不同工况下水轮机调节系统动态特性分析-人民长江.PDF

第４６卷 第２１期 人　民　长　江 Ｖｏｌ．４６，Ｎｏ．２１ ２０１５年 １１月　 　 Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｒｉｖｅｒ　 　 Ｎｏｖ．， ２０１５ 　　文章编号：１００１－４１７９（２０１５）２１－００７６－０４ 不同工况下水轮机调节系统动态特性分析 姜 红 芳 （三峡水利枢纽梯级调度通信中心，湖北 宜昌４４３１３３） 摘要：为了更加全面地了解和掌握水轮机调速系统的组成结构和不同工况下的特性，在大量研究理想条件下 水轮机调节系统建模与仿真结果的基础上，对水轮机调节系统进行线性和非线性建模，并运用 ｍａｔｌａｂ／ｓｉｍｕ ｌｉｎｋ对水轮机调节系统的线性和非线性动态特性进行仿真研究，从而得到了线性条件下空载频率波动和功率 扰动波动响应曲线以及非线性环节的系统响应，并对这２种条件下的转速和接力器行程曲线进行了对比分 析。分析结果表明，在小波动情况下适合运用线性模型，在大波动情况下适合运用非线性模型，而且这２种情 况下得到的结果相差无几，均能反映同一系统的动态过程。该结论将有助于水轮机调节系统在不同工况下的 控制。 关　键　词：线性建模；非线性建模；水轮机调节系统 中图法分类号：ＴＶ７３４．１　　　文献标志码：Ａ ＤＯＩ：１０．１６２３２／ｊ．ｃｎｋｉ．１００１－４１７９．２０１５．２１．０１９ 统、水轮机以及发电机等共同组成了水轮机的调节系 １　研究背景 统。其中，微机调速器主要是用于控制，而其他几个部 水电站水轮发电机组主要依靠水轮机的调速器来 分则是被控制的对象，而且被控制的部分就是将水能 实现稳定运行，而且其发电频率是电能质量的重要指 转化和机械传动变成电能的一个复杂系统，该系统会 标。水轮机调节系统是通过输出负反馈的调节作用， 随着给定参数的改变而变化，是一个典型的非线性系 以使输出的转速在误差范围以内，从而产生符合要求 统。但是在小瞬变状态，还是可以采用线性化的方法， 的、稳定的电能。近些年来，桂林电子科技大学的唐良 为了研究、分析这种系统的动态性能而建立的数学模 宝等利用一阶微分方程组作为简化数学模型，对水轮 型，只能是在所关心的重点性能方面，在一定的工况下 机调节系统进行了仿真研究，得到了不同数值的Ｔ，ｅ 近似地描述调节对象的线性动态特性，从而期望得到 ｗ ｎ 的响应曲线；华中科技大学的魏守平把水轮机调节系 定性和有比较意义的参考结论，以便为参数调节的优 统分为４个部分，建立水电机组仿真系统结构图进行 化选择提供决策支持。 仿真研究；三峡大学黄莉等做了基于 ＳＩＭＵＬＩＮＫ的湖 北清江流域隔河岩水电站水轮机调节系统建模仿真研 究；河海大学袁欣建等对水轮机调节系统的ＰＩ控制器 进行了研究。本文着重对水轮机调节系统在线性和非 线性２种情况下的模型展开了对比研究，并对相应模 型动态特性进行了仿真研究［１－４］。 ２　水轮机调节系统的线性传递函数模型 如图１所示，微机调速器、机械液压系统、引水系 图１　水轮机调节系统 收稿日期：２０１５－０１－１１ 作者简介：姜红芳，男，硕士，主要研究方向为水轮机调速系统的建模与仿真。Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｉａｎｇｈｏｎｇｆａｎｇｈｕｓｔ＠１６３．ｃｏｍ 　第２１期 　　　姜红芳：不同工况下水轮机调节系统动态特性分析 ７７ ２．１　机械液压系统模块 机械液压系统模块主要 由电液伺服阀、主配压阀和主 接力器组成。该系统的线性 代数部分常常采用下列传递