含明渠尾水系统小波动调节稳定性分析

考虑明渠水位波动的影响,建立含尾水明渠水电站小波动调节线性化的空间状态数学模型,并转化为传递函数的形式,利用霍尔维茨稳定判据,分析尾水明渠水位波动对调节系统稳定域的影响。研究表明:尾水明渠对不带尾水调压室的电站稳定域影响不大,明渠长度和初始水深对带尾水调压室稳定域有明显的影响,考虑尾水明渠水位波动对调速系统小波动稳定有利。     

水电站尾水位特性解析与建模

准确解析水电站的尾水位特性是对其进行建模、从而实现尾水位高精度预测的关键。首先采用定性与定量分析相结合的方法揭示了水电站尾水位变化的后效性特征;然后基于相关性分析初步探明了尾水位变化过程的关键影响因子;进一步构建了水电站尾水位特性的多项式拟合模型和支持向量回归模型,并对比分析了各模型描述水电站尾水位特性的性能。溪洛渡-向家坝梯级和三峡-葛洲坝梯级水电站的实例研究表明,四座水电站2小时尺度的尾水位变化过程后效性特征显著,以当前和前一时段的下泄流量以及下游电站水位或下游支流来水为输入的支持向量回归模型是一种实用性、可靠性和准确性均衡的具有实际工程应用价值的尾水位预测模型。     

低水头混流式水轮机蜗壳和尾水管结构变化对流动损失的影响研究

酉酬水电站水轮机组为混流式机组,具有水头低、流量大的特点。受客观条件制约,电站真机蜗壳和尾水管尺寸比按模型换算的真机尺寸值要小一些,在设计阶段需要通过数值模拟分析尺寸改小后对机组水力性能的影响。本文建立了包括蜗壳（含固定导叶）、活动导叶、转轮和尾水管等在内的水轮机整体流道的流动分析物理模型,分别比较了原设计方案（称为方案一）和尺寸改小后方案（称为方案二）各9个工况下的流道内部的水力损失及流动状态。通过对计算结果的比较分析,得出结论：方案二的固定导叶损失在各个工况点大于方案一,在小流量、低水头时损失较小;尾水管损失在低水头时大于方案一,高水头时小于方案一,在高水头、小流量时损失较小。     

水火电机组调速器死区对超低频振荡的影响分析

超低频振荡是近年来西南电网容易出现的频率稳定问题。现在的研究发现调速器系统是引起超低频的关键因素,通过优化调速器参数是抑制超低频振荡的有效手段。除此以外,调速器的死区作为非线性环节,对超低频振荡的影响很大,利用调速器死区实现抑制超低频振荡成为一种可能。基于此利用频率响应模型,分析水、火电机组的调速器死区对超低频振荡的影响,对如何利用死区配置在不损失调频能力的情况下实现超低频振荡抑制给出合理的建议。     

水轮机组与电网耦合对电网动态稳定的影响

电网多次发生水轮机组参与的功率低频振荡现象,产生机理不明,严重影响电网的安全稳定运行.本文以江西柘林水电厂为例,首先分析其水轮机组尾水管水压脉动情况以及对输出机械功率的影响,其次根据尾水管水力系统物理特性,建立考虑尾水管压力动态的水轮机组模型.采用时域仿真方法,探讨了水轮机组水力系统与电网之间的耦合作用,研究了水轮机组尾水管水压脉动对电网动态安全稳定的影响.仿真结果表明:当水轮机组尾水管水压脉动频率与其发电机所在电网中的自然振荡频率相同或接近时,有可能发生共振而引发电网的功率振荡,造成电网动态稳定的破坏.研究结果对分析电网低频振荡产生原因具有一定的参考价值.     

水电机组稳定余量域及超低频振荡衰减研究

近年来,由水电机组引发的电力系统超低频振荡问题频发,研究水电站超低频振荡特性对电力系统的稳定运行十分关键,对工程实际中如何保证系统稳定裕度及振荡衰减特性作出定量分析值得作更深入的研究。为此,本文基于稳定余量的概念,建立了水力机组调节的数学模型,采用理论分析与数值模拟对比,探讨了不同余量域下水电机组超低频振荡的衰减特性,揭示了系统参数与振荡衰减系数之间的关系,并给出了简要的工程应用示例。结果表明：稳定余量可以代表系统时域响应的衰减度,为指数函数形式的响应包络线的幂系数,也是系统响应频率、阻尼比的乘积;当系统参数发生改变时,通过对余量域变化的理论推导可得到机组超低频振荡的衰减特性。     

双机共尾水调压室系统的调节品质分析

双机共尾水调压室是水电站引水发电系统中一种常见的布置形式,存在尾水调压室水位波动和水力干扰问题.结合双机共尾水调压室系统的实际算例,建立相应的数学模型,进行小波动和水力干扰情况下的稳定性和调节品质分析.计算分析表明,周期较长衰减较慢的尾水调压室水位波动会影响运行机组的调节品质,主要表现为调节时间较长.     

兼顾一次调频性能和超低频振荡抑制的水轮机调速器PID参数优化

针对水电高占比电网超低频振荡抑制需求,提出一种兼顾一次调频性能和超低频振荡抑制的水轮机调速器PID参数优化方法。以机组功率响应曲线上升时间、稳定时间以及反调功率为一次调频性能指标,以调速器和原动机系统在超低频段的阻尼水平作为超低频振荡阻尼性能指标,建立综合优化目标函数,采用智能算法进行参数优化。提升水轮机调速器在超低频段的阻尼水平,为通过调速器参数优化抑制超低频振荡提供技术手段。算例分析表明所提方法正确有效。     

混流式水轮机跨振区时触发低频振荡特性分析与抑制策略

西南某大型混流式水轮机组在生产运行中,跨越振动区运行期间不时触发有功低频振荡现象,对电网稳定运行带来了一定的安全隐患.基于强迫振荡、扰动源定位及负阻尼等理论,分析了水力、机械等因素对低频振荡的影响,得出发生低频振荡的主要原因为水轮机跨振动区时停留在涡带工况区域,尾水涡带产生压力脉动,并且振荡符合强迫振荡机理.通过仿真优化励磁系统参数对抑制机组有功低频振荡所产生的不同效果,得出对励磁系统PSS参数进行优化可有效抑制混流式水轮机低频振荡现象.     

超低频振荡的机炉功率源动态特性分析

已有研究表明,机组机械功率的振荡频率若接近电力系统固有振荡频率,可引起强迫式低频振荡。考虑锅炉、汽轮机模型以及4种机炉协调控制方式,分析了机炉系统在机端电功率扰动下输出机械功率的阻尼及动态特性。研究发现,由于机炉协调控制的功率反馈通道在电网侧扰动后变成了前馈通道,导致机炉系统的机械功率阻尼降低,振幅变大;在超低频频带内,典型模型的4种机炉协调控制都存在共振频率,且振幅比都大于2。研究证实了火电厂热力系统可作为电力系统超低频振荡的功率来源,对超低频振荡的原因分析和抑制方法研究具有实际意义。     

水电机组超低频振荡贡献度排序及抑制方法研究

文章分析了超低频振荡产生机理,构造了哈密顿能量函数,研究了水电机组注入系统能量变化量,将水电机组对超低频振荡的贡献度排序。文中提出一种基于调速器附加阻尼控制的超低频振荡抑制方法,利用TLS-ESPRIT辨识算法和改进的混沌粒子群算法对附加阻尼控制器参数进行优化,实现了对水电机组调速器的相位补偿,抑制了超低频振荡。最后,在改进的四机两区域模型中进行了仿真验证,结果表明所提出的方法能有效评价水电机组对超低频振荡的贡献度,抑制超低频振荡。     

超低频振荡主导机组的在线监控方法

电网超低频振荡是由于水电机组机械转矩负阻尼导致一次调频控制过程不稳定引起的,而实际运行中,现有监测系统不能监测机组的机械功率,导致运行人员无法识别超低频振荡主导机组,无法快速平息振荡。文中分析机械转矩与电磁转矩阻尼特性的关系,提出了一种机械转矩阻尼的在线评估方法,实现超低频振荡主导机组的在线辨识,并退出其一次调频,抑制频率振荡。仿真结果及实际PMU录波曲线验证了文中方法的有效性,为超低频振荡的在线控制提供了有效技术手段。     

基于西南电网异步联网条件下的水电机组超低频振荡抑制技术研究

本文结合西南电网高比例水电占比特性和水电机组频率调节功能现状,探讨了水电机组超低频振荡抑制策略,研究设计了西南电网超低频振荡条件下的水电机组调速系统超低频振荡抑制装置,提出了参数的整定优化方法,并通过半实物化仿真验证了功能有效性,对同类型电网通过水电机组进行超低频振荡抑制具有一定的借鉴作用。     

云广特高压直流送端孤岛运行超低频振荡与措施

大容量特高压直流输电系统与配套大型水电站构成的直流送端孤岛运行系统存在着较严重的调速器控制稳定问题。云广特高压直流送端孤岛系统也存在水电机组调速器与直流控制不协调而出现的超低频振荡现象。分析了电网超低频振荡过程中所有机组的同调特征,提出了电网超低频振荡分析模型。基于频域分析法指出了水轮机调节系统在超低频范围内存在负阻尼频带,水轮机调节系统的时间常数越大、调速器前向通道增益越大,负阻尼越显著。提出了通过退出部分机组一次调频功能或协调机组一次调频与直流频率限制控制器(FLC)动作死区设置,以直流FLC调频为主的直流孤岛频率控制策略能有效抑制孤岛系统的超低频振荡。基于实时数字仿真器(RTDS)的机网协调控制实时仿真结果验证了该策略的有效性。     

耦合复杂水力联系的跨区交易现货市场出清模型

上游水电站的发电量通过上、下游水力联系可直接影响下游水电站的可发电量,该水力联系增加了现货市场出清建模与求解的难度。为此提出了耦合复杂水力联系的跨区交易现货市场出清模型。该模型首先将非线性约束线性化,然后再引入梯级水电站簇,将复杂水力联系转化成水电站群的最大、最小发电量,进一步将水电机组以满足水电站群发电量约束的等效火电机组方式参与现货市场出清,从而消除复杂水力联系。以中国云南水电外送广东为例进行验证。结果表明,出清结果能满足各项机组运行约束,并能如实反映市场价格信号;梯级水电站簇发电量约束的阻塞分量可以合理表征流域来水造成的阻塞成本。     

电力系统超低频频率振荡分析及扰动源定位

超低频率振荡是高比例水电系统面临的突出挑战,大量水电机组调速系统及水力系统的负阻尼聚合是激发全网频率振荡的主要原因。频率振荡期间,水轮机接力器往复动作会导致液压系统油压下降,严重时将导致机组低油压而停机,负阻尼振荡将导致系统频率增幅振荡,控制不及时可能触碰系统高/低周控制动作。传统的降低机组有功出力、提高系统电压水平等振荡控制手段对超低频频率振荡抑制没有明显效果,这对系统安全稳定运行带来严重危害。为准确定位超低频振荡强相关机组,提出了利用发电机速度偏差与机械功率获取调速系统振荡能量的计算方法。同时,针对工程中发电机机械功率难以直接测量的难题,研究提出了利用广域测量系统(wide area measurement system,WAMS)实测的发电机转速和电磁功率合成发电机机械功率的实用算法,可准确计算动态过程中发电机机械功率值,并在电网超低频频率振荡案例分析和大电网超低频振荡预控中验证了该实用算法的有效性。该方法可综合应用同步相量测量装置(phasor measurement unit,PMU)/故障录波/WAMS等广域信息,实现电力系统发生超低频振荡时,可对机组控制设备进行精细化定位...     

水电机组调速器附加阻尼控制仿真试验

西南电网异步运行后带来的频率稳定问题突出,其中对超低频振荡的抑制的研究成果有待在实际电网中近一步实践。本文首先对超低频振荡问题进行了概述,指出了超低频振荡根源在于水电机组原动机控制系统,随后分析了现有振荡抑制措施的局限性并提出了基于调速器附加阻尼控制(GPSS)的超低频振荡抑制方法。基于时频分析的方法对控制参数进行了整定并在Simulink中搭建了单机带负荷水电机组调速系统模型验证了GPSS的抑制效果。最后,搭建了半实物化仿真试验平台并验证了GPSS的超低频振荡抑制效果,为GPSS在实际电网中的应用提供了实践支撑。     

混流式水轮机功率异常波动成因分析

石门坎水电站混流式水轮机组在部分负荷下运行时,机组有功功率波动过大导致该电站无法并网发电。采用SST湍流模型对该电站水轮机在偏工况下的三维不稳定流动进行了仿真计算,重点分析了尾水内部压力脉动特性,研究发现:尾水管空腔涡带振动频率与发电机自振频率发生共振是引起机组有功功率摆动过大的主要原因。     

770MW水轮发电机组PSS2B试验与参数整定

本文利用△δ-△ω坐标系简要分析了电力系统低频振荡产生机理及PSS工作原理,结合PSS2B模型,介绍了溪洛渡水电站770MW水轮发电机组励磁系统PSS试验与参数整定方法,验证了溪洛渡水电站770MW机组励磁系统投入PSS后对增强系统正阻尼,抑制系统低频振荡具有很好效果。     

一种抑制超低频振荡的水电机组调速器参数协调优化方法研究

基于最小二乘法实现了在线拟合发电机机械转矩阻尼系数,可准确评估机组对超低频振荡的贡献度。同时提出一种抑制超低频振荡方法,该方法首先对系统状态子空间进行辨识,并结合改进粒子群算法协调优化机组调速器PI参数,实现了对超低频振荡的抑制。最后,利用PSASP软件在改进的EPRI 36节点模型进行了仿真验证,结果表明所提方法能有效抑制超低频振荡。