水電站水機電系統(tǒng)振動特性和穩(wěn)定性研究.pdf

1、水機電系統(tǒng)的振動特性和穩(wěn)定性研究涉及水力系統(tǒng)、機械系統(tǒng)和電力系統(tǒng)的動態(tài)特性，以及各系統(tǒng)的數(shù)學模型和諸多研究分析方法，國內(nèi)外有針對性的研究很少。 本文通過理論分析、數(shù)值計算和試驗模擬，建立水機電系統(tǒng)振動和穩(wěn)定性分析的數(shù)學模型，對水機電系統(tǒng)的振動特性和穩(wěn)定性進行了較為深入的研究。論文的創(chuàng)新點和主要成果如下： 1、建立了實用的壓力管道內(nèi)水體振動分析的彈性模型應用泛函變分理論以及里茲-伽遼金(Ritz-Galerkin)近似方法

2、，建立了描述有壓管道內(nèi)水體振動特性的線彈性模型和非線性模型，該模型適合于水機電系統(tǒng)振動特性和穩(wěn)定性分析，易于解耦，且解耦得到的一階二次常微分方程能較準確反映壓力管道內(nèi)水體的各階振動模式；文中分析了該模型的實用性，給出了考慮電力系統(tǒng)動態(tài)特性影響下，壓力管道長度不同時所需彈性模型的最少階數(shù)。 2、可逆式機組自激振動特性的研究結(jié)合可逆式機組全特性曲線上可能存在的“S”形特性區(qū)的流量特性，建立在抽水或發(fā)電工況下描述單機和雙機自激振動的數(shù)

3、學方程，并進行解析分析。考慮機組在“S”形特性區(qū)運行，采用自由振動分析和特征線法，驗證了振蕩頻率、幅值的計算結(jié)果和理論分析的一致性，表明實際工程中自激振動的危害性。 3、壓力管道內(nèi)水體彈性對系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的影響研究應用線性系統(tǒng)理論和相關因子法，研究了穩(wěn)定性分析中因種種原因可能出現(xiàn)的零特征值與狀態(tài)變量之間的相關關系。分析了壓力管道內(nèi)水體采用彈性模型與剛性模型時穩(wěn)定域的差別，結(jié)果表明兩者的穩(wěn)定域存在交叉現(xiàn)象，但總體上前者的穩(wěn)定域較小

4、，壓力管道越長，差別越明顯；應視輸水道的布置和長度選擇合適的彈性模型階數(shù)，以保證穩(wěn)定性分析的準確性和考慮電力系統(tǒng)動態(tài)特性的影響；結(jié)合算例定性分析了壓力管道內(nèi)水體的振動特性對電力系統(tǒng)低頻振蕩阻尼的影響，若考慮壓力管道高階振蕩特性，當壓力管道的慣性時間常數(shù)Tw較小時，系統(tǒng)整體正阻尼會增大，Tw較大時，系統(tǒng)整體正阻尼會減小。 4、電力系統(tǒng)及負荷特性對系統(tǒng)穩(wěn)定性和低頻振蕩阻尼影響的試驗模擬和計算分析建立水機電系統(tǒng)試驗裝置，考慮不同的運行

5、條件和負荷特性，進行試驗模擬，同時采用相應的數(shù)值計算分析互為驗證。試驗成果和計算分析是一致的，均直觀反映和驗證了并網(wǎng)有利于機組的穩(wěn)定運行，以及機組單獨運行時帶動態(tài)負荷的穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)品質(zhì)比帶靜態(tài)負荷時好。 5、兩機共尾水管路時水機電系統(tǒng)振動特性和穩(wěn)定性研究建立了擴大單元接線下水輪發(fā)電機組穩(wěn)定計算的數(shù)學模型，針對既存在水力聯(lián)系、又存在較直接的電力耦合(擴大單元接線)的兩機系統(tǒng)，研究了兩機之間阻尼分配的規(guī)律，結(jié)果表明在單臺機組上增加較