基于壓力管道水流慣性的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)降階方法
【專(zhuān)利摘要】一種基于壓力管道水流慣性的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)降階方法，包括如下步驟：①確定壓力管道的動(dòng)力方程；②分析壓力管道水流慣性對(duì)系統(tǒng)頻率動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響，得到響應(yīng)曲線(xiàn)；③分析壓力管道水頭損失對(duì)系統(tǒng)頻率動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響，得到響應(yīng)曲線(xiàn)；④比較、確定對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)影響較小、同時(shí)忽略其又能夠起到降階作用的關(guān)鍵參數(shù)，保留水頭損失項(xiàng)而忽略水流慣性項(xiàng)；⑤得到簡(jiǎn)化后的調(diào)節(jié)系統(tǒng)頻率響應(yīng)方程。其優(yōu)點(diǎn)是：本發(fā)明方法理論依據(jù)充分，實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)單。保留了影響系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)的主要方面、忽略了次要方面，一方面簡(jiǎn)化了數(shù)學(xué)模型，另一方面起到了降階的作用。最終得到的4階簡(jiǎn)化系統(tǒng)，包含了系統(tǒng)的主要影響因素，可以反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，故降階結(jié)果是準(zhǔn)確可靠的。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于壓力管道水流慣性的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)降階方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)降階方法，具體的說(shuō)是一種基于壓力管道水流慣性的 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)降階方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)于帶調(diào)壓室的水電站，其水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)在負(fù)荷擾動(dòng)下會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)響應(yīng)，動(dòng)態(tài) 響應(yīng)的程度則影響著系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。調(diào)節(jié)品質(zhì)是描述穩(wěn)定的調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程的快 速性和平穩(wěn)性等，可用峰值時(shí)間、調(diào)節(jié)時(shí)間、超調(diào)量、振蕩次數(shù)等動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)來(lái)衡量，取決 于動(dòng)態(tài)響應(yīng)本身的波動(dòng)特性。
[0003] 在進(jìn)行水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)的研究時(shí)，能夠揭示動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程的物理本質(zhì) 的理論分析方法往往是研究者的首選。理論分析需要建立簡(jiǎn)單同時(shí)又能夠真實(shí)反映系統(tǒng)所 有特性的數(shù)學(xué)模型，故在前人的研究中，往往從剛性水擊模型、用水輪機(jī)的傳遞系數(shù)來(lái)表述 水輪機(jī)穩(wěn)態(tài)特性、發(fā)電機(jī)采用一階模型，電站單獨(dú)運(yùn)行（在孤立電網(wǎng)下運(yùn)行）及忽略調(diào)速器 的非線(xiàn)性特性的假設(shè)出發(fā)，建立引水隧洞、調(diào)壓室、壓力管道、水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)與調(diào)速器的線(xiàn) 性化數(shù)學(xué)模型。當(dāng)W上所有子環(huán)節(jié)的線(xiàn)性化數(shù)學(xué)模型均采用最簡(jiǎn)單的模型時(shí)，得到的系統(tǒng) 綜合傳遞函數(shù)及負(fù)荷階躍擾動(dòng)下的機(jī)組頻率響應(yīng)均為5階：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于壓力管道水流慣性的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)降階方法，其特征在于包括如下步 驟： ① 確定壓力管道的動(dòng)力方程
式中，h為機(jī)組工作水頭H與初始工作水頭Htl的偏差相對(duì)值，h= (H-HC1) /Htl; Twt為壓力管道的水流慣性時(shí)間常數(shù)，S ; qt為壓力管道流量Qt與初始流量QtQ的偏差相對(duì)值，qt=(Qt-QtQ) /Qt。；t為時(shí)間變量； htQ為壓力管道的水頭損失，m; Htl為初始工作水頭； z為調(diào)壓室水位Z與初始水位Ztl的偏差相對(duì)值，z= (Z-ZJ/Z。； ② 分析壓力管道水流慣性對(duì)系統(tǒng)頻率動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響，得到響應(yīng)曲線(xiàn)； ③ 分析壓力管道水頭損失對(duì)系統(tǒng)頻率動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響，得到響應(yīng)曲線(xiàn)； ④ 比較、確定對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)影響較小、同時(shí)忽略其又能夠起到降階作用的關(guān)鍵參數(shù)，保留 水頭損失ht(l項(xiàng)而忽略水流慣性Twt項(xiàng)，將式（3)簡(jiǎn)化為如下形式
⑤ 聯(lián)合式（4)與其他子環(huán)節(jié)的基本方程，得到簡(jiǎn)化后的調(diào)節(jié)系統(tǒng)頻率響應(yīng)方程
式中，X為轉(zhuǎn)速響應(yīng)的拉普拉斯變換，輸出信號(hào)； S為拉普拉斯算子； aph為系數(shù)，是管道參數(shù)、機(jī)組參數(shù)與調(diào)速器參數(shù)的函數(shù)； mg(l為負(fù)荷階躍相對(duì)值，即階躍后負(fù)荷^與階躍前負(fù)荷Mgtl的偏差相對(duì)值，Hlgtl = (Mg-Mg0) /Mg0； Ki為積分增益，Ki=l/btTd。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104504250SQ201410753265
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月10日
【發(fā)明者】郭文成, 楊建東, 陳捷平, 滕毅 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)