某蓄电站调速器功能分析与应用实践

该文以某抽水蓄能电站水泵水轮机调速器控制应用为例,简要介绍了调速器功能特点以及控制模式,描述了蓄能机组调速器在水轮机、调相和拖动机等工况下导叶控制情况,详细分析了水泵工况下导叶开度与接力器行程和抽水扬程、机组流量和频率之间的关系,从而计算出抽水扬程与导叶开度之间的关系,通过实践检验得到与各工况运行条件相适应的导叶调节方式。     

大型抽水蓄能机组机械制动系统控制策略研究

本文讨论了机械制动在机组各种工况转换中及异常情况下的控制策略,包括机组正常停机、机械事故停机、电气事故停机、水泵断电、抽水转发电、轴承瓦温异常、机组启动、机组蠕动、高转速机械制动异常投入等情况下机械制动控制策略及安全闭锁,对大型抽水蓄能机组机械制动控制程序设计具有一定的指导意义。     

抽水蓄能机组同期装置特点及其改进

从蓄能机组的工况特征和接线方式入手,对抽水蓄能机组同期装置的主要特点,尤其是不同工况下的相序特征进行分析,揭示了蓄能机组和常规机组同期的本质区别。指出了当前抽水蓄能机组同期装置及回路设计中存在的风险和缺陷,并提出了改进建议和方案。     

双馈变速抽水蓄能全工况转换过程建模与仿真

双馈变速抽水蓄能机组具有运行范围宽、功率调节速度快并能兼顾发电、抽水工况最优效率的优点,同时也赋予了其运行工况多、工况转换频繁的特点。然而,现有双馈变速抽蓄的仿真建模仅以单一发电或抽水工况为主,并未充分体现变速抽蓄工况转换的特性和优势。因此,文章建立了可在发电与抽水工况间转换的双馈变速抽水蓄能机组机电暂态模型。该模型不仅可以在稳态运行时实现有功无功解耦控制和最佳导叶开度及最优转速的跟踪,还可以平滑地实现发电工况和抽水工况下的转换过渡过程。基于Matlab/Simulink建立了双馈变速抽水蓄能机电暂态模型,以停机、发电、抽水等工况间转换等场景为例,仿真验证了所建模型的有效性和正确性。     

抽水蓄能机组微机励磁控制器的研制

抽水蓄能机组励磁控制器具有工况转换频繁,逻辑控制严密,需采取电气起动和制动等特点,国内目前尚无大型抽水蓄能机组微机励磁控制器研究成功的报道.从分析抽水蓄能机组的特点出发,以80C196十六位单片机为核心控制芯片,从硬件设计和软件编程方面详细介绍了抽水蓄能机组励磁控制器的研制.通过实验室样机调试,结果表明,该16位单片机构成的抽水蓄能机组励磁控制器具有体积小,线路简单,运行可靠,易于调试、维护,且控制精度高等优点.能够满足抽水蓄能机组发电、抽水、起动、电气制动等各种运行工况之间相互转换的要求.     

导前时间对抽水蓄能机组同期并网的影响

为了研究导前时间对抽水蓄能机组同期并网的影响,对同期装置的原理及组成进行了分析,为防止同期装置的主中央处理器(central processing unit, CPU)误发合闸脉冲,导致机组在较大的电压相角差时并网,同期装置需要采用设置辅CPU或同期检查继电器等方法进行电压相角差限制。通过解析法得到了导前时间与电压相角差限制值的关系;采用同期装置静态试验的方法验证其正确性;并应用其成功解决了某电站机组同期并网时刻,电压相角差不满足设计要求的问题;对抽水蓄能机组同期装置参数设置具有指导意义。     

基于PSCAD的变速抽水蓄能机组 励磁系统仿真研究

本文研究了基于PSCAD的变速抽水蓄能机组励磁控制系统。根据变速抽水蓄能机组的工作原理,建立了发电机及其励磁控制系统的数学模型,研究了包括发电和抽水两种工况下的启动、建压、并网运行各阶段的励磁控制策略。通过PSCAD仿真平台,对所建立的变速抽水蓄能机组协调控制系统进行了仿真研究,仿真结果表明,文中提出的控制系统能够实现变速抽水蓄能机组各工况的控制且具有较好的性能。     

交流励磁抽水蓄能机组快速功率响应控制策略

基于交流励磁抽水蓄能机组运行特点,分别建立可逆水泵水轮机和交流励磁电机数学模型;针对可逆水泵水轮机在不同运行模式下的输出特性,分别建立水轮机工况和水泵工况下的负荷特性优化流程;结合电动和发电运行工况,提出功率由交流励磁调节,转速或导叶由可逆水泵水轮机控制的抽水蓄能机组快速功率响应控制策略。通过与传统转速励磁控制策略进行仿真比较,结果表明所提控制策略能够同时提高机组的功率响应速率和可逆水泵水轮机运行效率。     

抽水蓄能机组空载工况分数阶PID调节控制

抽水蓄能机组运行在低水头空载工况易进入"S"特性区域,进而引起机组频率大范围波动和运行不稳定。针对传统比例—积分—微分(PID)控制在低水头空载工况下不能较好地调节抽水蓄能机组频率波动的不足,基于全特性曲线对数曲线投影变换的水泵水轮机数学模型,提出了适用于抽水蓄能机组低水头空载工况运行的分数阶PID(FOPID)调节系统模型,并运用粒子群优化算法优化FOPID控制参数,重点讨论了FOPID控制在低水头空载开机和空载频率扰动时的应用。仿真分析表明:相较于传统PID控制,FOPID控制使得低水头空载运行时机组频率和导叶开度的过渡过程有了明显的改进,提高了抽水蓄能机组调节系统的速动性与稳定性。     

抽水蓄能机组励磁系统运行特点分析

针对抽水蓄能机组与火电机组在运行方式上的不同,分析抽水蓄能机组在启动、停机的控制方式下励磁系统的运行特点。结合抽水蓄能机组在电网中所起的作用,介绍在电网调峰和黑启动时机组励磁系统的运行特点。     

实验室导叶数字控制装置

本文介绍了用于水力机械传动模试验的导叶数字控制装置，它由步进电机，步进电机控制器，步液马达，液压柜等组成。文中详细介绍了数字电路中的脉冲分配器，环形多谐振荡器的工作原理。该装置能方便地实现导叶的两段直线关闭规律，并能灵活地调节两段直线关闭规律的关闭速度和关闭时间，为在实验室研究导叶的最佳关闭规律提供了一个有效的试验手段。     

水泵水轮机泵工况停机提前掉电流态分析

在水泵水轮机泵工况停机过程中,当活动导叶开度小于20%最大开度时,导水机构会出现异常振动和噪音。为了避免这种不稳定现象的发生,本文对水泵水轮机泵工况停机过程导叶小开度区流动进行数值模拟,分析了振动产生的水力学根源,验证了停机提前掉电是避免流动不稳定的有效措施。由于本文主要研究对象是活动导叶域的内部流动规律,导叶域的流动具有较强的周期性,故本文采用二维单周期模型进行计算。模拟过程中以电站过渡过程的计算结果作为数值模拟的边界条件,采用RNG k-ε双方程湍流模型进行求解,控制方程使用有限体积法进行离散,停机过程中活动导叶的关闭采用动网格技术实现。计算结果表明,在水泵水轮机停机过程中采用提前掉电,可以有效控制导叶内部流态,增强流动稳定性,明显降低了振动和异音产生的可能性。进一步分析表明,导叶域内部流动稳定性与断电开度大小成正相关,考虑到实际电站运行中的可操作性,本文推荐3° ~ 6°为断电开度。     

广州抽水蓄能电站A厂过渡过程仿真计算分析

抽水蓄能电站工作条件复杂多变,工况转换频繁,导致管道压力剧烈变化,机组流动性能严重恶化。机组运行过程中出现的振动问题是影响其安全运行的主要原因,尤其在开、停机以及甩负荷过程中,振动现象尤为明显。本文针对广州抽水蓄能电站A厂已有典型过渡过程工况试验数据,进行了一维过渡过程数值计算,将蜗壳末端压力、转速等特性参数计算结果与试验数据进行了对比分析;同时建立了机组三维全流道模型,采用数值方法计算分析了机组发电工况开、停机过程中,不同时刻对应导叶开度下的轴向水推力,为轴系动力学分析提供了边界条件。     

基于小波分析水轮机导叶开度的自适应控制研究

为了能够提高水轮机导叶开度的控制效果,提高水轮机组的运行稳定性,研究了利用小波分析控制方法对其进行控制.首先,分析了水轮机导叶开度在开机和关机时的数学模型;接着,分析了小波分析的基本理论,讨论了其多分辨分析的性能;最后,进行了水轮机导叶开度的控制仿真分析,分析结果表明该方法具有较好的控制效果     

活动导叶开度对水泵水轮机泵工况的影响研究

为了解水泵水轮机泵工况活动导叶启闭过程中的性能,参考某抽蓄电站的水泵水轮机建立数值计算模型,对导叶不同开度时的流动特征进行分析。采用SIMPLEC算法和SST k-ω模型详细分析了泵工况不同导叶开启角度下转轮、导叶附近的流场,结合实验数据对各操作工况下的性能进行分析。结果表明,当活动导叶开启角度γ小于18°时,涡的强度大能量损失多,并且出现平面射流,扬程随着γ减小而迅速降低;当γ大于21°时,涡量分布均匀,涡结构产生的能量损失小,同一流量下不同γ的扬程和效率基本保持不变;操作工况下不同γ的扬程均与流量呈线性关系。结论为水泵水轮机的操作工况选择提供依据,也可以指导水泵水轮机的优化设计。     

水泵水轮机开机过程水力特性研究

抽水蓄能电站水泵水轮机组在开机过程中产生剧烈的压力波动,转轮内复杂流动和压力脉动是引起固定部件强烈振动的主要原因之一。因此,需要对水泵水轮机开机过程的物理机理进行深入研究。本文同时建立了厦门抽水蓄能电站管路系统的一维特征线水力模型及水泵水轮机组过水流道的三维流场计算模型,开展了机组发电开机过程一维三维耦合的数值计算,重点分析了机组开机过程瞬时流动特点,以及转轮径向力和轴向力变化与外特性的内在关联性。研究发现,机组开机至空载状态时,由于导叶开度小、转速上升快,在无叶区形成了速率很高的水环,同时转轮流道内充斥着大量复杂的漩涡结构,导致了流量与转矩的突降。导叶动作、转速对径向力、轴向力的变化规律有直接的影响,开机过程中转轮径向力的变化趋势与活动导叶动作过程基本一致。轴向力的变化趋势与机组转速变化基本一致,转速和轴向水推力数值总体上为逐渐增大的趋势。本文研究结论为抽水蓄能机组和高水头混流式水轮机的开机过程物理机理和规律提供了有价值的参考。     

抽水蓄能机组泵工况分阶段启动及经济运行

在仙游抽蓄电站机组调相转抽水的过程中,由于导叶开启过快,使得电机功率改变量较大,导致电网频率波动较大。对此,本文提出了在泵工况采用导叶分阶段线性启动的解决方法。基于高扬程水泵水轮机模型转轮特性数据,研究了不同导叶开度时机组运行的稳定性;分析了水泵流量、轴功率、效率与扬程和导叶开度的关系,提出了确定泵工况高效经济运行最大导叶开度的方法。通过对水泵和水轮机工况区压力脉动的比较分析,得出水轮机工况的压力脉动比水泵工况相同位置的大得多,所以水泵工况也可以采用导叶开度分阶段开启方式的重要结论。对水泵零流量工况的分析表明,当水泵启动时,采用缓慢开启导叶的方式有利于避免发生较大的零流量压力脉动现象。同时,选择较小的导叶开启目标开度有利于减小零流量压力脉动强度。最后,水力过渡过程计算示例表明,在水泵启动过程每个阶段导叶保持不变的过程中,水压和轴功率波动幅度较小且很快衰减,机组能够稳定运行,发生超过水轮机工况压力脉动的风险微小。由于高水头或高扬程水泵水轮机转轮单位流量和力矩特性及压力脉动具有类似特点,上述结论也可供其它抽蓄电站参考。     

三峡左岸电站ALSTOM机组导叶小开度振动原因分析及解决方案

三峡水力发电厂首批机组于2003年7月投产发电，在首批机组调试试运行期间，ALSTOM供货的机组在甩负荷、紧急停机过程中出现了一些异常情况，通过各方努力，该问题基本解决。本文拟对关机过程中导叶小开度振动原因进行分析，并对机组关闭规律的优化方案及实施过程进行介绍。     

水轮机工况下的水泵水轮机静态稳定

S区是水泵水轮机与常规水轮机转轮主要的差异，是导致水泵水轮机稳定性问题的主要因素之一。本文从单位流量Q11、单位力矩T11和单位转速n11基本定义出发，分别导出了全特性曲线上单位流量Q11与单位力矩T11对单位转速n11的导数，根据单位流量Q11与单位力矩T11的微分特征，结合定导叶开度情况下水轮机工况流量Q-工作水头H和反水泵工况流量Q-工作扬程H特性曲线，分别获得了水轮机工况和反水泵工况机组稳定运行需满足的条件。采用静态稳定理论获得了水泵水轮机在水轮机工况和反水泵工况稳定运行时工作水头/扬程扰动量所满足的关系，在此基础上给出了水轮机稳定运行需满足的条件并定义了S区。研究结果为建立水泵水轮机在水轮机工况的稳定运行区提供了技术支撑。     

燃气轮机机组空气进口导叶控制逻辑分析

介绍了可调空气进口导叶（inlet guide vane,IGV）在燃气轮机控制中的作用及其逻辑控制原理,分析了IGV开度对燃气轮机转速、控制信号输出、排气温度、热通道温度等参数的影响。针对机组进入叶片通道温度控制模式后升负荷过慢的现象,通过分析逻辑控制曲线确定产生这一现象的主要原因是压气机空气流通量不足,根据排气温度、热通道温度随IGV开度变化而变化的特点,采取了调整IGV开度函数的燃气温度函数曲线等措施来解决机组升负荷缓慢的问题。