水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)計算機(jī)仿真論文

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1.水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)仿真模型建立

1.1引水系統(tǒng)

由于水輪機(jī)是一個動態(tài)元件，在工作時，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化和運(yùn)動相對于穩(wěn)定時要復(fù)雜很多，所以在進(jìn)行水力瞬變的計算中，工作人員通常采用水輪機(jī)在穩(wěn)定情況下工作時的綜合特性曲線去確定水輪機(jī)流和水輪機(jī)力矩特性，但是在水輪機(jī)穩(wěn)定狀態(tài)下的綜合特性曲線不包括尾水管和蝸殼不稱定工況時水流慣性對水輪機(jī)特性曲線的影響。在計算水輪機(jī)綜合特性曲線時如果引水管道很長，其影響對于整體的綜合特性曲線影響不大，所以可以忽略。反之，則要進(jìn)行一些運(yùn)算確定其特性曲線而不可忽略。在計算機(jī)對水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模時，由于實際的水力發(fā)電站中線路復(fù)雜，所以在建立模型是必須要對整個水力發(fā)電系統(tǒng)中的所有管道通路進(jìn)行編號，這樣可以有效地避免重復(fù)而出現(xiàn)的誤差，也可以提高整體的工作效率。在對于系統(tǒng)管道進(jìn)行編號后，由于整體管道過多，同時建立其仿真模型非常麻煩，工作人員通常需要把管道分成若干個網(wǎng)格，網(wǎng)格的邊界點作為計算節(jié)點，然后在網(wǎng)格內(nèi)部進(jìn)行仿真，然后進(jìn)行最后統(tǒng)一的計算，建立合理的引水系統(tǒng)。

1.2電液隨動系統(tǒng)

現(xiàn)代水輪機(jī)調(diào)速是由電子調(diào)節(jié)控制器和電液隨動系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。對于前一部分我國研究的比較深入，技術(shù)比較成熟。但對于電液隨動系統(tǒng)基本保持原有體制并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行一部分優(yōu)化微調(diào)。微調(diào)主要分為模擬電調(diào)和微處理器電調(diào)兩種方法。但是這兩種方法都是采用電液隨動系統(tǒng)。電液隨動系統(tǒng)作為水輪機(jī)調(diào)速的執(zhí)行部分，是其中不可缺少的重要組成部分。但是由于在水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中工作油液量大，流動路徑較長，并且與大氣和壓縮空氣直接接觸，使得工作油液內(nèi)的金屬微粒、油泥、纖維等機(jī)械雜質(zhì)較多，并且由于酸堿、水分所引起的油質(zhì)劣化十分嚴(yán)重，又由于電液隨動系統(tǒng)可靠性差，綜合所有因素，電液隨動系統(tǒng)油孔容易被堵塞，多次工作后斷線，強(qiáng)度低等缺點。但是通過電子計算機(jī)仿真系統(tǒng)對此進(jìn)行仿真，可以滿足不同情況下的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使效果達(dá)到最優(yōu)值。

2.水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)仿真算法

2.1引水系統(tǒng)仿真算法

在仿真編程時，引水系統(tǒng)特征線方程與水輪機(jī)聯(lián)立作為一個部分,引水系統(tǒng)采用特征線法求解;水輪機(jī)的流盆和力矩可由模型特性曲線上查得。調(diào)速器和發(fā)電機(jī)等部分的徽分方程作為另一部分,并分為存在大擾動和小擾動兩種情況考慮。由于存在大擾動時，水輪機(jī)參數(shù)變化很大，超出其線性范圍，因此小擾動模型不適用。為此調(diào)速器和發(fā)電機(jī)采用差分方程的方式建模,采用特征線原理求解。將上述兩部分交替求梁晨哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司黑龍江哈爾濱150040解，即為水輪調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)仿真結(jié)果。

2.2電液隨動系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

將電液隨動系統(tǒng)中的步進(jìn)電機(jī)，主接力器作為積分環(huán)節(jié),液壓缸、主配壓閥作為一階慣性環(huán)節(jié)。同時記錄導(dǎo)葉控制信號的限幅,步進(jìn)電機(jī)輸出限幅,步進(jìn)電機(jī)輸入信號死區(qū)以及液壓缸、主配壓閥死區(qū)等5個主要非線性。并且利用連續(xù)系統(tǒng)離散化非線性系統(tǒng)數(shù)字仿真，即可得電液隨動系統(tǒng)傳遞函數(shù)。

3.仿真系統(tǒng)具備功能

3.1水輪機(jī)特性的計算

在求解非線性方程組時，如果沒有水輪機(jī)流量特性和力矩特性的全特性，就只能在模型綜合特性與逸速特性的基礎(chǔ)上延長使用，所以在求解非線性方程組時，必須知道水輪機(jī)流量特性和力矩特性的全特性。同時將水輪機(jī)的特性參數(shù)用數(shù)組的方式在計算機(jī)中儲存，需要儲存的參數(shù)有：導(dǎo)葉開度，機(jī)組單位轉(zhuǎn)速，機(jī)組單位流量和機(jī)組力矩。但是由于實際值與計算機(jī)所儲存的理想數(shù)值存在誤差，所以在實際計算出的數(shù)值與計算機(jī)儲存的數(shù)值不相等，可以通過拉格朗日公式或者四點插值方法計算求得與單位流量個單位力矩所對應(yīng)的計算值。

3.2仿真系統(tǒng)步長計算

由于理想情況下和現(xiàn)實情況存在誤差，從而導(dǎo)致計算結(jié)果不準(zhǔn)確，為了減小誤差，使計算結(jié)果與實際情況更加符合，仿真計算時的步長必須取得足夠小，分割的足夠精密。步長的確定原則是：仿真系統(tǒng)計算步長的時間必須小于計算機(jī)微調(diào)調(diào)速器的采樣時間，這樣才能最小的減小誤差，同時步長的計算必須在上述條件下同時也滿足水擊計算的特征方程曲線。當(dāng)步長計算不能滿足水擊計算特征方程曲線時，應(yīng)該在仿真系統(tǒng)中適當(dāng)?shù)恼{(diào)整波速使得步長滿足其條件。

4.水輪調(diào)節(jié)系統(tǒng)仿真硬件設(shè)計

對于水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的仿真，應(yīng)該從我們的真實情況出發(fā)，不能在理想情況下進(jìn)行仿真實驗，否則實驗結(jié)果很難融入到真正的生產(chǎn)使用。在設(shè)計仿真系統(tǒng)的同時應(yīng)該在實物中加入輸入輸出模塊，以便系統(tǒng)中參數(shù)的輸入。同時為了方便我們更容易的觀察水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的實時性變化，仿真系統(tǒng)應(yīng)該具備顯示功能，并且為了方便我們對參數(shù)的調(diào)節(jié)，確定系統(tǒng)的優(yōu)先級別，安裝可控制的顯示屏是最好的選擇。結(jié)束語水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)作為水電站中最為重要的環(huán)節(jié)，其控制性能和可靠性一直是人們十分關(guān)注并希望優(yōu)化的問題。因此在計算機(jī)發(fā)展迅速的今天，很多學(xué)者利用計算機(jī)仿真技術(shù)研究。在當(dāng)前看來，通過計算機(jī)仿真技術(shù)，分別建立模型，列寫算法，并根據(jù)不同條件對模型算法進(jìn)行微調(diào)，即可得到可靠，準(zhǔn)確的結(jié)果，大大節(jié)省了人力物力，也使其可靠性增加。但隨著科技的進(jìn)步，越來越先進(jìn)，精確的仿真也被提出來。由此可見，計算機(jī)仿真技術(shù)因為具有高效，優(yōu)質(zhì)，經(jīng)濟(jì)的特點，被越來越多的學(xué)者青睞，并且在水電能源理論研究和技術(shù)開發(fā)方面具有很好的前景。

作者：梁晨 單位：哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司