基于压力管道水流惯性的水轮机调节系统降阶方法
【专利摘要】一种基于压力管道水流惯性的水轮机调节系统降阶方法，包括如下步骤：①确定压力管道的动力方程；②分析压力管道水流惯性对系统频率动态响应的影响，得到响应曲线；③分析压力管道水头损失对系统频率动态响应的影响，得到响应曲线；④比较、确定对动态响应影响较小、同时忽略其又能够起到降阶作用的关键参数，保留水头损失项而忽略水流惯性项；⑤得到简化后的调节系统频率响应方程。其优点是：本发明方法理论依据充分，实现方式简单。保留了影响系统调节品质的主要方面、忽略了次要方面，一方面简化了数学模型，另一方面起到了降阶的作用。最终得到的4阶简化系统，包含了系统的主要影响因素，可以反映系统的动态特性，故降阶结果是准确可靠的。
【专利说明】基于压力管道水流惯性的水轮机调节系统降阶方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及水轮机调节系统降阶方法，具体的说是一种基于压力管道水流惯性的 水轮机调节系统降阶方法。
【背景技术】
[0002] 对于带调压室的水电站，其水轮机调节系统在负荷扰动下会产生动态响应，动态 响应的程度则影响着系统的调节品质。调节品质是描述稳定的调节系统动态响应过程的快 速性和平稳性等，可用峰值时间、调节时间、超调量、振荡次数等动态性能指标来衡量，取决 于动态响应本身的波动特性。
[0003] 在进行水轮机调节系统的调节品质的研究时，能够揭示动态响应过程的物理本质 的理论分析方法往往是研究者的首选。理论分析需要建立简单同时又能够真实反映系统所 有特性的数学模型，故在前人的研究中，往往从刚性水击模型、用水轮机的传递系数来表述 水轮机稳态特性、发电机采用一阶模型，电站单独运行（在孤立电网下运行）及忽略调速器 的非线性特性的假设出发，建立引水隧洞、调压室、压力管道、水轮机、发电机与调速器的线 性化数学模型。当W上所有子环节的线性化数学模型均采用最简单的模型时，得到的系统 综合传递函数及负荷阶跃扰动下的机组频率响应均为5阶：
【权利要求】
1. 一种基于压力管道水流惯性的水轮机调节系统降阶方法，其特征在于包括如下步 骤： ① 确定压力管道的动力方程
式中，h为机组工作水头H与初始工作水头Htl的偏差相对值，h= (H-HC1) /Htl; Twt为压力管道的水流惯性时间常数，S ; qt为压力管道流量Qt与初始流量QtQ的偏差相对值，qt=(Qt-QtQ) /Qt。；t为时间变量； htQ为压力管道的水头损失，m; Htl为初始工作水头； z为调压室水位Z与初始水位Ztl的偏差相对值，z= (Z-ZJ/Z。； ② 分析压力管道水流惯性对系统频率动态响应的影响，得到响应曲线； ③ 分析压力管道水头损失对系统频率动态响应的影响，得到响应曲线； ④ 比较、确定对动态响应影响较小、同时忽略其又能够起到降阶作用的关键参数，保留 水头损失ht(l项而忽略水流惯性Twt项，将式（3)简化为如下形式
⑤ 联合式（4)与其他子环节的基本方程，得到简化后的调节系统频率响应方程
式中，X为转速响应的拉普拉斯变换，输出信号； S为拉普拉斯算子； aph为系数，是管道参数、机组参数与调速器参数的函数； mg(l为负荷阶跃相对值，即阶跃后负荷^与阶跃前负荷Mgtl的偏差相对值，Hlgtl = (Mg-Mg0) /Mg0； Ki为积分增益，Ki=l/btTd。
【文档编号】G06F19/00GK104504250SQ201410753265
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月10日 优先权日:2014年12月10日
【发明者】郭文成, 杨建东, 陈捷平, 滕毅 申请人:武汉大学