《水力發(fā)電系統(tǒng)瞬態(tài)動力學建模與穩(wěn)定性分析》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《水力發(fā)電系統(tǒng)瞬態(tài)動力學建模與穩(wěn)定性分析（4頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、 水力發(fā)電系統(tǒng)瞬態(tài)動力學建模與穩(wěn)定性分析 本論文以水力發(fā)電系統(tǒng) ( 常規(guī)水電站和抽水蓄能電站 ) 為研究對 象 , 建立其在瞬態(tài)過程動力學模型并進行穩(wěn)定性分析。常規(guī)水電站和 抽水蓄能電站作為水機電耦合復雜系統(tǒng) , 典型狀態(tài)變量隨時間演進而具有不同動態(tài)響應 , 因此兩者均可描述為復雜非線性水力發(fā)電系統(tǒng)。 水力發(fā)電系統(tǒng)在瞬態(tài)過程中運行參數變化劇烈且內部耦聯關系復雜, 故其在瞬態(tài)過程中的穩(wěn)定性問題尤為突出。 本論文結合國家自然科學基金項目“水電站系統(tǒng)穩(wěn)定性與控制” 從動力學角度出發(fā)將水力發(fā)電系統(tǒng)劃分為多個子系統(tǒng)進行分塊獨立建模 , 考慮

2、水力、機械和電磁等因素共同作用 , 針對典型瞬態(tài)過程推求水力發(fā)電系統(tǒng)各子系統(tǒng)間耦聯機制 , 實現水力發(fā)電系統(tǒng)瞬態(tài)動力學建模并探究其穩(wěn)定性機理 , 取得了較為完整且具有一定創(chuàng)新性的理論成果。主要研究內容和結果如 下 :(1) 水輪機調節(jié)系統(tǒng)由水力、機械和電氣三個子系統(tǒng)組成 , 其各子系統(tǒng)響應時間存在尺度差異 , 因此水輪機調節(jié)系統(tǒng)在瞬態(tài)過程的精確化模型存在多尺度耦合效應。 為了研究水輪機調節(jié)系統(tǒng)在多時間尺度下瞬態(tài)動力學行為及穩(wěn)定機理 , 首先考慮機械系統(tǒng)中慣性和間隙影響將其作為水輪機調節(jié)系統(tǒng)的慢子系統(tǒng) , 通過引入標度因子對水輪機調節(jié)系統(tǒng)進行重新標度 , 建立存在多時間尺度效應水輪機調

3、節(jié)系統(tǒng)。利用數值模擬分析了水輪機調節(jié)系統(tǒng)在時間尺度變化下動力學行為演 化規(guī)律 , 發(fā)現系統(tǒng)中存在顯著快慢效應 ( 高頻小幅振動和低頻大幅振動交替出現 ) 。當標度因子大于 0 且小于 1 時, 通過增大標度因子可以有效減弱或避免系統(tǒng)的快慢效應。 為了探究水輪機調節(jié)系統(tǒng)多頻率尺 度下瞬態(tài)特性演化 , 考慮水輪機調節(jié)系統(tǒng)傳遞系數隨工況運行而改變 , 通過引入周期激勵形式傳遞系數建立水輪機調節(jié)系統(tǒng)多頻率尺度動 力學模型。通過數值模擬發(fā)現多頻率尺度水輪機調節(jié)系統(tǒng)存在典型快慢動力學行為 ( 周期簇發(fā) ) 并揭示系統(tǒng)隨激勵幅值和頻率增大過程中的失穩(wěn)機理。研究成

4、果為水輪機調節(jié)系統(tǒng)在瞬態(tài)過程多尺度耦合動力學建模及穩(wěn)定性分析方面提供理論參考。 (2) 水輪機調節(jié)系統(tǒng)在瞬態(tài)過程中力矩和流量特性變化劇烈 , 是決定其瞬態(tài)動力學模型適用性關 鍵因素。為了更加準確描述水輪機調節(jié)系統(tǒng)在瞬態(tài)過程動態(tài)特性 , 首先通過改進獲得水輪機調節(jié)系統(tǒng)瞬態(tài)力矩和流量表達式 , 針對甩負荷關機過渡過程建立了可以反映水輪機調節(jié)系統(tǒng)瞬態(tài)特性的動力學模 型。利用數值模擬分析了導葉直線關閉和折線關閉規(guī)律對水輪機調節(jié)系統(tǒng)瞬態(tài)特性影響規(guī)律 , 揭示了導葉折線關閉規(guī)律中折點設置對水輪機調節(jié)系統(tǒng)瞬態(tài)水頭、轉速、流量等的影響。為了深入分析常規(guī)水電站軸系系統(tǒng)在瞬態(tài)過程動力學響應及受

5、力特征 , 基于水輪機調節(jié)系統(tǒng)與軸系系統(tǒng)耦聯關系 , 建立水輪機調節(jié)系統(tǒng)與軸系系統(tǒng)瞬態(tài)耦合動力學模型。在開機過渡過程中分析了導葉直線開啟和折線開啟規(guī)律對水輪機調節(jié)系統(tǒng)和軸系系統(tǒng)瞬態(tài)動力學特性影響 , 揭示兩系統(tǒng)在開機過程相互作用機理及對軸系瞬態(tài)響應和受力特征影響規(guī)律。 研究成果豐富了水輪機調節(jié)系統(tǒng)與軸系系統(tǒng)耦合動力學建模理論 , 為探究其瞬態(tài)穩(wěn)定機理奠定理論基礎。 (3) 變頂高尾水水電站系統(tǒng)尾水結構中存在明滿流交替現象 , 與常規(guī)水電站相比由于其瞬態(tài)影響因素較多且隨工況變化 , 故變頂高尾水水電站系統(tǒng)瞬態(tài)穩(wěn)定性更加復雜。為了從系統(tǒng) 整體角度研究變頂高尾水水電站系統(tǒng)瞬

6、態(tài)能量流動特性及其穩(wěn)定性影響因素 , 嘗試將變頂高尾水水電站系統(tǒng)納入哈密頓理論框架下進行動力學建模與瞬態(tài)能量流分析。 首先基于變頂高尾水水電站系統(tǒng)動力學模型 , 利用正交分解法將其轉化為對應哈密頓系統(tǒng)形式 , 通過分解哈密頓系統(tǒng)結構矩陣獲得系統(tǒng)能量產生與能量耗散影響因素并利用數值模擬獲得變頂高尾水水電站系統(tǒng)在階躍負荷擾動和隨機負荷擾 動下動力學響應。在機組負荷調節(jié)小波動過渡過程中 , 從動力學角度探究了三種尾水形式下 ( 有壓尾水、有壓尾水附帶暫態(tài)水流、變頂高尾水 ) 水電站系統(tǒng)穩(wěn)定性變化規(guī)律并揭示變頂高尾水洞洞頂坡度對水電站系統(tǒng)瞬態(tài)穩(wěn)定性影響規(guī)律。 研究成果為變頂高尾水水電站系統(tǒng)瞬

7、態(tài)能量流分析和安全穩(wěn)定調控提供理論支撐。 (4) 水泵水輪機在運行過程中受到多種隨機因素影響 , 使其瞬態(tài)特性及其穩(wěn)定性機理更加復 雜。為了研究水泵水輪機系統(tǒng)在隨機因素作用下瞬態(tài)響應及穩(wěn)定條件 , 首先建立了水泵水輪機系統(tǒng)在發(fā)電工況下動力學模型 , 利用數值模擬分析隨機負荷擾動下 PI 控制參數對水泵水泵水輪機瞬態(tài)動力學響應 影響規(guī)律。考慮長壓力引水管道水流慣性在瞬態(tài)過程存在隨機性變化 , 采用切比雪夫多項式逼近方法建立水泵水輪機系統(tǒng)在甩負荷過渡過 程隨機動力學模型 , 分析水流慣性隨機變化對系統(tǒng)瞬態(tài)特性影響規(guī)律 , 并給出反 S 區(qū)特性曲線對系統(tǒng)瞬態(tài)穩(wěn)定性影響。 對比分析了特性曲線斜率、摩阻損失、水流慣性及轉動慣量對系統(tǒng)在飛逸工況點穩(wěn)定性影 響規(guī)律。研究成果為水泵水輪機系統(tǒng)瞬態(tài)過程隨機動力學建模理論和穩(wěn)定機理研究提供理論參考。