一個精確的水輪機調速系統(tǒng)（HTRS）模型是分析水輪機組趨向于大型化、復雜化發(fā)展的基礎,對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性控制與研究有著重要意義。隨著水電站的單機容量不斷增大,水流慣性巨大,調速系統(tǒng)與水輪發(fā)電機之間的電磁耦合聯(lián)系密切,這些特征對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行帶來嚴峻的考驗,對水輪機調速系統(tǒng)的控制提出了新的要求和挑戰(zhàn)。本文在傳統(tǒng)水輪機建模分析基礎上,分別搭建了更為精確的、適應性更高的水輪機調速系統(tǒng)的線性模型和非線性模型,并對水輪機控制器參數(shù)進行辨識,進行控制規(guī)律設計,在傳統(tǒng)PID控制基礎上提出了新的控制策略。主要研究成果如下:（1）對HTRS進行線性化和非線性對化比分析,搭建了能夠反映水輪機調速系統(tǒng)、水輪發(fā)電機系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)以及輸出電壓在動態(tài)運行中及故障瞬態(tài)下各項參數(shù)變化工況的非線性HTRS模型,以及在此基礎上進行簡化分析的水輪機線性模型,進一步提高了模型的精確性。非線性模型著重對水輪發(fā)電機部分建模分析,同時考慮了動態(tài)負荷變化、瞬時故障及自動重合閘等電力系統(tǒng)工況,彌補了傳統(tǒng)的水輪機模型過于簡化,不能進行動態(tài)實況仿真的缺陷。（2）通過深入分析HTRS的非線性動力學特征,考慮水輪機在面對負荷波動時HTR... 

【文章來源】：華北水利水電大學河南省

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

水輪機調速系統(tǒng)PID控制器模型

2水輪機調速系統(tǒng)的數(shù)學模型9該PID結構控制模型為經(jīng)過上述公式（2-3）轉換得到的PID控制模式和對給定擾動直接調節(jié)kp、ki、kd三個調節(jié)參數(shù)兩種調節(jié)方式，在加入了暫態(tài)差值系數(shù)、緩沖時間常數(shù)、加速度時間常數(shù)情況下模擬了在現(xiàn)場微機調節(jié)器的工作方式及其各個數(shù)值的變化對系統(tǒng)穩(wěn)定的影響。2.3機械液壓系統(tǒng)水電站與汽輪機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，想要達到與汽輪機同樣出力，就需要提高水輪機的流量，因此設計機械液壓系統(tǒng)[51-52]�？刂拼蟮乃髁�，需要設置執(zhí)行元件，將弱電信號進行放大，產(chǎn)生足夠大的電位移信號操縱引水系統(tǒng)對進水壓力調控，從而實現(xiàn)水輪機調速系統(tǒng)的控制，其動力學傳遞函數(shù)如圖2-2所示。圖2-2水輪機調速系統(tǒng)中機械液壓系統(tǒng)傳遞函數(shù)結構圖Fig2-2Structurechartoftransferfunctionofmechanicalhydraulicsysteminhydraulicturbinespeedcontrolsystem根據(jù)其動力學原理，由圖2-2可知，在數(shù)學建模時把機械液壓系統(tǒng)的作用等效為一級接力器時間響應常數(shù)Ty和二級接力器時間響應常數(shù)Ty1；二級接力器響應時間在實際中遠小于主接力器響應時間常數(shù)Ty，因此將二級接力器時間響應常數(shù)Ty1等效為一個慣性環(huán)節(jié)（如下圖2-3），根據(jù)HTRS的調速特性，在建模時還要加入頻率死區(qū)和飽和限制，此時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表示機械液壓系統(tǒng)的輸出信號，也表示機械液壓系統(tǒng)中導葉開度相對大校圖2-3水輪機調速器簡化機械液壓系統(tǒng)模型Fig2-3Hydraulicturbinegovernorsimplifiedmechanicalhydraulicsystemmodel

2水輪機調速系統(tǒng)的數(shù)學模型9該PID結構控制模型為經(jīng)過上述公式（2-3）轉換得到的PID控制模式和對給定擾動直接調節(jié)kp、ki、kd三個調節(jié)參數(shù)兩種調節(jié)方式，在加入了暫態(tài)差值系數(shù)、緩沖時間常數(shù)、加速度時間常數(shù)情況下模擬了在現(xiàn)場微機調節(jié)器的工作方式及其各個數(shù)值的變化對系統(tǒng)穩(wěn)定的影響。2.3機械液壓系統(tǒng)水電站與汽輪機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，想要達到與汽輪機同樣出力，就需要提高水輪機的流量，因此設計機械液壓系統(tǒng)[51-52]�？刂拼蟮乃髁浚枰O置執(zhí)行元件，將弱電信號進行放大，產(chǎn)生足夠大的電位移信號操縱引水系統(tǒng)對進水壓力調控，從而實現(xiàn)水輪機調速系統(tǒng)的控制，其動力學傳遞函數(shù)如圖2-2所示。圖2-2水輪機調速系統(tǒng)中機械液壓系統(tǒng)傳遞函數(shù)結構圖Fig2-2Structurechartoftransferfunctionofmechanicalhydraulicsysteminhydraulicturbinespeedcontrolsystem根據(jù)其動力學原理，由圖2-2可知，在數(shù)學建模時把機械液壓系統(tǒng)的作用等效為一級接力器時間響應常數(shù)Ty和二級接力器時間響應常數(shù)Ty1；二級接力器響應時間在實際中遠小于主接力器響應時間常數(shù)Ty，因此將二級接力器時間響應常數(shù)Ty1等效為一個慣性環(huán)節(jié)（如下圖2-3），根據(jù)HTRS的調速特性，在建模時還要加入頻率死區(qū)和飽和限制，此時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表示機械液壓系統(tǒng)的輸出信號，也表示機械液壓系統(tǒng)中導葉開度相對大校圖2-3水輪機調速器簡化機械液壓系統(tǒng)模型Fig2-3Hydraulicturbinegovernorsimplifiedmechanicalhydraulicsystemmodel


本文編號：3013252