水轮机调节系统动力学建模与稳定性分析

发布时间：2017-04-13 05:09

  本文关键词：水轮机调节系统动力学建模与稳定性分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水轮机及其调节系统是水电站中的核心组成部分,确保水轮机调节系统的安全稳定运行对水力发电过程有重要影响。水轮机调节系统在大波动过渡过程中参数变化剧烈,水流运行复杂。所以,人们一直非常关注水轮机调节系统在大波动过渡过程中的非线性复杂行为,希望通过研究系统内部的非线性本质问题,为系统的安全稳定运行提供理论依据。本毕业论文将在单机单管水轮机调节系统模型下,考虑大波动过渡过程中水轮机调节系统中各传递系数随着运行工况变化而呈现出的非线性特性,通过引入动态传递系数建立了一个既有理论依据、又能反映系统非线性本质的水轮机调节系统非线性动态数学模型。论文主要内容如下:(1)针对甩负荷过渡过程,通过引入水轮机调节系统的动态传递系数建立了适用于甩负荷过渡过程的瞬态动力学模型。并用分岔图、时域图、Poincare映射图和相轨迹图分析了水轮机调节系统在甩负荷过渡过程中的动力学特征。(2)针对水轮机调节系统的甩负荷过渡过程,运用系统稳定理论分析甩负荷过渡过程中控制参数的稳定域,给出了甩负荷过渡过程中控制参数的三维临界曲面和二维临界曲线簇。在此基础上,采用龙格库塔法,通过Matlab软件进行仿真验证了稳定性分析的正确性。(3)考虑水轮机某一时刻的流态,不仅由此时的系统参数决定,而且与其历史过程有关。由于整数阶导数的局部性,不适合描述具有历史依赖过程的研究对象。因此,本文尝试将具有较好全局相关性的分数阶导数引入水轮机调节系统的瞬态建模中。进一步地,利用数值模拟研究了不同分数阶阶次下,水轮机调节系统的动态特性,揭示了水轮机调节系统内存在混沌现象的可能性及其丰富的动力学行为。(4)通过引入动态传递系数,建立了适用于开机过渡过程的水轮机调节系统非线性动力学模型。利用全局分岔图对比分析了导叶分段开启规律和直线开启规律下,水轮机调节系统在开机过渡过程中的动态品质。仿真结果表明,导叶开启规律对水轮机调节系统开机过渡过程动态品质有重要影响。
【关键词】：水轮机调节系统 过渡过程 稳定性 非线性数学模型 动力学分析
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV734.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-16
• 1.1 研究意义及背景12-13
• 1.2 国内外研究现状13-14
• 1.3 研究目标及研究内容14-16
• 1.3.1 研究目标14
• 1.3.2 研究内容14-15
• 1.3.3 研究方法15
• 1.3.4 技术路线15-16
• 第二章 水轮机调节系统甩负荷过渡过程建模与动力学分析16-29
• 2.1 引言16
• 2.2 水轮机调节系统的数学模型16-21
• 2.2.1 线性化数学模型16-17
• 2.2.2 水轮机动态传递系数的非线性表达式17-20
• 2.2.3 甩负荷大波动过渡过程中调节系统的非线性模型20-21
• 2.3 系统非线性动力学分析21-28
• 2.4 小结28-29
• 第三章 水轮机调节系统甩负荷过渡过程的品质改善29-41
• 3.1 引言29
• 3.2 水轮机调节系统的非线性动力学模型29-31
• 3.2.1 水轮机输出力矩的动态表达式29
• 3.2.2 发电机数学模型29-30
• 3.2.3 液压伺服系统模型30
• 3.2.4 调速器模型30
• 3.2.5 水轮机的动态传递系数30-31
• 3.2.6 水轮机调节系统的非线性动态模型31
• 3.3 水轮机调节系统在甩负荷过渡过程的控制参数稳定域31-33
• 3.3.1 系统稳定理论32
• 3.3.2 水轮机调节系统的稳定性分析32-33
• 3.4 非线性分析33-40
• 3.5 小结40-41
• 第四章 水轮机调节系统过渡过程分数阶建模与动力学分析41-49
• 4.1 引言41
• 4.2 分数阶微积分41-42
• 4.3 分数阶水轮机调节系统模型42
• 4.4 调节系统动力学分析42-48
• 4.5 小结48-49
• 第五章 水轮机调节系统开机过渡过程的分段建模与动力学分析49-59
• 5.1 前言49
• 5.2 水轮机调节系统动态模型49
• 5.3 水轮机调节系统分段非线性传递系数表达式49-52
• 5.4 非线性动力学分析52-58
• 5.5 小结58-59
• 第六章 非线性动力学分析与控制理论研究59-67
• 6.1 前言59
• 6.2 分数阶蔡氏电路的可控性分析59-61
• 6.2.1 分数阶微积分的性质59
• 6.2.2 分数阶线性定常系统的可控性59-61
• 6.3 分数阶复杂网络的可控性分析61-67
• 6.3.1 分数阶线性定常系统61
• 6.3.2 简单定向加权网络的可控性61-63
• 6.3.3 带自环结构分数阶复杂网络的可控性63-67
• 第七章 结论与展望67-69
• 7.1 结论67
• 7.2 主要创新点67-68
• 7.3 存在不足与今后努力的方向68-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-74
• 作者简介74

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