用于对水轮发电机组水轮机模型参数辨识的方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统仿真技术领域，并且更具体地，涉及一种用于对水轮发电机组水轮机模型参数辨识的方法及系统。

背景技术

当前的水轮机模型参数辨识，一般将现场试验取得的有功功率数据作为水轮机机械功率来进行辨识，即将发电机输出的电功率作为机组输入的机械功率来处理，不可避免的省略了作为中间环节的发电机。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种用于对水轮发电机组水轮机模型参数辨识的方法，包括：

获取试验机组现场电力试验的试验数据；

在预设程序中搭建带有试验机组发电机模型的单机无穷大系统，根据试验机组水轮机模型的传递函数，基于预设程序自定义机组水轮机模型，得到仿真系统；

将所述试验数据的导叶/桨叶开度输入至所述仿真系统自定义的水轮机模型中，进行仿真计算，以输出机组有功功率的仿真计算数据；

对所述试验数据与仿真计算数据的机组有功功率进行对比，以辨识试验机组水轮机模型参数。

可选的，试验机组为水轮发电机组。

可选的，试验数据，包括：导叶开度数据和机组有功功率数据；

若为轴流转桨式机组时，所述试验数据，包括：导叶开度数据、浆叶开度数据和机组有功功率数据。

可选的，预设程序为ADPSS电磁暂态计算程序。

可选的，对所述试验数据与仿真计算数据的机组有功功率进行对比，以辨识试验机组水轮机模型参数，包括：

反复多次调节水轮机模型的参数，并在调节参数后进行仿真计算，以输出机组有功功率的多个仿真计算数据，将所述多个仿真计算数据与试验数据进行对比，根据对比结果，辨识试验机组水轮机模型参数。

再一方面，本发明还提出了一种用于水轮发电机组水轮机模型参数辨识的系统，包括：

数据采集单元，用于获取试验机组现场电力试验的试验数据；

模型搭建单元，用于在预设程序中搭建带有试验机组发电机模型的单机无穷大系统，根据试验机组水轮机模型的传递函数，基于预设程序自定义机组水轮机模型，得到仿真系统；

仿真单元，用于将所述试验数据的导叶/桨叶开度输入至所述仿真系统自定义的水轮机模型中，进行仿真计算，以输出机组有功功率的仿真计算数据；

辨识单元，用于对所述试验数据与仿真计算数据的有功功率进行对比，以辨识试验机组水轮机模型参数。

可选的，试验机组为水轮发电机组。

可选的，试验数据，包括：导叶开度数据和机组有功功率数据；

若为轴流转桨式机组时，所述试验数据，包括：导叶开度数据、浆叶开度数据和机组有功功率数据。

可选的，预设程序为ADPSS电磁暂态计算程序。

可选的，对所述试验数据与仿真计算数据的有功功率进行对比，以辨识试验机组水轮机模型参数，包括：

反复多次调节水轮机模型的参数，并在调节参数后进行仿真计算，以输出机组有功功率的多个仿真计算数据，将所述多个仿真计算数据与试验数据进行对比，根据对比结果，辨识试验机组水轮机模型参数。

再一方面，本发明还提供了一种计算设备，包括：一个或多个处理器；

处理器，用于执行一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如上述所述的方法。

再一方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现如上述所述的方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供了一种用于对水轮发电机组水轮机模型参数辨识的方法，包括：获取试验机组现场电力试验的试验数据；在预设程序中搭建带有试验机组发电机模型的单机无穷大系统，根据试验机组水轮机模型的传递函数，基于预设程序自定义机组水轮机模型，得到仿真系统；将所述试验数据的导叶/桨叶开度输入至所述仿真系统自定义的水轮机模型中，进行仿真计算，以输出机组有功功率的仿真计算数据；对所述试验数据与仿真计算数据的机组有功功率进行对比，以辨识试验机组水轮机模型参数。本发明相对现有技术，在辨识过程中考虑了发电机模型及其励磁系统模型参数，辨识得到的试验机组水轮机模型参数准确度更高。

附图说明

图1为本发明方法的流程图；

图2为本发明方法的流程原理图；

图3为本发明方法的现场试验记录数据示意图；

图4为本发明方法的单机无穷大系统的示意图；

图5为本发明方法的水轮机模型传递函数示意图；

图6为本发明方法的ADPSS电磁暂态计算程序自定义UDM模块示意图；

图7为本发明方法的某电厂的现场试验记录数据示意图

图8为本发明方法的某电厂的单机无穷大系统的示意图；

图9为本发明方法的ADPSS电磁暂态计算程序自定义UDM模块示意图；

图10为本发明方法的某电厂的水轮发电机组有功功率比对图；

图11为本发明方法的某电厂的水轮发电机组有功功率比对图；

图12为本发明系统的结构图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

实施例1：

本发明提出了一种用于对水轮发电机组水轮机模型参数辨识的方法，如图1所示，包括：

步骤1、获取试验机组现场电力试验的试验数据；

步骤2、在预设程序中搭建带有试验机组发电机模型的单机无穷大系统，根据试验机组模型的传递函数，基于预设程序自定义机组水轮机模型，得到仿真系统；

步骤3、将所述试验数据的导叶/桨叶开度输入至所述仿真系统自定义的水轮机模型中，进行仿真计算，以输出机组有功功率的仿真计算数据；

步骤4、对所述试验数据与仿真计算数据的机组有功功率进行对比，以辨识试验机组水轮机模型参数。

其中，试验机组为水轮发电机组。

其中，试验数据，包括：包括：导叶开度数据和机组有功功率数据；

若为轴流转桨式机组时，所述试验数据，包括：导叶开度数据、浆叶开度数据和机组有功功率数据。

其中，预设程序为ADPSS电磁暂态计算程序。

其中，对所述试验数据与仿真计算数据的机组有功功率进行对比，以辨识试验机组水轮机模型参数，包括：

反复多次调节水轮机模型的参数，并在调节参数后进行仿真计算，以输出机组有功功率的多个仿真计算数据，将所述多个仿真计算数据与试验数据进行对比，根据对比结果，辨识试验机组水轮机模型参数。

下面以水电机组为例对本发明进行说明：

实施原理如图2所示，实施步骤包括：

(1)取得现场试验记录数据，示例如图3所示；

(2)在ADPSS电磁暂态计算程序中搭建单机无穷大系统，如图4所示；

(3)根据水轮机模型传递函数如图5所示，搭建基于ADPSS电磁暂态计算程序的用户自定义UDM模块，将试验数据中的导叶开度和桨叶开度数据代入至水轮机模型中，水轮机模型输出即为机组机械功率，如图6所示：

(4)运行并输出图3中试验机组的有功功率，与现场试验数据中的有功功率进行对比分析；并调节水轮机模型中的参数，反复运行ADPSS程序和对比数据，从而实现对模型参数的辨识。

本发明在水轮机模型参数辨识过程中将ADPSS电磁暂态计算程序发电机模型输出的有功功率与现场试验记录的有功功率进行比对分析，而非简单的将水轮机模型输出的机械功率PM与现场试验记录的有功功率进行比对，并且可根据现场实际配置相应的励磁系统及PSS模型参数；

本发明应用ADPSS电磁暂态计算程序的水轮机模型参数辨识方法，在输入量为现场实测的机组导叶开度(或导叶开度和桨叶开度)的前提下，将发电机模型代入到仿真计算中，并且可以配置实际运行的励磁系统模型参数和PSS模型参数，此方法更贴近实际，并提高了仿真精度；可应用于混流式水轮机模型，亦可应用于轴流转桨式水轮机模型。

应用某电厂150MW轴流转桨式水轮发电机组为例(应用本发明进行水轮机模型参数辨识，根据现场负载下的执行机构5％阶跃试验数据，与仿真数据进行比对)进一步的详细说明；

水轮机参数见表1，表2为发电机机参数，现场机组在负载状态下的试验记录数据如图7所示。

表2

使用本发明进行水轮机模型参数辨识步骤如下：

步骤一：在ADPSS电磁暂态计算程序中搭建一个单机无穷大系统如图8所示，同时将与现场对应的发电机励磁系统模型参数和电力系统稳定器PSS模型参数加入到机组控制中。

步骤二：在ADPSS电磁暂态计算程序中建立用户自定义模型UDM，通过用户自定义模型输入节点将导叶开度/桨叶开度数据输入，水轮机模型的机械功率输出至试验机组，如图9所示；

步骤三：首先设置水轮机模型中的参数如表3，运行ADPSS电磁暂态计算程序，将单机无穷大系统中发电机的有功功率与现场试验数据中的有功功率进行比对，如图10所示；

表3

机组有功功率比对结果不理想，重新设置水轮机模型中的参数如表4，运行ADPSS电磁暂态计算程序，将单机无穷大系统中发电机的有功功率与现场试验数据中的有功功率进行比对，如图11所示；

表4

通过将ADPSS电磁暂态计算程序中试验机组的有功功率和现场试验记录数据的机组有功功率的比较可以看出，图11的重合程度更好，仿真曲线与试验结果接近，同时验证了在ADPSS电磁暂态计算程序中搭建的轴流转桨式水轮机模型参数的准确性，从而证明了本发明提供的方法在实际模型参数辨识中的有效性。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

本发明加入了发电机模型以及发电机励磁系统模型参数，与实际设备参数对应关系明确；

本发明的仿真结果较现有辨识方法更加准确；

本发明能应用于混流式水轮机模型/轴流转桨式水轮机模型参数进行仿真辨识。

实施例2：

本发明还提出了一种用于对水轮发电机组水轮机模型参数辨识的系统200，如图12所示，包括：

数据采集单元201，用于获取试验机组现场电力试验的试验数据；

模型搭建单元202，用于在预设程序中搭建带有试验机组发电机模型的单机无穷大系统，根据试验机组水轮机模型的传递函数，基于预设程序自定义机组水轮机模型，得到仿真系统；

仿真单元203，用于将所述试验数据的导叶/桨叶开度输入至所述仿真系统自定义的水轮机模型中，进行仿真计算，以输出机组有功功率的仿真计算数据；

辨识单元204，用于对所述试验数据与仿真计算数据的机组有功功率进行对比，以辨识试验机组水轮机模型参数。

其中，试验机组为水轮发电机组。

其中，试验数据，包括：包括：导叶开度数据和机组有功功率数据；

若为轴流转桨式机组时，所述试验数据，包括：导叶开度数据、浆叶开度数据和机组有功功率数据。

其中，预设程序为ADPSS电磁暂态计算程序。

其中，对所述试验数据与仿真计算数据的机组有功功率进行对比，以辨识试验机组水轮机模型参数，包括：

反复多次调节水轮机模型的参数，并在调节参数后进行仿真计算，以输出机组有功功率的多个仿真计算数据，将所述多个仿真试验数据与试验数据进行对比，根据对比结果，辨识试验机组水轮机模型参数。

本发明相对现有技术，在辨识过程中考虑了发电机模型及其励磁系统模型参数，辨识得到的验机组模型参数准确度更高。

实施例3：

基于同一种发明构思，本发明还提供了一种计算机设备，该计算机设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor、DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行计算机存储介质内一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能，以实现上述实施例中方法的步骤。

实施例4：

基于同一种发明构思，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(Memory)，所述计算机可读存储介质是计算机设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括计算机设备中的内置存储介质，当然也可以包括计算机设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速RAM存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中方法的步骤。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本发明实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。