【摘要】：水力發(fā)電系統(tǒng)由壓力引水管道、水輪發(fā)電機(jī)組和機(jī)組輔助設(shè)備組成,其穩(wěn)定性既依賴于各獨立子系統(tǒng)的行為,又不完全取決于各獨立子系統(tǒng)的行為。從時間角度考慮,水電站穩(wěn)定性問題可分為高速振蕩電磁過程、中速振蕩調(diào)節(jié)過程和緩慢振蕩水力過程,可認(rèn)為電磁振蕩、機(jī)械動作和水力過程三部分在大時間尺度的依賴性問題上不能唯一確定。因此,引入分?jǐn)?shù)階微積分理論,分別針對當(dāng)前被普遍認(rèn)可的軸系模型、剛性模型、彈性模型、單機(jī)單管含調(diào)壓井模型和共用管道模型,建立相應(yīng)的分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)模型,嘗試從非線性動力學(xué)角度分析水電站動力穩(wěn)定性問題。論文主要內(nèi)容安排如下:(1)從軸系受力角度出發(fā),以水輪發(fā)電機(jī)組軸系系統(tǒng)為研究對象,基于轉(zhuǎn)軸平行不對中、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心以及水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪質(zhì)量偏心,引入分?jǐn)?shù)階油膜力和分?jǐn)?shù)階阻尼,建立相應(yīng)的分?jǐn)?shù)階數(shù)學(xué)模型;首先,研究不同分?jǐn)?shù)階階次下發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和軸心坐標(biāo)等參數(shù)的非線性動力學(xué)特征;其次,探討混沌區(qū)間和分岔點隨分?jǐn)?shù)階階次的變化規(guī)律;最后,利用分?jǐn)?shù)階分岔圖、分?jǐn)?shù)線相圖和分?jǐn)?shù)階頻譜圖等描述軸系動態(tài)參數(shù)的響應(yīng)特征。(2)從系統(tǒng)角度出發(fā),以水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)為研究對象,針對水力、機(jī)械和電磁三個組成部分分別引入分?jǐn)?shù)階微分算子,建立相應(yīng)的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)分?jǐn)?shù)階模型。首先,給出不同分?jǐn)?shù)階階次對PID調(diào)速器參數(shù)所對應(yīng)的分岔點和混沌區(qū)間的影響規(guī)律;其次,對比不同分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)下分岔點和穩(wěn)定域的的移動速率,得出不同分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)下移動速率不同的結(jié)論,這從側(cè)面反映出三模塊在大時間尺度下依賴性性上的區(qū)別性;依據(jù)分?jǐn)?shù)階穩(wěn)定性理論,邏輯演繹出高維微分方程組不同分?jǐn)?shù)階階次下任意兩參數(shù)通用關(guān)系表達(dá)式;最后,以彈性水擊下水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分?jǐn)?shù)階模型為例,應(yīng)用上述研究成果給出不同調(diào)節(jié)參數(shù)系統(tǒng)穩(wěn)定域變化情況。(3)從能量角度出發(fā),以一管多機(jī)水力發(fā)電系統(tǒng)為研究對象,利用哈密頓正交分解法將其表示為廣義哈密頓系統(tǒng)形式;對建立的一管多機(jī)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)哈密頓模型耗散結(jié)構(gòu)矩陣和能量變化特征進(jìn)行分析;其次,通過數(shù)值仿真表明所建立的哈密頓模型包含水力發(fā)電系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)工況下的動態(tài)信息;進(jìn)一步地,通過引入高斯函數(shù)和階躍函數(shù),分析系統(tǒng)在隨機(jī)沖擊負(fù)荷擾動下的動力穩(wěn)定性問題。最后,在證明哈密頓建模方法正確性基礎(chǔ)上,針對伺服系統(tǒng)機(jī)械動作與電信號的時滯性和時間依賴性,引入時滯項和分?jǐn)?shù)階微分算子,研究分?jǐn)?shù)階階次和時滯取值對水輪機(jī)流量、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和導(dǎo)葉開度等動態(tài)參數(shù)影響規(guī)律。
【圖文】：

position of the coordinates for the shaft of a hydro-turbine gene：2 1 1 2 12 1 1 2 11 1 11 1 12 2 22 2 2cos cossin sincossincossinccccx x o o x ry y o o y rx x ey y ex x ey y e 為零勢能點，則軸系動能和勢能可以分別表示為：2 2 22 2 22 2 2 2 21 1 1 1 2 2 2 2 2 2 22 2 2 22 1 1 1 2 1 1 11( )212 sin 2 cos ) ( 2 sin 21 1( ) ( 2 c2 2J m r ex e y e m x y e x e O k x y k x y rx 21os 2 ry sin r) 用拉格朗日方程，水輪發(fā)電組軸系系統(tǒng)運動微分方2 2 2 1 1 2 2 2 2) ( ) cos cos cosx um k x m e m e k r m r F

章關(guān)注一管多機(jī)水力發(fā)電系統(tǒng)和單管單機(jī)水力發(fā)電系統(tǒng)的哈密頓建模時滯對系統(tǒng)動態(tài)參數(shù)的影響。首先，通過將一管多機(jī)水力發(fā)電系統(tǒng)模型頓理論框架下，通過隨機(jī)沖擊負(fù)荷擾動等情況下的模擬仿真，驗證哈密；其次，考慮到液壓隨動系統(tǒng)的信號傳輸與主接力器的機(jī)械動作具有一賴性，將時滯項和分?jǐn)?shù)階微積分引入到液壓隨動系統(tǒng)中，提出了具有分有調(diào)壓井的單機(jī)單管的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。分別分析了時滯和統(tǒng)動態(tài)參數(shù)的影響，給出了其對動態(tài)參數(shù)過調(diào)節(jié)值的變化規(guī)律。在此基數(shù)階微積分和時滯的聯(lián)系與區(qū)別，并根據(jù)仿真結(jié)果對分?jǐn)?shù)階微積分的物。最后，上述分析對水電站安全穩(wěn)定運行提供一定的參考。管多機(jī)下水輪機(jī)系統(tǒng)的哈密頓建模輪機(jī)系統(tǒng)的哈密頓建模階段大部分水電站廣泛以一管多機(jī)方式布置，即一條長壓力管道通過多水力發(fā)電機(jī)組，，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖 4-1 所示。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TV734.2

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 李歡歡;水力發(fā)電系統(tǒng)大波動暫態(tài)建模與動態(tài)特性研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2018年

2 韓青爽;不同激勵下抽水蓄能電站穩(wěn)定性研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2018年

3 黃孫華;分?jǐn)?shù)階水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制研究[D];湖南大學(xué);2018年

本文編號：2523044