīng)用，隨著開發(fā)人員對(duì)軟件功能的不斷完善和更新，使得該軟件在模擬包含大量電力電子設(shè)備的交直流混合輸電、柔性交流輸電等非線性系統(tǒng)發(fā)揮著舉足輕重的作用，因此各科研機(jī)構(gòu)和高校常采用PSCAD軟件進(jìn)行電磁暫態(tài)過(guò)程的分析。PSCAD/EMTDC采用軟件算法基于梯形積分法，動(dòng)態(tài)元件采用伴隨模型，用LU因式分解法和稀疏矩陣來(lái)求解由節(jié)點(diǎn)法建立的代數(shù)方程。PSCAD是仿真軟件的圖形化界面，自帶元件庫(kù)中提供了大量的電力系統(tǒng)元件模型，且可利用本身具有的用戶自定義功能和與其他程序(如Fortran和Matlab)的接口新建自定義元件模型以滿足系統(tǒng)中出現(xiàn)的新型元件。PSCAD是電磁暫態(tài)的仿真軟件，廣泛用于故障分析，其具有自定義建模的功能，用戶可以根據(jù)自己的使用需要建立合適的模型。在大量電力電子設(shè)備的交直流混合電網(wǎng)的仿真分析中扮演著重要的角色。該軟件自帶模型庫(kù)，提供了多種GOV模型，但是該模型是基于IEEE推薦的調(diào)速器傳遞函數(shù)框圖而建立的，與PSASP軟件的調(diào)速器模型有著較大的差別，因此直接使用真實(shí)發(fā)電機(jī)參數(shù)進(jìn)行仿真時(shí)會(huì)帶來(lái)誤差和不穩(wěn)定性。因此給電磁暫態(tài)的建模和仿真帶來(lái)困難和誤差。但由于我國(guó)電力管理部門和研究機(jī)構(gòu)的大部分電力系統(tǒng)仿真數(shù)據(jù)都以PSASP、BPA、PSS/E三種機(jī)電仿真軟件的環(huán)境儲(chǔ)存的，用于PSCAD電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真的數(shù)據(jù)匱乏。目前有采用程序自動(dòng)將機(jī)電暫態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為PSCAD電磁暫態(tài)數(shù)據(jù)。但是兩種軟件模型庫(kù)中的勵(lì)磁模型和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存格式有較大差別，對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)模型的計(jì)算處理也不一致，給數(shù)據(jù)和模型的自動(dòng)轉(zhuǎn)換造成了較大困難和誤差。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種PSCAD電磁暫態(tài)仿真用的調(diào)速器模型建模方法，采用該方法可以使電磁暫態(tài)仿真模型精確化，降低誤差，提高建模效率。采用該方法建立了PSCAD調(diào)速器模型庫(kù)，實(shí)現(xiàn)仿真時(shí)調(diào)速器的準(zhǔn)確而快速的調(diào)用，提高仿真建模的快速性和精確小，并使得PSCAD軟件模型庫(kù)中的調(diào)速器模型更加完善。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種PSCAD電磁暫態(tài)仿真用的調(diào)速器模型建模方法，包括如下步驟：步驟S1.采用隱式梯形積分法對(duì)PSASP中的GOV模型的控制函數(shù)進(jìn)行解析變換，確定各狀態(tài)變量的代數(shù)關(guān)系和初始值；步驟S2.在PSCAD中采用自定義建模模塊建立調(diào)速器模型元件，根據(jù)GOV模型的控制函數(shù)確定調(diào)速器模型的輸入端口和輸出端口的位置、維數(shù)和端口類型；步驟S3.根據(jù)上述的變換，確定各變量符號(hào)、名稱和變量類型，并編輯參數(shù)表，在Fortran編碼段編寫控制編碼；步驟S4.在Script中選擇Fortran編碼段，根據(jù)變換后的傳遞函數(shù)加載控制編碼。優(yōu)選方案，步驟S1中包括1-10型GOV模型，解析變換過(guò)程為：對(duì)其傳遞函數(shù)中的比例環(huán)節(jié)、限制環(huán)節(jié)、微分環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)、反饋環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)均進(jìn)行等效變換，再采用隱式梯形積分法進(jìn)行求解，確定各狀態(tài)變量的代數(shù)關(guān)系并對(duì)每個(gè)狀態(tài)變量賦予初始值。優(yōu)選方案，步驟S2中自定義調(diào)速器模型為三個(gè)輸入端口，一個(gè)輸出端口；且該調(diào)速器模型包括限制環(huán)節(jié)、比例環(huán)節(jié)、微分環(huán)節(jié)、一階微分滯后環(huán)節(jié)。優(yōu)選方案，步驟S3包括確定各變量符號(hào)、名稱和變量類型，傳遞函數(shù)控制的T、K常數(shù)作為常量添加到元件的參數(shù)表中。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明可以建立準(zhǔn)確的調(diào)速器模型庫(kù)，PSCAD可以直接調(diào)用各種調(diào)速器模型，實(shí)現(xiàn)電磁暫態(tài)仿真模型的精確化，降低誤差，提高建模效率；并形成了通用的GOV建模流程和方法，具有良好的適應(yīng)性和擴(kuò)展性，可以建立實(shí)際中使用的以及新型的調(diào)速器模型，能夠使得PSCAD軟件模型庫(kù)中的勵(lì)磁系統(tǒng)模型進(jìn)行完善，為電力系統(tǒng)暫態(tài)仿真提供更多的勵(lì)磁系統(tǒng)仿真模型。附圖說(shuō)明本發(fā)明的附圖說(shuō)明如下。圖1為自定義GOV模型庫(kù)；圖2為PSAPS軟件中1型調(diào)速器模型；圖3為調(diào)速器傳遞函數(shù)常見一階環(huán)節(jié)；圖4為一階微分滯后環(huán)節(jié)等效變換；圖5為一階超前滯后環(huán)節(jié)及其等效變換框圖。具體實(shí)施方式如圖1所示：下面以1型GOV模型的建立為例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:圖2為PSASP軟件中1型GOV模型的傳遞函數(shù)框圖，該模型三個(gè)輸入端口，一個(gè)輸出端口，包括了限制環(huán)節(jié)、比例環(huán)節(jié)、微分環(huán)節(jié)、一階微分滯后環(huán)節(jié)；對(duì)于這些環(huán)節(jié)采用隱式梯形積分法進(jìn)變換求解，確定各狀態(tài)變量的代數(shù)關(guān)系，以此方便后續(xù)編寫控制程序。采用隱式梯形積分法的對(duì)其中的常見控制環(huán)節(jié)變換如下：如圖3所示，其中(a)一階比例環(huán)節(jié)、(b)一階微分環(huán)節(jié)、(c)一階微分滯后環(huán)節(jié)在時(shí)域中的方程分別為：y(t)＝Kx(t)dy(t)dt=KTx(t)]]>dy(t)dt=-1Ty(t)+KTx(t)]]>首先進(jìn)等效變換，一階微分滯后環(huán)節(jié)作等效變換如圖4所示：超前滯后環(huán)節(jié)可等效變換如圖5的框圖所示：一階微分滯后環(huán)節(jié)和一階超前滯后環(huán)節(jié)中各輸出量、狀態(tài)變量在時(shí)域中的方程分別為：dx′(t)dt=-1Tx′(t)+1Tx(t)y(t)=KT[x(t)-x′(t)]]]>dx′(t)dt=dx′′(t)dt=-1Tx′(t)+1Tx(t)y(t)=x′′(t)+T1T2[x(t)-x′(t)]]]>利用上述隱式梯形積分法可以上述的各環(huán)節(jié)進(jìn)行求解，對(duì)應(yīng)求解結(jié)果分別下式所示。y(t)=y(t-Δt)+KΔt2T[x(t-Δt)+x(t)]]]>y(t)=(1+Δt2T)-1{(1-Δt2T)y(t-Δt)+KΔt2T[x(t-Δt)+x(t)]}]]>x′(t)=(1+Δt2T)-1{(1-Δt2T)x′(t-Δt)+KΔt2T[x(t-Δt)+x(t)]}y(t)=KT[x(t)-x′(t)]]]>x′(t)=x′′(t)=(1+Δt2T2)-1{(1-Δt2T2)x′(t-Δt)+KΔt2T2[x(t-Δt)+x(t)]}y(t)=x′′(t)+T1T2[x(t)-x′(t)]]]>其他控制環(huán)節(jié)皆可按照本方法進(jìn)類似的等效變換。由此可以確定出各環(huán)節(jié)中狀態(tài)變量的代數(shù)關(guān)系，ω初始值為0，從而可以從左端向右端根據(jù)代數(shù)關(guān)系確定各轉(zhuǎn)臺(tái)變量的初始值。在PSCAD中使用自定義建模功能，建立component(元件),輸入元件的輸入輸出端口，如圖5所示。建立元件的輸入?yún)?shù)表，本模型所用常量參數(shù)如下，δi—調(diào)差系數(shù)(％)；Ts—伺服機(jī)構(gòu)時(shí)間常數(shù)(秒)；ε—調(diào)速器死區(qū)(標(biāo)幺值)；σmax—配壓閥形成上限(≤1)；σmin—配壓閥形成下限(≥-1)；μmax—汽門/導(dǎo)水葉開度上限(≤1)；μmin—汽門/導(dǎo)水葉開度下限(≥0)；T0—蒸汽容積時(shí)間常數(shù)(秒)；α—汽輪機(jī)過(guò)熱系數(shù)，若無(wú)中間過(guò)熱，則α＝1；對(duì)水輪機(jī)，也有α＝1；Trh—汽輪機(jī)中間過(guò)熱時(shí)間常數(shù)(秒)；Kα—水輪機(jī)測(cè)量環(huán)節(jié)放大倍數(shù)；Kβ—水輪機(jī)軟負(fù)反饋放大倍數(shù)；Ti—水輪機(jī)軟負(fù)反饋時(shí)間常數(shù)(秒)；Tw—水輪機(jī)水錘效應(yīng)時(shí)間常數(shù)(秒)；Kδ—量測(cè)環(huán)節(jié)放大倍數(shù)，若汽輪機(jī)，Kδ＝1/(δi/100)；若水輪機(jī)，須直接填寫。此外，若選汽輪機(jī)：Ki＝1，Kβ＝1，Tw＝0，Ti＝100000；若選水輪機(jī)：Ki＝(δi/100)×Kδ，T0＝Tw/2。因此建立的參數(shù)表見圖6所示。在Script中選擇Fortran程序段，根據(jù)變換后的傳遞函數(shù)加載控制程序，以1型GOV模型為例，其控制程序如下，程序的結(jié)構(gòu)為：(1)定義變量；(2)初始化，給狀態(tài)變量賦予初始值；(3)根據(jù)狀態(tài)變量的代數(shù)關(guān)系編寫控制程序。將本模型直接放入到調(diào)速器模型庫(kù)中，最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3