水泵水轮机全特性描述及可逆式机组非线性控制研究

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1、分类号学号M201273346学校代码10487密级硕士学位论文水泵水轮机全特性描述及可逆式机组非线性控制研究学位申请人：黄文涛学科专业：水利水电工程指导教师：常黎教授答辩日期：2015年5月25日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringResearchondescriptionofpumpturbinecharacteristicsandnonlinearcontrolofreversibleunitCandidate:HUANGWentaoMajo

2、r:WaterResourcesandHydropowerEngineeringSupervisor:Prof.ChangLiHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan,Hubei,430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日

3、学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要抽水蓄能电站具有调峰填谷、调频调相、旋转备用等快速响应的作用，为了解决电网的调峰问题，抽水蓄能电站势必会得到大力开发。但有两个重要

4、因素制约我国抽水蓄能电站大力发展，其一是水泵水轮机全特性描述。水泵水轮机全特性描述是水利设计、过渡过程分析及控制规律研究的基础，传统的水泵水轮机全特性描述存在开度线聚集、交叉和扭转等现象，导致拟合困难及过渡过程计算存在多值问题。其二是抽水蓄能电站的高效稳定运行。水泵水轮机存在反“S”和驼峰两个运行不稳定区域，具有强非线性，传统的以线性理论为基础的控制规律不足以适配控制对象水泵水轮机的强非线性，不能从根本上以保障其高效稳定运行。针对以往全特性描述平面表示方法存在的问题，研究了基于空间曲面这一新的视角下的水泵水轮机全特性描述方法。这种全新的描述方法不存在开度线聚集、交叉和扭转等现象，在

5、模型试验数据的基础上应用B样条理论构建全特性空间曲面，其开度线插值不存在多值性，并绘制了全特性空间曲面特征线，这是水泵水轮机全特性变化规律及控制规律研究的基础。针对线性控制理论不足以满足可逆式机组安全稳定运行需求，在空间曲面视角描述水泵水轮机全特性基础上，研究了可逆式机组非线性控制策略。首先，建立可逆式机组过渡过程仿真计算平台，为可逆式机组非线性控制规律研究奠定基础。由B样条全特性空间曲面得到水泵水轮机非线性数学模型，再分别建立有压过水系统、发电电动机和执行机构等环节数学模型，由此可得可逆式机组非线性数学模型，然后研究其过渡过程数值计算方法，通过仿真试验验证数值计算方法的可靠性。其

6、次，针对建立的可逆式机组非线性数学模型，运用精确线性化理论得到可逆式机组的非线性控制规律，在可逆式机组仿真计算平台上进行水轮机开机、水泵断电和水泵背靠背启动等大波动工况的仿真试验，结果表明，非线性控制规律相比于线性控制有更好的调节性能。关键词：水泵水轮机，全特性空间曲面，过渡过程，大波动，非线性控制I华中科技大学硕士学位论文AbstractThePumpedStoragePowerStationplaytheroleofrapidresponsesuchaspeakandvalleyfilling,frequencymodulationandphasemodulation,spin

7、ningreserve.Therefore,inordertosolvethepeakingproblemofpowergrid,pumpedstoragepowerstationisboundtothestrongdevelopment.ButtherearetwoimportantfactorstorestrictPumpedStoragePowerPlanttodevelop,oneisthedescriptionofpumpturbinecharacteris