基于附加阻尼的水轮机调速系统优化控制研究

针对水轮机调速系统引发电力系统发生超低频振荡的问题,提出一种调速侧附加阻尼控制策略。首先,基于阻尼转矩法,分析得出水轮机调速系统产生的负阻尼是造成电力系统发生超低频振荡的主要原因;其次,推导调速系统的阻尼转矩系数表达式,证明该系数与水锤效应时间常数及调速器PID参数密切相关;然后,依托附加阻尼控制策略,在系统调速侧引入正阻尼补偿,并采用灰狼优化算法整定调速器PID参数,以进一步改善系统阻尼特性;最后,在Matlab/Simulink仿真平台搭建单机、四机两区域系统进行仿真验证,结果表明所提控制策略能够明显改善调速系统的阻尼特性,有效抑制超低频振荡。

桥巩水电站水轮机调速器液压系统改造与应用

针对桥巩水电站大型灯泡贯流式水轮发电机组双调节调速器液压系统存在液压元件磨损老化严重、内部漏油量大、油泵起动频繁、油温过高以及对油质要求高、手动调节控制设计存在不足、在调速器失电等极端情况下存在机组失控的安全隐患等问题,重新设计了电站水轮机导叶和桨叶液压控制系统,除保留导叶接力器及水轮发电机组内桨叶操作液压部件外,全部更换了调速器液压系统元件及管路,利用比例伺服阀作为自动控制的电液转换单元,同时配备了可靠的电手动控制和机械手动控制功能,在自动控制功能失效时可自动切换至手动控制功能并使机组稳定在当前开度;配备了紧急停机阀作为一级保护,在机组事故(包括一级过速、水机事故、电气事故等)紧急情况下,控制导叶主配压阀实现快速关闭导叶;配备了事故配压阀作为二级保护,在主配压阀失效、机组二级过速时迅速关闭导叶。此外,设计了重锤关闭装置作为三级保护,可在调速器失电、油压装置失压、机组三级过速等极端情况下,仍可利用重锤作用力迅速关闭导叶将机组停下来。液压系统改造完成后,工作状态良好,各项性能指标均优于原调速器。

水轮机调速系统的应用与故障维修

近年来,大范围应用的高新技术,促使水轮机制造行业对液压技术以及机械危机控制技术的应用也不断增多,各种性能的调速器应运而生。在此形势下,水轮机调速系统也在积极优化设计,性能也有显著提升,使用更加灵活、便捷。可以说,运用水轮机调速系统,不仅最大限度地实现了经济效益,还提升了机组的安全性能和使用效率。但其在生产实际中还是会有故障,所以为了让水轮机运行的稳定性得到保证,就一定要第一时间发现故障,并积极维修。

基于GSA的水轮机调速系统非线性PID控制参数优化方法研究

水轮机调速系统是水电机组的核心控制系统,调速器控制参数优化与机组的安全稳定高效运行直接相关。针对现有研究的不足,建立了非线性调速系统模型,采用综合特性曲线描述水轮机模型,采用弹性水击模型描述压力引水系统特性;在此基础上,结合引力搜索算法(GSA)的优点,提出了基于GSA的非线性PID控制参数优化方法,并以我国某实际水电机组数据建立仿真模型,比较了不同优化方法和不同PID控制规律的组合控制效果。结果表明,基于GSA的水轮机调速系统非线性PID控制参数优化方法,能有效提高孤网运行条件下机组的动态品质。

水轮机和调速器系统集成对水力发电效率的影响

文章探讨了水轮机与调速器系统集成对水力发电效率的影响。通过对现有水力发电系统的结构和控制策略进行集成设计分析,文章阐述了集成设计是如何提高系统性能和操作效率的。文章从结构设计的优化策略、控制系统集成优化的技术手段、材料科技的应用与系统结构优化、增强系统的模拟与预测能力、实施可持续发展的生态设计方法,一共五个方面,详细分析和探讨了水轮机和调速器系统集成设计的优化方法。实践表明,集成设计显著提升了水力发电系统的整体效率,对未来水力发电系统的设计和优化提供了有价值的指导。

考虑死区的水轮机调节系统非线性自抗扰控制

针对含死区环节和机械时滞的水轮机调节系统,提出了一种改进状态误差反馈控制律的自抗扰控制方法。首先,考虑电液随动系统传动过程中存在的间隙特性,建立含非线性死区环节和机械时滞的水轮机调节系统数学模型。其次,通过坐标变换将具有死区和时延特性的状态空间方程转化为可控标准化数学模型。然后,引入PID积分环节,设计新型的自抗扰控制器,消除状态误差反馈控制律处理误差信号过程中出现的抖振现象。最终,基于Lyapunov稳定性定理,分析系统误差方程,证明了扩张状态观测器的收敛性。仿真结果表明,所提控制器在不同运行工况下的控制效果均优于PID控制和传统自抗扰控制,验证了所设计控制器的有效性和优越性,具有良好的参考价值。

水轮机调速系统的非线性自适应控制

水门开度控制不仅对电力系统暂态稳定性的改善有极其重要的作用,而且对抑制电力系统低频振荡、改善动态品质也有不可低估的作用。国内外水轮机调速器的控制器设计通常是基于具有准确参数的理想水轮机模型。论文考虑了水轮发电机固有的非线性以及水轮机参数的不确定性,基于微分几何理论和自适应控制方法推导了水轮机调速的非线性自适应控制律(NAC)。数字仿真试验表明,所设计的调速器控制律具有较强的参数自适应能力,在改善系统动态特性和提高系统大干扰稳定性方面优于未考虑参数不确定的非线性控制律(CNGC)。

非线性水轮机调节系统的鲁棒预测控制

随着“双碳”目标进程的加快,水电机组向高水头、大容量和长输水管道方向发展,对调节系统控制品质提出了更高要求。考虑水轮机调节系统是一个集水力、机械、电气为一体的非线性系统,而传统水轮机调节系统的PID控制方法为线性或线性化控制,因此研究水轮机调节系统新的先进性控制方法对提高机组运行质量具有重要意义。为此,本文采用鲁棒预测控制理论,设计了基于LMI鲁棒预测控制器,并通过理论分析证明了该方法的可靠性,通过数值试验验证新控制方法的控制效果,进一步讨论了该控制方法的抗干扰能力、跟踪性能等控制品质,并与传统PID控制方法作对比,分析了两种控制方法的优劣,结果表明提出的新控制方法提高了六维非线性水轮机调节系统的速动性和稳定性,具有良好的控制品质。

含调压室的水轮机调速系统非线性设计

根据水电站水力系统具体水工结构的不同,针对水库-引水涵洞-调压室-压力引水管-水轮发电机组水力发电系统,首次建立了用于水轮机调速系统研究的5阶非线性控制模型,利用完全精确线性化(EFL)方法设计水轮机调速系统EFL控制器。仿真结果表明:EFL设计方法具有较好的系统调节性能和鲁棒性能,与传统PID控制相比,EFL控制器具有更好的转速偏差调节能力和更好的抗干扰性能。

基于黏菌优化算法的水轮机调节系统控制参数优化研究

为改善水轮机调节系统的控制性能,基于等效电路法建立了全流道引水系统数学模型,结合水轮机、发电机及调速器模型构建水轮机调节系统的整体模型。在此基础上,引入黏菌优化算法对水轮机调速器PID参数实施优化。最后,在不同工况下进行仿真,仿真结果表明,SMA算法收敛速度快,寻优能力强,基于此算法的调速器使水轮机调节系统具有更好的动态稳定性,研究结果为实际工程应用提供了参考。

调压井底孔对水轮机调节系统过渡过程的影响

调压井是水电站建设的重要工程措施,本文在对带调压井的水轮机调节系统开展的计算分析中,采用流量、力矩的特征矩阵法描述水轮机特性、详细考虑了水轮机调速器非线性特性(如主配压阀速度特性、接力器开关时间整定引起的严重的非线性特性等),用实际甩负荷过渡过程算例说明调压井底孔阻尼对水轮机调节系统振荡特性的衰减、调压井内水位涌升的重要影响。

水轮机调速器液压系统常见故障分析处理

水轮机调速器作为水电站重要的调节控制设备,通过电气和机械液压系统调节控制水轮机导水机构(导叶或喷嘴)的开度,实现对水轮发电机组开停机以及调整负荷的调节控制任务,保证机组稳定运行和输出电能质量满足要求。微机调速器因为结构简单、性能良好、运行可靠、操作和维护简便,在中小型水电站中广泛应用,但随着调速器长时间工作和液压系统磨损,调速器液压系统难免会发生故障。本文以YWT系列高油压数字式可编程微机调速器,详细介绍其液压系统的组成和工作原理,并在此基础上,针对微机调速器液压系统最常见的故障,以调速器执行元件—接力器为对象,分析了引起接力器振动、接力器漂移、接力器动作迟滞的液压系统典型故障现象,分析故障原因,提出故障处理方法,以便水电站运维人员能更好地了解和认识微机调速器液压系统,在故障发生时,能迅速地根据故障现象,判断故障原因,采取有效处理办法,快速恢复设备正常运行,提高水轮机调速器液压系统运维效率,提升水电站安全生产水平。

基于LF-PSO算法的水轮机调速系统非线性模型参数辨识

为提高弹性水击下的水轮机调速系统非线性模型参数辨识的精度,提出了基于莱维飞行改进粒子群算法(LF-PSO)对模型进行参数辨识。由于传统的PSO算法存在一定的缺陷,易陷入局部最优,导致辨识效果不理想,加入莱维飞行可有效改善此类问题,提高参数的寻优能力。为验证辨识结果的有效性,将LF-PSO算法的辨识效果与PSO算法进行了对比分析,结果表明LF-PSO算法可用于水轮机调速系统参数辨识,且辨识的精度更高,算法更为稳定,收敛速度也更快。

改进的水轮机非线性模型及其对电力系统仿真分析的影响

现有电力系统仿真软件通常采用理想模型模拟调速系统中水轮机动态行为,理想模型基于水轮机稳态方程在额定运行点线性化推导而得,难以适应电力系统不同工况不同故障下的仿真。基于水轮机广义基本方程式推导了改进的水轮机非线性模型,并通过锦屏一级电站机组一次调频实测数据验证了改进模型的准确性。该模型在保证简便的前提下,能有效提高水轮机模型的精度,适合在大型电力系统仿真中应用。为比较不同水轮机模型对于电力系统仿真的影响,以4机2区域系统为例进行了暂态仿真分析。结果表明,理想水轮机模型在分析电力系统暂态稳定和系统阻尼时仿真结果偏保守。

水轮机调节系统非线性H^∞控制规律的研究

该文建立了水轮机调速系统的刚性水击鲁棒模型。基于非线性微分几何控制理论和非线性H∞ 控制理论 ,给出了针对具有刚性水锤效应的水轮发电机组的调速器非线性鲁棒控制规律 ,并对该控制规律进行了仿真研究。

具有多性能指标的水轮机调速器非线性设计

根据水电站水力系统具体水工结构的不同,针对水库-引水涵洞-调压室-压力引水管-水轮发电机组水力发电系统,首次建立了用于水轮机调速系统研究的5阶非线性控制模型,利用多性能指标非线性控制设计方法对水轮机调速系统进行设计,通过调整输出函数系数矩阵的值来实现系统的零极点配置。仿真结果表明:多性能指标非线性控制(MINC)设计方法比完全精确线性化(EFL)设计方法具有更好的系统调节性能,在保证系统稳定性的同时能快速调整水轮机速度偏差为零,并且系统具有良好的抗负荷干扰性能,通过输出函数系数矩阵的调整实现协调系统动、静态性能,从而实现水轮机调速系统的高性能调节。

混流式水轮机调节系统建模与非线性动力学分析

为了深入研究混流式水电站系统的稳定性问题,在简单式调压井模型基础上,考虑弹性水击效应、发电机转子二阶动态模型等因素,建立起了新的调压井单机单管混流式水轮机调节系统的非线性数学模型。通过分岔图、Poincare映射图、功率谱图、时域图、相轨迹图、频谱图等非线性动力学特征,分析了调速器参数变化时水轮机调节系统的非线性动力学响应,得出系统的动力学变化规律和特征,初步确定系统稳定运行的参数调节范围,为混流式水电站系统正常运行提供了理论参考。

水轮机水门、励磁与电气制动系统非线性综合控制

针对混流式水轮机水门、励磁及电阻制动控制系统非线性时变、非最小相位的特性,建立了动态扩展的综合控制系统微分代数模型,采用微分代数多指标非线性控制方法求取反馈解耦控制律。通过哈特曼-格鲁勃曼定理,适当选择输出函数参数矩阵配置闭环控制系统特征根来使非线性系统渐近稳定,将扰动解耦,从而使系统得到优良控制性能。仿真结果表明该控制模型能很好地协调水轮机系统的动、静态性能,增强其抗强干扰的能力,有效地提高水电站输电系统的静态和暂态稳定性。

基于IWOA算法求解含调压井水轮机调速系统控制参数的优化分析

为了提高含调压井水轮机调速系统的控制性能,提出一种基于改进鲸鱼优化算法(IWOA)的控制参数优化方法。首先建立含调压井水轮机调速系统的数学模型,即利用连续性方程和管道传递函数建立包含调压井动态的水轮机进口水头—流量传递函数,然后与水轮机调速模型一起构成含调压井的水轮机调速系统模型。以该系统中水轮机的转速偏差时间积分值作为优化过程的适应度值,并以该适应度最小化为目标,采用IWOA对研究对象的PID控制器参数进行优化。在Matlab平台对研究对象常见运行工况进行仿真,结果表明IWOA算法具有收敛速度快、精度高等优点,寻优操作后的PID控制器使研究对象面对各类型扰动具有更好的调节及鲁棒性能。

复杂管系水轮机调节系统非线性建模与分析

为了深入揭示水轮机调节系统的非线性本质,研究了非线性水轮机调节系统的建模及动力学问题.在引水系统为复杂管道情况下,考虑水轮机调节系统中传递系数随运行工况变化而呈现的非线性,引入水轮机非线性传递系数,建立了复杂引水管系时的水轮机调节系统非线性数学模型.使用直接代数判据进行理论分析,得到了系统Hopf分支临界点组成的曲线.理论分析表明:水轮机调节系统响应在曲线的一侧区域内是稳定的,在另一侧是不稳定的.通过数值模拟,分析了Hopf分叉点两侧水轮机调节系统稳定性的变化情况,验证了理论分析结果的正确性,得到了使水轮机调节系统处在稳定区域内的调速器PID参数的范围.通过分岔图、Poincare映射图、功率谱图、时域图、相轨迹图、频谱图等,综合分析了随水轮机调节系统参数变化时,系统非线性动力学行为特性.该分析方法与结果,可为水电站系统的安全稳定运行提供理论依据.