水電站水機(jī)電系統(tǒng)振動(dòng)特性和穩(wěn)定性研究.pdf

1、水機(jī)電系統(tǒng)的振動(dòng)特性和穩(wěn)定性研究涉及水力系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)和電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，以及各系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和諸多研究分析方法，國(guó)內(nèi)外有針對(duì)性的研究很少。 本文通過(guò)理論分析、數(shù)值計(jì)算和試驗(yàn)?zāi)M，建立水機(jī)電系統(tǒng)振動(dòng)和穩(wěn)定性分析的數(shù)學(xué)模型，對(duì)水機(jī)電系統(tǒng)的振動(dòng)特性和穩(wěn)定性進(jìn)行了較為深入的研究。論文的創(chuàng)新點(diǎn)和主要成果如下： 1、建立了實(shí)用的壓力管道內(nèi)水體振動(dòng)分析的彈性模型應(yīng)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(dòng)特性的線彈性模型和非線性模型，該模型適合于水機(jī)電系統(tǒng)振動(dòng)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(zhǔn)確反映壓力管道內(nèi)水體的各階振動(dòng)模式；文中分析了該模型的實(shí)用性，給出了考慮電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性影響下，壓力管道長(zhǎng)度不同時(shí)所需彈性模型的最少階數(shù)。 2、可逆式機(jī)組自激振動(dòng)特性的研究結(jié)合可逆式機(jī)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(jī)和雙機(jī)自激振動(dòng)的數(shù)

3、學(xué)方程，并進(jìn)行解析分析?？紤]機(jī)組在“S”形特性區(qū)運(yùn)行，采用自由振動(dòng)分析和特征線法，驗(yàn)證了振蕩頻率、幅值的計(jì)算結(jié)果和理論分析的一致性，表明實(shí)際工程中自激振動(dòng)的危害性。 3、壓力管道內(nèi)水體彈性對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的影響研究應(yīng)用線性系統(tǒng)理論和相關(guān)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(guān)關(guān)系。分析了壓力管道內(nèi)水體采用彈性模型與剛性模型時(shí)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(zhǎng)，差別越明顯；應(yīng)視輸水道的布置和長(zhǎng)度選擇合適的彈性模型階數(shù)，以保證穩(wěn)定性分析的準(zhǔn)確性和考慮電力系統(tǒng)動(dòng)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(dòng)特性對(duì)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(dāng)壓力管道的慣性時(shí)間常數(shù)Tw較小時(shí)，系統(tǒng)整體正阻尼會(huì)增大，Tw較大時(shí)，系統(tǒng)整體正阻尼會(huì)減小。 4、電力系統(tǒng)及負(fù)荷特性對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性和低頻振蕩阻尼影響的試驗(yàn)?zāi)M和計(jì)算分析建立水機(jī)電系統(tǒng)試驗(yàn)裝置，考慮不同的運(yùn)行

5、條件和負(fù)荷特性，進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)M，同時(shí)采用相應(yīng)的數(shù)值計(jì)算分析互為驗(yàn)證。試驗(yàn)成果和計(jì)算分析是一致的，均直觀反映和驗(yàn)證了并網(wǎng)有利于機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，以及機(jī)組單獨(dú)運(yùn)行時(shí)帶動(dòng)態(tài)負(fù)荷的穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)品質(zhì)比帶靜態(tài)負(fù)荷時(shí)好。 5、兩機(jī)共尾水管路時(shí)水機(jī)電系統(tǒng)振動(dòng)特性和穩(wěn)定性研究建立了擴(kuò)大單元接線下水輪發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，針對(duì)既存在水力聯(lián)系、又存在較直接的電力耦合(擴(kuò)大單元接線)的兩機(jī)系統(tǒng)，研究了兩機(jī)之間阻尼分配的規(guī)律，結(jié)果表明在單臺(tái)機(jī)組上增加較