水輪機調節系統計算機仿真論文
1.水輪機調節系統仿真模型建立
1.1引水系統
由于水輪機是一個(gè)動(dòng)態(tài)元件，在工作時(shí)，其內部結構的變化和運動(dòng)相對于穩定時(shí)要復雜很多，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在穩定情況下工作時(shí)的綜合特性曲線(xiàn)去確定水輪機流和水輪機力矩特性，但是在水輪機穩定狀態(tài)下的綜合特性曲線(xiàn)不包括尾水管和蝸殼不稱(chēng)定工況時(shí)水流慣性對水輪機特性曲線(xiàn)的影響。在計算水輪機綜合特性曲線(xiàn)時(shí)如果引水管道很長(cháng)，其影響對于整體的綜合特性曲線(xiàn)影響不大，所以可以忽略。反之，則要進(jìn)行一些運算確定其特性曲線(xiàn)而不可忽略。在計算機對水輪機調節系統進(jìn)行仿真建模時(shí)，由于實(shí)際的水力發(fā)電站中線(xiàn)路復雜，所以在建立模型是必須要對整個(gè)水力發(fā)電系統中的所有管道通路進(jìn)行編號，這樣可以有效地避免重復而出現的誤差，也可以提高整體的工作效率。在對于系統管道進(jìn)行編號后，由于整體管道過(guò)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(gè)網(wǎng)格，網(wǎng)格的邊界點(diǎn)作為計算節點(diǎn)，然后在網(wǎng)格內部進(jìn)行仿真，然后進(jìn)行最后統一的計算，建立合理的引水系統。
1.2電液隨動(dòng)系統
現代水輪機調速是由電子調節控制器和電液隨動(dòng)系統兩部分構成。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(dòng)系統基本保持原有體制并在此基礎上進(jìn)行一部分優(yōu)化微調。微調主要分為模擬電調和微處理器電調兩種方法。但是這兩種方法都是采用電液隨動(dòng)系統。電液隨動(dòng)系統作為水輪機調速的執行部分，是其中不可缺少的重要組成部分。但是由于在水輪機調速系統中工作油液量大，流動(dòng)路徑較長(cháng)，并且與大氣和壓縮空氣直接接觸，使得工作油液內的金屬微粒、油泥、纖維等機械雜質(zhì)較多，并且由于酸堿、水分所引起的油質(zhì)劣化十分嚴重，又由于電液隨動(dòng)系統可靠性差，綜合所有因素，電液隨動(dòng)系統油孔容易被堵塞，多次工作后斷線(xiàn)，強度低等缺點(diǎn)。但是通過(guò)電子計算機仿真系統對此進(jìn)行仿真，可以滿(mǎn)足不同情況下的水輪機調節系統，使效果達到最優(yōu)值。
2.水輪機調節系統仿真算法
2.1引水系統仿真算法
在仿真編程時(shí)，引水系統特征線(xiàn)方程與水輪機聯(lián)立作為一個(gè)部分,引水系統采用特征線(xiàn)法求解;水輪機的流盆和力矩可由模型特性曲線(xiàn)上查得。調速器和發(fā)電機等部分的徽分方程作為另一部分,并分為存在大擾動(dòng)和小擾動(dòng)兩種情況考慮。由于存在大擾動(dòng)時(shí)，水輪機參數變化很大，超出其線(xiàn)性范圍，因此小擾動(dòng)模型不適用。為此調速器和發(fā)電機采用差分方程的方式建模,采用特征線(xiàn)原理求解。將上述兩部分交替求梁晨哈爾濱電機廠(chǎng)有限責任公司黑龍江哈爾濱150040解，即為水輪調節系統動(dòng)態(tài)仿真結果。
2.2電液隨動(dòng)系統的傳遞函數
將電液隨動(dòng)系統中的步進(jìn)電機，主接力器作為積分環(huán)節,液壓缸、主配壓閥作為一階慣性環(huán)節。同時(shí)記錄導葉控制信號的限幅,步進(jìn)電機輸出限幅,步進(jìn)電機輸入信號死區以及液壓缸、主配壓閥死區等5個(gè)主要非線(xiàn)性。并且利用連續系統離散化非線(xiàn)性系統數字仿真，即可得電液隨動(dòng)系統傳遞函數。
3.仿真系統具備功能
3.1水輪機特性的計算
在求解非線(xiàn)性方程組時(shí)，如果沒(méi)有水輪機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上延長(cháng)使用，所以在求解非線(xiàn)性方程組時(shí)，必須知道水輪機流量特性和力矩特性的全特性。同時(shí)將水輪機的特性參數用數組的方式在計算機中儲存，需要儲存的參數有：導葉開(kāi)度，機組單位轉速，機組單位流量和機組力矩。但是由于實(shí)際值與計算機所儲存的理想數值存在誤差，所以在實(shí)際計算出的數值與計算機儲存的數值不相等，可以通過(guò)拉格朗日公式或者四點(diǎn)插值方法計算求得與單位流量個(gè)單位力矩所對應的計算值。
3.2仿真系統步長(cháng)計算
由于理想情況下和現實(shí)情況存在誤差，從而導致計算結果不準確，為了減小誤差，使計算結果與實(shí)際情況更加符合，仿真計算時(shí)的步長(cháng)必須取得足夠小，分割的足夠精密。步長(cháng)的確定原則是：仿真系統計算步長(cháng)的時(shí)間必須小于計算機微調調速器的采樣時(shí)間，這樣才能最小的減小誤差，同時(shí)步長(cháng)的計算必須在上述條件下同時(shí)也滿(mǎn)足水擊計算的特征方程曲線(xiàn)。當步長(cháng)計算不能滿(mǎn)足水擊計算特征方程曲線(xiàn)時(shí)，應該在仿真系統中適當的調整波速使得步長(cháng)滿(mǎn)足其條件。
4.水輪調節系統仿真硬件設計
對于水輪機調節系統的仿真，應該從我們的真實(shí)情況出發(fā)，不能在理想情況下進(jìn)行仿真實(shí)驗，否則實(shí)驗結果很難融入到真正的生產(chǎn)使用。在設計仿真系統的同時(shí)應該在實(shí)物中加入輸入輸出模塊，以便系統中參數的輸入。同時(shí)為了方便我們更容易的觀(guān)察水輪機調節系統的實(shí)時(shí)性變化，仿真系統應該具備顯示功能，并且為了方便我們對參數的調節，確定系統的優(yōu)先級別，安裝可控制的顯示屏是最好的選擇。結束語(yǔ)水輪機調節系統作為水電站中最為重要的環(huán)節，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(wèn)題。因此在計算機發(fā)展迅速的今天，很多學(xué)者利用計算機仿真技術(shù)研究。在當前看來(lái)，通過(guò)計算機仿真技術(shù)，分別建立模型，列寫(xiě)算法，并根據不同條件對模型算法進(jìn)行微調，即可得到可靠，準確的結果，大大節省了人力物力，也使其可靠性增加。但隨著(zhù)科技的進(jìn)步，越來(lái)越先進(jìn)，精確的仿真也被提出來(lái)。由此可見(jiàn)，計算機仿真技術(shù)因為具有高效，優(yōu)質(zhì)，經(jīng)濟的特點(diǎn)，被越來(lái)越多的學(xué)者青睞，并且在水電能源理論研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)方面具有很好的前景。
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