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潮汐电站机组变速运行特性研究

李国凤  
【摘要】:潮汐能是一种绿色可再生能源,开发潜力巨大。潮汐电站水头随潮水涨落呈周期性变化,且变幅较大,使定转速水轮机常运行于非最优工况,导致其运行效率低,振动和空蚀加剧,制约了潮汐电站的发展。对此,本文提出可变速永磁同步全功率变流潮汐发电机组,在水头变化时调节机组转速使其运行于最优工况,并探究了机组变速运行最优特性、转速调节系统稳定域和最优参数整定、机组发电量的提升情况。具体内容如下:(1)基于水轮机模型综合特性曲线获得了水轮机变速运行最优特性,明确了机组在各水头和出力下最优转速的计算方法,为机组变速运行的控制提供了理论依据。提出了水轮机变速运行桨叶协联方法,克服了传统协联方式测量量多、插值复杂等问题。以江厦电站3号机组为例,分析了机组变速运行时的水轮机效率变化情况,得出机组正向运行效率最大可提高23.39%,反向运行效率最大可提高33.55%,表明机组变速运行可提高运行效率并改善运行工况;分析了机组变速运行后各水头下最大出力的变化情况,得出机组变速运行可提高低水头区域最大出力,且水头越小,出力提高越显著。(2)建立了可变速永磁同步全功率变流潮汐发电机组转速调节系统数学模型,由赫尔维茨判据给出了系统稳定域,分析了调节对象参数对稳定域的影响,为机组调节参数的整定提供了参考范围。(3)利用综合主导极点配置法,建立了机组转速调节系统在确定的综合主导极点下调节参数与调节对象参数间的最优函数关系,结合正交试验法确定了最优参数整定公式,并通过仿真分析验证了整定公式的正确性,为机组调节参数的配置提供了参考。(4)计算了在一个典型潮汐周期内江厦电站3号机组变速运行后发电量的变化情况,结果显示:机组变速运行后发电量可提高约3.65%,其中正向发电量提高0.97%,发电时长延长3 min;反向发电量提高10.40%,发电时长延长8 min,表明潮汐电站机组变速运行可延长发电时长、提高发电量,是增加机组发电效益的有效途径。


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