第38卷第2期电力系统保护与控制Vol.38No.22010年1月16日PowerSystemProtectionandControlJan.16,2010基于Matlab模块化模型的水轮发电机组仿真研究曹程杰1,2，莫岳平2，刘洁3（1.扬州大学，江苏扬州225000；2.南京南瑞自动控制有限公司，江苏南京210003；3.江都水利工程管理处，江苏扬州225200）摘要：采用Matlab建立水轮发电机系统各子系统的多种精度模块化模型，在此基础上分别构建水电机组非线性模型、线性化模型和经典理想模型。通过与现场运行数据相比较，研究了不同模型的适用范围，验证了仿真模型和算法的正确性，体现了模块化建模在水电站仿真计算中的优势。关键词：水轮机调节系统；数学模型；仿真ResearchofhydrogeneratingunitsbasedonmodularizedmodelofMatlabCAOCheng-jie1，2，MOYue-ping2，LIUJie3（1.YangzhouUniversity，Yangzhou225000，China；2.NARIAutomaticControlCo.，Ltd.，Nanjing210003，China；3.JiangduWaterConservancy，Yangzhou225200，China）Abstract：Themultiple-precisionmathematicmodelsofthesubsystemofhydrogeneratingunitsisestablished，andthenthenonlinearmodel，linearmodelandclassical-idealmodelofhydrogeneratingunitsarebuiltrespectively．Throughacomparisonbetweensimulationresultsandfielddata，thispaperstudiesthedifferentapplicationscopesofthemodelsandverifiesthevalidityofthesimulationmodel，whichshowsthesuperiorityofmodularizedmodelinginthesimulationforhydropowerstations．Keywords：hydraulicturbinegoverningsystem；mathematicalmodel；simulation中图分类号：TP273.2；TP391.9文献标识码：A文章编号：1674-3415(2010)02-0068-040引言以及不同的仿真工况和仿真目的进行选择。1水轮机调节系统的数学模型水电厂是电网频率调节的主要电厂，随着电力系统中大中型水电机组的广泛应用，其整体动态模1.1引水系统模型型研究日益受到人们的重视，建立符合实际的水轮1.1.1刚性水击模型发电机组模型，对于理论分析计算、试验研究、调一般在小扰动情况下，对简单直管路且管道长度小于600~800m时，管壁及水体的弹性以及流动节保证计算等都具有重要意义。水轮机仿真模型既的摩擦阻力均可以忽略，此时可以认为是刚性水击，要保证仿真结果的准确性，又要兼顾计算时间及工其传递函数为：作效率，针对不同的仿真要求需要选择不同的模型。hs()=−TWsqs()（1）同时，水电机组控制系统是一个复杂的非线性系统，式中:h为管道中水头的变化量；q为管道中瞬时水模型和算法选取的正确与否应在实践中加以检验，流量的变化量；轮机额TW为管道水流惯性时间常正确、合理的仿真试验对实践才具有指导意义。数；TW=LQr/gFHr；L为管道长度；F为管路截面面水轮发电机系统由水轮机、引水系统、调速系积；Qr为水轮机额定流量；Hr为水定水头；g为重统、发电机及负荷等子系统组成，本文采用Matlab力加速度。软件作为仿真平台，建立了各子系统的多种精度模1.1.2弹性水击模型当引水管路较长时，管道及水体的弹性均不能块化模型，以在仿真计算中根据水电站的具体特征忽略，此时弹性水击理论能更精确地描述管道动态曹程杰，等基于Matlab模块化模型的水轮发电机组仿真研究-69-过程，在不考虑水力摩阻的情况下，由水力学原理mexeyeht=xyh++中的动力方程和连续方程可以导出弹性水击方程：（5）qexeyeh=++hs()Tsqxqyqh=−hrW1式中：q、mt、y、x、h分别为流量、力矩、接力器qs()1+Ts228r行程、转速、水头的相对偏差；eqy、eqx、eqh分别为1流量对导叶开度