水机电耦合系统建模及暂态分析

在水电系统研究中，水力系统与电力系统模型精度失配、缺乏全面的水机电数学模型是制约水电系统动态过程研究和提高仿真精度的主要原因。基于水机电各元件模型，采用积木式结构在MATLAB/Simulink环境下构建了水机电整体耦合系统模型，便于研究水力系统和电气系统之间的相互影响，分析水电站的暂态过程。基于该模型对单机无穷大系统进行了仿真研究，比较了电气系统扰动对水力系统的影响以及水力系统扰动对电气系统的影响，并对仿真结果进行了分析。     

水轮发电机组水机电联合动态过程仿真建模研究

采用模块化的建模方法建立了水轮发电机组的仿真模型,该仿真模型由同步电机模块、励磁系统模块、水轮机及其调速系统模块、水系统模块等构成,适合于对水电站水轮发电机组水机电联合动态过程进行仿真研究.通过一个水电站和一个有限等值系统组成的简单电力系统实例,对采用该仿真模型编制的仿真程序进行了验证,并将仿真结果和电力系统综合分析程序(PSASP)的运行结果进行了对比,说明了该方案的有效性.     

特高压交直流大电网的数模混合实时仿真系统建模

为对金沙江一期和锦屏电力外送的系统接入和受端交流扰动后的交直流响应性能及恢复情况进行专题研究，中国电力科学研究院仿真中心按照网络物理特性相符并适应仿真中心现有仿真设备规模的等值网，建立了迄今国内外规模最大的数模混合实时仿真系统。文中阐述了数模混合实时仿真系统建模的关键技术，包括:交直流系统模拟比的选择，发电机和动态负荷模型的建立和校核，采用不同策略和技术的7回高压和特高压直流系统的建立;无源元件模型的建立和连接;系统数据库的建立;系统的全面校核等。     

电压源型超导磁储能装置特性的全时域仿真研究

介绍了电压源型超导磁储能装置（VSMES）的基本结构和工作原理，在Matlab环境下建立了VSMES的全时域仿真模型，利用所建立的模型对VSMES的稳态和动态特性进行了详细的时域仿真研究。详细分析了一个稳态周期内，各阶段VSMES的物理工作过程和能量流传情况，并在此基础上总结了VSMES系统参数对其特性的影响特点。动态研究着重分析了系统参数对其动态响应的影响，以及在电力系统暂态过程中的作用。所得结论为VSMES系统的设计、运行和参数选择提供了依据。     

基于Matlab/Simulink的一种改进水轮机模型仿真研究

水轮机调节系统模型的仿真有助于了解水电机组在运行过程中受到负荷扰动后,水轮机调节系统的调节过程。本文基于现有的水轮机模型提出了一种考虑到效率对水轮机影响的新水轮机模型,并结合调速器模型、压力引水系统模型以及发电机模型在Matlab/Simulink软件环境下建立水轮机调节系统进行仿真试验。     

联合运行水电站水力机械系统小波动稳定性研究

推导了水电站联合运行条件下的系统等效惯性时间常数、总出力变化以及机组控制方程,结合水电站实际工程的水道布置及机械特性,分别建立了系统的小波动稳定理论分析模型和小波动过渡过程时域仿真模型。通过理论分析,给出联合运行条件下系统的稳定性特征,采用数值仿真,模拟了负荷扰动时系统参数的小波动过渡过程,并与孤网条件下单个水电站的稳定性及调节品质进行了比较。结论表明:相对于孤网运行,水电站联合运行可增加系统的稳定性,改善系统的调节品质,联合运行改变了机组的调节方式,系统总出力与负荷平衡,机组无需保持自身出力为常数;联合运行时,调速器参数可在系统稳定域内选取相对较小值,在保证系统稳定的前提下,可加快调节过程,改善调节品质。     

电力系统故障对水轮发电机组转子-轴承系统 稳定性影响分析

为探索水电站水力、机械、电力各系统耦联条件下,水轮发电机组振动的动态特性,本文运用模块化建模方式,利用ＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ仿真工具建立了水力发电系统各子系统的模型,然后将各个元件模型搭建成耦合仿真系统。据此对电力系统短路故障进行仿真模拟,在计算时步中对电磁参数－励磁电流及发电机转速实时更新,通过不平衡磁拉力建立起水机电系统和转子－轴承系统的耦合,从而分析电力系统不同短路故障对转子动力特性的影响。结果表明,电力系统是否保持稳定对发电机组转子－轴承系统有着重要影响,其中三相短路对其稳定性的影响最为显著,只要及时切除故障线路,可以有效避免机组产生剧烈振动。     

水电站本体仿真建模分析

水电站仿真机是利用计算机模拟技术模拟实际水电系统的运行环境,相应的内容包括水、机、电系统稳态仿真和动态全过程仿真。包括水轮发电机组、调速器、励磁机以及输水系统在内的本体部分是水电站的核心,是水电站仿真的关键环节。本文结合水电站的实际控制环节和事故现象,分析水电站本体仿真的基本模块,以及实现这些模块所需建立的仿真程序及相应的数学模型,为水电站本体仿真提供可靠的建模平台。     

水电站长中短期嵌套预报调度耦合实时来水系统动力学建模方法研究及应用

水电站优化调度是水电能源系统优化运行与管理研究领域的关键科学问题,已有水电站优化调度研究较少考虑不同尺度调度模型间的衔接,长、中、短期优化调度相互孤立,彼此之间缺乏耦合机制,在指导水电站实际运行中存在不足。为此,研究建立了水电站长中短期嵌套预报调度模型,并引入系统动力学反馈机制,提出了一种水电站长中短期嵌套耦合实时来水系统动力学预报调度模型。长、中、短期调度模型分层嵌套,中长期预报调度结果作为短期调度的"期望指导过程线",根据水电站预报来水和面临日实时来水存在误差所导致的水位偏差进行实时反馈、动态修正调度决策,从而指导水电站做出更为合理的调度决策。为检验本文模型方法的有效性,研究选取了三峡水电站作为研究对象进行实例验证。实验结果表明:研究所提出的模型方法指导水电站运行相比随机动态规划和常规调度图方法全年发电量提升效果明显,在2018年来水条件下模拟调度结果发电量分别提高了2.73%和2.31%,显著提高了来水不确定性条件下水电站运行发电效益,为解决水电站随机来水条件下长中短期嵌套预报调度实际工程技术难题提供了一种可行的实践理论方法工具,具有十分重要的理论研究意义和工程应用价值。     

基于MATLAB/Simulink的水轮发电机失磁动态过程仿真

介绍了一种基于MATLAB／Simulink的水轮发电机失磁动态过程仿真新方法。首先在Simulink仿真平台上用传递函数框图的形式建立了包括发电机、调速器、励磁系统、输电线在内的全系统数学模型，并各自封装后置入Simulink的模型库中，然后用这些元件模型搭建仿真系统，最后以某一水轮发电机为算例，根据机组的不同失磁方式，输入相应的参数后进行仿真计算。仿真结果详细、逼真地再现了水轮发电机在不同失磁故障下的动态过程。     

水轮机调节系统的动态过程特性

定义了水轮机调节系统受到大扰动（空载频率扰动、机组甩100%额定负荷和孤立电网运行）后动态过程的3种典型类型。通过水轮机调节系统仿真,详细分析了各个大扰动工况下3种类型的动态过程特性,并简要分析了动态过程特性类型与调速器比例—积分—微分（PID）参数的关系。     

WWTP dynamic disturbance modelling--an essential module for long-term benchmarking development.

Intensive use of the benchmark simulation model No. 1 (BSM1), a protocol for objective comparison of the effectiveness of control strategies in biological nitrogen removal activated sludge plants, has also revealed a number of limitations. Preliminary definitions of the long-term benchmark simulation model No. 1 (BSM1_LT) and the benchmark simulation model No. 2 (BSM2) have been made to extend BSM1 for evaluation of process monitoring methods and plant-wide control strategies, respectively. Influent-related disturbances for BSM1_LT/BSM2 are to be generated with a model, and this paper provides a general overview of the modelling methods used. Typical influent dynamic phenomena generated with the BSM1_LT/BSM2 influent disturbance model, including diurnal, weekend, seasonal and holiday effects, as well as rainfall, are illustrated with simulation results. As a result of the work described in this paper, a proposed influent model/file has been released to the benchmark developers for evaluation purposes. Pending this evaluation, a final BSM1_LT/BSM2 influent disturbance model definition is foreseen. Preliminary simulations with dynamic influent data generated by the influent disturbance model indicate that default BSM1 activated sludge plant control strategies will need extensions for BSM1_LT/BSM2 to efficiently handle 1 year of influent dynamics.     

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。     

Model‐based reconstruction of the succession dynamics of a large river floodplain

Most large rivers in Europe and North America suffered flow regulations and channelization in the 19th and 20th century. To study the effects of the altered site conditions on the development of floodplain vegetation and create a benchmark map for their restoration, we calibrated and applied a dynamic floodplain vegetation model that accounts for the processes recruitment as well as morphodynamic disturbance and physiologic stress on vegetation to reconstruct the succession dynamics of the floodplain vegetation of a segment of the Rhine River from shortly after it was channelized (1872) until today (2016). The model calibration was based on historical maps and hydrologic data. Our simulation demonstrated a steady, one‐way progression of the vegetation communities towards mature phases without regression to younger stages. It was possible to attribute this development to a lack of morphodynamic disturbances strong enough to reset succession and to identify physiological stress caused by long inundations periods as the most relevant controlling factor of succession. The resulting vegetation distribution (2016) can be considered an estimation of the potential natural vegetation (PNV) under altered site conditions. The good agreement of the model results with an expert‐based PNV map showed that our approach is a good alternative to create benchmark maps for floodplain conservation and restoration projects. From a research and practitioners' viewpoint, it has the big advantage over the traditional approach that it allows to analyse different points in time as well as to be comprehensive and reproducible.     

瑞利阻尼参数对瑞利波作用下场地动力响应的影响

为研究地震中Rayleigh波对地表浅层土体的响应特征,针对Lamb问题的模型工况开展有限元动力分析,验证有限元法精确模拟Rayleigh波作用效应的可行性。以厦门地区浅层的素填土及粉质黏土为研究对象,采用摩尔-库仑本构模型,结合Rayleigh阻尼,并在模型的底部和边界上采用黏性边界,采用有限元法考察Rayleigh阻尼中质量比例阻尼系数α和刚度比例阻尼系数β对响应特征的影响规律。研究表明:有限元动力分析可以模拟Rayleigh波作用下的远场动力问题,能取得与Lamb问题解析解较为一致的解答,同时还可以捕捉P波和S波的到达时间;α的变化对素填土和粉质黏土中Rayleigh波的传播特征基本没有影响;β的变化不会影响传播速度,但影响波的振幅,β是Rayleigh阻尼的主控参数。该结论可为采用有限元法研究Rayleigh波对浅埋结构物的地震动力响应提供理论基础和科学依据。     

基于MATLAB/xPC Target的抽水蓄能机组调速实时仿真系统

利用MATLAB软件提供的Simulink,RTW,xPC Target等工具箱建立了抽水蓄能机组的实时仿真模型,并通过输入/输出接口电路将实时仿真模型与实际抽水蓄能机组调速器相连接,构成了一个半物理实时仿真系统。利用某电站抽水蓄能机组参数对该系统进行了测试验证,结果表明,该实时仿真系统建模方便、能自动生成高效仿真程序、参数调整灵活、试验曲线与原型机组试验曲线吻合度高,可作为调速器开发设计阶段的试验平台,以及试验验收阶段机组动态特性的测试系统。     

双馈调速在泵站电机上的应用

目前不少泵站仍使用不调速的交流电机,白白浪费了不少电能,而使用普通的变频调速,需选用高压变频器,调速较困难。针对上述现状,给出了一个主电路为交-交变频器,采用定子磁场定向的矢量控制双馈调速系统,给出了系统控制框图和控制部分主程序流程图,且用MatLab/Simulink软件对整个系统建立了仿真模型,并给出了仿真波形。仿真试验结果表明该调速系统定子电流谐波小,控制精度高,动态响应快,工作性能稳定;而且当所需调速范围不大时,可大大减小变频器容量从而显著降低成本,因此在泵站电机调速改造中具有广阔的应用前景。     

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。     

基于双馈电机的变速恒频风电系统仿真研究

介绍了基于双馈电机的风电系统变速恒频运行原理,建立了定子磁链定向矢量控制数学模型。在此基础上,Matlab／Simulink为工具,搭建了系统仿真模型,实现了发电机输出有功和无功功率的解耦控制。仿真结果证明了理论分析的正确性,对今后的实验研究有一定的理论指导意义。