复杂管系水轮机调节系统非线性建模与分析.pdfVIP

２０１２年７月 第３０卷　第４期 　 Ｊｕｌｙ２０１２ Ｖｏｌ．３０　 Ｎｏ．４ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４－８５３０．２０１２．０４．０１１ 复杂管系水轮机调节系统非线性建模与分析 把多铎，袁璞，陈帝伊，丁聪 （西北农林科技大学水利水电科学研究院，陕西 杨凌７１２１００） 摘要：为了深入揭示水轮机调节系统的非线性本质，研究了非线性水轮机调节系统的建模及动 力学问题．在引水系统为复杂管道情况下，考虑水轮机调节系统中传递系数随运行工况变化而 呈现的非线性，引入水轮机非线性传递系数，建立了复杂引水管系时的水轮机调节系统非线性 数学模型．使用直接代数判据进行理论分析，得到了系统Ｈｏｐｆ分支临界点组成的曲线．理论分析 表明：水轮机调节系统响应在曲线的一侧区域内是稳定的，在另一侧是不稳定的．通过数值模 拟，分析了Ｈｏｐｆ分叉点两侧水轮机调节系统稳定性的变化情况，验证了理论分析结果的正确性， 得到了使水轮机调节系统处在稳定区域内的调速器ＰＩＤ参数的范围．通过分岔图、Ｐｏｉｎｃａｒｅ映射 图、功率谱图、时域图、相轨迹图、频谱图等，综合分析了随水轮机调节系统参数变化时，系统非 线性动力学行为特性．该分析方法与结果，可为水电站系统的安全稳定运行提供理论依据． 关键词：水轮机；调节系统；非线性分析；复杂管系；分岔 中图分类号：Ｓ２７７９；ＴＶ７３４　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７４－８５３０（２０１２）０４－０４２８－０８ Ｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｎｏｎｌｉｎｅａｒｈｙｄｒｏｔｕｒｂｉｎｅ ｇｏｖｅｒｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｃｏｍｐｌｅｘｐｅｎｓｔｏｃｋｓ ＢａＤｕｏｄｕｏ，ＹｕａｎＰｕ，ＣｈｅｎＤｉｙｉ，ＤｉｎｇＣｏｎｇ （ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＡ＆ＦＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙａｎｇｌｉｎｇ，Ｓｈａａｎｘｉ７１２１００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｏｎｌｉｎｅａｒｍｏｄｅｌｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｆｏｒａｈｙｄｒｏｔｕｒｂｉｎｅｓｐｅｅｄｇｏｖｅｒｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｃｏｍｐｌｅｘ ｐｅｎｓｔｏｃｋｓｔｏｓｔｕｄｙｎｏｎｌｉｎｅａｒｂｅｈａｖｉｏｒｓｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ．ＡｒｅｓｐｏｎｓｅｃｕｒｖｅｗｉｔｈｃｒｉｔｉｃａｌｐｏｉｎｔｓｏｆＨｏｐｆＢｉ ｆｕｒｃａｔｉｏｎｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｒｏｕｇｈａｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓ．Ｉｔｗａｓｓｈｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｓｔａｂｌｅｏｎｏｎｅｓｉｄｅ ｏｆｔｈｅｃｕｒｖｅｂｕｔｕｎｓｔａｂｌｅｏｎｔｈｅｏｔｈｅｒｓｉｄｅ．Ｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｏｎｂｏｔｈｓｉｄｅｓｏｆ ｔｈｅＨｏｐｆｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｂｙｍｅａｎｓｏｆｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｓｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｎｏｔｏｎｌｙｊｕｓｔｉｆｉｅｄｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｂｕｔａｌｓｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄａｐｒｏｐｅｒｒａｎｇｅｏｆＰＩＤｐａｒａｍｅｔｅｒｓｆｏｒａｓｔａｂｌｅｇｏｖｅｒｎｏｒ．Ｔｈｅ ｎｏｎｌｉｎｅａｒｄｙｎａｍｉｃｂｅｈａｖｉｏｒｓｏｆｔｈｅｇｏｖｅｒｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗｅｒｅｃｌａｒｉｆｉｅｄｂｙｕｓｉｎｇｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎｄｉａｇｒａｍ，Ｐｏｉｎ ｃａｒｅｍａｐ，ｐｏｗｅｒｓｐｅｃｔｒｕｍｄｉａｇｒａｍ，ｔｉｍｅｄｏｍａｉｎｄｉａｇｒａｍ，ｐｈａｓｅｏｒｂｉｔｓｄｉａｇｒａｍａｎｄａｓｐｅｃｔｒｕｍｄｉａ ｇｒａｍ．Ｔｈｅｓｅａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｒｅ