水轮机调节课件-华科GOV03.ppt

* 水轮机 调节 第二章 水轮机调节系统建模 一、用特性曲线描述的数学模型 二、用列表函数描述的数学模型 随着计算机在水轮机数字仿真和辅助设计中的应用，用列表函数描述的水轮机特性的数学模型，得到越来越广泛的应用。表3-9所示即为在计算机数字仿真中描述水轮机能量特性的数学模型之一的单位流量特性表。 优点： 简单易作，不需要特殊的纸和仪器； 数据易于进行比较； 形式紧凑，在同一表内可同时表示几个变数间的变化规律； 表中列出自变量和因变量之间的函数关系，不必知道该函数的形式，就可以对该函数求微分、积分或导数。 试验数据处理及数学模型 三、用拟合多项式描述的数学模型 水轮机为非线性部件，其特性的一般表达式为： 试验数据处理及数学模型 式中： MT 水轮机输出力矩 H 水压 n 转速 ?0 导叶开度 Q 流量 ? 轮叶开度 对于混流式水轮机： 试验数据处理及数学模型 非线性特性线性化 (1) 参考工作点 V0 (2) 坐标平移 (3) 在参考工作点附近相对化。 试验数据处理及数学模型 试验数据处理及数学模型 (4) 在参考工作点附近线性化 记： 得： 试验数据处理及数学模型 试验数据处理及数学模型 设额定工况下的参数为： 工作工况的参数为： 转速、水头不变时工作工况附近“1”、“2”点的参数为： 试验数据处理及数学模型 试验数据处理及数学模型 求ey: ey是水头和转速不变时，水轮机力矩对导叶开度Y的导数。H、n不变，则n1’不变，用等n1’线上的相邻点计算。 求eqy: eqy是水头和转速不变时，水轮机流量对导叶开度的导数。H、n不变，则n1’不变，用等n1’线上的相邻点计算。 试验数据处理及数学模型 求ex: ex是水头和导叶开度不变时，水轮机力矩对转速的导数。用等开度线上的相邻点来计算。 试验数据处理及数学模型 求eqx: eqx是水头和开度不变时，水轮机流量对转速的导数。用等开度线上的相邻点来计算。 试验数据处理及数学模型 求eh: eh是开度和转速不变时，水轮机力矩对水头的导数。用等开度线上的相邻点来计算。 试验数据处理及数学模型 求eqh: eqh是开度和转速不变时，水轮机流量对水头的导数。用等开度线上的相邻点来计算。 试验数据处理及数学模型 Y、H、n为坐标作水轮机运动工况空间，划分空间网格，并计算该空间所有网格节点上的6个传递系数。 试验数据处理及数学模型 试验数据处理及数学模型 试验数据处理及数学模型 (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 如果从蜗壳朝水库方向计算引水管路的长度L，则：管道 L 断面处的流量为 Q(L,t)，压力为 H(L, t)。 引水系统数学模型 取： 式中： Lr 管路总长度 g 引力系数 a 水波速度 ? 管壁摩擦系数 Hr 设计工作水头 Qr 额定流量 Q0 指定工况点稳定流量 F 管道截面积 引水系统数学模型 则管路中水的动态过程可用下列方程描述： 引水系统数学模型 蜗壳中的流量和压力（即为水轮机的工作流量和压力）分别为： 计算相对值并取Laplace变换： 引水系统数学模型 对于单管单机引水道，考虑弹性水锤，不记沿程摩擦损失，则： 式中：Tr－管道反射时间常数； Tw－水流惯性时间常数。 引水系统数学模型 thx为x双曲正切函数，是双曲正弦函数shx与双曲余弦函数chx的比值： 将shx与chx均展开成级数形式，并近似取前两项得： 引水系统数学模型 忽略引水管中水波反射后近似得： 引水系统数学模型 刚性水锤方程。 发电机数学模型 发电机数学模型: 发电机 + 电网：多台发电机并列运行 一阶模型：机械旋转运动方程 二阶模型：+ 功角与转速的关系方程 三阶模型：+ 励磁系统运动方程 七阶模型：+ d轴和q轴运动方程、 d轴和q轴阻尼绕组运动方程 发电机动态特性：机械旋转运动方程 发电机数学模型 J: 机组转动部分转动惯量 GD2: 转动部分飞轮力矩 ?: 机组转动角速度 Mt(t): 水轮机主动力矩 Mg(t): 负载力矩 发电机数学模型 选参考工作点Mt0，Mg0，进行坐标平移： 对额定工况相对化： 发电机数学模型 发电机机械旋转运动方程： * 水轮机 调节