基于非线性建模的水电机组动态特性仿真研究

考虑到大型机组突增突减负荷的频繁出现以及新能源不稳定性对水电机组一次调频带来的挑战,建立能准确反映机组动态性能的仿真模型显得尤为重要。水轮机调节系统具有非最小相位、强非线性特点,需对其包含的大量非线性因素进行针对性研究和处理。针对水轮机调节系统各组成部分,综合考虑各因素建立了相应数学模型,重点建立了随动系统精细化模型、水轮机外特性数学模型,最终建立了水轮机调节系统整体非线性数学模型。基于建立的模型,进行甩负荷及一次调频仿真,通过与真机数据进行对比分析,证明了模型可高精度、准确反映机组甩负荷及一次调频动态特性,为水电机组动态特性研究提供了新的技术手段。     

基于RBF神经网络的水轮机调节系统辨识

针对水轮机确切数学模型难以建立的问题以及水轮机调节系统非线性动态仿真的复杂性,利用RBF神经网络的局部逼近特性和快速收敛能力,实现水轮机调节系统非线性特性的辨识建模。将该模型应用于水轮机调节系统仿真,能快速准确地得到系统及机组内部各参数的变化规律。仿真结果表明,模型精度高,实用性强,从而为调节系统过渡过程的计算以及高级控制策略的研究提供了有力的支持。     

基于SIMULINK的水轮机调节系统非线性仿真模型研究

在实际计算及仿真时,机组数学模型中的非线性因素很难表示,运用SIMULINK建立可进行调保计算的可视化仿真模型可以很难好解决此问题,在建模时,利用水轮机的全特性建立其非线性模型,并考虑了调速器的限幅非线性因素,使计算结果较近似公式计算更精确,且该可视化模型的开放性和可移植性都较好,模型结构也易于修改和重构,可以很好的适应了各电站的调保计算,所以应用该可视化模型进行调保计算简单可行。     

基于Matlab/Simulink的水轮机调节仿真研究

针对物理模型建造、参数改变困难的情况,在Matlab/Simulink工具箱下建立了水轮机调节系统仿真模型。考虑到水轮机特性的非线性和引水管道长的特点,水轮机模型采用了非线性模型、引水系统采用了弹性水击模型,仿真计算结果与实测结果吻合得很好。通过仿真模拟各种工况下水轮机的运行,有助于了解水轮机调节系统实际运行中的变化情况。对Simulink下的水轮机调节系统的数学模型、仿真实验结果与实测值的对比分析作了简要介绍。     

一洞三机条件下带调压阀的混流式水轮机调节系统过渡过程计算

为编制有关技术标准和推广采用调压阀代替调压井工程措施,开展了水轮机调节系统通用仿真程序的开发：研发了描述水轮机的非线性特性的数据文件;考虑了水击模型对水轮机调节系统过渡过程的影响;计算分析时认真考虑了水轮机调速器主配压阀非线性特性的影响;特别给出了一有压隧洞向三台水轮发电机供水时的水压力数学模型。通过计算证明：水轮发电机组自动启动、空载扰动自动调节、带负荷自动调节、甩负荷自动调节工况下,只要能满足水轮机发电机组稳定运行要求,就可以采用调压阀替代调压井。     

具有长引水系统的转桨式水轮机过渡过程计算

在水电站设计中,以新型调压阀及其控制系统替代传统调压井具有显著经济效益。基于自行研制的带调压阀的水轮机调速器实时仿真系统和包含水轮机、发电机、引水系统、水轮机调速器等环节在内的水轮机调节系统过渡过程计算软件,采用水轮机流量、力矩特性矩阵法表征水轮机动态特性,建立了刚性水击条件下一洞多机输水系统的数学模型;对带有主配压阀非线性特性的PID调速器,建立了带调压阀的转桨式水轮机调节系统数学模型。研究表明：通过计算只要保证水轮发电机组启动、空载扰动、带负荷、甩负荷自动调节工况下,水轮机调节系统过渡过程满足稳定运行要求,水电站就可以采用调压阀而不设调压井。最后,计算了某具有长引水系统的转浆式水轮机过渡过程,该电站水流惯性时间常数高达27 s,装有2台转桨水轮机、1台定桨式水轮机。计算结果表明,以调压阀代替调压井后,该水轮机调节系统稳定,满足调节保证要求。     

特征线法及其变体在水轮机及引水系统非线性建模中的对比研究

建立引水系统的水力变化模型是水电机组非线性建模和仿真中的重要内容,同时水力因素对水轮机调节系统过渡过程的影响也是研究机组和电网稳定性时需要系统性考虑的主要问题。本文提出了一种改进的特征线法,针对水轮机及引水系统建立了包含基本特征线法的联合非线性模型,以及包含可选水击模型的模块化非线性模型,以开展特征线法及其变体的对比研究,为今后水轮机调节系统的大小波动仿真提供一定的理论指导。在此基础上,以国内某大型水电站机组孤网运行模式为例,在频率和负载的大、小扰动作用下,研究了刚性和弹性水击、特征线法及其变体模型的仿真结果,分析了各模型计算的瞬时水头的差别,得出了不同模型参数的调节规律和影响效果。结果表明,在大小波动条件下不同引水系统模型对于机组水头变化趋势的描述基本一致,仅在局部极值附近的计算结果有所差别,且在大波动条件下较为明显,但可通过调整具体的模型参数减小这种差别。     

基于BP神经网络的水轮机调节系统建模与仿真

采用BP神经网络对水轮机综合特性曲线进行处理,将水轮机非线性特性转换为可用于实时仿真的力矩和流量神经网络,可避免建立水轮机特性变量间复杂的函数关系式。将其应用于水轮机调节系统的大波动过渡过程计算,可使计算更为简洁,且由于曲面是光滑的且导数连续,更容易保证计算过程的收敛。建立的机组非线性模型更贴近实际情况,仿真试验表明应用效果良好。     

考虑限幅环节的水轮机调节系统建模与分析

为深入研究水轮机调节系统规律,在非线性水轮机模型的基础上,考虑了水轮机输出限幅环节,并用两种不同的非线性函数来描述输出限幅环节,建立了水轮机调节系统非线性数学模型。在此基础上,以调速器PID参数为控制变量,通过Hopf分岔的直接代数判据,对系统的稳定性进行了理论分析;并通过分岔图、时域图等,综合分析了取不同调速器参数时系统非线性动力学特性。分析方法和结果为水轮机调速器PID参数的整定提供了新的方法和思路,同时也可为水电站的安全稳定运行提供一种理论依据。     

基于Simulink的水轮机调节系统通用仿真程序的研发

基于Simulin开发了水轮机调节系统通用仿真程序,该程序用特征矩阵描叙水轮机非线性特性;提出了各种类型的水击数学模型;配合水轮机PID调速器开展水轮机自动调节系统动态特性仿真计算研究:自动开机、空载扰动、增负荷调节及甩负荷控制等。     

不同工况下水轮机调节系统动态特性分析

为了更加全面地了解和掌握水轮机调速系统的组成结构和不同工况下的特性,在大量研究理想条件下水轮机调节系统建模与仿真结果的基础上,对水轮机调节系统进行线性和非线性建模,并运用matlab/simulink对水轮机调节系统的线性和非线性动态特性进行仿真研究,从而得到了线性条件下空载频率波动和功率扰动波动响应曲线以及非线性环节的系统响应,并对这2种条件下的转速和接力器行程曲线进行了对比分析。分析结果表明,在小波动情况下适合运用线性模型,在大波动情况下适合运用非线性模型,而且这2种情况下得到的结果相差无几,均能反映同一系统的动态过程。该结论将有助于水轮机调节系统在不同工况下的控制。     

带阻尼绕组的水轮发电机空载灭磁仿真

对转子带阻尼绕组的空载水轮发电机误强励时的灭磁进行了仿真计算。针对用非线性或线性电阻灭磁，以及用近似的分析表达式来考虑发电机空载特性的饱和，建立了微分方程组的数学模型，并利用差分法的数值计算，对三峡水电厂700 MW水轮发电机灭磁的实例进行仿真，得出了灭磁过程中磁场电流、电压和d轴阻尼绕组电流的变化曲线,以及灭磁时间和灭磁电阻、磁场绕组、d轴阻尼绕组吸收的磁场能量，并且给出了灭磁过程中空载发电机端电压在d,q轴分量的变化曲线。重点评价了水轮发电机转子阻尼绕组在灭磁过程中的作用。     

基于Hopf分岔的变顶高尾水洞水电站水轮机调节系统稳定性研究

运用Hopf分岔理论对变顶高尾水洞水电站水轮机调节系统的稳定性进行研究。首先建立水轮机调节系统非线性数学模型,其中改进的引水系统动力方程可更准确描述变顶高尾水洞明满流分界面运动特性,据此模型进行非线性动力系统Hopf分岔的存在性、分岔方向等的分析,推导得到系统发生Hopf分岔的代数判据;然后利用代数判据绘制了系统的稳定域,并分析了系统在不同状态参数下的稳定特性;最后利用稳定域分析了变顶高尾水洞在机组负荷调整下的稳定性工作原理。结果表明:变顶高尾水洞水电站水轮机调节系统的Hopf分岔是超临界的;明满流引起的水流惯性变化在机组减负荷时对系统的稳定性有利、增负荷时对系统的稳定性不利,明流段水位波动的作用对于系统的稳定性在增、减负荷下都是有利的。     

SIMULINK在水轮机调节系统仿真中的应用

在小波动范围内,建立了水轮机调节系统各部分的数学模型,采用SIMULINK仿真软件对水轮机调节系统在１％频率扰动和机组突减30%负荷情况下的动态特性进行了仿真分析。通过仿真,整定了水轮机调节系统空载频率扰动过程中,暂态转差系数bt=0.4,暂态反馈时间常数Td=2.95和负荷扰动过程中bt=0.5,Td=2.95的最佳调节参数,获得水轮机调节系统良好的快速性和稳定性。结果表明,利用SIMULINK仿真软件对水轮机调节系统进行仿真研究,方便、灵活。     

水轮机调速器的智能非线性PID控制

将PID控制、非线性控制、仿人智能控制相结合，提出了一种智能非线性PID控制器，并讨论了其结构和算法。它在大误差时采用强比例、弱积分，小误差时采用弱比例、强积分控制，具有参数自适应和结构自组织的特点。对水轮机控制系统的仿真，智能非线性PID控制器具有响应速度快、超调量小的特点，可有效地改善水轮机调速系统的动态性能和鲁棒性。由于所述控制器的参数调谐和控制策略切换是基于控制误差进行的，因此易于在工程实践中实施。     

基于神经网络的轴流转桨式水轮机传递系数

建立水轮机数学模型是研究机组稳定性,优化机组运行的基础。工程实际中,对水轮机小扰动工况的研究多采用分段线性化模型,需要求取不同工况下水轮机的传递系数。然而,传统的求取方法计算量大,得到的传递系数数量有限且在轻载工况时误差较大。本文基于外特性法和神经网络求导,研究了轴流转桨式水轮机传递系数的计算方法。利用模型综合特性曲线、飞逸曲线以及边界条件,获取水轮机模型的原始数据,训练并得到反映水轮机流量特性和力矩特性的神经网络。对包含神经网络的数学表达式进行求导,推导传递系数的计算式,它是工况点的函数。最后,对比了该方法和曲线拟合法在一些工况点处求得的传递系数,分析了各自的特点。结果表明,本文提出的基于神经网络求导的水轮机传递系数求取方法精度较高,减少了计算量,且有利于全面的认识传递系数随工况的变化情况。     

基于PLC外加计数模块的水轮机调速器频率测量

作为水轮机调节的基础,水轮机调速器频率测量中的测频准确度和精度,与水轮机的安全运行息息相关。在其频率测量方式中,基于可编程控制器（PLC）的水轮机调速器频率测量,具有易于编程、精度高以及维护方便等特点,已成为水轮机调速器测频主流,其主要形式有基于PLC的内部高速计数器和基于PLC的外加高速计数模块2种。主要介绍了运用外加施耐德BMX EHC 0200高速计数模块进行频率测量的原理;同时,也对其所具有的特点、频率计算过程与计算方式等作了简单描述。