PID参数调整下水轮机水锤效应的实验分析.pdf

:./.参数调整下水轮机水锤效应的实验分析温苾芳 魏蒙希 李钦林 龚晓静电子科技大学成都学院工学院 四川成都 摘 要:水电占比的加重导致水电占比较大的电网中负载条件发生变化时水轮机水锤效应将严重影响系统调频性能引发超低频振荡现象研究水轮机调速系统的运行参数对水轮机水锤效应及其对调频性能的影响具有重要意义 本文首先在 中搭建水轮机模型通过修改其调速器的 参数研究了降低水锤效应的方法及该方法对水轮机调频能力的影响最后在单机无穷大系统中验证了该方法的正确性 本次研究对维持水轮机调速系统的稳定性具有一定的参考价值关键词:水锤效应水轮机调速超低频振荡 年我国水电年发电量突破.万亿 电力系统中水电占比日益增高 与此同时我国水电相对集中的西南电网中超低频振荡现象日益明显影响电网稳定研究表明水锤效应是引发超低频振荡现象的重要因素之一而水轮机组多采用 型调速器研究 参数调整对水锤效应的影响对水电占比较多地区电力系统的安全稳定运行具有重要意义相关研究人员非常重视水锤效应引发的现象对其机理开展研究 文献在利用伯德图和阻尼分析法研究超低频振荡阻尼特性文献讨论了调速器参数对频率稳定的影响文献在单机无穷大系统中研究水锤效应和输出功率对系统阻尼的影响本文首先推导水轮机、电动机及调速器等主要装置的数学模型继而根据实际运行情况对各模型进行合理简化 随后在/中搭建水轮机调速控制模型研究 参数与水锤效应间的关系并在单机无穷大系统验证所得结论的正确性 水轮机调速系统数学模型水轮机调速控制系统由水轮机、调速系统、电液伺服系统、发电机等部分组成系统调速过程框图如图 所示图 水轮机调速过程框图图中为额定转速 为实际转速 为转速偏差为水轮机提供的机械功率为发电机输出的有功功率为负荷有功 调速器利用 调节叶片开度控制机组 实现对 的调节 水轮机调速系统设计本文对水轮机调速系统进行仿真探索水轮机调速系统的阻尼特性研究不同调速参数下系统的运行特性.调速系统阻尼特性分析已知调速系统中各模块的模型后探索调速特性与阻尼特性间的关系系统特征方程如式()(.)()(.)()()式中将式()表示为标准形式:其中 为无阻尼振荡频率 为单机系统阻尼比则 可表示为:.()可知水流惯性时间常数 变大系统阻尼减少易产生负阻尼影响系统稳定.水轮机调速系统参数设计在 中以传递函数依次构建 调速器模型、伺服系统模型、水轮机模型、发电机及负荷模型并连接成完整的水轮机调节系统模型仿真图中开关 接入表示空载频率扰动仿真实验开关 接入表示负荷扰动仿真实验系统各参数如下表所示调速系统参数表().().().().调速系统空载特性分析对水轮机组调速系统进行空载仿真依次分析、科技风 年 月水利电力、对系统特性的影响同一空载扰动下保持其他参数不变对不同 仿真观察系统水锤效应的影响系统频率变化波形如图 所示图 对系统频率的影响由图 可知数值较小时调速器超调量很小增大时频率变化增大 说明空载扰动下越大水锤效应对调速系统影响越明显保持其他参数不变对 不同取值进行仿真观察系统频率变化波形如图 所示图 对系统频率的影响由图 可知数值增大时频率偏差也增大说明空载扰动下越大水锤效应对系统影响越严重同理对、不同取值进行仿真观察系统频率变化 综上空载频率扰动下、对水锤效应有较大的影响 此时减小、可减弱水锤效应进而降低其对频率的影响.调速系统负荷特性分析水轮机调速系统进行带负荷仿真负荷扰动下依次令、取不同值观察系统频率波形如图 所示()的影响 ()的影响()的影响 ()的影响图 负荷扰动下系统频率波动 由图()可知负荷扰动下增加 的值频率幅值变化增大表明水锤效应增强对速度控制系统影响越大 由图()可知随着 取值增大频率偏差不断降低且响应时间提前 由图()可知增大时系统频率偏差有所回升且恢复时间变短表明负荷扰动下抑制水锤效应效果有限但一定范围内利于系统恢复稳定 由图()中 增大左下角水锤效应幅值及后续频率波形均未表现出明显变化表明实际调速中 对水锤效应影响较小.调速系统阻尼特性分析空载实验和负荷实验均表明对水锤效应影响显著分析 的不同取值对系统频率的影响由频率波形可知系统阻尼 越小甚至为负时水锤效应逐渐明显且对系统频率的影响不断增大 系统阻尼变小系统频率更容易振荡稳定性变差 实际系统中可以通过提高系统阻尼减小水锤效应的不良影响 仿真验证本节在 中搭建单机无穷大系统模型并验证水轮机水锤效应对调频能力的影响对单机无穷大系统进行仿真时为观测、水利电力科技风 年 月分别对系统特性的影响可保持其他参数不变依次令、取不同值进行仿真观察系统频率变化情况所得波形如图 所示()的影响()的影响()的影响()的影响图 系统参数对频率波动的影响由图 可知单机无穷大系统中改变各参数后越大水锤效应越明显增大响应时间提前增大系统频率恢复时间变短取值对水锤效应影响较小 小结本文以水轮机机器调速系统的数学模型为基础探索了水流惯性时间常数、参数等对水锤效应的影响结果表明:()与水锤效应之间存在较强联系其取值较小时调速系统向反方向调节量较小过冲也较小反之则导致过冲增大即降低 可以在一定程度上抑制水轮机水锤效应()比例系数 的取值与系统响应时间相关其值越大系统响应越快然而在空载和负载两种情况下 对水锤效应的影响有所不同空载扰动下减小 可减小水锤效应便于频率调整负荷扰动下增大 利于减小水锤效应()积分系数 和微分系数 对水锤效应的影响不大仅对调速系统的调速规律产生影响本文在单机无穷大系统中对上述结论的正确性进行验证对实际系统的水轮机参数调节具有一定的参考价值参考文献:杨泽艳喻葭临.中国水电新发展与西部水电接续开发.水电与抽水蓄能():.张建新刘春晓陈亦平等.异步联网方式下云南电网超低频振荡的抑制措施与试验.南方电网技术():.陈磊路晓敏陈亦平等.多机系统超低频振荡分析与等值方法.电力系统自动化():.邓伟刘少博王德林等.水轮发电机组抑制超低频振荡的阻尼控制参数优化研究.电工电能新技术():.路晓敏陈磊陈亦平等.电力系统一次调频过程的超低频振荡分析.电力系统自动化():.郭相阳徐政董桓锋等.水电机组引起的超低频振荡机理分析.广东电力():.刘子全姚伟文劲宇等.调速系统频率模态对电网低频振荡的影响.中国电机工程学报():.项目基金:四川省民办教育协会课题“基于 理念下民办高校应用型课程建设路径探索 以电气工程专业为例”()作者简介:温苾芳()女汉族江西抚州人硕士讲师/工程师主要从事建筑电气、供配电、电机拖动方面的教学与研究魏蒙希()女汉族河北安国人硕士讲师/工程师主要从事发电厂设计、电力拖动自动控制领域的研究电力系统教学与研究李钦林()男汉族四川内江人硕士高级工程师主要从 事 自 动 化、供 配 电 方 面 的 教 学 与 研 究 龚 晓 静()女汉族四川自贡人硕士工程师主要从事人工智能与科学、通信与信息系统的教学与研究 科技风 年 月水利电力