含调压室水电站小波动调节品质及影响因素研究

摘要

水力发电机组作为电网中重要的骨干电源，主要承担电网调频、调峰任务，保证其良好的调节品质以及高质量的电能输出具有重要的意义。对于含调压室水电站而言，在小波动过程中，水轮发电机组经常会因为调压室水位波动而产生转速尾波衰减速度过慢等问题，进而影响机组调节品质，这些问题一直是人们关注的焦点。为提高系统调节品质，工程中常将调压室布置在距离水轮机较近的位置，但也常因此带来尾波问题较为严重，甚至为了减小尾波影响不惜增加调压室断面面积，使整个工程的预期投资金额大幅度增加。所以，对于此类水电站，研究分析各因素对含调压室水电站小波动调节品质的影响规律等问题有着重要的工程应用价值和理论指导意义。
　　首先，本文建立了包含压力管道、调压室、尾水隧洞、水轮发电机组、调速器等多个部件在内的调节系统的五阶数学模型。
　　其次，由于五次及以上的方程无法求取解析解，因此需要对原五阶系统进行简化处理。本文通过理论推导和数值仿真分析了各因素对过渡过程中机组转速变化的影响大小，发现压力管道水击压力波引起的机组水头变化对水轮机流量特性的影响不大，忽略后机组转速波动与原系统机组的转速波动过程非常接近，由此将原模型简化为四阶模型；对四阶模型的特征方程进行分解后得到两个二阶环节的叠加，这两个二阶环节分别表征了转速的主波和尾波特征；通过分析这两个二阶环节最终得到了超调量、调节时间等表征调节品质指标的解析表达式，并通过工程实例验证了解析公式的正确性，此研究成果为类似电站提供了参考依据。
　　最后，以调节品质指标的理论表达式为基础，结合工程实例研究了调压室位置、调压室断面面积、调速器参数、发电机及负载自调节系数、机组惯性时间常数等因素对小波动调节品质的影响规律，并通过数值仿真进行了对比验证。

目录

声明

1前言

1.1研究背景及意义

1.2含调压室水电站调节品质及调压室设置位置的研究现状

1.3本文主要研究内容

1.4小结

2.1概述

2.2压力引水系统的数学模型

2.3水轮机的数学模型

2.4发电机及负载的数学模型

2.5调速器的数学模型

2.6水轮机调节系统小波动的综合数学模型

2.7小结

3.1概述

3.2小波动数学模型的简化

3.3调节品质指标的理论表达式

3.4数值计算验证

3.5小结

4.1概述

4.2调压室位置对调节品质的影响

4.3调压室断面面积对调节品质的影响

4.4调速器参数对调节品质的影响

4.5发电机及负载自调节系数对调节品质的影响

4.6机组惯性时间常数对调节品质的影响

4.7基于调节品质的调压室最佳设置位置分析

4.8小结

5结论

致谢

参考文献