水轮机调速系统的建模分析与控制策略研究
发布时间：2021-02-01 18:46
一个精确的水轮机调速系统（HTRS）模型是分析水轮机组趋向于大型化、复杂化发展的基础,对电力系统稳定性控制与研究有着重要意义。随着水电站的单机容量不断增大,水流惯性巨大,调速系统与水轮发电机之间的电磁耦合联系密切,这些特征对电力系统的安全稳定运行带来严峻的考验,对水轮机调速系统的控制提出了新的要求和挑战。本文在传统水轮机建模分析基础上,分别搭建了更为精确的、适应性更高的水轮机调速系统的线性模型和非线性模型,并对水轮机控制器参数进行辨识,进行控制规律设计,在传统PID控制基础上提出了新的控制策略。主要研究成果如下:（1）对HTRS进行线性化和非线性对化比分析,搭建了能够反映水轮机调速系统、水轮发电机系统、励磁系统以及输出电压在动态运行中及故障瞬态下各项参数变化工况的非线性HTRS模型,以及在此基础上进行简化分析的水轮机线性模型,进一步提高了模型的精确性。非线性模型着重对水轮发电机部分建模分析,同时考虑了动态负荷变化、瞬时故障及自动重合闸等电力系统工况,弥补了传统的水轮机模型过于简化,不能进行动态实况仿真的缺陷。（2）通过深入分析HTRS的非线性动力学特征,考虑水轮机在面对负荷波动时HTR...
【文章来源】：华北水利水电大学河南省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水轮机调速系统PID控制器模型
2水轮机调速系统的数学模型9该PID结构控制模型为经过上述公式（2-3）转换得到的PID控制模式和对给定扰动直接调节kp、ki、kd三个调节参数两种调节方式，在加入了暂态差值系数、缓冲时间常数、加速度时间常数情况下模拟了在现场微机调节器的工作方式及其各个数值的变化对系统稳定的影响。2.3机械液压系统水电站与汽轮机最大的不同在于受到自然环境的影响，为了克服水电站水头不够大的情况，想要达到与汽轮机同样出力，就需要提高水轮机的流量，因此设计机械液压系统[51-52]。控制大的水流量，需要设置执行元件，将弱电信号进行放大，产生足够大的电位移信号操纵引水系统对进水压力调控，从而实现水轮机调速系统的控制，其动力学传递函数如图2-2所示。图2-2水轮机调速系统中机械液压系统传递函数结构图Fig2-2Structurechartoftransferfunctionofmechanicalhydraulicsysteminhydraulicturbinespeedcontrolsystem根据其动力学原理，由图2-2可知，在数学建模时把机械液压系统的作用等效为一级接力器时间响应常数Ty和二级接力器时间响应常数Ty1；二级接力器响应时间在实际中远小于主接力器响应时间常数Ty，因此将二级接力器时间响应常数Ty1等效为一个惯性环节（如下图2-3），根据HTRS的调速特性，在建模时还要加入频率死区和饱和限制，此时主配压阀和接力器线性部分传递函数为：11+sTy=yypid（2-4）上式中y表示机械液压系统的输出信号，也表示机械液压系统中导叶开度相对大校图2-3水轮机调速器简化机械液压系统模型Fig2-3Hydraulicturbinegovernorsimplifiedmechanicalhydraulicsystemmodel
2水轮机调速系统的数学模型9该PID结构控制模型为经过上述公式（2-3）转换得到的PID控制模式和对给定扰动直接调节kp、ki、kd三个调节参数两种调节方式，在加入了暂态差值系数、缓冲时间常数、加速度时间常数情况下模拟了在现场微机调节器的工作方式及其各个数值的变化对系统稳定的影响。2.3机械液压系统水电站与汽轮机最大的不同在于受到自然环境的影响，为了克服水电站水头不够大的情况，想要达到与汽轮机同样出力，就需要提高水轮机的流量，因此设计机械液压系统[51-52]。控制大的水流量，需要设置执行元件，将弱电信号进行放大，产生足够大的电位移信号操纵引水系统对进水压力调控，从而实现水轮机调速系统的控制，其动力学传递函数如图2-2所示。图2-2水轮机调速系统中机械液压系统传递函数结构图Fig2-2Structurechartoftransferfunctionofmechanicalhydraulicsysteminhydraulicturbinespeedcontrolsystem根据其动力学原理，由图2-2可知，在数学建模时把机械液压系统的作用等效为一级接力器时间响应常数Ty和二级接力器时间响应常数Ty1；二级接力器响应时间在实际中远小于主接力器响应时间常数Ty，因此将二级接力器时间响应常数Ty1等效为一个惯性环节（如下图2-3），根据HTRS的调速特性，在建模时还要加入频率死区和饱和限制，此时主配压阀和接力器线性部分传递函数为：11+sTy=yypid（2-4）上式中y表示机械液压系统的输出信号，也表示机械液压系统中导叶开度相对大校图2-3水轮机调速器简化机械液压系统模型Fig2-3Hydraulicturbinegovernorsimplifiedmechanicalhydraulicsystemmodel
本文编号：3013252
【文章来源】：华北水利水电大学河南省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水轮机调速系统PID控制器模型
2水轮机调速系统的数学模型9该PID结构控制模型为经过上述公式（2-3）转换得到的PID控制模式和对给定扰动直接调节kp、ki、kd三个调节参数两种调节方式，在加入了暂态差值系数、缓冲时间常数、加速度时间常数情况下模拟了在现场微机调节器的工作方式及其各个数值的变化对系统稳定的影响。2.3机械液压系统水电站与汽轮机最大的不同在于受到自然环境的影响，为了克服水电站水头不够大的情况，想要达到与汽轮机同样出力，就需要提高水轮机的流量，因此设计机械液压系统[51-52]。控制大的水流量，需要设置执行元件，将弱电信号进行放大，产生足够大的电位移信号操纵引水系统对进水压力调控，从而实现水轮机调速系统的控制，其动力学传递函数如图2-2所示。图2-2水轮机调速系统中机械液压系统传递函数结构图Fig2-2Structurechartoftransferfunctionofmechanicalhydraulicsysteminhydraulicturbinespeedcontrolsystem根据其动力学原理，由图2-2可知，在数学建模时把机械液压系统的作用等效为一级接力器时间响应常数Ty和二级接力器时间响应常数Ty1；二级接力器响应时间在实际中远小于主接力器响应时间常数Ty，因此将二级接力器时间响应常数Ty1等效为一个惯性环节（如下图2-3），根据HTRS的调速特性，在建模时还要加入频率死区和饱和限制，此时主配压阀和接力器线性部分传递函数为：11+sTy=yypid（2-4）上式中y表示机械液压系统的输出信号，也表示机械液压系统中导叶开度相对大校图2-3水轮机调速器简化机械液压系统模型Fig2-3Hydraulicturbinegovernorsimplifiedmechanicalhydraulicsystemmodel
2水轮机调速系统的数学模型9该PID结构控制模型为经过上述公式（2-3）转换得到的PID控制模式和对给定扰动直接调节kp、ki、kd三个调节参数两种调节方式，在加入了暂态差值系数、缓冲时间常数、加速度时间常数情况下模拟了在现场微机调节器的工作方式及其各个数值的变化对系统稳定的影响。2.3机械液压系统水电站与汽轮机最大的不同在于受到自然环境的影响，为了克服水电站水头不够大的情况，想要达到与汽轮机同样出力，就需要提高水轮机的流量，因此设计机械液压系统[51-52]。控制大的水流量，需要设置执行元件，将弱电信号进行放大，产生足够大的电位移信号操纵引水系统对进水压力调控，从而实现水轮机调速系统的控制，其动力学传递函数如图2-2所示。图2-2水轮机调速系统中机械液压系统传递函数结构图Fig2-2Structurechartoftransferfunctionofmechanicalhydraulicsysteminhydraulicturbinespeedcontrolsystem根据其动力学原理，由图2-2可知，在数学建模时把机械液压系统的作用等效为一级接力器时间响应常数Ty和二级接力器时间响应常数Ty1；二级接力器响应时间在实际中远小于主接力器响应时间常数Ty，因此将二级接力器时间响应常数Ty1等效为一个惯性环节（如下图2-3），根据HTRS的调速特性，在建模时还要加入频率死区和饱和限制，此时主配压阀和接力器线性部分传递函数为：11+sTy=yypid（2-4）上式中y表示机械液压系统的输出信号，也表示机械液压系统中导叶开度相对大校图2-3水轮机调速器简化机械液压系统模型Fig2-3Hydraulicturbinegovernorsimplifiedmechanicalhydraulicsystemmodel
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