水电站水力发电系统模型及控制

水电站水力发电系统是一个包括水力系统、水轮发电机组、调速系统等子系统组成的复杂非线性大系统，水力发电系统属性及运行规律对保持电网系统的安全稳定发挥着非常重要的作用。因此，开展水力发电系统模型与控制研究，具有重大的现实意义。本项目拟在已有研究基础上，根据水电站水力系统三种不同水工结构形式，建立单压力引水管-水轮发电机、引水涵洞-调压室-压力引水管-水轮发电机组和公共压力引水管-多水轮发电机组系统的刚性水击效应及弹性水击效应下的水电站水力发电系统模型，深入研究三种不同情况下系统模型本质特性对水力发电调节系统及电网稳定性、单区域电网负荷频率控制（LFC）问题、多区域互联电网LFC问题及稳定运行的影响规律，并运用现代鲁棒控制理论、非线性控制理论对水力发电综合调节控制系统开展研究，为水电站大规模更新升级水力发电调节控制系统提供科学依据。

水力发电系统是一个包括水力系统、水轮发电机组、调速系统、励磁系统等子系统组成的复杂非线性大系统。本项目以红水河梯级水电站群为研究对象，根据水电站实际水力发电系统水工结构的不同，综合考虑水力动力学特性，系统地建立了弹性水体、刚性水体进水口-单压力管道-水轮发电机组（无调压室）水力发电系统模型；进水口-引水隧洞-调压室-压力管道-水轮发电机组（有调压室）水力发电系统5阶非线性模型及刚性水体条件下的水力发电系统模型；进水口-引水隧洞-调压室-一管多机水轮发电机组（一管多机）水力发电系统模型，并利用时域分析法和频域分析法对模型进行特性分析。并根据所建立的不同系统模型特点，分别提出了应用尼科尔斯PID设计、H双回路鲁棒控制、多性能指标非线性控制方法等设计方法，从而有针对性地提高了水力发电系统系统控制性能，改善了系统的稳定性。根据红水河梯级水电站群联合调度特点，综合考虑水力发电系统发电用水、环境影响、节能等多方面要求，建立了红水河梯级水电站群水火电力系统多目标节能调度模型，提出利用仿电磁学算法和数据包络分析融合的多目标优化问题求解方法，为决策者提供利用优化目标和数据包络分析的DEA值双重准则来选取决策方案的方法。这些研究成果的取得，为系统分析红水河梯级水电站群不同水力发电系统模型对电网安全稳定运行、跨区域电网调度控制改进及水火电综合利用策略提供了理论分析基础。