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水电站调节系统模拟仿真研究

作　者: 高立明
导　师: 把多铎
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 水利水电工程
关键词: 水电站调节神经网络 MATLAB/Simulink 调节参数优化
分类号: TV734
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

水电站调节系统是水电站系统的重要组成部分。水电站调节系统动态品质的优劣直接关系到生产效益和工作人员的人身安全。在水电站运行过程中,水轮发电机组经常受到水力或电气等外部因素的扰动,机组的稳定工况将被打破,水轮发电机组出现小波动范围内过渡过程。所以,对水电站调节系统的研究一直受到学者和工程设计人员的关注。本文应用MATLAB软件中的神经网络工具箱(NNT),对水轮机综合特性曲线进行三维可视化建模。通过对水电站调节系统各部分数学模型的分析,在MATLAB/Simulink工具箱下,对水电站调节系统进行建模。通过改变已建水电站调节系统仿真模型中的各个参数,研究这些参数对调节系统的影响。最后,利用经验公式和正交试验法对调速器参数进行整定。经过神经网络逼近所建立的综合特性曲面减小了误差、提高了精度。同时,利用神经网络对综合特性曲线进行延拓,使综合特性曲线向小开度、高转速、低转速和低效率等方向延伸,这些都为后续的仿真做好了前期准备。对已建成的仿真模型进行仿真,仿真结果表明,各参数对水电站调节系统的影响与理论是相同的,说明应用这种方法对水电站调节系统进行研究是可行的。利用正交试验法整定得到的调速器参数的调节系统,提高了动态品质、缩短了调节时间、减小了超调量。本文利用神经网络对水轮机综合特性曲线进行三维可视化建模,与传统方法相比具有更准确、更直观的特点,并且可以随时调用曲线上任意点的数据,进行仿真计算,提高了计算的准确率和工作效率。利用MATLAB/Simulink建立的模型能够反映水轮机工作的实际情况,是一种较经济、且可重复利用的工具,值得进一步推广应用。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-14
  1.1 研究背景  11
  1.2 水轮机调速器发展历程  11
  1.3 水电站过渡过程  11-12
  1.4 研究工作的意义  12
  1.5 论文的主要内容  12-14
第二章水轮机综合特性曲面建模  14-30
  2.1 水轮机特性曲面处理  14
  2.2 神经网络理论简介  14-21
    2.2.1 人工神经网络发展的历史回顾  14-15
    2.2.2 生物神经元  15
    2.2.3 人工神经元模型  15-18
    2.2.4 神经网络的类型  18
    2.2.5 网络的学习方式  18-20
    2.2.6 神经网络的学习规则  20-21
  2.3 水轮机综合特性曲面建模  21-29
    2.3.1 BP 网络算法  21-23
    2.3.2 水轮机特性曲线的数据处理  23
    2.3.3 混流式水轮机特性实例建模  23-29
  2.4 本章小结  29-30
第三章水轮发电机组的数学模型  30-42
  3.1 水电站调节系统的组成  30
  3.2 压力引水系统数学模型  30-33
    3.2.1 弹性水击模型传递函数  31-32
    3.2.2 刚性水击模型传递函数  32-33
  3.3 水轮机系统数学模型  33-34
    3.3.1 非线性水轮机模型  33
    3.3.2 线性水轮机模型  33-34
    3.3.3 经典水轮机模型  34
  3.4 调速器数学模型  34-37
    3.4.1 理想微分PID 控制算法  34-35
    3.4.2 实际微分PID 控制算法  35-36
    3.4.3 液压随动装置数学模型  36-37
  3.5 发电机数学模型  37-40
    3.5.1 一阶发电机数学模型  37-40
    3.5.2 三阶发电机数学模型  40
  3.6 水电站调节系统的数学模型  40-41
  3.7 本章小结  41-42
第四章水轮发电机组仿真建模  42-53
  4.1 Matlab/Simulink 简介  42-43
  4.2 水轮机调速器仿真建模  43-44
    4.2.1 水轮机调速器PID 仿真建模  43
    4.2.2 机械液压随动系统仿真建模  43-44
  4.3 水轮机及引水系统仿真建模  44-47
  4.4 发电机及负荷仿真建模  47-48
  4.5 水电站调节系统仿真建模  48-49
  4.6 水电站调节系统仿真  49-52
    4.6.1 开机过程仿真  49-51
    4.6.2 空载频率扰动仿真  51
    4.6.3 负荷扰动仿真  51-52
  4.7 本章小结  52-53
第五章水轮机调节参数优化  53-68
  5.1 调节系统分析  53-55
    5.1.1 水轮机调节的任务  53
    5.1.2 水轮机调节过渡过程品质的指标  53-54
    5.1.3 水轮机调节系统特点  54
    5.1.4 水轮机调节系统控制策略  54
    5.1.5 调速器参数优化方法  54-55
  5.2 调节参数分析  55-62
    5.2.1 调节系统对象参数T_a、T_w、e_n 对机组的影响  55-57
    5.2.2 调速器T_d、T_n、b_t、b_p 对机组的影响  57-60
    5.2.3 调速器K_P 、K_I、K_D 对机组的影响  60-62
  5.3 调节系统参数优化  62-67
    5.3.1 经验公式参数仿真  63-64
    5.3.2 正交试验方法对调速器参数的优化  64-67
  5.4 本章小结  67-68
第六章结论与展望  68-69
  6.1 结论  68
  6.2 展望  68-69
参考文献  69-72
致谢  72-73
作者简介  73

水电站调节系统模拟仿真研究

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