基于圖論的水電站引水發(fā)電系統(tǒng)小波動穩(wěn)定性分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水利水電工程，特別是一種基于圖論的水電站引水發(fā)電系統(tǒng)小波動穩(wěn) 定性分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 大型水電站水輪發(fā)電機(jī)組的運行穩(wěn)定性對機(jī)組本身和整個電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定 都有較大的影響，確保水電站水力機(jī)械系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性及具備良好的調(diào)節(jié)品質(zhì)是水電站 引水發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計中一項重要的課題。隨著特高壓直流輸電技術(shù)的應(yīng)用以及出現(xiàn)特殊工 況，水電站運行中則可能會出現(xiàn)孤島運行方式，特別是西部一些特大型的引水式電站，其水 道系統(tǒng)較長，并設(shè)置了大型調(diào)壓室，小波動問題較為突出。水利水電規(guī)劃設(shè)計總院在《水電 站輸水發(fā)電系統(tǒng)調(diào)節(jié)保證設(shè)計專題報告編制暫行規(guī)定》中明確提出對于小波動計算原則上 應(yīng)按照孤網(wǎng)運行條件進(jìn)行。
[0003] 水輪機(jī)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)是水力、機(jī)械及電氣相互耦合的控制系統(tǒng)，屬于非線性調(diào)節(jié)系 統(tǒng)，涉及到的領(lǐng)域及理論較多。對于該系統(tǒng)的研宄主要采用理論分析和數(shù)值模擬兩種方法。 采用數(shù)值模擬方法雖然能夠盡量多的考慮到系統(tǒng)的非線性因素，但數(shù)值模擬存在數(shù)學(xué)模型 復(fù)雜，編程困難以及數(shù)值誤差影響，特別是在小擾動的情況下，會對計算結(jié)果產(chǎn)生較大影 響，另外，數(shù)值模擬基于時域，因此不方便對系統(tǒng)的參數(shù)及調(diào)速器的參數(shù)進(jìn)行敏感性分析。 對于非線性系統(tǒng)，采用現(xiàn)有的自動控制理論分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性十分困難，因此，基于狀態(tài)空 間法的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)線性化模型及剛性水體模型仍然是目前分析水電站引水發(fā)電系統(tǒng) 小波動穩(wěn)定性的一種重要方法。前人在該方面的研宄成果較為豐富，對水電站的引水發(fā)電 系統(tǒng)的設(shè)計起到了重要的指導(dǎo)作用。但是隨著水電站布置形式的日益復(fù)雜，在進(jìn)行系統(tǒng)小 波動穩(wěn)定分析時，模型階數(shù)較高，解耦過程較為困難，且推導(dǎo)過程中容易出錯，往往細(xì)微的 差別就可能導(dǎo)致結(jié)論發(fā)生改變。因此如何準(zhǔn)確快速得到狀態(tài)方程的系數(shù)矩陣，對于分析復(fù) 雜系統(tǒng)的小波動穩(wěn)定分析具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了一種基于水電站水力-機(jī)械系統(tǒng)小波動 穩(wěn)定分析理論，尋求狀態(tài)方程的規(guī)律性特征，建立水電站引水發(fā)電系統(tǒng)小波動穩(wěn)定性分析 圖論原理，并通過指定狀態(tài)變量順序以及矩陣變換的方法，給出狀態(tài)變量系數(shù)矩陣通用的 求解方法，該方法可以準(zhǔn)確快速得到狀態(tài)變量的系數(shù)矩陣，從而可以判定出系統(tǒng)的穩(wěn)定性 特征。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
[0006] 步驟一，指定系統(tǒng)的狀態(tài)變量順序；
[0007] 步驟二，基于圖論列出狀態(tài)變量方程；
[0008] 步驟三，將狀態(tài)變量方程組合成矩陣方程；
[0009] 步驟四，矩陣方程通過矩陣變換得到系統(tǒng)狀態(tài)方程；
[0010] 步驟五，計算系統(tǒng)狀態(tài)方程中矩陣的特征值；
[0011] 步驟六，由特征值判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0012] 具體地，所述步驟一中狀態(tài)變量的順序為爐、μ、q、z，其中'
【主權(quán)項】
1. 一種基于圖論的水電站引水發(fā)電系統(tǒng)小波動穩(wěn)定性分析方法，其特征在于包括以下 步驟： 步驟一，指定系統(tǒng)的狀態(tài)變量順序； 步驟二，基于圖論列出狀態(tài)變量方程； 步驟三，將狀態(tài)變量方程組合成矩陣方程； 步驟四，矩陣方程通過矩陣變換得到系統(tǒng)狀態(tài)方程； 步驟五，計算系統(tǒng)狀態(tài)方程中矩陣的特征值； 步驟六，由特征值判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖論的水電站引水發(fā)電系統(tǒng)小波動穩(wěn)定性分析方法，其 特征在于：所述步驟一中狀態(tài)變量的順序為供、μ、q、z，其中
為機(jī)組轉(zhuǎn)速變化相 對值
-為機(jī)組開度變化相對值，
為流量變化相對值
1為調(diào)壓室水位 或其他變量變化相對值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖論的水電站引水發(fā)電系統(tǒng)小波動穩(wěn)定性分析方法，其 特征在于：所述步驟二中系統(tǒng)狀態(tài)方程包括列機(jī)組運動方程、調(diào)速器方程、管道段水流動力 方程、調(diào)壓室連續(xù)方程或其他變量方程。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于圖論的水電站引水發(fā)電系統(tǒng)小波動穩(wěn)定性分析方法，其 特征在于：所述機(jī)組運動方程為：
其中奶為第i臺機(jī)組相對轉(zhuǎn)速，Ui為第i臺機(jī)組開度變化相對值，Qi為第i臺機(jī)組流 量變化相對值，Xi為系統(tǒng)負(fù)荷相對波動值，Spi為第i臺機(jī)組負(fù)荷自調(diào)節(jié)系數(shù)，Tmi為第i臺 機(jī)組加速時間常數(shù)，S 8i、S9i、Sltli為已知水輪機(jī)特性參數(shù)，t為時間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于圖論的水電站引水發(fā)電系統(tǒng)小波動穩(wěn)定性分析方法，其 特征在于：所述調(diào)速器方程為：
其中bpi、bti、Tdi、Tni分別為第i (i = 1~N)臺機(jī)組對應(yīng)調(diào)速器的永態(tài)調(diào)差率、暫態(tài)轉(zhuǎn) 差系數(shù)、緩沖時間常數(shù)、微分時間常數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于圖論的水電站引水發(fā)電系統(tǒng)小波動穩(wěn)定性分析方法，其 特征在于：利用圖論原理直接給出小波動穩(wěn)定分析的水道系統(tǒng)水流動力方程：
其中L為管段長度，A為管段面積，α為對應(yīng)管段水頭損失系數(shù)，Q為對應(yīng)管段內(nèi)流量， Hu，Hd分別是該段管道的進(jìn)口水頭和出口水頭。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖論的水電站引水發(fā)電系統(tǒng)小波動穩(wěn)定性分析方法，其 特征在于：所述矩陣方程為E f +K 其中：E、F、R為系統(tǒng)相關(guān)的系數(shù)矩陣，F(xiàn) = EA，R = EBx。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于圖論的水電站引水發(fā)電系統(tǒng)小波動穩(wěn)定性分析方法，其 特征在于：所述系統(tǒng)狀態(tài)方程為f =ι|? +B λ: 其中
為微分算子，Y為狀態(tài)變量，A和B為系數(shù)矩陣，X為相對擾動量。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于圖論的水電站引水發(fā)電系統(tǒng)小波動穩(wěn)定性分析方法，該方法首先指定系統(tǒng)的狀態(tài)變量順序，然后基于圖論列出狀態(tài)變量方程，將狀態(tài)變量方程組合成微分方程組，通過矩陣變換得到系統(tǒng)狀態(tài)方程，計算其中矩陣的特征值，進(jìn)而判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本發(fā)明基于水電站引水發(fā)電系統(tǒng)小波動穩(wěn)定分析理論，尋求狀態(tài)方程的規(guī)律性特征，建立水電站引水發(fā)電系統(tǒng)小波動穩(wěn)定性分析圖論原理，并通過指定狀態(tài)變量順序以及矩陣變換的方法，給出狀態(tài)變量系數(shù)矩陣通用的求解方法，該方法可以準(zhǔn)確快速得到狀態(tài)變量的系數(shù)矩陣，分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性特征及優(yōu)化系統(tǒng)的參數(shù)。
【IPC分類】G06Q50-06, G06F17-11, G06Q10-06
【公開號】CN104766159
【申請?zhí)枴緾N201510120890
【發(fā)明人】俞曉東, 張健, 陳 勝, 趙修龍, 范呈昱, 苗帝
【申請人】河海大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年3月19日