水力機組暫態穩定的參數關在線上制及控制策略研究

《水力機組暫態穩定的參數關在線上制及控制策略研究》是依託昆明理工大學，由曾雲擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：水力機組暫態穩定的參數關在線上制及控制策略研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：曾雲
• 依託單位：昆明理工大學

項目摘要

為了改善大型機組暫態穩定性，將水力機組及其互聯繫統納入廣義哈密頓系統框架下，採用狄拉克結構和非線性穩定核分解等方法，研究暫態調節中機組參數關在線上制及其對系統動態影響的分析理論和方法，揭示水力機組運行控制的動力學機制。利用實驗室真機，測試各種工況和暫態過程中的參數振盪數據，套用Prony和小波分析方法，提取機組主要參數的多級振盪特徵，建立基於實測數據提取機組參數振盪關聯性的理論和方法。結合機組暫態中參數關聯的理論分析和實際參數振盪特徵，研究影響水力機組暫態穩定性的主導因素。發展和改進基於互聯結構修正的哈密頓控制策略設計理論，提出一種高階哈密頓系統控制律的直接求解方法。依據暫態過程中機組參數關在線上制及其對系統動態的影響，修改機組哈密頓模型中結構和阻尼矩陣關聯因子，設計調速和勵磁的協同控制策略，結合仿真分析，從系統結構關聯的角度研究改善機組暫態穩定性的措施，提出結構修正的原則和控制設計方法。

結題摘要

水力機組在運行中出現的問題，多數與暫態調節有關。隨著大批大型水力機組投入運行，為改善水力機組運行穩定性和電網運行安全，迫切需要對水力機組運行控制的動力學機理進行研究，以支撐工程技術的開發和套用。主要研究內容包括：基於水力機組廣義哈密頓模型研究機組暫態過程中參數關聯性及其對機組暫態穩定性的影響；提取機組主要參數的振盪特徵，獲得機組主要參數與輸出振盪特性之間的關聯性；研究不同工況下影響水力機組暫態運行穩定性的主導因素和參數關聯；改進基於廣義哈密頓結構修正的控制策略設計理論，基於機組內部結構關在線上制研究調速和勵磁的協同控制策略。 圍繞研究內容展開項目研究，取得的主要成果如下：1. 進一步完善水力機組模型，建立了多種形式的水力系統及水輪機微分方程模型和廣義哈密頓模型、水力機組軸系振動哈密頓模型、水電站局部多機發電機五階廣義哈密頓模型，以及AVR和PSS的擴展哈密頓建模等。將水力機組及其系統納入統一的廣義哈密頓系統理論框架下，為系統地研究水力機組及其系統參數關聯的動力學機理奠定理論基礎。2. 基於水力機組廣義哈密頓模型，通過哈密頓結構和阻尼矩陣元素對主要輸出參數的敏感性分析，研究機組結構參數關聯性及其對機組暫態穩定性的影響。初步形成理論分析和數值計算兩種方法。套用上述兩種方法，研究水力機組哈密頓系統結構和阻尼矩陣元素對系統輸出動態影響的，尋找影響系統暫態特性的主導因素。3. 建立水力機組整機運行模擬平台，提高仿真計算數據的可信度。仿真研究水力機組輸出參數振盪特徵與機組工況和擾動強度、擾動幅度之間聯繫。建立了基於經典振動力學的振盪特徵提取和基於約束矩陣的多級振盪特徵提取兩種方法。4. 廣義哈密頓結構元素敏感性分析結合機組主要輸出參數的振盪特徵分析，研究獲取不同工況下影響水力機組暫態運行穩定性的主導因素，已取得部分成果。5. 採用結構分解和等效控制結構分析，提出一種結構修正的控制律設計的直接計算方法，解決了廣義哈密頓系統結構修正控制設計理論套用於三階以上高階系統的關鍵技術難題；套用L2干擾抑制理論研究水力機組哈密頓系統抗干擾控制設計，揭示水力機組系統抗干擾和自適應控制的核心本質。通過本項目研究，揭示水力機組參數關聯及其運行控制的動力學機理，建立相關的分析計算理論和方法，豐富和發展了水力機組運行控制理論。