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《西北农林科技大学》 2017年
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水泵水轮机调节系统稳态与典型暂态过程稳定性分析

王壘  
【摘要】:抽水蓄能电站可将电网负荷较低时的多余电能,转化为电网高峰期的高价值电能,同时还具有调频调相和事故备用等多种功能,亦可提高风电、火电和核电的利用效率,在电力系统中发挥着越来越重要的作用。水泵水轮机调节系统作为抽水蓄能电站的核心,研究其运行稳定性对维持电站安全、稳定和经济运行具有重要作用。以往对抽水蓄能机组的研究主要集中于水泵水轮机,很少将其纳入整个调节系统的框架下,也无法揭示其深入的动力学演化机理。本文从系统工程学角度出发,对调节系统稳态和两种典型暂态过程进行了微分数学建模和稳定性分析,借助分岔图、时域图和相轨迹图进行数值模拟,验证了理论结果的正确性。论文的主要研究内容及结论如下:(1)考虑压力管道水力摩阻和弹性水击效应,建立了水泵水轮机调节系统的稳态模型;推导出泵工况下传递系数的表达式,结合潘家口抽水蓄能电站的系统参数,计算出泵额定工况下传递系数值;运用稳定性定理,借助MATLAB工具计算出系统PID调节参数的稳定域,通过数值模拟验证了所得结果的正确性;对比分析了有无水力摩阻对系统稳定域的影响,结果表明:水力摩阻对维持系统稳定运行是有利的,同时,研究并给出几种参数取值不同时稳定域的变化规律;最后对比分析了水轮机和水泵工况下的稳定域范围,结果显示,前者的调节参数稳定域通常较后者要小。(2)结合实际抽水蓄能电站泵工况断电的运行曲线,截取若干时间点计算出相应的传递系数的值,得到传递系数随时间变化的表达式,从而获得调节系统泵工况断电暂态过程的动态数学模型,通过数值模拟分析了不同时间点系统的稳定性,结果表明导叶关闭速率对调节系统的稳定性具有重要影响。其次,做出稳定域随时间变化的三维图和二维图,结果显示:在该暂态过程中,稳定域随着时间的增加先减小后增大。并得到了稳定域范围最小的时刻,即最不利时间点。(3)针对上游有调压室的水泵水轮机调节系统甩负荷导叶拒动暂态过程建立了微分数学模型,然后推导出水泵水轮机的飞逸稳定性条件,其特性曲线在飞逸工况点处的斜率是决定飞逸稳定性的重要因素。最后,结合模型全特性曲线,得到水轮机、水轮机制动和反水泵三种工况下系统关于相对转速的动态模型,通过分岔图研究了系统反“S”区的稳定性,结果表明:稳定运行区主要集中在水轮机和反水泵工况,不稳定区主要集中在制动工况。
【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】:2017
【分类号】:TV743;TV734

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