2024年6月13日发(作者：仲睿才)
第３３卷第４期
２０１０年８月
水电站机电技术
Ｖ０１．３３ Ｎｏ．４
Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ
Ａｕｇ．２０１０ ２３
灯泡贯流式双调节水轮发电机组调速系统建模与仿真
彭天波
（湖北省电力试验研究院，湖北武汉４３００７７）
摘要：以灯泡贯流式双调节水轮发电机组为例，首先进行调速系统参数现场测试，并经分析、整理后得出了水轮机
调节系统各环节的重要参数，之后分别采用最小二乘法（ＬＳ）和基因遗传算法（ＧＡ）对原动机及调节系统建模和参数
辨识，得到非线性”自定义”模型，并与电网稳定计算通用模型ＰＳＡＳＰ进行了比较分析，从而建立了水轮机调节系统
在并网状态下的模型和数据，为电力系统仿真研究提供与实际系统状况相吻合的水轮机调节系统模型，满足了电力
系统稳定计算的要求。
关键词：灯泡贯流式机组；参数测试；调速系统建模；仿真
中图分类号：ＴＶ７３４．４ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７２—５３８７（２０１０）０４—００２３—０５
某航电枢纽工程１号机组为灯泡贯流式水轮发
蜗壳未充水，调速器处于自动运行方式；切除人
频率给定为额定值；机组
电机组，由东芝水电设备航州）有限公司生产，其主
工死区；置增益为整定值，
模拟并网（断路器位置信号短接）。
要设备参数如下：
水轮机型号ＧＺ（Ｔ￣５００３）一ＷＰ－６９１；最大功率
１．１．２试验方法
１６．９８０ ＭＷ；额定功率１５．４３２ ＭＷ；最大水头８．４ ｍ；设
计水头４．７ｍ；最小水头１５ｍ；设ｉ十流量￣＜３６６．４７ｍ３／ｓ。发
由调速器测试仪给调速器提供额定的机频输入
信号，以开度给定将导叶接力器调整到５０％行程附
近。然后，将调速器处于自动运行方式，升高或降低
频率使接力器全关或全开，调整频率信号值，使之按
一
电机型号ＳＦＷＧ１５—８４—７３００；额定容量１６．６７ ＭＶＡ；
额定功率１５ ＭＷ；额定电压１０．５ ｋＶ；额定电流９１６．４ Ａ；
额定频率５０ Ｈｚ；额定转速７１．４ ｒ／ｍｉｎ；飞逸转速
个方向逐次升高或降低，在导叶接力器每次变化
２４０ ｒ／ｍｉｎ；功率因素０．９（滞后）；转动惯量３ ０００ ｔ・ｍ ；
惯性时间常数 ６．１３（额定水头）／２．０６（最大水头）ｓ。
调速器调节参数调整范围如下：
稳定后，用调速器测试仪记录该次信号频率值及相
应的接力器行程、浆叶行程，分别绘制频率升高或降
低的静态特性曲线。每条曲线在接力器行程１０％
～
比例增益 ：０．５—２０；积分增益Ｋｉ：０．０２５～１０；
微分增益Ｋｄ：０～４０；永态转差率ｂ。调整范围：
９０％的范围内，测点不少于１Ｏ点。
设定ｂｔ＝５％，Ｔｄ＝２ ｓ，Ｔｎ＝０，ｂｐ＝６％，分三个水头
４ ｉｎ，额定水头４．７ ｉｎ，最小水头１．５ ｍ）
０～１０％；人工转速死区调整范围：０～±０－３ Ｈｚ；电气开
（最大水头８．
限调整范围：０～１００％；“频率给定”（数字给定）调整
进行试验。
范围：４５～５５ Ｈｚ；“功率给定”（数字给定）调整范围：
０￣ＩＯ０％。
１．１．３试验结果
试验结果见表１，额定水头下的试验曲线见图１。
表１调速器静特性试验结果
调速器液压控制系统参数如下：
型号：ＰＺＷＳＴ１５０—６．３一Ｓｔａｒｓ；额定工作压力：
６．３ ＭＰａ；主配压阀直径：１５０ ｍｍ；主配压阀最大行
程：１５ ｎｌ／ｎ；滤芯精度：１０／Ｊ，ｍ（０１２０Ｄ０１０ＢＮ／ＨＣ）；差
压发讯器发讯压差：０．２ ＭＰａ。
１调速器建模参数测试条件、测试方法与测
试结果
１．１调速器静特性试验（测量印、ｊｊ（、￣Ｌ等参数）
１．１．１试验条件
收稿日期：２０１０—０５－１９
作者简介：彭天波（１９６６一），男，硕士，高级工程师，从事发电厂经济运
行与控制工作。
２４ 水电站机电技术 第３３卷
验组号标称偏标枥称一定差标偏一标称一＾＾宴测实冽 ～ 一 呲 砩一ｉ ～ ８孵阳 骗８孤加加如ｒ‘ 坫；８，０‘ ∞８｝宝
＼
＼ ＼ 。｝
’Ｉ
ｌｌｌ ｌ ｌ＼ －＿
＼ ＼●＿
． 。
）０ １０ Ｏ０ ２０ ０Ｏ ３Ｏ ００ ４０ Ｄ０ ６０ ００ ８Ｄ ００ ７Ｏ ００ ｅ０ ０ ０ ｑ０ ００ １ Ｃ
图１额定水头４．７ＩＴＩ调速器静态特性
１．２频率扰动试验（测量 、 、丁ｎ等参数）
１．２．１试验条件
蜗壳未充水，调速器处于自动运行方式；切除人
工死区；置增益为整定值，ｂｐ＝０，频率给定为额定值；
机组模拟并网（断路器位置信号短接）。分别在空载、
并网一次调频模式下进行。
１．２．２试验方法
由调速器测试仪给调速器提供额定的机频输人
信号，以开度给定将导叶接力器调整到５％行程附
近。断开主接反馈，用调速器测试仪改变机组输入频
率，记录频率改变后、ＰＩＤ输出、导叶接力器行程变
化过程曲线。试验茁凋速器参数设定为 ＝０，ｂｔ＝２０％，
＝
８ ｓ，Ｔｎ＝０．２ ｓ和ｂＤ＝０，ｂｔ＝２０％，Ｔｄ＝８ Ｓ，Ｔｎ＝０ ｓ两
种参数组合下进行。
１．２．３试验结果
测试结果汇总见表２。以第４组ｂｐ＝０，ｂｔ＝２０％，
＝
８ Ｓ，Ｔｎ＝０．２ Ｓ为代表的试验录波图见图２所示。
表２调速器控制参数测试结果
试 ｂｔ（％） Ｙｄ（ｓ） ７ｈ（ｓ）
注：表中标定偏差＝（Ｋ－Ｓ３／Ｓ，Ｋ为实测值，ｓ为标称值。
１ ６７９．． ．． ｉｉ ｉｉｉ ｉｉ ｉ
０ ０。
图２第４组频率扰动试验
１．３接力器关闭规律试验（测量主接最短关闭时间
丁ｓ、最短开机时间 ）
测量主接最短关闭时间 、最短开机时间
结果见表３。
表３接力器关闭规律试验结果
测
簇
１．４测量人工死区试验
１．４．１试验条件
蜗壳未充水，调速器处于自动运行方式。
１．４．２试验方法
用阶跃频率信号法校验调速器的转速死区，把
测试仪输出的频率信号整定为５０ Ｈｚ，于额定频率
基础上每步０．０１ Ｈｚ（或０．００５ Ｈｚ）施加正（或负）的
阶跃频率偏差信号，并逐一录波；直到接力器开始产
生与此信号对应的改变，此时的频率累积偏差信号
即为人工死区。
１．４．３试验结果
经过测试调速系统人工死区为０．０５ Ｈｚ。
１．５频率及开度给定扰动试验（测量接力器反应时
间 、桨叶反应时间 ）
１．５．１试验条件
蜗壳未充水，调速器处于自动运行方式；切除人
工死区；置增益为整定值，频率给定为额定值；机组
模拟并网（断路器位置信号短接）。断开主接反馈。
１．５．２试验方法
由调速器测试仪给调速器提供额定的机频输入
信号，以开度给定将导叶接力器行程调整到拐点以
上，给定频率或开度扰动，用调速器测试仪记录频率
或开度给定变化后导叶接力器行程、桨叶行程变化
过程曲线。
１．５－３试验结果
试验结果见表４、表５。
嗽
第４期 彭天波：灯泡贯流式双调节水轮发电机组调速系统建模与仿真 ２５
表４接力器反应时间丁ｙ实测值
表５桨叶反应时间 实测值
１．００
—
１．００
接力器开度一３％
接力器开度＋３％
１．６并网频率扰动试验（测量动态响应时间）
１．６．１试验条件
机组带负荷稳定运行，调速器处于自动运行方
式。
１．６．２试验方法
机组带７０％额定负荷（１０ Ｍｗ）运行，用调速器
测试仪改变输入调速器的频率，模拟改变电网频率。
把测试仪输出的额定频率信号接人调速器的机频信
号输入端，分别于额定网频基础上施加正负阶跃偏
差频率信号（从０．１ Ｈｚ、一０．１ Ｈｚ；０．２ Ｈｚ、一０．２ Ｈｚ；到
０．３ Ｈｚ、一０．３ Ｈｚ，每个模拟网频信号持续６０ ｓ以上
（以接力器稳定时间为准），频率变化范围４９．７０—
５０．３０ Ｈｚ）；用调速器测试仪分别对模拟网频频率、
有功功率和导叶开度、桨叶角度信号进行录波。
试验实际水头５．４ ｍ，仿真水头６．０ ｍ，开度模
式，ｂｐ＝４％，ｂｔ＝２０％，Ｔｄ＝２ｓ，Ｔｎ＝８ｓ。
１．６．３试验结果
试验数据应用于调速系统建模，其中－Ｉ－０．２ Ｈｚ
的频率扰动试验示波图见图３、图４所示
●
一 ●●●
。●
曲驯：一棚蛆臻奉 一■叶主接 一紫 主接 一膏功功奉 一 嘲氟奉
图３＋０．２Ｈｚ频率扰动试验
｜｜
＿＿‘ 岍一 ｒ ：
。
。
００ ８ ７０ １７４０ ２６１０ ３４ ８０ ４３ ５０ ５２ ２０￣４３∞６９∞７８ ３０ ８７
图４—０．２Ｈｚ频率扰动试验
２水轮机调速系统建模
现场试验完成以后，通过对试验数据进行分析、
整理，得出了水轮机调节系统各环节的重要参数。分
别采用最小二乘法（ＬＳ）和基因遗传算法（ＧＡ）对原
动机及调节系统建模和参数辨识，得到非线性“自定
义”模型，并与电网稳定计算通用模型ＰＳＡＳＰ进行
了比较分析。
２．１自定义调速器模型、参数及仿真
水轮机调节系统在并网状态下的数学模型（自
定义模型）如图５一图７所示。
图５调速器导叶电气部分（控制器）模型框图
图６调速器导叶液压系统模型框图
Ｈ
图７调速器桨叶控制系统模型框图
水电站机电技术 第３３卷
模型中符号含义和参数见表６。
表６自定义调速器模型符号含义与参数
２．２自定义机组一引水道模型、参数及仿真
水轮机机组一引水道在并网状态下的数学模型
（自定义模型）如图１０所示。
图１Ｏ机组一引水道模型框图
模型中符号含义和参数见表７，仿真效果见图
ｌ１、图１２所示。
表７自定义机组一引水道模型符号含义与参数
名称
初始导叶开度
初始功率
初始桨叶开度
最小二乘参数辨
识算法（ＬＳ）
基因遗传参数辨
识算法（ＧＡ）
符号
ｒｇ
Ｐｇ
Ｃｇ
数值 单位
Ｐ．ｕ．
Ｐ．ｕ．
Ｐ．ｕ
传递函数△尸（ｓ）／Ａｙ（ｓ）＝
（一５．００ｓ＋１．６９）／（５．３８ｓ ２＋２．００ｓ＋１．ｏｏ）
传 递 函 数 △ ｓ）／ △
（－４．９８ｓ＋１．６８）／（１．０３ｓ ２＋３．４７ｓ＋１。ｏｏ）
ｓ）＝
得到模型后进行仿真计算。调速器导叶开度仿真
结果见图８，调速器桨叶开度仿真结果曲线见图９。
图１１机组一引水道ＬＳ法辨识效果图
时闻
图８调速器模型导叶开度仿真与实测过程比较
图ｌ２机组一引水道ＧＡ法辨识效果图
２．３自定义模型仿真输出与实测动态过程 匕较
采用Ｌｓ及ＧＡ法所得自定义模型仿真输出与
实测动态过程比较见图１３、图１４所示。
图９调速器模型桨叶开度仿真与实测过程比较
第４期 彭天波：灯泡贯流式双调节水轮发电机组调速系统建模与仿真
表８ ＰＳＡＳＰ模型符号含义与参数
２７
《
避
ｌ
１００
８０
篡６０
４０
图１３ Ｌｓ法自定义模型仿真输出与实测动态过程比较
图１４ ＧＡ法自定义模型仿真输出与实测动态过程比较 图１６ ＩＪｓ法自定义模型与ＰＳＡＳＰ模型的动态过程比较
２．４水轮机调节系统在并网状态下的自定义模型与
ＰＳＡＳＰ模型的比较
ＰＳＡＳＰ模型见图１５所示，其模型符号含义及参
数见表８，本次在１号机组建立的自定义模型与
ＰＳＡＳＰ模型的动态过程比较见图１６、图１７。
图１７ ＧＡ法自定义模型与ＰＳＡＳＰ模型的动态过程比较
３结论与建议
根据该电站１号机组的现场实测参数和数据，
建立了１号机组水轮机调节系统在并网状态下的数
学模型，并进行参数辨识。仿真表明所建模型能较好
地反映系统在并网状态下对频率变化的动态响应，
并与电网稳定计算通用模型ＰＳＡＳＰ进行了比较，可
以看出，自定义模型更能反映原动机及调节系统实
际情况，在电力系统稳定计算中采用效果显著。
图１５ ＰＳＡＳＰ模型框图
2024年6月13日发(作者：仲睿才)
第３３卷第４期
２０１０年８月
水电站机电技术
Ｖ０１．３３ Ｎｏ．４
Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ
Ａｕｇ．２０１０ ２３
灯泡贯流式双调节水轮发电机组调速系统建模与仿真
彭天波
（湖北省电力试验研究院，湖北武汉４３００７７）
摘要：以灯泡贯流式双调节水轮发电机组为例，首先进行调速系统参数现场测试，并经分析、整理后得出了水轮机
调节系统各环节的重要参数，之后分别采用最小二乘法（ＬＳ）和基因遗传算法（ＧＡ）对原动机及调节系统建模和参数
辨识，得到非线性”自定义”模型，并与电网稳定计算通用模型ＰＳＡＳＰ进行了比较分析，从而建立了水轮机调节系统
在并网状态下的模型和数据，为电力系统仿真研究提供与实际系统状况相吻合的水轮机调节系统模型，满足了电力
系统稳定计算的要求。
关键词：灯泡贯流式机组；参数测试；调速系统建模；仿真
中图分类号：ＴＶ７３４．４ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７２—５３８７（２０１０）０４—００２３—０５
某航电枢纽工程１号机组为灯泡贯流式水轮发
蜗壳未充水，调速器处于自动运行方式；切除人
频率给定为额定值；机组
电机组，由东芝水电设备航州）有限公司生产，其主
工死区；置增益为整定值，
模拟并网（断路器位置信号短接）。
要设备参数如下：
水轮机型号ＧＺ（Ｔ￣５００３）一ＷＰ－６９１；最大功率
１．１．２试验方法
１６．９８０ ＭＷ；额定功率１５．４３２ ＭＷ；最大水头８．４ ｍ；设
计水头４．７ｍ；最小水头１５ｍ；设ｉ十流量￣＜３６６．４７ｍ３／ｓ。发
由调速器测试仪给调速器提供额定的机频输入
信号，以开度给定将导叶接力器调整到５０％行程附
近。然后，将调速器处于自动运行方式，升高或降低
频率使接力器全关或全开，调整频率信号值，使之按
一
电机型号ＳＦＷＧ１５—８４—７３００；额定容量１６．６７ ＭＶＡ；
额定功率１５ ＭＷ；额定电压１０．５ ｋＶ；额定电流９１６．４ Ａ；
额定频率５０ Ｈｚ；额定转速７１．４ ｒ／ｍｉｎ；飞逸转速
个方向逐次升高或降低，在导叶接力器每次变化
２４０ ｒ／ｍｉｎ；功率因素０．９（滞后）；转动惯量３ ０００ ｔ・ｍ ；
惯性时间常数 ６．１３（额定水头）／２．０６（最大水头）ｓ。
调速器调节参数调整范围如下：
稳定后，用调速器测试仪记录该次信号频率值及相
应的接力器行程、浆叶行程，分别绘制频率升高或降
低的静态特性曲线。每条曲线在接力器行程１０％
～
比例增益 ：０．５—２０；积分增益Ｋｉ：０．０２５～１０；
微分增益Ｋｄ：０～４０；永态转差率ｂ。调整范围：
９０％的范围内，测点不少于１Ｏ点。
设定ｂｔ＝５％，Ｔｄ＝２ ｓ，Ｔｎ＝０，ｂｐ＝６％，分三个水头
４ ｉｎ，额定水头４．７ ｉｎ，最小水头１．５ ｍ）
０～１０％；人工转速死区调整范围：０～±０－３ Ｈｚ；电气开
（最大水头８．
限调整范围：０～１００％；“频率给定”（数字给定）调整
进行试验。
范围：４５～５５ Ｈｚ；“功率给定”（数字给定）调整范围：
０￣ＩＯ０％。
１．１．３试验结果
试验结果见表１，额定水头下的试验曲线见图１。
表１调速器静特性试验结果
调速器液压控制系统参数如下：
型号：ＰＺＷＳＴ１５０—６．３一Ｓｔａｒｓ；额定工作压力：
６．３ ＭＰａ；主配压阀直径：１５０ ｍｍ；主配压阀最大行
程：１５ ｎｌ／ｎ；滤芯精度：１０／Ｊ，ｍ（０１２０Ｄ０１０ＢＮ／ＨＣ）；差
压发讯器发讯压差：０．２ ＭＰａ。
１调速器建模参数测试条件、测试方法与测
试结果
１．１调速器静特性试验（测量印、ｊｊ（、￣Ｌ等参数）
１．１．１试验条件
收稿日期：２０１０—０５－１９
作者简介：彭天波（１９６６一），男，硕士，高级工程师，从事发电厂经济运
行与控制工作。
２４ 水电站机电技术 第３３卷
验组号标称偏标枥称一定差标偏一标称一＾＾宴测实冽 ～ 一 呲 砩一ｉ ～ ８孵阳 骗８孤加加如ｒ‘ 坫；８，０‘ ∞８｝宝
＼
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’Ｉ
ｌｌｌ ｌ ｌ＼ －＿
＼ ＼●＿
． 。
）０ １０ Ｏ０ ２０ ０Ｏ ３Ｏ ００ ４０ Ｄ０ ６０ ００ ８Ｄ ００ ７Ｏ ００ ｅ０ ０ ０ ｑ０ ００ １ Ｃ
图１额定水头４．７ＩＴＩ调速器静态特性
１．２频率扰动试验（测量 、 、丁ｎ等参数）
１．２．１试验条件
蜗壳未充水，调速器处于自动运行方式；切除人
工死区；置增益为整定值，ｂｐ＝０，频率给定为额定值；
机组模拟并网（断路器位置信号短接）。分别在空载、
并网一次调频模式下进行。
１．２．２试验方法
由调速器测试仪给调速器提供额定的机频输人
信号，以开度给定将导叶接力器调整到５％行程附
近。断开主接反馈，用调速器测试仪改变机组输入频
率，记录频率改变后、ＰＩＤ输出、导叶接力器行程变
化过程曲线。试验茁凋速器参数设定为 ＝０，ｂｔ＝２０％，
＝
８ ｓ，Ｔｎ＝０．２ ｓ和ｂＤ＝０，ｂｔ＝２０％，Ｔｄ＝８ Ｓ，Ｔｎ＝０ ｓ两
种参数组合下进行。
１．２．３试验结果
测试结果汇总见表２。以第４组ｂｐ＝０，ｂｔ＝２０％，
＝
８ Ｓ，Ｔｎ＝０．２ Ｓ为代表的试验录波图见图２所示。
表２调速器控制参数测试结果
试 ｂｔ（％） Ｙｄ（ｓ） ７ｈ（ｓ）
注：表中标定偏差＝（Ｋ－Ｓ３／Ｓ，Ｋ为实测值，ｓ为标称值。
１ ６７９．． ．． ｉｉ ｉｉｉ ｉｉ ｉ
０ ０。
图２第４组频率扰动试验
１．３接力器关闭规律试验（测量主接最短关闭时间
丁ｓ、最短开机时间 ）
测量主接最短关闭时间 、最短开机时间
结果见表３。
表３接力器关闭规律试验结果
测
簇
１．４测量人工死区试验
１．４．１试验条件
蜗壳未充水，调速器处于自动运行方式。
１．４．２试验方法
用阶跃频率信号法校验调速器的转速死区，把
测试仪输出的频率信号整定为５０ Ｈｚ，于额定频率
基础上每步０．０１ Ｈｚ（或０．００５ Ｈｚ）施加正（或负）的
阶跃频率偏差信号，并逐一录波；直到接力器开始产
生与此信号对应的改变，此时的频率累积偏差信号
即为人工死区。
１．４．３试验结果
经过测试调速系统人工死区为０．０５ Ｈｚ。
１．５频率及开度给定扰动试验（测量接力器反应时
间 、桨叶反应时间 ）
１．５．１试验条件
蜗壳未充水，调速器处于自动运行方式；切除人
工死区；置增益为整定值，频率给定为额定值；机组
模拟并网（断路器位置信号短接）。断开主接反馈。
１．５．２试验方法
由调速器测试仪给调速器提供额定的机频输入
信号，以开度给定将导叶接力器行程调整到拐点以
上，给定频率或开度扰动，用调速器测试仪记录频率
或开度给定变化后导叶接力器行程、桨叶行程变化
过程曲线。
１．５－３试验结果
试验结果见表４、表５。
嗽
第４期 彭天波：灯泡贯流式双调节水轮发电机组调速系统建模与仿真 ２５
表４接力器反应时间丁ｙ实测值
表５桨叶反应时间 实测值
１．００
—
１．００
接力器开度一３％
接力器开度＋３％
１．６并网频率扰动试验（测量动态响应时间）
１．６．１试验条件
机组带负荷稳定运行，调速器处于自动运行方
式。
１．６．２试验方法
机组带７０％额定负荷（１０ Ｍｗ）运行，用调速器
测试仪改变输入调速器的频率，模拟改变电网频率。
把测试仪输出的额定频率信号接人调速器的机频信
号输入端，分别于额定网频基础上施加正负阶跃偏
差频率信号（从０．１ Ｈｚ、一０．１ Ｈｚ；０．２ Ｈｚ、一０．２ Ｈｚ；到
０．３ Ｈｚ、一０．３ Ｈｚ，每个模拟网频信号持续６０ ｓ以上
（以接力器稳定时间为准），频率变化范围４９．７０—
５０．３０ Ｈｚ）；用调速器测试仪分别对模拟网频频率、
有功功率和导叶开度、桨叶角度信号进行录波。
试验实际水头５．４ ｍ，仿真水头６．０ ｍ，开度模
式，ｂｐ＝４％，ｂｔ＝２０％，Ｔｄ＝２ｓ，Ｔｎ＝８ｓ。
１．６．３试验结果
试验数据应用于调速系统建模，其中－Ｉ－０．２ Ｈｚ
的频率扰动试验示波图见图３、图４所示
●
一 ●●●
。●
曲驯：一棚蛆臻奉 一■叶主接 一紫 主接 一膏功功奉 一 嘲氟奉
图３＋０．２Ｈｚ频率扰动试验
｜｜
＿＿‘ 岍一 ｒ ：
。
。
００ ８ ７０ １７４０ ２６１０ ３４ ８０ ４３ ５０ ５２ ２０￣４３∞６９∞７８ ３０ ８７
图４—０．２Ｈｚ频率扰动试验
２水轮机调速系统建模
现场试验完成以后，通过对试验数据进行分析、
整理，得出了水轮机调节系统各环节的重要参数。分
别采用最小二乘法（ＬＳ）和基因遗传算法（ＧＡ）对原
动机及调节系统建模和参数辨识，得到非线性“自定
义”模型，并与电网稳定计算通用模型ＰＳＡＳＰ进行
了比较分析。
２．１自定义调速器模型、参数及仿真
水轮机调节系统在并网状态下的数学模型（自
定义模型）如图５一图７所示。
图５调速器导叶电气部分（控制器）模型框图
图６调速器导叶液压系统模型框图
Ｈ
图７调速器桨叶控制系统模型框图
水电站机电技术 第３３卷
模型中符号含义和参数见表６。
表６自定义调速器模型符号含义与参数
２．２自定义机组一引水道模型、参数及仿真
水轮机机组一引水道在并网状态下的数学模型
（自定义模型）如图１０所示。
图１Ｏ机组一引水道模型框图
模型中符号含义和参数见表７，仿真效果见图
ｌ１、图１２所示。
表７自定义机组一引水道模型符号含义与参数
名称
初始导叶开度
初始功率
初始桨叶开度
最小二乘参数辨
识算法（ＬＳ）
基因遗传参数辨
识算法（ＧＡ）
符号
ｒｇ
Ｐｇ
Ｃｇ
数值 单位
Ｐ．ｕ．
Ｐ．ｕ．
Ｐ．ｕ
传递函数△尸（ｓ）／Ａｙ（ｓ）＝
（一５．００ｓ＋１．６９）／（５．３８ｓ ２＋２．００ｓ＋１．ｏｏ）
传 递 函 数 △ ｓ）／ △
（－４．９８ｓ＋１．６８）／（１．０３ｓ ２＋３．４７ｓ＋１。ｏｏ）
ｓ）＝
得到模型后进行仿真计算。调速器导叶开度仿真
结果见图８，调速器桨叶开度仿真结果曲线见图９。
图１１机组一引水道ＬＳ法辨识效果图
时闻
图８调速器模型导叶开度仿真与实测过程比较
图ｌ２机组一引水道ＧＡ法辨识效果图
２．３自定义模型仿真输出与实测动态过程 匕较
采用Ｌｓ及ＧＡ法所得自定义模型仿真输出与
实测动态过程比较见图１３、图１４所示。
图９调速器模型桨叶开度仿真与实测过程比较
第４期 彭天波：灯泡贯流式双调节水轮发电机组调速系统建模与仿真
表８ ＰＳＡＳＰ模型符号含义与参数
２７
《
避
ｌ
１００
８０
篡６０
４０
图１３ Ｌｓ法自定义模型仿真输出与实测动态过程比较
图１４ ＧＡ法自定义模型仿真输出与实测动态过程比较 图１６ ＩＪｓ法自定义模型与ＰＳＡＳＰ模型的动态过程比较
２．４水轮机调节系统在并网状态下的自定义模型与
ＰＳＡＳＰ模型的比较
ＰＳＡＳＰ模型见图１５所示，其模型符号含义及参
数见表８，本次在１号机组建立的自定义模型与
ＰＳＡＳＰ模型的动态过程比较见图１６、图１７。
图１７ ＧＡ法自定义模型与ＰＳＡＳＰ模型的动态过程比较
３结论与建议
根据该电站１号机组的现场实测参数和数据，
建立了１号机组水轮机调节系统在并网状态下的数
学模型，并进行参数辨识。仿真表明所建模型能较好
地反映系统在并网状态下对频率变化的动态响应，
并与电网稳定计算通用模型ＰＳＡＳＰ进行了比较，可
以看出，自定义模型更能反映原动机及调节系统实
际情况，在电力系统稳定计算中采用效果显著。
图１５ ＰＳＡＳＰ模型框图