水轮机非线性特性作用下的水电站调速系统稳定性研究

针对水轮机非线性特性,采用Hopf分岔理论研究了水电站调速系统稳定性。即建立了考虑水轮机非线性特性的水电站调速系统数学模型,基于Hopf分岔和临界稳定判据分析了系统的稳定性,通过对比分析揭示了水轮机非线性特性对调速系统稳定性的作用机理。结果表明,考虑水轮机非线性特性的水电站调速系统Hopf分岔是超临界的,系统的稳定域位于分岔线下方。水轮机非线性特性对调速系统稳定性和调节品质的影响由水头非线性和转速非线性两种因素引起,水头非线性起主要作用,转速非线性几乎无影响。减负荷工况下水头非线性对系统稳定性有利,系统具有较好的调节品质;增负荷工况则相反。     

某抽水蓄能电站~#2机组运行稳定性分析

为掌握某抽水蓄能电站~#2机组的运行稳定性情况,分别在310、320、330m水头下对该机组进行现场稳定性试验,每个试验水头下的试验工况包括了发电工况下从空载到额定负荷间阶梯式选取的13个负荷工况及抽水工况,分析了机组在各负荷工况下机架振动、导轴承摆度、水流压力脉动的变化规律及内在联系,根据变负荷试验数据将该机组在不同试验水头下的运行区域划分为禁止运行工况区、许可运行工况区和稳定运行工况区,为机组安全运行提供了依据。     

蒲石河抽水蓄能电站~#4机组水轮机工况运行区域划分

以蒲石河抽水蓄能电站#4机组5个特征水头下的现场稳定性试验数据为基础,选取水轮机工况下从60 MW到额定负荷间阶梯式的13个负荷工况,分析了每个试验水头下各稳定性指标随着有功功率增大的变化趋势及各个负荷工况下试验水头变化时对各稳定性指标的影响,通过对机架振动、导轴承摆度及水流压力脉动等试验数据进行频谱分析,研究了水流压力脉动对机组振动、摆度的影响。依据主机合同技术规范中的相关要求将#4机组在水轮机工况的运行区域划分为A区(稳定运行区)、B区(限制运行区)、C区(强振禁运区)等3个运行区域,为机组安全运行提供实用性的指导依据。     

基于综合运行特性模型的某抽水蓄能机组发电工况运行区域划分

为科学划分某抽水蓄能机组在发电工况下的运行区域,考虑水轮机效率、机组稳定性及噪声等工况特征指标建立了机组运行综合特性模型,分别在低(310m)、中(320m)、高(330m)特征静水头下进行现场水轮机效率、机组稳定性和噪声试验,每个水头下的试验工况包括了发电工况下从空载到额定负荷间阶梯式选取的13个负荷工况。以水轮机效率、机组稳定性及噪声等测试数据为基础,依据主机合同技术规范中的相关要求将试验机组在不同试验水头下发电工况的运行区域划分为《水力发电厂和蓄能泵站机组机械振动的评定》中推荐划分的A区(高效稳定区)、B区(过渡限运区)、C区(强振禁运区)。研究成果为电网调度中心合理制订该机组在发电工况的负荷计划提供了依据。     

超临界抽汽式汽轮机解耦控制特性研究

以某350 MW超临界抽汽式汽轮机为研究对象,根据其装配图和工况图确定了电负荷和热负荷的静态解耦矩阵,采用模块化建模的思想搭建了热电解耦控制系统及调节对象的仿真模型,并对联系调节和非联系调节的控制特性进行了仿真分析.结果 表明:电负荷扰动时,通过调整高压调节阀和蝶阀的开度可以满足电负荷变化的需求;由于压力控制回路PI控制器积分作用的存在,消除了电负荷对热负荷的静态干扰;热负荷扰动时,解耦控制的作用消除了热负荷对电负荷的静态干扰;采用联系调节可以减小热负荷与电负荷之间的动态干扰,缩短过渡过程时间,改善系统的动态响应特性,实现热负荷与电负荷之间的静态解耦控制.     

特性曲线及转轮选型对抽水蓄能电站过渡过程的影响

为研究特性曲线以及转轮选型对抽水蓄能电站过渡过程的影响,本文基于两套特性曲线进行转轮选型,在得到两套转轮参数后,采用数值模拟方法对两者进行三个典型工况的过渡过程计算.计算结果表明:选取特性曲线时,应尽量采用S特性曲线二区开度线变化斜率较大的特性曲线;转轮选型应当避免采用过大或过小的转轮直径,过小的直径将导致水泵工况无法满足调节保证计算的要求,过大则会使得水轮机工况点靠近S区域;并且特性曲线以及转轮选型对机组相继甩负荷工况的最不利间隔时间及尾水管进口处最小压力有着显著的影响,二区开度线变化斜率较大且转轮直径适中是提高相继甩负荷工况下尾水管进口处最小压力有效设计措施.     

核电蒸汽发生器水位的二自由度内模控制

为了在全工况范围内确保核电蒸汽发生器水位的控制品质,提出了一种二自由度内模控制结构.考虑到蒸汽质量流量波动对水位的显著影响,将前馈环节加入到该控制结构中,以提高系统的抗扰动能力;利用增益调度方法对5个典型工况点的前馈和反馈控制器进行整合,使系统实现良好的全局控制效果.在对控制系统性能进行理论分析的基础上给出了控制器参数的整定准则.仿真结果表明:该方法能够确保系统在各负荷段均具有良好的控制品质,且其整体性能优于自适应神经网络控制(ACNFC)及自整定PID控制.     

相继甩负荷间隔时间与尾水管进口压力最小值的内在联系研究

为探求相继甩负荷间隔时间与尾水管进口压力最小值之间的内在联系,针对双机一洞布置型式的抽水蓄能电站,基于瞬变流理论和特征线法对相继甩负荷工况水力过渡过程开展数值模拟,分析了相继甩负荷工况下机组流量变化率和运行轨迹与尾水管进口压力最小值之间的联系。结果表明,存在某一最不利相继甩间隔时间使得两台机组第一波流量变化率的时域不同步程度达到最大,则对应的尾水管进口压力达到最小,且此时先甩和后甩机组运行轨迹点分别在特性曲线反S区上弯点和下弯点。研究结果可为抽水蓄能电站尾水管进口压力极值计算提供参考。     

基于直接负载法的某水轮发电机温升试验分析

鉴于定子及转子的温升指标是水轮发电机的重要运行参数之一,采用直接负荷法对某80 MW水轮发电机进行了温升试验,因当前试验水头低机组达不到额定负荷,计算并校正了当前最大负荷工况下发电机的定子绕阻、定子铁心及转子绕阻的温升情况,并对额定负荷工况下的各部温升进行了推算,计算和推算值均满足设计要求。该研究为水轮发电机安全运行提供了技术数据。     

计算水轮机六个传递系数的FORTRAR程序

为了分析水轮机调节系统在小波动情况下的稳定性,现在常常采用计算机对调节系统的小波动过渡过程进行动态模拟,计算时需要求取水轮机流量与力矩的六个传递系数.随着运行工况点的变化,六个传递系数的数值也变化.实时计算这六个传递系数在不同工况点的数值,对于提高模拟计算的精度十分重要.本文介绍的是一种用水轮机流量特性和力矩特性求取六个传递系数的FORTRAN程序.     

尾水调压室尺寸对水电站小波动过渡过程的影响研究

带有调压室的长引水式电站,由于机组负荷出现微小变化等原因会导致出现小波动过渡过程,小波动过渡过程是否稳定,直接关系到过渡过程品质的好坏,涉及到电站安全及供电质量。当出现微小扰动时,若调速器可将该扰动状态恢复到初时段的稳定状态或是在规范允许的范围内波动时,则系统稳定;若调节过程中系统一直处于振荡状态,则系统不稳定。在分析过程中,调压室作为水电站输水系统上的主要建筑物,其断面尺寸对输水系统小波动过渡过程的影响研究尤为重要。     

超临界机组主蒸汽温度控制策略研究

燃煤超临界机组主汽温度控制在湿态时通过喷水减温进行调节;干态时通过中间点温度对水煤比进行粗调,提高主汽温控制的稳定性,再通过喷水减温进行细调,保证主汽温与设定值偏差在允许范围内。某电厂#1、#2机组(2×630MW)主汽温度喷水减温控制长期不能投入自动控制,只通过运行人员手动调整,由于手动调整的局限性和同时需防止主汽温度超温,因此主汽温度长期控制在额定温度以下运行,在机组变负荷工况、启停磨及煤质波动情况下容易出现超温及较低主汽温运行,不利于机组的安全和经济运行。     

多能互补发电系统中杨家湾水电站水轮机压力脉动特性的数值研究

在多能互补联合发电系统中,水电作为调节系统,为了平衡系统中出力的波动,需要频繁地改变运行工况.而在偏工况下运行时,水轮机就会出现压力脉动、水力振动等稳定性问题.本文针对多能互补联合发电系统中的杨家湾水电站混流式水轮机,开展了压力脉动特性数值研究,对杨家湾水电站额定水头下不同导叶开度工况进行非定常数值计算,设置了一系列各过流部件监测点,通过快速傅里叶变换(FFT)对水轮机内部压力脉动进行频谱分析,找出了各过流部件产生压力脉动的原因,研究了不同工况下水轮机压力脉动特性.     

贯流式水轮机压力脉动特性及尾水管流态分析

本文以福建高唐水电站灯泡贯流式水轮机真机为研究对象,对贯流式水轮机满负荷工况、额定工况和低负荷工况进行了三维非定常数值模拟,各工况导、桨叶均为各自对应的最优协联角度,来分别研究三种工况压力脉动特性和尾水管的流动情况.结果表明,灯泡贯流式水轮机在导叶进口、转轮进口和尾水管进口压力脉动主要是受叶片通过频率影响,即由转轮旋转所引起的,而在尾水管出口主要受低频压力脉动的影响.同时,满负荷工况时,脉动幅值最小,尾水管流线相对分布均匀,形成的涡量最少,额定工况至低负荷工况,幅值越来越大,尾水管流线也越来越紊乱,漩涡数量明显增加.     

330 MW机组深度调峰控制系统问题分析及优化

在电力消费增速放缓、煤电机组投产过多、非化石能源高速增长的形势下,煤电的深度调峰或低负荷运行将成为常态.以某330 MW火电厂机组为例,全面评估排查深度调峰下的机组自动调节品质,深入分析协调控制、汽温控制、给水控制等方面存在的问题,通过开展现场设备治理、优化负荷指令前馈函数和最小流量再循环阀控制逻辑、模拟电网频率开展一次调频试验等措施,机组主蒸汽压力、过热汽温、给水控制等调节品质显著提高,机组达到了在30％额定负荷的灵活性深度调峰和长期安全稳定运行的能力.     

某250MW抽水蓄能机组典型大波动过渡过程试验分析

以某250MW抽水蓄能机组为例,开展了水轮机工况甩负荷、水泵工况断电等典型大波动过渡过程试验,验证了机组最大转速、蜗壳最大水压及尾水进口真空度等关键指标均满足设计要求,以水轮机工况甩额定负荷试验实测数据为基础计算的机组转动惯量满足设计值要求。针对水泵断电过程中机组出现反转的问题,通过优化导叶关闭规律改善了其动态调节品质,并分析了甩负荷过程中水流压力脉动的内在规律。将过渡过程中关键技术参数的现场实测数据与仿真计算结果进行对比分析,表明两者吻合度较高。     

船用单体泵柴油机控制系统HiL测试与试验验证

以某型电控单体泵柴油机控制系统为例,采用船用柴油机专用的HiL(硬件在环)系统测试同步信号、转速闭环、排温修正策略及极限工况。测试结果显示:冷起动时间2.4 s;额定工况稳态转速波动率0.31%;突加突减负荷时瞬时调速率小于5%,稳定时间小于4 s;各缸排温不平均率维持在5%左右。HiL系统优化后的控制策略在实际配机试验时的应用效果良好,冷起动时间3.6 s;额定工况稳态转速波动率0.67%;负荷突变时瞬时调速率为2.67%,稳定时间为4.9 s,各缸排温不平均率为7.9%。验证结果表明:主要评价指标均满足柴油机整机性能对控制的需求;HiL测试有效提高了控制策略的稳定性和实际配机效率。     

基于灰狼优化算法的燃气轮机自抗扰控制参数整定研究

为了优化负载突变情况下燃气轮机性能,基于灰狼优化算法对燃气轮机自抗扰控制进行了参数整定,并在燃气轮机0.2额定工况范围内发生负载突变情况下进行了半物理仿真实验。仿真结果表明：与传统PID参数控制结果相比,负载由0.6额定工况突增至0.8额定工况和由0.8额定工况突降至0.6工况情况下,动力涡轮转速上升时间分别缩短1.28 s、1.07 s,调节时间缩短11 s,最大超调量分别减少了0.25%、0.3%。     

适应火电机组灵活运行的滑压曲线优化方法

为了保证机组在调峰过程中快速响应负荷指令以及减小主蒸汽压力的波动,分析了汽轮机初压变化对机组安全性、稳定性、经济性和快速性的影响以及不同负荷段对上述特性的需求,结合最小二乘支持向量机(LSSVM)和混沌粒子群优化(CPSO)算法建立了热耗率预测模型并确定660 MW机组各典型负荷下的最优初压。提出了将性能试验优化曲线与文章优化曲线相结合的新的滑压策略,即机组在动态调节时采用文章优化曲线运行,而在稳定工况下采用性能试验优化曲线运行,并将该滑压策略添加到协调控制系统的主蒸汽压力设定值生成回路中进行仿真验证。结果表明:新的滑压策略不仅能提高机组在动态调节时的变负荷速率,还能维持机组在稳态工况时的经济性。     

冲击式水电站取消调压室的研究

指出大波动过渡过程压力钢管顶部的最小压力和小波动过渡过程调节品质为冲击式水电站设置或取消调压室的主要控制指标.据小波动过渡过程不带调压室调节系统稳定分析,在一定范围内若调速器参数合适即可满足小波动调节品质要求,并得出了保证小波动过渡过程稳定的关键在于选择合适的的暂态转差系数.实例表明,对冲击式水电站大波动过渡过程若针阀关闭规律合适,取消调压室是可行的.对小波动过渡过程,取消调压室后Tw由2.35 s增至5.31 s,Tw/Ta由0.28增至0.63,均突破了现行规范的规定,但调保控制参数亦满足设计要求.