多种水轮机模型的仿真对比分析

陈 上，陈金保，王安林，丘涛基，陈齐灯，肖志怀

（1.武汉大学动力与机械学院，武汉430072；2.福建华电金湖电力有限公司，福建三明353399）

0 引 言

随着大规模风能、太阳能等新能源电能的接入，输电电网架构和区域电网间互联方式日趋复杂，在电力系统的规划、调峰、安全备用、频率电压稳定等方面带来更多新的问题。作为电网中起主要调节作用的水电站，对其调节性能提出了更高要求。由于水轮机内部流体运动复杂，各运行变量间的动态关系复杂、耦合程度高，难以用简单的数学模型描述，目前只能通过真机试验、模型试验和近似解析方法来建立水轮机模型。在工程上通常采用稳态特性近似代替动态特性建立水轮机模型［1］，进而对水轮机的稳态特性、动态特性、控制策略等进行研究。水轮机建模主要包括外特性法［2-6］和内特性法［7-9］，内特性建模由于过度依赖水轮机几何参数和结构参数，且实际建模时很难获得具体准确的参数，故很少采用。外特性建模主要基于模型运转综合特性曲线（或原型运转综合特性曲线），位于模型综合特性曲线内的工况通常可较好表达，但小开度区间建模还需要进一步深入研究；此外，也有学者提出其他水轮机建模方法，如适用于电力系统仿真的递推水轮机线性模型［10］；反映系统能量特性的非线性水轮机哈密尔顿模型［11］。为了分析各类模型之间的建模精度与差异，为水轮机建模提供理论指导，本文结合目前常用的分段线性化模型、理想水轮机模型、神经网络模型和插值法模型，借助matlab 仿真平台，针对实际机组开展仿真建模研究，对比分析不同建模方法在稳态特性、动态特性、建模复杂程度、模型仿真时间等方面效果与差异。……