水力机组暂态稳定的参数关联机制及控制策略研究

水力机组在运行中出现的问题，多数与暂态调节有关。随着大批大型水力机组投入运行，为改善水力机组运行稳定性和电网运行安全，迫切需要对水力机组运行控制的动力学机理进行研究，以支撑工程技术的开发和应用。 主要研究内容包括：基于水力机组广义哈密顿模型研究机组暂态过程中参数关联性及其对机组暂态稳定性的影响；提取机组主要参数的振荡特征，获得机组主要参数与输出振荡特性之间的关联性；研究不同工况下影响水力机组暂态运行稳定性的主导因素和参数关联；改进基于广义哈密顿结构修正的控制策略设计理论，基于机组内部结构关联机制研究调速和励磁的协同控制策略。 围绕研究内容展开项目研究，取得的主要成果如下： 1. 进一步完善水力机组模型，建立了多种形式的水力系统及水轮机微分方程模型和广义哈密顿模型、水力机组轴系振动哈密顿模型、水电站局部多机发电机五阶广义哈密顿模型，以及AVR和PSS的扩展哈密顿建模等。将水力机组及其系统纳入统一的广义哈密顿系统理论框架下，为系统地研究水力机组及其系统参数关联的动力学机理奠定理论基础。 2. 基于水力机组广义哈密顿模型，通过哈密顿结构和阻尼矩阵元素对主要输出参数的敏感性分析，研究机组结构参数关联性及其对机组暂态稳定性的影响。初步形成理论分析和数值计算两种方法。应用上述两种方法，研究水力机组哈密顿系统结构和阻尼矩阵元素对系统输出动态影响的，寻找影响系统暂态特性的主导因素。 3. 建立水力机组整机运行模拟平台，提高仿真计算数据的可信度。仿真研究水力机组输出参数振荡特征与机组工况和扰动强度、扰动幅度之间联系。建立了基于经典振动力学的振荡特征提取和基于约束矩阵的多级振荡特征提取两种方法。 4. 广义哈密顿结构元素敏感性分析结合机组主要输出参数的振荡特征分析，研究获取不同工况下影响水力机组暂态运行稳定性的主导因素，已取得部分成果。 5. 采用结构分解和等效控制结构分析，提出一种结构修正的控制律设计的直接计算方法，解决了广义哈密顿系统结构修正控制设计理论应用于三阶以上高阶系统的关键技术难题；应用L2干扰抑制理论研究水力机组哈密顿系统抗干扰控制设计，揭示水力机组系统抗干扰和自适应控制的核心本质。 通过本项目研究，揭示水力机组参数关联及其运行控制的动力学机理，建立相关的分析计算理论和方法，丰富和发展了水力机组运行控制理论。 2100433B

为了改善大型机组暂态稳定性，将水力机组及其互联系统纳入广义哈密顿系统框架下，采用狄拉克结构和非线性稳定核分解等方法，研究暂态调节中机组参数关联机制及其对系统动态影响的分析理论和方法，揭示水力机组运行控制的动力学机制。利用实验室真机，测试各种工况和暂态过程中的参数振荡数据，应用Prony和小波分析方法，提取机组主要参数的多级振荡特征，建立基于实测数据提取机组参数振荡关联性的理论和方法。结合机组暂态中参数关联的理论分析和实际参数振荡特征，研究影响水力机组暂态稳定性的主导因素。发展和改进基于互联结构修正的哈密顿控制策略设计理论，提出一种高阶哈密顿系统控制律的直接求解方法。依据暂态过程中机组参数关联机制及其对系统动态的影响，修改机组哈密顿模型中结构和阻尼矩阵关联因子，设计调速和励磁的协同控制策略，结合仿真分析，从系统结构关联的角度研究改善机组暂态稳定性的措施，提出结构修正的原则和控制设计方法。

暂态稳定计算在电力系统规划和运行分析中占有重要位置。它不仅为规划系统的电源布局、网络接线、无功补偿和保护配置的合理性提供电力系统暂态稳定性的校核，为制定电力系统运行规程提供可靠的依据，而且可用于研究各种提高暂态稳定的措施并为继电保护和自动装置参数整定提供依据 。

暂态稳定计算的主要工具是计算机。大型电力系统暂态稳定分析计算机软件包，可用于计算具有几千条母线和几百台机组的大型电力系统，有多种数学模型和计算方法可供用户选择，有的程序还可由用户自己定义所需要的新模型，为暂态稳定计算提供了有力的手段 。