水轮机调节系统动力学建模与稳定性分析

水轮机及其调节系统是水电站中的核心组成部分,确保水轮机调节系统的安全稳定运行对水力发电过程有重要影响。水轮机调节系统在大波动过渡过程中参数变化剧烈,水流运行复杂。所以,人们一直非常关注水轮机调节系统在大波动过渡过程中的非线性复杂行为,希望通过研究系统内部的非线性本质问题,为系统的安全稳定运行提供理论依据。本毕业论文将在单机单管水轮机调节系统模型下,考虑大波动过渡过程中水轮机调节系统中各传递系数随着运行工况变化而呈现出的非线性特性,通过引入动态传递系数建立了一个既有理论依据、又能反映系统非线性本质的水轮机调节系统非线性动态数学模型。论文主要内容如下:(1)针对甩负荷过渡过程,通过引入水轮机调节系统的动态传递系数建立了适用于甩负荷过渡过程的瞬态动力学模型。并用分岔图、时域图、Poincare映射图和相轨迹图分析了水轮机调节系统在甩负荷过渡过程中的动力学特征。(2)针对水轮机调节系统的甩负荷过渡过程,运用系统稳定理论分析甩负荷过渡过程中控制参数的稳定域,给出了甩负荷过渡过程中控制参数的三维临界曲面和二维临界曲线簇。在此基础上,采用龙格库塔法,通过Matlab软件进行仿真验证了稳定性分析的正确性。(3)考虑水轮机某一时刻的流态,不仅由此时的系统参数决定,而且与其历史过程有关。由于整数阶导数的局部性,不适合描述具有历史依赖过程的研究对象。因此,本文尝试将具有较好全局相关性的分数阶导数引入水轮机调节系统的瞬态建模中。进一步地,利用数值模拟研究了不同分数阶阶次下,水轮机调节系统的动态特性,揭示了水轮机调节系统内存在混沌现象的可能性及其丰富的动力学行为。(4)通过引入动态传递系数,建立了适用于开机过渡过程的水轮机调节系统非线性动力学模型。利用全局分岔图对比分析了导叶分段开启规律和直线开启规律下,水轮机调节系统在开机过渡过程中的动态品质。仿真结果表明,导叶开启规律对水轮机调节系统开机过渡过程动态品质有重要影响。