一個(gè)精確的水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（HTRS）模型是分析水輪機(jī)組趨向于大型化、復(fù)雜化發(fā)展的基礎(chǔ),對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性控制與研究有著重要意義。隨著水電站的單機(jī)容量不斷增大,水流慣性巨大,調(diào)速系統(tǒng)與水輪發(fā)電機(jī)之間的電磁耦合聯(lián)系密切,這些特征對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)峻的考驗(yàn),對(duì)水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制提出了新的要求和挑戰(zhàn)。本文在傳統(tǒng)水輪機(jī)建模分析基礎(chǔ)上,分別搭建了更為精確的、適應(yīng)性更高的水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的線性模型和非線性模型,并對(duì)水輪機(jī)控制器參數(shù)進(jìn)行辨識(shí),進(jìn)行控制規(guī)律設(shè)計(jì),在傳統(tǒng)PID控制基礎(chǔ)上提出了新的控制策略。主要研究成果如下:（1）對(duì)HTRS進(jìn)行線性化和非線性對(duì)化比分析,搭建了能夠反映水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、水輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)以及輸出電壓在動(dòng)態(tài)運(yùn)行中及故障瞬態(tài)下各項(xiàng)參數(shù)變化工況的非線性HTRS模型,以及在此基礎(chǔ)上進(jìn)行簡(jiǎn)化分析的水輪機(jī)線性模型,進(jìn)一步提高了模型的精確性。非線性模型著重對(duì)水輪發(fā)電機(jī)部分建模分析,同時(shí)考慮了動(dòng)態(tài)負(fù)荷變化、瞬時(shí)故障及自動(dòng)重合閘等電力系統(tǒng)工況,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的水輪機(jī)模型過(guò)于簡(jiǎn)化,不能進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)況仿真的缺陷。（2）通過(guò)深入分析HTRS的非線性動(dòng)力學(xué)特征,考慮水輪機(jī)在面對(duì)負(fù)荷波動(dòng)時(shí)HTR... 

【文章來(lái)源】：華北水利水電大學(xué)河南省

【文章頁(yè)數(shù)】：77 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)PID控制器模型

2水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型9該P(yáng)ID結(jié)構(gòu)控制模型為經(jīng)過(guò)上述公式（2-3）轉(zhuǎn)換得到的PID控制模式和對(duì)給定擾動(dòng)直接調(diào)節(jié)kp、ki、kd三個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)兩種調(diào)節(jié)方式，在加入了暫態(tài)差值系數(shù)、緩沖時(shí)間常數(shù)、加速度時(shí)間常數(shù)情況下模擬了在現(xiàn)場(chǎng)微機(jī)調(diào)節(jié)器的工作方式及其各個(gè)數(shù)值的變化對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定的影響。2.3機(jī)械液壓系統(tǒng)水電站與汽輪機(jī)最大的不同在于受到自然環(huán)境的影響，為了克服水電站水頭不夠大的情況，想要達(dá)到與汽輪機(jī)同樣出力，就需要提高水輪機(jī)的流量，因此設(shè)計(jì)機(jī)械液壓系統(tǒng)[51-52]�？刂拼蟮乃髁浚枰O(shè)置執(zhí)行元件，將弱電信號(hào)進(jìn)行放大，產(chǎn)生足夠大的電位移信號(hào)操縱引水系統(tǒng)對(duì)進(jìn)水壓力調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制，其動(dòng)力學(xué)傳遞函數(shù)如圖2-2所示。圖2-2水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中機(jī)械液壓系統(tǒng)傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)圖Fig2-2Structurechartoftransferfunctionofmechanicalhydraulicsysteminhydraulicturbinespeedcontrolsystem根據(jù)其動(dòng)力學(xué)原理，由圖2-2可知，在數(shù)學(xué)建模時(shí)把機(jī)械液壓系統(tǒng)的作用等效為一級(jí)接力器時(shí)間響應(yīng)常數(shù)Ty和二級(jí)接力器時(shí)間響應(yīng)常數(shù)Ty1；二級(jí)接力器響應(yīng)時(shí)間在實(shí)際中遠(yuǎn)小于主接力器響應(yīng)時(shí)間常數(shù)Ty，因此將二級(jí)接力器時(shí)間響應(yīng)常數(shù)Ty1等效為一個(gè)慣性環(huán)節(jié)（如下圖2-3），根據(jù)HTRS的調(diào)速特性，在建模時(shí)還要加入頻率死區(qū)和飽和限制，此時(shí)主配壓閥和接力器線性部分傳遞函數(shù)為：11+sTy=yypid（2-4）上式中y表示機(jī)械液壓系統(tǒng)的輸出信號(hào)，也表示機(jī)械液壓系統(tǒng)中導(dǎo)葉開(kāi)度相對(duì)大校圖2-3水輪機(jī)調(diào)速器簡(jiǎn)化機(jī)械液壓系統(tǒng)模型Fig2-3Hydraulicturbinegovernorsimplifiedmechanicalhydraulicsystemmodel

2水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型9該P(yáng)ID結(jié)構(gòu)控制模型為經(jīng)過(guò)上述公式（2-3）轉(zhuǎn)換得到的PID控制模式和對(duì)給定擾動(dòng)直接調(diào)節(jié)kp、ki、kd三個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)兩種調(diào)節(jié)方式，在加入了暫態(tài)差值系數(shù)、緩沖時(shí)間常數(shù)、加速度時(shí)間常數(shù)情況下模擬了在現(xiàn)場(chǎng)微機(jī)調(diào)節(jié)器的工作方式及其各個(gè)數(shù)值的變化對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定的影響。2.3機(jī)械液壓系統(tǒng)水電站與汽輪機(jī)最大的不同在于受到自然環(huán)境的影響，為了克服水電站水頭不夠大的情況，想要達(dá)到與汽輪機(jī)同樣出力，就需要提高水輪機(jī)的流量，因此設(shè)計(jì)機(jī)械液壓系統(tǒng)[51-52]�？刂拼蟮乃髁�，需要設(shè)置執(zhí)行元件，將弱電信號(hào)進(jìn)行放大，產(chǎn)生足夠大的電位移信號(hào)操縱引水系統(tǒng)對(duì)進(jìn)水壓力調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制，其動(dòng)力學(xué)傳遞函數(shù)如圖2-2所示。圖2-2水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中機(jī)械液壓系統(tǒng)傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)圖Fig2-2Structurechartoftransferfunctionofmechanicalhydraulicsysteminhydraulicturbinespeedcontrolsystem根據(jù)其動(dòng)力學(xué)原理，由圖2-2可知，在數(shù)學(xué)建模時(shí)把機(jī)械液壓系統(tǒng)的作用等效為一級(jí)接力器時(shí)間響應(yīng)常數(shù)Ty和二級(jí)接力器時(shí)間響應(yīng)常數(shù)Ty1；二級(jí)接力器響應(yīng)時(shí)間在實(shí)際中遠(yuǎn)小于主接力器響應(yīng)時(shí)間常數(shù)Ty，因此將二級(jí)接力器時(shí)間響應(yīng)常數(shù)Ty1等效為一個(gè)慣性環(huán)節(jié)（如下圖2-3），根據(jù)HTRS的調(diào)速特性，在建模時(shí)還要加入頻率死區(qū)和飽和限制，此時(shí)主配壓閥和接力器線性部分傳遞函數(shù)為：11+sTy=yypid（2-4）上式中y表示機(jī)械液壓系統(tǒng)的輸出信號(hào)，也表示機(jī)械液壓系統(tǒng)中導(dǎo)葉開(kāi)度相對(duì)大校圖2-3水輪機(jī)調(diào)速器簡(jiǎn)化機(jī)械液壓系統(tǒng)模型Fig2-3Hydraulicturbinegovernorsimplifiedmechanicalhydraulicsystemmodel


本文編號(hào)：3013252