Modeling, simulation and valdation of the hydropower units dynamics by co-simulation

Autor/autori: Radu PUHALSCHI, Nicolae VASILIU, Constantin CALINOIU

Rezumat: Lucrarea prezintă cercetările teoretice și experimentale întreprinse de autori în domeniul fenomenelor tranzitorii din conductele centralelor hidroelectrice de mare cădere, utilizate pentru reglarea frecvenței în sistemele energetice, îndeosebi în contextul integrării noilor surse de energie (eoliană și fotovoltaică), greu predictibile. Fenomenul de șoc hidraulic are o influență considerabilă asupra stabilității și securității oricărui sistem hidraulic ce include conducte prin care circulă fluid sub presiune. Înțelegerea efectelor acestui fenomen prin modelare și simulare constituie o etapă vitală în procesul de concepție și exploatare eficientă și sigură a oricărui sistem hidraulic. Dezvoltarea rapidă a calculatoarelor industriale, a sistemelor de operare de timp real și a limbajelor de simulare numerică au permis o predicție mai bună a propagării undelor de presiune generate de sistemele de reglare a debitului, prin utilizarea unor metode precise, dar care necesită un volum mare de calcule. Autorii au elaborat o analiza comparativă de eficiență a limbajelor de simulare moderne: Matlab, LabView şi AMESim. Simularea unor fenomene tranzitorii electrohidraulice complexe a dovedit că simularea combinată cu Matlab şi LabView este cea mai flexibilă. Co-simularea cu aceste medii necesită utilizarea modulului MathScript din LabView care permite introducerea unui cod Matlab în diagrama de blocuri LabView. Aceasta abordare oferă multiple avantaje procedurale: ca orice limbaj de tip text, Matlab simplifică esențial implementarea ecuațiilor complexe specifice modelării fenomenelor tranzitorii, în timp ce LabVIEW, împreună cu soluțiile hardware oferite de National Instruments prin familiile PXI şi CompactRIO permit o dezvoltare liniară a interfeței grafice și facilitează integrarea modelului șocului hidraulic în modele complexe de simulare în timp real (RTS) sau cu Hardware-in-the-Loop ale turbinelor hidraulice cu dublu reglaj

Cuvinte cheie: şoc hidraulic, cosimulare, Matlab, LabVIEW

Abstract: The paper presents the authors’ theoretical and experimental research in the field of numerical simulation of fluid transients from the pipelines of the high head hydropower units, used for frequency control in large power systems including wind and solar unpredictable energy sources. Water hammer is a dangerous phenomenon that strongly influences the stability and the safe operation of any hydraulic system that includes pipelines containing fluid under pressure. Therefore, understanding its effects through proper modeling and simulation is a vital step in the process of designing effective and safe hydraulic systems. Recent advances in the fields of both hardware performance and simulation languages have allowed more accurate simulation of the pressure waves occurring in the pipes, by employing methods of great precision like the characteristic method., but with a very high volume of calculus. The authors have performed comparative analysis of multiple simulation software solutions for modeling water hammer, including Matlab, LabView and AMESim. The optimal solution has been found to be the co-simulation between Matlab and LabView, by the aid of MathScript LabView module, which allows implementation of Matlab code directly into the LabView block diagram. This approach offers multiple advantages: as a text-based language, Matlab deals very well with the complex equations involved in fluid transients simulation, while LabView, together with the hardware solutions offered by National Instruments by the PXI and CompactRIO families allows easy development of graphical interfaces and facilitates the integration of the water hammer model into more complex real-time and HIL hydropower unit simulation models

Keywords: waterhammer, co-simulation, Matlab, LabVIEW

DOWNLOAD PDF