基于電網(wǎng)頻率控制的水電站調(diào)壓室設(shè)置條件研究

本項(xiàng)目基于電網(wǎng)頻率控制對水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行的要求，對調(diào)壓室設(shè)置條件進(jìn)行了深入的研究。明確了電網(wǎng)頻率控制對水電機(jī)組動態(tài)響應(yīng)過程的要求，為調(diào)壓室設(shè)置條件的研究提供了衡量標(biāo)準(zhǔn)；建立了并列運(yùn)行水電機(jī)組參與電網(wǎng)頻率控制的非線性數(shù)學(xué)模型，并開發(fā)了相應(yīng)的數(shù)值計(jì)算軟件；通過數(shù)值仿真，分析了水電機(jī)組分別在孤網(wǎng)及并大網(wǎng)方式下的頻率調(diào)節(jié)動態(tài)響應(yīng)過程，研究了引水系統(tǒng)水流慣性、機(jī)組容量占電網(wǎng)比重、水輪機(jī)特性等因素對調(diào)節(jié)品質(zhì)的影響，并找出了影響水電機(jī)組調(diào)節(jié)品質(zhì)的最不利工況；從理論上分析了水電機(jī)組頻率控制動態(tài)響應(yīng)過程，并基于電網(wǎng)頻率控制的要求從理論上得出了水電機(jī)組調(diào)壓室的設(shè)置條件，完善了水電站調(diào)壓室設(shè)計(jì)理論，極大推動了我國水電站調(diào)壓室設(shè)計(jì)水平的進(jìn)步。

調(diào)壓室的主要作用是減小壓力管道的水流慣性，滿足調(diào)節(jié)保證的要求，同時(shí)提高水電站調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)能力以滿足電網(wǎng)頻率控制的要求。目前我國調(diào)壓室設(shè)計(jì)中未考慮電網(wǎng)頻率控制對水電機(jī)組的要求，不僅給水輪機(jī)調(diào)節(jié)帶來了極大困難，而且危害到整個電網(wǎng)的穩(wěn)定及供電質(zhì)量。本項(xiàng)目擬從電網(wǎng)頻率控制對水電站的要求入手，采用理論分析與數(shù)值仿真相結(jié)合的方法，對調(diào)壓室設(shè)置條件進(jìn)行深入研究。主要研究內(nèi)容為：根據(jù)現(xiàn)代電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，明確電網(wǎng)頻率控制對水電機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性的要求，建立并列運(yùn)行水電機(jī)組參與電網(wǎng)頻率控制的非線性數(shù)學(xué)模型，并基于水電站實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行修正；利用數(shù)值計(jì)算研究水電機(jī)組參與電網(wǎng)頻率控制的動態(tài)性能，找出主要影響因素，闡明影響機(jī)理；在此基礎(chǔ)上研究動態(tài)品質(zhì)與調(diào)壓室設(shè)置條件之間的關(guān)系，利用非線性數(shù)學(xué)分析方法得出滿足電網(wǎng)頻率控制要求的水電站調(diào)壓室設(shè)置條件，完善水電站調(diào)壓室設(shè)計(jì)理論。

頻率誤差研究背景

虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的軟硬件測試平臺，其主要技術(shù)構(gòu)成是PC機(jī)加上特定儀器硬件和應(yīng)用軟件，形成既有傳統(tǒng)儀器功能，同時(shí)又具備特殊功能的儀器，具有開放性和功能軟件模塊化等優(yōu)點(diǎn)。通過軟件實(shí)現(xiàn)對檢測數(shù)據(jù)的顯示、存儲以及分析處理，大大縮小了儀器硬件的成本和體積。在TD-SCDMA系統(tǒng)中，頻率誤差是無線通信中比較重要的性能指標(biāo)，存在頻率誤差的信號會影響到系統(tǒng)的正確解調(diào)。筆者提出了基于虛擬儀器的測量頻率誤差的方法，方便與其他測量算法一起構(gòu)成一個綜合的測試系統(tǒng)。該方法通過對接收信號解調(diào)、還原得到參考信號，利用參考信號和接收信號的相位誤差的線性擬合求得頻率誤差。

頻率誤差TD - SCDMA信號的相位和頻率誤差

在Uu接口發(fā)射端的物理層，高層來的數(shù)據(jù)經(jīng)過信道編碼和復(fù)用后，進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)制。把2個連續(xù)的二進(jìn)制比特映射成一個復(fù)數(shù)值的數(shù)據(jù)符號，映射關(guān)系如表1所示。

在復(fù)值映射后，復(fù)值數(shù)據(jù)符號被擴(kuò)頻和加擾，加上訓(xùn)練序列成幀。這樣就產(chǎn)生了碼片數(shù)率的復(fù)值數(shù)據(jù)流。為了消除碼間串?dāng)_，數(shù)據(jù)流中的每一個復(fù)值碼片的實(shí)部和虛部分離后經(jīng)過脈沖成形濾波，最后進(jìn)行QPSK調(diào)制發(fā)射。頻率誤差指的是發(fā)射機(jī)和接收機(jī)用于調(diào)制的載波頻率之間的誤差。

頻率誤差分析數(shù)據(jù)的選取

為了準(zhǔn)確地比較發(fā)射信號和接收信號，可以將發(fā)射端和接收端的訓(xùn)練序列作為分析對象。因?yàn)樵诮邮斩四軌虼_定發(fā)射端的訓(xùn)練序列，而對于數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)，其準(zhǔn)確性有待于正確的解調(diào)。在接收端，可以直接獲得經(jīng)過調(diào)制的訓(xùn)練序列的矢量，但是并不能直接用它來與接收信號的訓(xùn)練序列對比。因?yàn)镽RC濾波不能完全消除碼間串?dāng)_，會使得訓(xùn)練序列中含有數(shù)據(jù)區(qū)的信息，所以要在接收端得到訓(xùn)練序列的時(shí)候也需要考慮發(fā)射端數(shù)據(jù)的影響。在接收機(jī)處，利用訓(xùn)練序列同步之后，直接解調(diào)數(shù)據(jù)區(qū)得到原始比特，然后讓這些比特再經(jīng)過整個發(fā)射過程得到理想的發(fā)射信號T′。在這個過程中，可以認(rèn)為上下變頻的過程是理想的，不會對信號產(chǎn)生影響，只考慮發(fā)射機(jī)和接收機(jī)本身的頻率誤差。因此這個過程包括解調(diào)到比特，再從比特調(diào)制到復(fù)值信號后就是T′。這個過程叫做信號還原，如圖2所示。對比144B的還原信號訓(xùn)練序列和接收信號訓(xùn)練序列的星座圖，可得到相位誤差序列。 2100433B

隨著我國西部地區(qū)水力資源的開發(fā)利用及對環(huán)境保護(hù)的日益重視，氣墊調(diào)壓室在高水頭、長輸水系統(tǒng)的水電站建設(shè)中具有重大的推廣應(yīng)用價(jià)值。但目前對氣墊調(diào)壓室的研究多為上世紀(jì)70 年代挪威的水電建設(shè)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，資料較為零散，缺乏細(xì)致的分析論證。本項(xiàng)目擬通過理論分析與數(shù)值模擬，在模型試驗(yàn)與水力過渡過程計(jì)算成果分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場原型觀測數(shù)據(jù)的反演分析，建立含氣墊調(diào)壓室及機(jī)組的輸水發(fā)電系統(tǒng)整體數(shù)學(xué)模型，確定氣墊調(diào)壓室在水電站輸水系統(tǒng)中的設(shè)置位置；制定氣室面積、高度與安全水深選取原則。根據(jù)氣墊調(diào)壓室密閉氣體真實(shí)動態(tài)特性、水錘波反射性能、運(yùn)行穩(wěn)定性要求，針對國內(nèi)在建與擬建的含氣墊調(diào)壓室的水電站輸水系統(tǒng)，合理選取氣墊調(diào)壓室體型參數(shù)、運(yùn)行控制模式并提出事故防治對策，為氣墊調(diào)壓室在水電站輸水發(fā)電系統(tǒng)中的優(yōu)化設(shè)計(jì)、安全運(yùn)行提供理論指導(dǎo)及實(shí)踐依據(jù)。

適用于水電站3級及以下上游氣墊式調(diào)壓室的設(shè)計(jì)。水電站2級及以上氣墊式調(diào)壓室設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行專門研究。