水电机组明满流尾水系统电路等效建模及超低频振荡仿真分析

针对某大型水电站实际生产过程中由尾水流道水力因素引起的机组有功功率超低频振荡现象,开展该类电站明满流尾水系统水力动态特性建模仿真和机组超低频振荡抑制方法探索研究。首先,将电路等效理论引入水电站过流部件动态建模中,通过类比有压管道电路等效模型,推导无压明渠电路等效模型数学表达式。进而根据水电站尾水流道实际布置形式,构建"一洞两机"明满流尾水系统整体等效电路拓扑。在此基础上,通过尾水系统电路等效模型对电站下游水位较低时机组尾闸室水压周期性振荡现象进行仿真复现,分析电站下游水位和明渠水力损失等因素对机组功率振荡的影响,并讨论通过增加尾水支渠或主渠局部水力损失两种减振方法进行超低频振荡抑制的可行性及优缺点。电站现场尾水改造试验结果表明,该减振方案对机组功率超低频振荡具有明显抑制作用。     

水轮机尾水管内的涡带压力脉动与环形管测压方法

水轮发电机组在运行中,往往由于水轮机组过流通道内生产的水压脉动致使机组或机组部件产生振动或共振。其中尾水管内所汇集和产生的具有各种频率的水压脉动常常成为这种振动的水力振源。国内外不少机组就是由于受到这种振源的激发而产生较大的机械振动和压力钢管水锤波共振以及与发电机共振而产生的功率摆动等等。有鉴于此,为了改善机组运行和防止事故的发生,在尾水管壁上,合理地布置测压孔并准确地测量和分析尾水管内的水压脉动实属非常必要。 本文根据一些国内外资料,其中主要是来自笔者所作过的水轮机模型机组的试验结果来简述在尾水管壁上合理地布置测压孔的必要性和采用环形管电测压力脉动的无可比拟的优点。     

并网异步风电机组有功功率的振荡频率分析

为了准确研究影响并网风电机组功率波动因素及规律,提出了不同运行工况以及不同风力机模型和参数对异步风电机组有功功率的振荡频率研究。首先,采用等效集中质量法,结合异步发电机电磁暂态模型,建立了不同风力机传动链等效的异步风电机组数学模型。其次,在风速扰动下,对不同传动链模型、传动链刚度系数以及不同风速扰动频率时机组有功功率振荡的频率进行仿真分析。最后,在电网三相短路故障情况下,针对等效两个质量块传动链模型,对不同传动链刚度系数和故障持续时间的机组有功功率振荡频率进行仿真。研究结果表明相同振荡频率下的有功功率幅值与风力机模型、传动链刚度系数以及故障持续时间密切相关。     

并网异步风电机组有功功率的振荡频率分析

为了准确研究影响并网风电机组功率波动因素及规律,提出了不同运行工况以及不同风力机模型和参数对异步风电机组有功功率的振荡频率研究.首先,采用等效集中质量法,结合异步发电机电磁暂态模型,建立了不同风力机传动链等效的异步风电机组数学模型.其次,在风速扰动下,对不同传动链模型、传动链刚度系数以及不同风速扰动频率时机组有功功率振荡的频率进行仿真分析.最后,在电网三相短路故障情况下,针对等效两个质量决传动链模型,对不同传动链刚度系数和故障持续时间的机组有功功率振荡频率进行仿真.研究结果表明相同振荡频率下的有功功率幅值与风力机模型、传动链刚度系数以及故障持续时间密切相关.     

大型轴流转桨式水轮机增容改造的可行性分析

针对水轮机运行以及电站尾水位下切偏离工况的实际情况,提出在现有边界条件不变的情况下,基于现代水轮机开发及制造技术,设计一个经过局部改型的增容转轮。既可提高水轮机运行效率与水能利用率,增加电站发电量,又能消除水轮机发电机组存在的缺陷隐患,提高机组运行安全稳定性,延长机组检修周期,降低运维成本,具有显著的经济效益和社会效益。     

基于可变下垂线的变速风电机组参与微网频率调节控制

随着风电在电网中所占比例的提高,当电网频率变化过大时希望风电机组改变输出功率参与电网频率调节,改善频率的动态特性。为了应用电力系统中广泛采用的有功功率–频率下垂控制策略,依据风电机组输出功率和微网频率为风电机组参与频率调节构筑下垂线,当风速变化引起风电机组输出功率变化时下垂线随之改变。微网频率在正常范围内波动时风电机组采用常规最大功率点跟踪或者限功率模式运行,频率变化过大时风电机组切换至频率支撑控制模式,频率支撑期间风电机组输出功率目标值基于构筑的下垂线根据微网频率计算求得,频率支撑结束后,通过逐渐改变风电机组输出功率使机组恢复至频率支撑前的正常运行模式。采用HAWC2和MATLAB/Simulink搭建包含变速风电机组的集成仿真模型,仿真结果对所提出控制策略的有效性进行验证,并且对执行提出的控制策略对风电机组结构载荷的影响进行分析。     

双馈型风电机组的惯性控制

在分析双馈风电机组运行特性和控制策略的基础上,提出双馈风电机组的惯性控制策略.该策略附加一个频率控制环节来为风电机组的有功功率控制系统提供一个额外的有功参考信号,进而使风电机组能够及时响应系统频率来调整其有功输出.通过对含风电装机容量系统的仿真分析,验证该控制策略在系统出现功率不平衡后,能够利用双馈风电机组的惯量使风电场具备对系统频率快速响应的能力,从而提高了基于双馈风电机组的大规模风电场接入电网后的电力系统频率稳定性.     

高比速混流式水轮机的水力稳定性问题

混流式水轮机的水力稳定性与机组运行工况密切相关。当水轮机在远离设计工况(最高效率点)运行时，会产生脱流和涡带，引起机组甚至相邻混凝土构件振动，并可能产生疲劳破坏。近年来，随着单机容量和水轮机尺寸的增大，有些电站因水头变幅大、负荷调节范围宽、水轮机性能不完全适应电站运行条件、制造质量存在问题和补气不利，水轮机出现不同程度的水力振动，导致转轮叶片裂纹，尾水管壁撕裂，有的甚至引起厂房或相邻水工建筑物发生共振，危及电站安全运行。本文对混流式(特别是高比速混流式)水轮机的水力稳定性问题进行了初步分析和讨论。     

一种双馈风电机组频率控制器

双馈风电机组的解耦控制使输出的有功功率无法响应电网频率的变化,其最大功率跟踪控制也无法为电网提供备用功率,使风电机组难以为系统调频提供持续的有功功率支撑。为此,提出一种基于运行工况差异性的减载运行方案,高出力时通过变桨控制、低出力时通过变速和变桨协调控制来实现有功功率备用。引入机组参与因子的概念,并应用于频率控制器的设计中,该控制器以易于准确测量的机组电磁功率、转子转速、桨距角和系统频率为观测对象,实时参与系统的频率控制过程。理论与仿真分析表明,该频率控制器能够保证机组全工况参与调频过程,有效提高了风电并网系统的频率稳定性。     

抽水蓄能电站输水系统水力振荡可能性分析

抽水蓄能电站输水系统布置复杂,机组工况多且转换频繁,因水泵水轮机不稳定流动导致输水系统振荡甚至产生共振的可能性较大。本研究旨在分析水泵水轮机各种不稳定因素与输水系统发生共振的可能性。首先总结了水泵水轮机尾水管涡、旋转失速等不稳定流动的发生工况和频率范围;其次以某抽水蓄能电站为例,采用传递矩阵法计算输水系统自振频率特性,发现尾水管涡和旋转失速频率与系统频率重叠,有引起共振可能性;进一步以尾水管涡扰动作为振源对输水系统进行强迫振荡分析,得出系统沿线的压力振荡幅值分布。研究表明,尾水涡带和旋转失速最可能导致系统水力共振,某些电站出力波动可能与此有关;S区振荡也可能引起强烈的水力振荡,造成机组过渡过程事故;动静干涉、卡门涡是高频振动,主要影响水轮机压力脉动,可导致转轮结构共振和破坏,与输水系统共振的可能性小。     

降低水轮机尾水管压力脉动措施的模型试验研究

本文介绍了几种布置在尾水管内的导流装置方案和模型试验结果，描述了各种措施对水轮机效率、出力、流量等参数的影响、降低压力脉动幅值的效果和频率特性。     

汽机调门重叠度非线性引发有功功率振荡原因分析

针对机组运行过程中出现的发电机有功功率异常波动导致电网低频振荡现象进行了现场试验。通过在现场试验中再现发电机有功功率振荡现象,对机组参与一次调频过程中汽轮机阀门在不同运行区域对发电机有功输出的影响进行分析,发现引起发电机有功低频振荡的原因为汽轮机调门配汽方式不当造成了调门重叠度的呈非线性。调整调门配汽运行区域后发电机有功功率异常波动现象消除。提出了调门优化以提高重叠度线性度、负荷闭环控制方式退出、汽轮机调门工作区域与重叠度非线性区错开等防止发电机有功功率振荡的应对措施。     

百万千瓦机组瞬变负荷能耗特性试验研究

通过瞬变负荷试验,采用不同的负荷升速率、幅度、波动次数动态分析机组锅炉效率、汽轮机热耗率、厂用电率、供电煤耗率等经济性特性,得出了相应的定量关系.本分析结果可达到提高机组运行的经济性,降低机组供电煤耗率和厂用电率,最终为电厂节能减排、优化机组间运行和调度方式提供参考依据,为电网企业分析负荷管理发挥的效益提供理论依据,从...     

330MW燃煤机组单阀、顺序阀切换导致的负荷波动分析及处理

针对某电厂汽轮机在功率回路下进行单阀、顺序阀切换过程中遇到负荷及机组主要参数大幅波动而造成整个电网频率出现波动的事件,从逻辑结构、算法参数、阀门流量特性、功率回路结构等几方面分析与验证,对汽轮机调门流量特性进行优化,顺利完成机组单阀、顺序阀平稳切换,实现机组在多种控制方式下的安全经济运行,大大提高了电厂机组的经济性和快速性。     

风-铝联合系统协同频率控制策略研究

对于含有大规模新能源接入的联网型高耗能工业电网,新能源功率波动势必造成联络线功率波动以及额外备用容量费用,不利于工业电网经济运行。为深入挖掘源荷两侧调频资源,基于IEEE标准两区域模型,提出一种考虑风 铝联合的源荷协同频率控制策略。首先,基于自饱和电抗器建立电解铝负荷有功功率消耗与直流电压的耦合关系模型。其次,基于电解铝负荷特性提出一种电解铝参与的电网辅助调频策略。同时考虑风机惯性控制的快速频率响应能力,将电解铝负荷与风电机组调频手段结合,联合参与系统频率调节。最后,仿真验证了所提控制策略能有效抑制孤立电网的频率波动,使电力系统具有更强的抗干扰性和更快的动态响应。     

200MW发电机组有功功率波动的原因分析

通过一起200 MW发电机组有功功率波动引起的不安全事件,依据数据波形,从无功功率、电网频率、调节级压力、励磁调节系统、一次调频等因素对发电机组有功功率的影响分析入手,得出了引起发电机组有功功率波动的影响因素。并通过进相运行时有功波动引起的跳机实例,提出了应对防范措施,进一步对单机运行情况做出了合理的运行方式选择和机组负荷指标优化,避免再次发生类似现象。     

变速风力发电机组的变桨控制及载荷优化

针对额定风速以上,如何抑制变速风力发电机组因反馈信号滞后引起的输出功率波动以及机组载荷等控制技术问题进行研究。在研究了传统变桨控制的基础上,提出基于风扰动的前馈补偿控制与传统PID反馈信号相结合的变桨控制策略。通过MATLAB环境下进行仿真研究,结果表明:桨控制策略能够快速使风力机的输出转矩保持在额定转矩附近,减小风机转速波动以及风电机组传动链扭振,从而降低风电机组承受的气动载荷使得系统运行更加平稳。     

风、浪对海上风电机组振动特性的影响及控制策略

建立了波浪模型,分析了风力机气动载荷和气动转矩中与水动频率相关的脉动分量产生的原因,并基于GH Bladed平台仿真验证了这种脉动的存在性。为减小这种脉动以及风切变和塔影效应对风力机产生的影响,将积分后的塔顶振动加速度信号与统一变桨距参考信号叠加,减小统一变桨距信号,结合风力机输出功率的3倍频风轮旋转频率(3P)脉动分量以及每支叶片的方位角将其转换为该叶片的桨距角调节信号,实现变桨距控制。仿真结果表明,所提变桨距控制策略不仅能有效平缓风、浪引起的海上风力机叶根挥舞载荷的脉动,还能明显减小其气动转矩以及输出功率的波动,在减小风轮疲劳载荷的同时提高了海上风力机的输出电能质量。     

海水淡化高转速泵作透平的压力脉动分析北大核心CSCD

离心泵反转作透平是海水淡化能量回收一体机的核心动力部件之一,运行时的压力脉动是机组产生振动和噪声的主要因素之一。本文以高转速离心泵反转作透平为研究对象,采用SAS-SST-CC湍流模型,对其进行整机流道三维非定常流动数值计算,通过流场分析及压力脉动频谱分析,探讨该透平在运行时的非定常流动特性。非定常数值计算结果显示,蜗壳内多测点的压力脉动主频均为叶片通过频率,说明蜗壳内压力脉动主要由转轮和蜗壳隔舌间的动静干涉引起;旋转转轮域内8个叶片间流道中各布置了6个测点,各相似位置测点间的压力脉动峰峰值最大相差10.3%,说明对称的旋转转轮内的流动分布严重不均,这些旋转测点的脉动频率主要为叶频8倍频附近的主频或次主频,说明转轮与蜗壳间的动静干涉、叶片流道间的漩涡是引起转轮内压力脉动的主要因素,且局部漩涡引起的压力脉动强于转轮动静干涉造成的。结果表明,转轮内压力脉动比蜗壳内明显剧烈,旋转转轮内的压力脉动是机组振动主要水力原因。     

功率负荷不平衡下变频率OPC控制

基于电网频率动态特性来整定发电机组超速保护控制(OPC)定值进行机网协调是目前关注的热点,多数解决方案是局部地区不同机组采用不同OPC定值.文中另辟蹊径以珠海电厂700 MW机组为实例,详细分析了该机组可适应不同电网频率改变汽轮机OPC动作设定值的控制方式,即功率负荷不平衡在0%～30%区间采用定值OPC控制,30%～...