含标准模型水轮机的有压输水系统正态模型试验相似律

针对含标准模型水轮机的有压输水系统这一新型、特殊的模型试验,围绕其新引发的相似律问题开展研究,构建了具有唯一单值条件的正态模型试验相似律与比尺体系,并阐释了其与传统模型试验相似律的差异。以1∶4正态比尺的可变速抽水蓄能模型试验平台装置为例,采用水电站过渡过程计算分析专用软件TOPSYS进行数值仿真,验证了该相似律及模型比尺的有效性。     

高压直流输电送端水电站孤网频率稳定性

为分析高压直流输电送端的带调压室水电站的孤网频率稳定性,本文采用了系统理论分析和时域数值模拟相结合的方法,利用系统的传递函数和霍尔维兹判据,得到了系统在不同特征参数下的稳定域.本文着重分析了水电站水力-机械子系统的影响机制,包括调速器参数和调压室相关特征参数等.研究结果表明,本文得到的稳定域与时域数值模拟结果一致,水电站的水力不稳定性将引发系统超低频振荡,不利于高压直流输电送端的频率稳定性.因此,对于高压直流输电送端的稳定性评估及改善,建议不仅应考虑电气侧的因素,还应考虑水力-机械子系统的因素.     

调速系统间隙特性引发的水电站过渡过程极限环振荡特性

水轮发电机组的动态调节稳定性对电力系统至关重要,尤其是在考虑非线性引起的潜在不稳定性的情况下。为了探究间隙非线性对水力发电系统动力学特性的影响,重点研究了水力发电机组间隙可能引起的极限环振荡现象及系统动态响应特性。首先构建了适合小波动过渡过程的水轮发电机组单机系统传递函数数学模型,通过将间隙特性表示成描述函数,进而建立了考虑间隙环节的非线性数学模型。采用描述函数法对系统动态特性进行理论分析,并结合使用MATLAB进行时域仿真验证,研究四个重要的水力-机械时间常数对系统间隙引发极限环的影响机制,量化给出各时间常数的相对作用大小。结果表明:机组惯性时间常数T_a和接力器响应时间常数T_y是极限环幅值最重要的两个影响因素;极限环频率则主要受水流惯性时间常数T_w和机组惯性时间常数T_a的影响;而弹性水击系数T_e则是极限环特性的一个次要影响因素。各水力-机械时间常数对系统极限环特性具有不同的作用机制,该结论可加深对间隙非线性与水力发电系统中不同物理量间耦合作用的理解。     

水电站水机电联合过渡过程模型试验相似律的研究

相似律是开展模型试验的首要条件。本文从水电站的水机电系统数学模型出发,利用方程式法推导建立了完整的过渡过程模型试验相似律,推导的过程中对调速器、采用三阶发电机模型并考虑励磁系统、负载与网络的电气系统进行了重点研究。然后结合水机电相似律提出了满足模型发电机同步转速要求的变频控制方法和满足电气设备标准电压要求的变压控制方法,并从理论上揭示了模型调速器与原型调速器具有相同的内回路稳定条件。     

抽水蓄能机组电路等效实时精细化模型研究及应用

针对抽水蓄能机组传统线性模型难以准确描述大波动工况水力瞬变行为,基于特征线法的非线性模型不能满足在线实时仿真及现有用于抽水蓄能机组过渡过程控制优化的调节系统模型不能反映真实机组全工况动态过程等问题,本文提出了一种基于电路等效理论的抽水蓄能机组实时精细化模型(Real-time accurate equivalent circuit model,RAECM)。根据电站实际输水系统布置形式,构建了等效电路网络拓扑图,提出改进Suter变换-BP神经网络的水泵水轮机插值模型,改善了"S"特性区及小开度工况区的模型精度,通过变尺度空间离散分析,推导了用于补偿误差的水头修正公式,并采用稳定域更广的隐式RadauⅡA法对离散后的隐式常微分方程组进行求解,提高了模型稳定性,最后对RAECM模型的时间复杂度及仿真效率进行了分析。试验结果表明,RAECM模型既能满足机组大小波动工况的仿真精度,又能节约计算耗时,可应用于抽水蓄能机组仿真测试装置研发、过渡过程控制优化、系统辨识、控制器设计及参数优化等方面,具有较好的工程价值。     

总体矩阵法在水电站频率调节稳定性分析中的应用

水电站输水发电系统稳定性的分析是电站设计和运行中的关键问题。水电站输水发电系统稳定性的分析以往多采用基于传递函数法的理论分析和数值仿真,但当管道系统较为复杂时,如一洞多机输水发电系统,则不易推导系统的传递函数,也不易建立仿真模型并得到较为准确的稳定域。针对上述问题,首先推导了机组阻抗表达式,然后基于水力系统振动特性分析方法,建立输水发电系统总体矩阵,并以最大衰减因子σmax是否小于0作为稳定性的判别依据。为了验证提出方法的准确性,采用总体矩阵法对两个工程实例进行了计算分析,在单管单机模型中与基于传递函数法和Simulink数值仿真的计算结果进行了对比;在一洞四机模型中与Simulink数值仿真的计算结果进行了对比。结果表明,总体矩阵法能够准确求解复杂输水发电系统的稳定域,并可通过修改系统各个模块相应的传递矩阵排列顺序而适应不同的电站布置形式,极大地方便了水电站运行稳定性的计算与分析。     

考虑抽蓄-风-光-火联合系统运行经济效益的日前优化调度研究

可再生能源大规模开发与利用将助力我国"碳达峰、碳中和"目标的实现。为应对未来大规模具有随机性、波动性和间歇性的可再生能源并网,在兼顾已有火电机组运行的基础上,需推进灵活性储能与可再生能源的联合运行,以实现可再生能源安全经济并网。构建了抽蓄-风-光-火联合运行系统日前优化调度模型,运用Yalmip优化工具箱进行求解,得到联合系统在多种工作场景下日前优化调度结果。结果表明,抽水蓄能可提高联合系统运行经济性,降低系统治理污染成本,减少系统CO₂排放量,提升火电出力稳定性;不同容量配比下的各场景经济性有所差异,联合系统经济效益与可再生能源渗透率呈现非线性相关关系。     

兼顾超低频振荡阻尼特性的水电机组一次调频多目标优化策略

针对水电高占比电网超低频振荡抑制需求及现有水电机组调速系统控制参数整定方法难以有效协调系统阻尼特性与一次调频动态性能之间矛盾关系的问题,提出一种兼顾阻尼特性的水电机组一次调频多目标优化策略。首先建立适用于小波动工况的水电机组调速系统模型,推导调速系统阻尼特性与振荡频率之间的关系表达式,引入用于协调水电机组阻尼特性和一次调频动态性能的多目标函数;然后采用预先处理和后处理相结合的约束处理策略对相应约束条件进行处理;最后采用多目标引力搜索算法对目标函数进行求解,并对非支配解集进行优选,得出水电机组在一次调频工况下的最优运行参数。仿真结果表明,采用所提策略得到的最佳兼容解能在避免一次调频被考核的同时,较好地提升调速系统在超低频段的阻尼水平,有利于抑制超低频振荡的发生。