调速系统间隙特性引发的水电站过渡过程极限环振荡特性

摘要

水轮发电机组的动态调节稳定性对电力系统至关重要,尤其是在考虑非线性引起的潜在不稳定性的情况下。为了探究间隙非线性对水力发电系统动力学特性的影响,重点研究了水力发电机组间隙可能引起的极限环振荡现象及系统动态响应特性。首先构建了适合小波动过渡过程的水轮发电机组单机系统传递函数数学模型,通过将间隙特性表示成描述函数,进而建立了考虑间隙环节的非线性数学模型。采用描述函数法对系统动态特性进行理论分析,并结合使用MATLAB进行时域仿真验证,研究四个重要的水力-机械时间常数对系统间隙引发极限环的影响机制,量化给出各时间常数的相对作用大小。结果表明:机组惯性时间常数Ta和接力器响应时间常数Ty是极限环幅值最重要的两个影响因素;极限环频率则主要受水流惯性时间常数Tw和机组惯性时间常数Ta的影响;而弹性水击系数Te则是极限环特性的一个次要影响因素。各水力-机械时间常数对系统极限环特性具有不同的作用机制,该结论可加深对间隙非线性与水力发电系统中不同物理量间耦合作用的理解。