水电机组监控系统有功功率调节仿真研究

考虑到目前水电机组有功功率调节主要以监控系统有功功率闭环调节为主,本文针对水电机组监控系统有功功率调节仿真研究,建立了包含监控系统、调速器、输水系统、水轮机的详细有功功率调节数学模型,通过与实测结果的对比验证了数学模型的准确性。基于数值仿真分析了监控系统及调速器参数对有功功率调节过程的影响,即监控系统脉宽计算参数β主要影响有功功率调节中接近目标值的调节过程,β越小导叶开度调节量越大;脉冲周期T越短功率调节速度明显加快;最大脉宽Tkmax设定值越小每周期内导叶开度的调节量越小,整个有功功率的调节时间越长;最小脉宽Tkmin对整个有功功率调节速度无影响,但影响调节精度;调速器导叶开度给定调整的速度主要由开度给定积分器中参数Tiy所决定,Tiy越大导叶动作越慢,减小Tiy可以增加导叶开度的调节速度,但是功率反调值也会增加。     

水电机组导叶非线性自适应校正控制方法

水轮发电机组是一个典型的非线性系统,不同的导叶开度下其简化线性模型不同。本文分析了水电机组功率波动的原因,提出一种针对不同导叶开度下简化线性模型的自适应校正PID比例增益的控制方法,给出了导叶开度非线性自适应校正控制方法的参数整定方法,并在石门坎水电厂＃2机组进行了现场实施,现场实施和试验表明：该方法实施后机组静态调节误差、功率波动周期、功率波动幅度、调节稳定时间明显改善,有效的提高了机组的调节性能。     

有功型PSS抑制低频振荡机理及反调特性

介绍了MEC5220型励磁调节器的原理及系统产生低频振荡的原因,分析了励磁调节器的阻尼特性.通过对有功型电力系统稳定器(PSS)的研究发现,PSS虽能抑制振荡,但有功型PSS使用的前提是机械功率变化相对电气功率变化近似不变,当调节发电机原动机出力时,PSS得到的信号远大于需要的信号,就会造成励磁电压和无功功率大幅变化,即反调.通过实例证实了有功型PSS反调特性,并提出了防止其危害的对策.     

水轮机导叶关闭过程的探讨研究

为了充分揭示水轮机导叶不同关闭过程对水轮机甩负荷过渡过程的影响,选择导叶两段关闭规律,针对第一段关闭时间、第二段关闭时间和导叶位置拐点开度,探讨这3个关键参数对机组转速变化和蜗壳水压力变化的影响,对工程实例进行计算分析,得出了导叶两段关闭过程的规律并进行了优化。合理的水轮机导叶两段关闭过程可以有效的解决机组甩负荷时转速升高和蜗壳水压上升这一矛盾,从而更有利于提高水电站运行的稳定性和安全性。     

有功型PSS抑制低频振荡机理及反调特性

介绍了MEC5220型励磁调节器的原理及系统产生低频振荡的原因,分析了励磁调节器的阻尼特性。通过对有功型电力系统稳定器（PSS）的研究发现,PSS虽能抑制振荡,但有功型PSS使用的前提是机械功率变化相对电气功率变化近似不变,当调节发电机原动机出力时, PSS得到的信号远大于需要的信号,就会造成励磁电压和无功功率大幅变化,即反调。通过实例证实了有功型PSS反调特性,并提出了防止其危害的对策。     

带变顶高尾水洞水电机组调速器功率模式优化研究

通过现场实测及数值仿真研究了带变顶高尾水洞水电机组调速器功率模式下的一次调频及负荷调节过渡过程。提出了一种基于“三区模型”的带变顶高尾水隧洞小波动过渡过程的仿真方法,并推导了状态方程组,基于调速器PLC程序及参数实测建立了水轮机调速器功率模式的仿真模型,利用现场真机试验对仿真模型进行了验证。针对带变顶高尾水隧洞水电机组的特点,从降低功率反调,提高调功速度,保证功率调节过程稳定性的角度出发,采用了“慢-快-慢”的“三段式调节”的方式改善调速器功率调节的动态品质。通过数值仿真对调速器的功率调节策略及参数进行了优化,优化后机组功率调节速度明显提高,功率反调值降低,改善了调速器功率模式下的一次调频及负荷调节过渡过程性能。     

负载工况水轮机变速运行仿真研究

针对变速水电机组调节控制的研究需求,本文在研究可变速水轮机调速控制系统动态模型和控制策略的基础上,搭建了可变速水电机组的MATLAB/Simulink仿真平台,开展了变速水轮机组大幅度增/减负荷动态过程仿真,分析了电液随动系统接力器动作速度限制、电液随动系统滞后时间对变速机组减负荷过程的影响。仿真研究表明：（1）本文提出的基于接力器行程误差、转速误差的双闭环PID控制器能够同时实现水轮机转速、导叶开度的无差调节;（2）变速机组大幅度减负荷过程对水轮机而言相当于常规水电机组的甩负荷过程,伴随着转速、水压过高/低的情况;（3）电液随动系统滞后时间、动作速度对变速水轮机负载工况下转速、接力器行程、水轮机水压、单位参数的动态响应过程影响显著,限制了负载工况一次调频、负荷调节的幅度。     

遗传算法在水轮机非固定模式导叶关闭规律中的应用

水轮机非固定模式导叶关闭规律是指按水轮机初始工况参数适时地确定最佳导叶关闭方式。这种适时的水轮机导叶关闭方式对于水电站大波动过渡过程具有较好的参数控制作用,能在不改变任何基础设施的前提下降低水电站过水系统最高水锤压力和机组转速,给水电站的运行带来较大的经济效益。在对非固定模式导叶关闭规律的优化中遗传算法有较高的优化效率,其中主要表现在算法简单、全局搜索性好、收敛性高、优化结果稳定。     

轴流式水轮机抬车力的计算方法

轴流式水轮机过渡过程中出现三种转换工况,即水轮机工况、制动工况和水泵工况。从图1可见导叶开启时,机组不带负荷其转速上升过程和导叶在大开度运行时突然甩负荷而迅速关闭的转速变化过程线是不一致的。导叶在突然全关闭瞬间,由于机组惯量使暂持较高的转速旋转,而不会立刻停止。这时水轮机处于暂态水泵工况。当导叶迅速关闭过程,同时出现惯性力,严重时还会出现反水锤现象。1973年在长湖电站的甩负荷试验时,发生了反水锤,     

水轮机反水泵工况下导叶异常回开分析

文章介绍800MW巨型水轮发电机组在低于最低工作水头下进行过速试验时,导叶在关闭过程中发生异常回开现象。通过对试验中接力器开关腔压力及水轮机无叶区压力变化进行分析,认为试验中导叶异常回开现象与机组意外进入反水泵工况有直接关系。因反水泵工况在活动导叶的入口和出口处存在大量的回流涡结构,导致导叶异常回开。当高于最低工作水头时,异常现象消失。     

白山发电厂水轮机导叶力特性试验

白山发电厂机组在启机过程中的水轮机导叶发生拒动现象，通过现场试验，测试机级开启和关闭过程中接力器油压变化情况，据此得出导叶上的水力矩和摩擦力矩，从而提出引起导叶拒动的原因及解决对策。     

协调AGC与PFR的水电机组有功/频率联合控制策略及应用

电网频率在系统扰动发生后将持续波动，机组一次调频(primary frequency control, PFR)与自动发电控制(automatic generation control,AGC)将先后动作，AGC与PFR作为系统频率调节的主要手段，二者协调动作对频率稳定至关重要。近年来电网实际扰动和水电机组现场试验多次出现了机组AGC与PFR不协调的现象，AGC反向调节PFR，或者PFR动作闭锁AGC(含闭锁反向AGC)调节的现象十分普遍。基于系统计算分析及机组调试发现的问题，提出了一种多模式适应的监控系统有功/频率联合控制系统模型结构，通过在监控系统有功控制结构上设计调频修正逻辑，可实现当频率变化时实时计算调频功率目标值以动态修正监控系统功率给定，实现AGC和PFR的指令叠加。同时为提高监控系统有功/频率联合控制的适应性，在监控系统新增的调频修正逻辑可设置2套独立参数，以匹配调速系统大/小网控制模式。该策略已在白鹤滩等20余台水电机组示范应用，从机组投产至今保持安全稳定运行，解决了水电机组PFR与AGC协调难题。在高占比水电系统及水电高占比新型电力系统中，该策略可以保障水电机组稳定、...     

西霞院工程水轮发电机组调速器协联关系关键技术研究与应用

轴流转浆式水轮机组调速器协联关系指的是导叶开度、桨叶开度、水头三者之间的相互配合关系,在不同的水头下,每个导叶开度对应着不同的桨叶开度,而调速器水头信号直接影响着机组的有功功率和振摆大小.介绍了如何确保机组调速器协联关系的准确性,从而最大限度保证机组在高效率和最佳工况下运行.     

锦屏一级水电站机组并网实验过程中有功波动分析

本文通过对水轮发电机组并网实验过程中有功波动的分析,认为导致本次有功波动的根本原因为水轮机在低水头有功调节到位的时间变长,而计算机监控系统机组现地控制单元(LCU)的调节参数没有与之相适应;诱发原因为增负荷操作刚好与上次调节的第二个超调修正在相位上叠加,以及可能的水击效应叠加。通过采取在计算机监控系统上增加手动增减开度的操作界面及相应的程序、调速器正常时工作在功率反馈模式、机组LCU实现变比例积分导数(PID)参数功能、在低水头下退出机组LCU有功闭环调节等方法能解决有功波动问题。     

导叶关闭规律自动优化研究

本文简述水轮机导叶关闭规律对机组过渡过程主要参数的影响以及目前电站常用的导叶关闭规律。国内外对导叶关闭规律优化进行了大量的研究,但难以应用于工程实际,特别对于抽水蓄能电站存在"反S型"以及过渡过程计算工况复杂,更难优化出合适的关闭规律。本文采用穷举法结合SIMSEN软件进行自动优化软件开发。该软件可在高性能计算平台上采用一段、两段甚至三段折线关闭规律对电站进行快速高效的关闭规律自动优化,可极大的提高工作效率。     

考虑LCU的水电机组有功联合控制对频率稳定的影响

随着我国电网结构的持续优化调整,电力系统的频率特性也随之变化。水电高占比电力系统中频率问题日渐突出,系统扰动后电网频率面临恢复速度慢、振荡阻尼低的双重考验,为了更准确的分析系统频率的调节特性,需要全面研究机组有功/频率控制系统的动态特性。水电机组的有功/频率调节是由监控系统的就地控制单元(localcontrolunit,LCU)有功控制和调速系统共同实现,当前系统机电暂态仿真中,对调速系统一次调频调节特性已准确掌握,但对于调速系统上一级的机组监控系统LCU对频率特性的影响较少考虑。该文基于西南电网主力水电机组有功联合控制运行现状的充分调研,建立了LCU功率闭环控制仿真模型,并实测了关键参数,从机理上分析了考虑监控系统LCU的有功联合控制对系统频率振荡阻尼的影响,在搭建的仿真算例中分析了LCU有功控制对频率动态阻尼水平和频率恢复水平的影响。     

白莲河抽水蓄能电站机组功率振荡分析

针对白莲河抽水蓄能电站在低水头大开度下发电运行时发生的机组功率振荡现象,本文旨在探究其产生原因并分析功率振荡与系统相关参数之间的关系。首先构建了包括尾水管空腔涡的机组一维时域分析模型;其次采用特征线法对该现象进行了数值模拟及与实测结果对比分析,最后对空腔涡参数、调速器参数、导叶最快启闭速率、调节模式与机组功率振荡之间的关联进行了敏感性分析。结果表明,功率振荡是由空腔涡引起的;调速器参数和导叶最快启闭速率对空腔涡作用下的功率振荡几乎没有影响,功率振荡主要取决于空腔涡空化柔性系数和质量流量增益。这为抽水蓄能电站安全运行提供了相关的理论依据。     

水电富集地区水、火电运行特性及有功功率协调控制——（一）不同调节性能机组之间的协调策略

异步联网方式下的中国西南电网转动惯量显著减小,频率调节特性发生深刻变化,对自动发电控制（AGC）的动态品质要求更高。首先,利用离散傅里叶变换分析了区域控制偏差（ACE）的频域特性。然后,结合中国西南电网高比例水电、大规模外送的显著特征,分析了有功功率控制面临的新问题,建立了维持省级电网控制区有功功率平衡和电网频率稳定性的数学模型。提出了基于2层数字低通滤波的水、火电机组有功功率调节量分离算法,时间维度上实现不同响应时间和跟踪周期的水、火电机组互补协调控制。进而,通过考虑电网频率、ACE以及送出断面功率控制要求,空间维度上动态调整不同地理位置机组群的调用顺序和有功功率调节范围。最后,基于电力系统全过程动态仿真程序（PSD-FDS）验证了所提方法的有效性。     

抽水蓄能电站球阀枢轴轴套故障分析及改造

宝泉抽水蓄能电站每台机组蜗壳上游进口段设置一台球阀。球阀在机组启动、运行期间起到截断和导通水流的作用,同时在水轮机导叶无法关闭时能够动水关闭,保障机组和地下厂房安全。对宝泉电站球阀的结构进行分析,掌握球阀枢轴轴套的结构及工作性能,并针对性地进行完善和改造,以提高球阀的整体安全运行可靠性。     

锦东水电厂机组有功功率波动事件原因分析与预防措施

针对锦东水电厂投产初期,投入商业运行的"一洞双机"的1、2号水轮发电机组的有功功率波动事件,从计算机监控系统、上位机LCU、调速器控制系统及执行部分等,全面地对有功功率波动事件系统进行研究分析。结果表明:波动原因为设计方面先天不足;运行方式不合理;采用的反事故措施不到位等。通过研究1号、2号机组有功功率、频率、导叶开度和水头等录波曲线,从运行方式方面考虑,通过优化调速器系统、计算机监控系统控制逻辑获得较为明显的反事故效果。