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

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

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(shí),其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化和運(yùn)動相對于穩(wěn)定時(shí)要復(fù)雜很多,所以在進(jìn)行水力瞬變的計(jì)算中,工作人員通常采用水輪機(jī)在穩(wěn)定情況下工作時(shí)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(shí)水流慣性對水輪機(jī)特性曲線的影響。在計(jì)算水輪機(jī)綜合特性曲線時(shí)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(jì)算機(jī)對水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模時(shí),由于實(shí)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(shí)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(diǎn)作為計(jì)算節(jié)點(diǎn),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(jì)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(diǎn)。但是通過電子計(jì)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(shí),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(shí),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(shí)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(jì)算

在求解非線性方程組時(shí),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(shí),必須知道水輪機(jī)流量特性和力矩特性的全特性。同時(shí)將水輪機(jī)的特性參數(shù)用數(shù)組的方式在計(jì)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(shí)際值與計(jì)算機(jī)所儲存的理想數(shù)值存在誤差,所以在實(shí)際計(jì)算出的數(shù)值與計(jì)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(diǎn)插值方法計(jì)算求得與單位流量個單位力矩所對應(yīng)的計(jì)算值。

3.2仿真系統(tǒng)步長計(jì)算

由于理想情況下和現(xiàn)實(shí)情況存在誤差,從而導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確,為了減小誤差,使計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況更加符合,仿真計(jì)算時(shí)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(jì)算步長的時(shí)間必須小于計(jì)算機(jī)微調(diào)調(diào)速器的采樣時(shí)間,這樣才能最小的減小誤差,同時(shí)步長的計(jì)算必須在上述條件下同時(shí)也滿足水擊計(jì)算的特征方程曲線。當(dāng)步長計(jì)算不能滿足水擊計(jì)算特征方程曲線時(shí),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(jì)

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(shí)情況出發(fā),不能在理想情況下進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),否則實(shí)驗(yàn)結(jié)果很難融入到真正的生產(chǎn)使用。在設(shè)計(jì)仿真系統(tǒng)的同時(shí)應(yīng)該在實(shí)物中加入輸入輸出模塊,以便系統(tǒng)中參數(shù)的輸入。同時(shí)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(shí)時(shí)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(jì)算機(jī)發(fā)展迅速的今天,很多學(xué)者利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)研究。在當(dāng)前看來,通過計(jì)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(jì)算機(jī)仿真技術(shù)因?yàn)榫哂懈咝?,?yōu)質(zhì),經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn),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