水电站建模与仿真实验报告

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1、计算机建模与仿真实验报告姓名：***班级：*******学号：**********指导老师：******日期：2011-05-0819目录一.水轮机调节系统…………………………………31.水轮机调节系统的作用………………………………………32.水轮机调节系统的组成………………………………………33.水轮机调节系统的工作原理概述……………………………44.水轮机调节系统模块划分……………………………………4二.空载工况调节系统仿真与参数优化……………71.子模块内部结构………………………………………………72

2、.系统整体封装…………………………………………………93.参数优化与仿真结果…………………………………………9三.全状态水轮机调节系统仿真…………………111.系统仿真过程………………………………………………112.子模块结构及其功能说明…………………………………113.仿真结果及分析……………………………………………18四.总结……………………………………………19五.参考文献及资料………………………………1919水轮机调节系统建模与仿真一.水轮机调节系统1.水轮机调节系统的作用为保证水电机组的稳定运行，

3、水轮机调节系统需要实现以下作用：①调节并维持机组频率在额定频率附近，跟踪电网频率使被控机组能尽快同期、并入电网运行；尽量减小负荷突变时的动态频率升高或降低，并加快不正常频率向额定频率恢复的速度。②在被控制的水轮发电机并入电网运行时，水轮机调速器根据给定的功率指令调节水轮机有功功率。满足电网二次调频的需求。③协调水电站微机监控系统完成被控制机组的开机、停机、增加或减小负荷、甩负荷、调相和紧急停机等工作状态及过程。2.水轮机调节系统的组成图1-1水轮机系统组成191.水轮机调节系统的工作原理概述水轮机系统的工作

4、过程为：水轮机控制系统测量元件的把把被控制的发电机组的频率（机组的转速）机组的有功功率、机组的运行水头、水轮机的流量、等参数测量起来，将水轮发电机组的频率给定、功率给定、接力器开度给定等信号和接力器实际开度等反馈信号相结合，由放大矫正元件处理后经接力器驱动水轮机导叶机构及轮叶机构，改变水轮发电机组的功率及频率。其结构如下图所示：图1-2水轮机调节系统结构2.水轮机调节系统模块划分①引水系统(i)水库假设：上、下游水库无穷大，即：上、下游水库的水位恒定，过水系统入口与出口间的压力为常数。(ii)过水系统对于单

5、管单机引水道，考虑弹性水锤，不记沿程摩擦损失，则：19将shx与chx均展开成级数形式，并近似取前两项得：②发电机发电机机械旋转运动方程：考虑到负荷随电压的变化，而电压又是转速的函数：考虑到阻力矩：=m(t)Mt(t):水轮机主动力矩，Mg(t):负载力矩，为摩擦阻力矩。经过Laplace变换得X(s)/M(s)=③水轮机水轮机为非线性部件，其特性的一般表达式为：，。在水轮机模型特性曲线的一个小方格内，进行线性化处理。在方格内确定一个参考工作点V0，将坐标原点平移到VO，在在参考工作点附近进行线性化处理。，

6、。19对上式全微分可得：令可得：则引水系统、发电机、水轮机所构成的数学模型图1-3引水系统、发电机、水轮机的数学模型④调速器机械液压随动系统机械液压随动系统的的物理模型如下图所示。其控制信号的转化过程为控制电信号®弱液压®强液压®机械位移。19其数学模型为图1-5机械液压随动系统数学模型图1-4机械液压随动系统导叶开度在小范围波动时，不灵敏区、机械间隙可以忽略不计。⑤PID调节器水轮机调节以比例－微分－积分(PID)为控制策略。其数学模型为：图1-6PID调节器数学模型一.空载工况调节系统仿真与参数优化当系

7、统不带负载时，施加一个小扰动，观察系统的调节性能。1.子模块内部结构19①引水系统、发电机、水轮机图2-1引水系统、发电机、水轮机模块该模块中各参数如下：eqh=eqy=ey=1,eqx=0,ex=-0.2,eh=0.7,Tr=0.2,Tw=1.27,Ta=9.6,eg=0.3②机械液压随动系统图2-2机械液压随动系统模块为保证开机时间满足要求，saturation模块的上限开度设置为0.00667，下限开度设置为-0.0125。③PID调节器19图2-3PID调节器模块模块中各参数设置如下：Kp=4,Ki

8、=0.15,Kd=0.1.1.系统整体封装图2-4空载小扰动系统模型2.参数优化与仿真结果为了使开机过程的超调和开机时间更小，需要对系统进行参数优化。由于PID调节器的参数Kp、Ki、Kd对结果的影响最大，所以只对这三个参数进行优化。19图2-5不同PID参数时的转速输出波形1号波形：Kp=4，Ki=0.3，Kd=0.12号波形：Kp=4，Ki=0.15，Kd=0.13号波形：Kp=4，Ki=0.15，Kd=24