水力機(jī)組暫態(tài)穩(wěn)定的參數(shù)關(guān)聯(lián)機(jī)制及控制策略研究

水力機(jī)組在運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題，多數(shù)與暫態(tài)調(diào)節(jié)有關(guān)。隨著大批大型水力機(jī)組投入運(yùn)行，為改善水力機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性和電網(wǎng)運(yùn)行安全，迫切需要對(duì)水力機(jī)組運(yùn)行控制的動(dòng)力學(xué)機(jī)理進(jìn)行研究，以支撐工程技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。 主要研究?jī)?nèi)容包括：基于水力機(jī)組廣義哈密頓模型研究機(jī)組暫態(tài)過(guò)程中參數(shù)關(guān)聯(lián)性及其對(duì)機(jī)組暫態(tài)穩(wěn)定性的影響；提取機(jī)組主要參數(shù)的振蕩特征，獲得機(jī)組主要參數(shù)與輸出振蕩特性之間的關(guān)聯(lián)性；研究不同工況下影響水力機(jī)組暫態(tài)運(yùn)行穩(wěn)定性的主導(dǎo)因素和參數(shù)關(guān)聯(lián)；改進(jìn)基于廣義哈密頓結(jié)構(gòu)修正的控制策略設(shè)計(jì)理論，基于機(jī)組內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)機(jī)制研究調(diào)速和勵(lì)磁的協(xié)同控制策略。 圍繞研究?jī)?nèi)容展開項(xiàng)目研究，取得的主要成果如下： 1. 進(jìn)一步完善水力機(jī)組模型，建立了多種形式的水力系統(tǒng)及水輪機(jī)微分方程模型和廣義哈密頓模型、水力機(jī)組軸系振動(dòng)哈密頓模型、水電站局部多機(jī)發(fā)電機(jī)五階廣義哈密頓模型，以及AVR和PSS的擴(kuò)展哈密頓建模等。將水力機(jī)組及其系統(tǒng)納入統(tǒng)一的廣義哈密頓系統(tǒng)理論框架下，為系統(tǒng)地研究水力機(jī)組及其系統(tǒng)參數(shù)關(guān)聯(lián)的動(dòng)力學(xué)機(jī)理奠定理論基礎(chǔ)。 2. 基于水力機(jī)組廣義哈密頓模型，通過(guò)哈密頓結(jié)構(gòu)和阻尼矩陣元素對(duì)主要輸出參數(shù)的敏感性分析，研究機(jī)組結(jié)構(gòu)參數(shù)關(guān)聯(lián)性及其對(duì)機(jī)組暫態(tài)穩(wěn)定性的影響。初步形成理論分析和數(shù)值計(jì)算兩種方法。應(yīng)用上述兩種方法，研究水力機(jī)組哈密頓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和阻尼矩陣元素對(duì)系統(tǒng)輸出動(dòng)態(tài)影響的，尋找影響系統(tǒng)暫態(tài)特性的主導(dǎo)因素。 3. 建立水力機(jī)組整機(jī)運(yùn)行模擬平臺(tái)，提高仿真計(jì)算數(shù)據(jù)的可信度。仿真研究水力機(jī)組輸出參數(shù)振蕩特征與機(jī)組工況和擾動(dòng)強(qiáng)度、擾動(dòng)幅度之間聯(lián)系。建立了基于經(jīng)典振動(dòng)力學(xué)的振蕩特征提取和基于約束矩陣的多級(jí)振蕩特征提取兩種方法。 4. 廣義哈密頓結(jié)構(gòu)元素敏感性分析結(jié)合機(jī)組主要輸出參數(shù)的振蕩特征分析，研究獲取不同工況下影響水力機(jī)組暫態(tài)運(yùn)行穩(wěn)定性的主導(dǎo)因素，已取得部分成果。 5. 采用結(jié)構(gòu)分解和等效控制結(jié)構(gòu)分析，提出一種結(jié)構(gòu)修正的控制律設(shè)計(jì)的直接計(jì)算方法，解決了廣義哈密頓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)修正控制設(shè)計(jì)理論應(yīng)用于三階以上高階系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)難題；應(yīng)用L2干擾抑制理論研究水力機(jī)組哈密頓系統(tǒng)抗干擾控制設(shè)計(jì)，揭示水力機(jī)組系統(tǒng)抗干擾和自適應(yīng)控制的核心本質(zhì)。 通過(guò)本項(xiàng)目研究，揭示水力機(jī)組參數(shù)關(guān)聯(lián)及其運(yùn)行控制的動(dòng)力學(xué)機(jī)理，建立相關(guān)的分析計(jì)算理論和方法，豐富和發(fā)展了水力機(jī)組運(yùn)行控制理論。 2100433B

為了改善大型機(jī)組暫態(tài)穩(wěn)定性，將水力機(jī)組及其互聯(lián)系統(tǒng)納入廣義哈密頓系統(tǒng)框架下，采用狄拉克結(jié)構(gòu)和非線性穩(wěn)定核分解等方法，研究暫態(tài)調(diào)節(jié)中機(jī)組參數(shù)關(guān)聯(lián)機(jī)制及其對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)影響的分析理論和方法，揭示水力機(jī)組運(yùn)行控制的動(dòng)力學(xué)機(jī)制。利用實(shí)驗(yàn)室真機(jī)，測(cè)試各種工況和暫態(tài)過(guò)程中的參數(shù)振蕩數(shù)據(jù)，應(yīng)用Prony和小波分析方法，提取機(jī)組主要參數(shù)的多級(jí)振蕩特征，建立基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)提取機(jī)組參數(shù)振蕩關(guān)聯(lián)性的理論和方法。結(jié)合機(jī)組暫態(tài)中參數(shù)關(guān)聯(lián)的理論分析和實(shí)際參數(shù)振蕩特征，研究影響水力機(jī)組暫態(tài)穩(wěn)定性的主導(dǎo)因素。發(fā)展和改進(jìn)基于互聯(lián)結(jié)構(gòu)修正的哈密頓控制策略設(shè)計(jì)理論，提出一種高階哈密頓系統(tǒng)控制律的直接求解方法。依據(jù)暫態(tài)過(guò)程中機(jī)組參數(shù)關(guān)聯(lián)機(jī)制及其對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的影響，修改機(jī)組哈密頓模型中結(jié)構(gòu)和阻尼矩陣關(guān)聯(lián)因子，設(shè)計(jì)調(diào)速和勵(lì)磁的協(xié)同控制策略，結(jié)合仿真分析，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)的角度研究改善機(jī)組暫態(tài)穩(wěn)定性的措施，提出結(jié)構(gòu)修正的原則和控制設(shè)計(jì)方法。

暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算在電力系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行分析中占有重要位置。它不僅為規(guī)劃系統(tǒng)的電源布局、網(wǎng)絡(luò)接線、無(wú)功補(bǔ)償和保護(hù)配置的合理性提供電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的校核，為制定電力系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)程提供可靠的依據(jù)，而且可用于研究各種提高暫態(tài)穩(wěn)定的措施并為繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置參數(shù)整定提供依據(jù) 。

暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算的主要工具是計(jì)算機(jī)。大型電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析計(jì)算機(jī)軟件包，可用于計(jì)算具有幾千條母線和幾百臺(tái)機(jī)組的大型電力系統(tǒng)，有多種數(shù)學(xué)模型和計(jì)算方法可供用戶選擇，有的程序還可由用戶自己定義所需要的新模型，為暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算提供了有力的手段 。