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。     

水轮机调节系统动态特性的计算

主要研究了水轮机调节系统动态特性计算核心问题,如带调压井的水轮机调节系统稳定性;过渡过程极点分布;品质分析;给出了建议的计算分析方法。明确指出调压井时间常数对水轮机调节系统动态特性影响的重要性。     

调速器配压阀非线性特性对水轮机调节系统动态特性的影响

在引水系统中具有调压井、计入水轮机非线性特性、缓冲型PID调节器的条件下,对水轮机调节系统开展仿真特性分析,重点研究了表征配压阀-接力器非线性特性参数Ke的影响;明确提出调速器配压阀饱和特性Ke是一个表征配压阀-接力器特性的重要指标性参数,当配压阀位移超过此值时调速器就处于严重的非线性状态。     

水轮机调节系统自适应滑模控制策略

水轮机系统惯性参数是影响水轮机调节系统动态特性的重要参数，传统控制方法大都是基于水轮机及其引水系统近似简化模型，很难改善水轮机调节系统动态特性。应用径向基函数神经网络逼近水轮机及其引水系统非线性特性，利用李雅普诺夫稳定性理论设计并证明水轮机系统惯性参数自适应估计律，设计了一种基于水轮机系统非线性特性和惯性参数估计的滑模鲁棒控制器，并完成仿真实验。仿真结果表明，该滑模鲁棒控制水轮机调节系统具有较高的跟踪精度、控制器输出抖振较小等优点，为水轮机调节系统高精度转速跟踪提供有效参考。     

毛家河水电站水轮机调压方案比选

本文结合毛家河水电站实际情况,根据水轮机调压阀流量与时间关系的假设,计算各工况下调节特性、流量与时间变化,机组最大压力上升率和最大转速上升率等参数,并对调压井工程量及投资进行了估算,经过水轮机调压阀和调压井两种方案比选,确定采用水轮机调压阀方案经济、合理。     

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。     

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。     

缅甸德铁水电站水轮机调节保证计算研究

缅甸德铁水电站为引水式电站,引水系统长约730 m,未设置调压井,安装3台38.5 MW的混流式水轮发电机组。本文根据电站引水系统和水轮发电机组的特性,以雇主要求为原则,进行了水轮机调节保证计算,通过分析引水系统水流惯性、机组惯性和调速系统关闭规律之间的关系,提出了水轮机调节保证值,确保电站安全稳定的运行。     

水电站调节稳定曲线的比较

本文对四个水电站的调节稳定曲线进行了计算,考虑了水轮机特性和调压井断面积的影响,以及电站的各种布置.布置包括了不设井的单机单管、对称并联、和设有调压井的情况.计算取负荷自调节系数为1和0,取水轮机为真实的和理想的,并取判定条件式为高阶及低阶的.对由此所得到的各种稳定曲线进行了比较研究.指出当应用理想水轮机作为简化计算的假设时,必须特别小心.当用于有调压井的情形,它可能有大的错误,即调压井面积越大,系统越不稳定.但对真实水轮机计算结果则反是,符合实际.当用于无调压井的情形,理想水轮机的假设仅在机组对管道时间常数之比为大值时误差不大,为可行的.文中还指出稳定曲线与曲线之间变化很大,影响稳定性的因素很多,应按照具体条件并作全面考虑,对稳定曲线进行计算,所得结果才能准确.为此给出了计算通式,包含了14个或11个影响参量,是稳定曲线的精确解式.     

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。     

转桨、PID、弹性管路和双调压井的综合稳定临界

考虑了长引水隧洞的管流弹性、双调压井布置、轴流转桨式水轮机桨叶和导叶的协联、PID调速器的微分整定等因素,导得了能反映综合影响的调节稳定临界曲线统一算式。并用来对有长引水隧洞混流式水轮机(带有和不带有调压井)、较短引水隧洞转桨式水轮机(带有和不带有调压井)、长引水隧洞混流式水轮机(上下游均有调压井)的五个水电站作了计算示例。可供水电站设计者和运行者处理调节稳定问题时参考。     

水轮机调节系统控制策略综述

综述水轮机调节系统常规PID控制、自适应控制、智能控制和非线性控制的特点,指出模糊控制和专家控制精度较低;神经元网络控制学习速度较慢、易收敛到局部最小点;遗传算法可有效地解决参数寻优问题;非线性控制着眼于水轮机调节系统的非线性特性,控制效果较好.提出将非线性控制与其它控制策略相结合形成复合控制,将是水轮机调节系统控制策略的发展方向.     

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。     

孤网模式下水轮机调速系统广义预测控制应用方法

针对孤网模式下水电机组PID控制策略鲁棒性差的缺点,提出基于双模型、实时反馈线性化、非线性特性补偿器和广义预测控制器的自适应广义预测控制策略(Adaptive Generalized Predictive Control,AGPC),以实现对水电站全工况实时最优控制。首先基于BP神经网络和改进樽海鞘算法构建高精度非线性水轮机模型,并结合PID控制器、引水系统、随动系统、发电机等模块搭建非线性水轮机调节系统仿真平台,然后通过定量计算揭示广义预测控制器直接应用于非线性水轮机调节系统的不合理性。进一步,结合实时反馈线性化和基于预估控制信号设计的水轮机非线性特性补偿器,提出孤网模式下广义预测控制器在水电站应用策略。最后,搭建了基于AGPC的非线性水轮机调节系统仿真平台,并以某电站真实数据验证了所提控制策略适用性、可靠性以及优良的鲁棒性。     

吉林台二级水电站过渡过程分析研究

吉林台二级水电站因引水发电系统较长,并设有调压井。在对水电站机组调节系统的大、小波动稳定性进行了分析和优化的基础上,选择合理的调压井体型尺寸、输水系统洞径及机组GD2,并确定合理的水轮机导叶关闭规律及关闭时间。     

调速器参数对调压井临界稳定断面的影响

具有调压井的引水系统小波动稳定问题是决定调压井断面的一个重要因素.在这方面已做了许多工作,其中最著名的是确定单一调压井临界稳定断面的托马公式.但托马采用的数学模型未包含水轮机特性和调速器的因素.此外,又如对双调压井系统,使用该模型不能被引伸应用. 本文建立一个包括引水系统、水轮发电机组和调速系统简单实用的数学模型,并据此分析调速器参数整定对调压井临界稳定断面的影响.     

阿勒泰水电站“以阀代井”研究

在水电站水轮机额定功率为45 MW,Tw=20 s条件下研究了水电站"以阀代井"问题,动力学计算表明取消调压井后的水轮机调节系统不仅可以保证稳定,且调节品质优良。     

机-电耦联条件下水力发电系统暂态分析

本文研究了水电站引水、水轮发电以及调节控制系统(水-机-电系统)的耦联建模及暂态分析方法。在水-机-电系统耦联框架下,首先基于耦合水击理论的4-方程模型,利用其结合部耦合机制,通过压力钢管与水轮机活动导叶的结合部耦合连接水轮机系统,导出了引水系统与水轮机系统的耦联模型。其次,将水轮机模型综合特性曲线转化成对应不同开度的插值特性曲线,结合一阶发电机模型和调速器控制方程,导出了水轮机系统与电力系统的耦联关系,从而建立了单机单管无调压井水力发电系统水-机-电耦联非线性模型及其求解方法,实现了具有不同物理属性的力学系统内部参数耦联的暂态分析。数值算例表明,提出的模型和计算方法能反映水力发电系统暂态过程与电力负荷扰动的动力学机制,可较好地响应来自电力系统的功率扰动,并有效预测暂态过程中各系统的参数变化规律。