180MW混流式水轮机及引水系统仿真模型构建与应用

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1、内蒙古电力技术INNERMONGOLIAEIECTRICPOWER2014年第32卷第4期doi：10．3969／j．issn．1008-6218．2014．04．015180MW混流式水轮机及引水系统仿真模型构建与应用李晓波，张沈彬，刘钊彤(内蒙古电力科学研究院，呼和浩特Oloo2o)摘要：结合混流式水轮机及引水系统结构和工作特点，构建了更接近于真实系统的水轮机及引水系统仿真模型。将新模型应用于某180MW水轮机调速系统参数测试工作中，辨识了水轮机及引水系统模型及调速系统参数，并进行了频率扰动下的仿真校核，验证了新模型参数的精确性、可靠性。关键词：混流式水轮机；引水系

2、统；参数测试；额定水头；飞轮力矩文献标志码：B中图分类号：TK733+．1文章编号：1008—6218(2014)04—0060一o4ModelOptimizationandApplicationona180MWMixed—flowHydro-turbineandItsWaterDiversionSystemLiXiaobo，ZhangShenbin，LiuZhaotong(InnerMongoliaPowerResearch[nstitute，Hohhot010020)Abstract：Accordingtothestructureandcharacteristics

3、ofradial-axialflowbydroturbireanddiuerisonsystem，anewmodelwasestablished，whichwasusedintheparametertestingworkofa180MWhydro-turbineanditsspeedcontrolsystem．Afteridentifyingtheparametersofhydro——turbineanditswaterdiversionsystemamdspeedcontrolsystem，thesimulationtestswereconductedunderfre

4、quencyfluctuation．Theresultshowedthattheaccuracyandreliabilityofthenewmodelparameters．Keywords：mixed-flowhydro-turbine；waterdiversionsystem；parametertest；ratedhead；flywheelmomentofhydrogenerator0引言调节的控制系统是可行的，但对涉及功率输出和频率变化大的研究对象是不合适的n。因此，依据水水电机组在内蒙古电网中主要承担着调峰任轮机及其引水系统工作机理，开展更合理、更接近务，开展水轮

5、机组及其调节系统性能参数测试与仿于真实系统的非线性原动机模型构建与仿真校核真建模工作对内蒙古电网动态稳定性仿真计算有的研究工作是十分必要的。重要意义。正确建立符合设备实际运行状态的数学模型及合理设定其参数，是确保电力系统稳定性1水轮机及引水系统建模优化分析结果准确、可靠的基础。早期电力系统仿真计算采用的水轮机一原动机模型较为简单，常采用水1．1混流式水轮机数学模型轮机理想模型，这种模型对于使用线性分析技术来水轮机实际工作过程中，流量q和水轮机主动f收稿日期12014—03—21f作者简介J李跷波(1982一)，男，山西人，硕士，高级_丁程师，从事汽轮机调速系统测试与振动

6、故障诊断处理作。2014年第32卷第4期李晓波，等：18OMW混流式水轮机及引水系统仿真模型构建与应用6l力矩m。等特性参数会随工况的变化而改变。水轮用复杂的非线性系统数学模型(如基于特征线法和机过渡过程中的瞬时力矩由稳态力矩和动态附加基于二端网络的数学模型等)，这种数学模型对于力矩组成，稳态力矩可从水轮机稳态试验的综合特研究水轮机控制系统过渡过程是必要的，但对于电性曲线换算得到，动态附加力矩主要由水流惯性产力系统稳定计算则略显复杂。生。当水轮机处于小扰动后的暂态过程时，可以只因水流惯性引起的水击现象会引起管道内压考虑水轮机的稳态特性，近似采用能量试验得到的力波动，进而

7、影响水轮机的出力及其调节系统的动综合特性曲线计算，其计算精度在允许范围内u。态特性，因此在电力系统稳定性计算中主要考虑水对于水轮机某个工作点，水轮机力矩方程和流流惯性的水锤效应对水轮机引水系统、调节系统动量方程可用传递系数进行描述1：特性的影响。一般在小扰动情况下，且管道长度m：e,~ol+e+ehh，(1)小于600m时，可以忽略引水系统的弹性水锤，那么qeqaOL+e+eqhh，(2)刚性引水系统管道水锤效应的数学表达式为：式中m、q、Ot一分别为水轮机力矩、流量、导叶h=一oq，(5)O‘开度、转速、工作水头，取标幺值；eI、e、e