水力发电机组系统可靠性与多能互补综合性能研究
发布时间：2021-07-27 17:21
在国家进行电力结构化、市场化改革大背景下,风水等随机可再生能源将会更多地被电力系统所消纳。水电作为调峰调频重要角色,将会面临更为频繁的过渡工况调节和非最优工况运行两个重要发展趋势。准确认识在非最优工况运行下水轮发电机组动态变化特征,对提高水轮发电机组系统的灵活性运行和维护区域电力系统的安全可靠性具有重要的科学意义价值。机组在非最优工况区轴系振动剧烈,以传统水轮机调节系统为核心的PID调速器控制效果无法保证发电机角速度的稳定性,这严重威胁了水轮发电机组在非最优工况区的发电可靠性。论文以水轮机调节系统发电机角速度控制与轴系振动相互作用关系为关键科学问题并对传统水轮机调节系统模型进行改进以研究水轮发电机组发电可靠性和综合性能评估问题,并取得以下三方面研究成果:1.基于最优工况设计的传统水轮机调节系统因轴系振动微小而忽略其对调速器控制的影响,这已不适应能源结构改革背景下电力系统对水轮发电机组全工况运行的新要求,故提出基于传统水轮机调节系统评估非最优工况下水轮发电机组发电可靠性建模新思路——传统调节系统与水轮发电机组轴系统模型的耦合统一围绕水轮机调节系统控制与水力发电机组轴系振动相互作用关系问题...
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：196 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
截止至2019年世界已在运行、计划建设和潜在的水电站统计结果
源转型发生在19世纪初，生物能向煤炭能源转型(朱彤2016)；第二次能源转型被分成两个阶段，前半段发生在20世界六十年代，煤炭能源向石油能源进行转型；后半段发生在20世纪70年代，天然气和核电能源逐步替代部分石油能源(周勇2006)。目前第三次能源转型以可再生能源为重要目标。有些学者总结能源转型结构特征为：由“固体”经“液体”向“气体”转换，每次能源结构转型均表现出“降碳化”特征(马丽梅等2018)。确切的说是利用能源中氢元素替代能源中的碳元素，从而降低能源利用中碳元素的排放，故也可称为能源的低碳转型。图1-22050年高比例可再生能源情景下全国发电机组小时预测调度结果Fig.1-2Hourlyforecastingresultsofunitsunderhighrenewableenergyscenariosin2050ofChina.近年来，国内外研究学者针对能源结构转型做了大量的研究，主要侧重于两个问题。一是经济增长路径与能源结构转换关系；二是能源结构转换过程中可再生能源系
第一章绪论7图1-3我国2011-2018水轮机产量、水电站投资规模和水力发电量发展现状Fig.1-3China"s2011-2018hydro-turbineproduction,hydropowerstationinvestmentsofhydropowerstationsanddevelopmentstatusofhydropowergeneration.从近年来水轮机产量(见图1-3)可知，在2011年至2014年水轮机产量进入一个高产区，说明这一时间段水电站建设迅速扩张；从2015年开始，水轮机产量迅速下降，并进入一个平稳发展期(210万千瓦左右)；从水电站投资规模可知，从2013年1223亿元逐步减小至2018年的472亿元，这是由于水电站建设及投产周期所导致的；从水力发电量可知，尽管水电站快速建设，但水力发电量子2015年以后基本保持平稳状态(11300亿千瓦时)。随着我国经济发展步入新常态，水电作为技术成熟、出力相对稳定的可再生能源，在可靠性、经济性和灵活性方面具有显著优势。从整体情况看，近几年全国整体电力格局供需宽松，我国水电行业将进入相对缓慢的稳定发展阶段，水轮机行业也将进入相对平稳的发展阶段。1.2.2能源结构调整水电调节重任风光水互补开发优势风力发电系统由风轮、发电机、铁塔、数字逆变器等部分组成。该系统通过风轮将作用在桨叶上的风力转化为自身的转速和扭矩，并通过主轴、增速箱、联轴器等模块将扭矩和转速传递到发电机，从而实现风能到机械能到电能的转换。通过全国九百多个气象站的数据统计（陆地上离地10m高度资料），全国平均风功率密度为100W/m2，风能资源总储量约32.26亿kW，可开发和利用风能储量为2.53亿kW，近海可开发和利用的风能储量有7.5亿kW(雷鹏2011)。陆地风电年上网电量按等效满负荷2000小时计，每年可提供5000亿千瓦时电量；海上风电年上网电量按等效满负荷2500小时计，每年可提供1.8万亿千瓦时电量，合计2.3万亿千
【参考文献】：
期刊论文
[1]参数异变性对冲击式水电站系统轴系振动摆度影响[J]. 许贝贝,陈帝伊,李欢欢,闫懂林. 振动与冲击. 2019(23)
[2]基于电力市场背景的风-光-抽水蓄能联合优化运行[J]. 马实一,李建成,段聪,吴骏,徐彤,陈皓菲,潘文霞,严慧敏. 智慧电力. 2019(08)
[3]抽水蓄能机组电路等效实时精细化模型研究及应用[J]. 赵志高,杨建东,杨威嘉,陈满,彭煜民. 水利学报. 2019(04)
[4]基于一阶可靠度算法的基坑抗隆起可靠度分析[J]. 张坤杰,刘伟平,宁佳佳. 南昌大学学报(工科版). 2018(03)
[5]世界冰川消融与海平面上升[J]. 莫杰,彭娜娜. 科学. 2018(05)
[6]基于连续小波变换的风光发电资源多尺度评估[J]. 王飞,宋士瞻,曹永吉,谢红涛,张新华,张健,肖天,赵雅文. 山东大学学报(工学版). 2018(05)
[7]考虑风电不确定度的风-火-水-气-核-抽水蓄能多源协同旋转备用优化[J]. 梁子鹏,陈皓勇,雷佳,张聪,赵文猛. 电网技术. 2018(07)
[8]随机转速波动下水轮机调节系统动力稳定性[J]. 许贝贝,陈帝伊,张浩,李欢欢. 振动与冲击. 2018(12)
[9]日本保持2030年核电占比20%～22%的发展目标[J]. 张焰,伍浩松. 国外核新闻. 2018(06)
[10]计及电气主接线期望出力的风电场发电可靠性评估[J]. 王晓东,杨苹,刘泽健,陆进威,陈锦涛,陈恋鲆,刘磊. 可再生能源. 2018(06)
博士论文
[1]混流式水轮机调节系统的非线性状态预测与稳定控制研究[D]. 吴凤娇.西北农林科技大学 2019
[2]水力发电系统瞬态动力学建模与稳定性分析[D]. 张浩.西北农林科技大学 2019
[3]水泵水轮机暂态过程非定常流动特性及空化影响研究[D]. 李中杰.清华大学 2017
[4]水电站水—机—电—结构系统动力学建模及数值模拟分析[D]. 吴嵌嵌.大连理工大学 2017
[5]长引水隧洞水电机组系统建模与控制策略优化研究[D]. 郭海峰.武汉大学 2017
[6]水电机组振动信号分析与智能故障诊断方法研究[D]. 付文龙.华中科技大学 2016
[7]基于空间曲面的水泵水轮机全特性及过渡过程的研究[D]. 杨桀彬.武汉大学 2014
[8]水轮发电机组轴系非线性动力特性分析[D]. 张雷克.大连理工大学 2014
[9]水轮机调节系统模型及其控制策略研究[D]. 孔繁镍.广西大学 2013
[10]非线性动力学分析与控制的若干理论问题及应用研究[D]. 陈帝伊.西北农林科技大学 2013
硕士论文
[1]风光互补供电系统特性分析及控制策略[D]. 庄琳琳.山东大学 2017
[2]水力发电系统分数阶动力学模型与稳定性[D]. 许贝贝.西北农林科技大学 2017
[3]基于Simulink的水轮机调节系统中水轮机模型仿真研究[D]. 高磊.昆明理工大学 2016
[4]基于蒙特卡洛模拟的电网调度运行风险评估研究[D]. 陈小青.湖南大学 2013
[5]并网风电场可靠性评估指标的研究[D]. 许郁.华北电力大学（北京） 2011
[6]等效引水隧洞长度对水力过渡过程的影响研究[D]. 郝荣荣.天津大学 2010
[7]计及分布式电源的配电网供电可靠性评估[D]. 刘传铨.上海交通大学 2008
[8]水轮发电机励磁调节器设计[D]. 梁洪洁.西安理工大学 2006
本文编号：3306216
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：196 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
截止至2019年世界已在运行、计划建设和潜在的水电站统计结果
源转型发生在19世纪初，生物能向煤炭能源转型(朱彤2016)；第二次能源转型被分成两个阶段，前半段发生在20世界六十年代，煤炭能源向石油能源进行转型；后半段发生在20世纪70年代，天然气和核电能源逐步替代部分石油能源(周勇2006)。目前第三次能源转型以可再生能源为重要目标。有些学者总结能源转型结构特征为：由“固体”经“液体”向“气体”转换，每次能源结构转型均表现出“降碳化”特征(马丽梅等2018)。确切的说是利用能源中氢元素替代能源中的碳元素，从而降低能源利用中碳元素的排放，故也可称为能源的低碳转型。图1-22050年高比例可再生能源情景下全国发电机组小时预测调度结果Fig.1-2Hourlyforecastingresultsofunitsunderhighrenewableenergyscenariosin2050ofChina.近年来，国内外研究学者针对能源结构转型做了大量的研究，主要侧重于两个问题。一是经济增长路径与能源结构转换关系；二是能源结构转换过程中可再生能源系
第一章绪论7图1-3我国2011-2018水轮机产量、水电站投资规模和水力发电量发展现状Fig.1-3China"s2011-2018hydro-turbineproduction,hydropowerstationinvestmentsofhydropowerstationsanddevelopmentstatusofhydropowergeneration.从近年来水轮机产量(见图1-3)可知，在2011年至2014年水轮机产量进入一个高产区，说明这一时间段水电站建设迅速扩张；从2015年开始，水轮机产量迅速下降，并进入一个平稳发展期(210万千瓦左右)；从水电站投资规模可知，从2013年1223亿元逐步减小至2018年的472亿元，这是由于水电站建设及投产周期所导致的；从水力发电量可知，尽管水电站快速建设，但水力发电量子2015年以后基本保持平稳状态(11300亿千瓦时)。随着我国经济发展步入新常态，水电作为技术成熟、出力相对稳定的可再生能源，在可靠性、经济性和灵活性方面具有显著优势。从整体情况看，近几年全国整体电力格局供需宽松，我国水电行业将进入相对缓慢的稳定发展阶段，水轮机行业也将进入相对平稳的发展阶段。1.2.2能源结构调整水电调节重任风光水互补开发优势风力发电系统由风轮、发电机、铁塔、数字逆变器等部分组成。该系统通过风轮将作用在桨叶上的风力转化为自身的转速和扭矩，并通过主轴、增速箱、联轴器等模块将扭矩和转速传递到发电机，从而实现风能到机械能到电能的转换。通过全国九百多个气象站的数据统计（陆地上离地10m高度资料），全国平均风功率密度为100W/m2，风能资源总储量约32.26亿kW，可开发和利用风能储量为2.53亿kW，近海可开发和利用的风能储量有7.5亿kW(雷鹏2011)。陆地风电年上网电量按等效满负荷2000小时计，每年可提供5000亿千瓦时电量；海上风电年上网电量按等效满负荷2500小时计，每年可提供1.8万亿千瓦时电量，合计2.3万亿千
【参考文献】：
期刊论文
[1]参数异变性对冲击式水电站系统轴系振动摆度影响[J]. 许贝贝,陈帝伊,李欢欢,闫懂林. 振动与冲击. 2019(23)
[2]基于电力市场背景的风-光-抽水蓄能联合优化运行[J]. 马实一,李建成,段聪,吴骏,徐彤,陈皓菲,潘文霞,严慧敏. 智慧电力. 2019(08)
[3]抽水蓄能机组电路等效实时精细化模型研究及应用[J]. 赵志高,杨建东,杨威嘉,陈满,彭煜民. 水利学报. 2019(04)
[4]基于一阶可靠度算法的基坑抗隆起可靠度分析[J]. 张坤杰,刘伟平,宁佳佳. 南昌大学学报(工科版). 2018(03)
[5]世界冰川消融与海平面上升[J]. 莫杰,彭娜娜. 科学. 2018(05)
[6]基于连续小波变换的风光发电资源多尺度评估[J]. 王飞,宋士瞻,曹永吉,谢红涛,张新华,张健,肖天,赵雅文. 山东大学学报(工学版). 2018(05)
[7]考虑风电不确定度的风-火-水-气-核-抽水蓄能多源协同旋转备用优化[J]. 梁子鹏,陈皓勇,雷佳,张聪,赵文猛. 电网技术. 2018(07)
[8]随机转速波动下水轮机调节系统动力稳定性[J]. 许贝贝,陈帝伊,张浩,李欢欢. 振动与冲击. 2018(12)
[9]日本保持2030年核电占比20%～22%的发展目标[J]. 张焰,伍浩松. 国外核新闻. 2018(06)
[10]计及电气主接线期望出力的风电场发电可靠性评估[J]. 王晓东,杨苹,刘泽健,陆进威,陈锦涛,陈恋鲆,刘磊. 可再生能源. 2018(06)
博士论文
[1]混流式水轮机调节系统的非线性状态预测与稳定控制研究[D]. 吴凤娇.西北农林科技大学 2019
[2]水力发电系统瞬态动力学建模与稳定性分析[D]. 张浩.西北农林科技大学 2019
[3]水泵水轮机暂态过程非定常流动特性及空化影响研究[D]. 李中杰.清华大学 2017
[4]水电站水—机—电—结构系统动力学建模及数值模拟分析[D]. 吴嵌嵌.大连理工大学 2017
[5]长引水隧洞水电机组系统建模与控制策略优化研究[D]. 郭海峰.武汉大学 2017
[6]水电机组振动信号分析与智能故障诊断方法研究[D]. 付文龙.华中科技大学 2016
[7]基于空间曲面的水泵水轮机全特性及过渡过程的研究[D]. 杨桀彬.武汉大学 2014
[8]水轮发电机组轴系非线性动力特性分析[D]. 张雷克.大连理工大学 2014
[9]水轮机调节系统模型及其控制策略研究[D]. 孔繁镍.广西大学 2013
[10]非线性动力学分析与控制的若干理论问题及应用研究[D]. 陈帝伊.西北农林科技大学 2013
硕士论文
[1]风光互补供电系统特性分析及控制策略[D]. 庄琳琳.山东大学 2017
[2]水力发电系统分数阶动力学模型与稳定性[D]. 许贝贝.西北农林科技大学 2017
[3]基于Simulink的水轮机调节系统中水轮机模型仿真研究[D]. 高磊.昆明理工大学 2016
[4]基于蒙特卡洛模拟的电网调度运行风险评估研究[D]. 陈小青.湖南大学 2013
[5]并网风电场可靠性评估指标的研究[D]. 许郁.华北电力大学（北京） 2011
[6]等效引水隧洞长度对水力过渡过程的影响研究[D]. 郝荣荣.天津大学 2010
[7]计及分布式电源的配电网供电可靠性评估[D]. 刘传铨.上海交通大学 2008
[8]水轮发电机励磁调节器设计[D]. 梁洪洁.西安理工大学 2006
本文编号：3306216
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