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水 利 学 报

２０２３年 ５月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５４卷 第 ５期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２３）０５ － ０６２１ － １２

基于特征值分析法的含双调压室抽水蓄能电站小波动稳定分析

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龚 涛 ，张 健 ，龚奕斌 ，陈 胜 ，刘 熠 １
（１．河海大学 水利水电学院，江苏 南京 ２１００９８；２．昆山琨澄排水工程有限公司，江苏 苏州 ２１５３００）
摘要：为研究含上、下游双调压室的抽水蓄能电站输水发电系统小波动稳定性，基于状态空间法推导了系统稳定
分析的状态矩阵方程，运用相关因子分析法确定了系统的特征值与状态变量的对应关系，结合状态矩阵特征值研
究了系统小波动振荡特性。结果表明：状态矩阵特征值存在 ４对共轭复根，表明系统存在 ４个振荡环节，共轭复
根实部反映了振荡环节的衰减趋势，虚部反映了系统振荡环节的振荡角频率；上、下游调压室内水位波动共同引
起机组转速尾波低频振荡，增大两调压室面积可以降低转速尾波振荡角频率，增加尾波振荡衰减指数，有利于系
统低频振荡稳定性；系统小波动振荡稳定性与调速器参数密切相关，较小调速器参数组合导致导叶开度变化和压
力管道流量变化之间产生相位差，在调节过程中不断放大，系统振荡失稳，增大调速器参数可以增大机组转速主
波振荡衰减指数，降低主波振荡角频率，提高系统高频振荡稳定性。
关键词：抽水蓄能电站；上、下游双调压室；小波动；特征值；系统稳定性
文献标识码：Ａ
中图分类号：ＴＶ７３２．５ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２２０９５２

１ 研究背景

随着能源结构调整，风、光等多种间歇性可再生能源大规模接入电网，电网稳定运行面临着严峻
挑战 ［１ － ２］ 。抽水蓄能电站在电网中起到调峰填谷调相等作用，同时能够提升电网对可再生能源发电的
消纳能力，其动态调节过程对电网稳定和供电品质至关重要 ［３ － ４］ 。但为适应电网负荷变化，抽水蓄能
电站工况转换频繁，在发生小波动过渡过程时，机组转速、管道压力和调压室水位等产生波动，各调
节子系统之间相互影响，导致了系统呈现出多频振荡的特性，如果在调节过程中控制不当，易导致系
统运行失稳，反过来威胁电网的安全运行 ［５］ 。近些年来，由于电站运行失稳而导致的电网事故时有发
生，例如在云南电网、藏中电网、锦苏直流系统等中出现的超低频振荡现象导致了电网频率波动和停
电事故的发生 ［６］ 。因此，为保证电网安全稳定运行，研究抽水蓄能电站小波动下系统多频振荡的稳定
性以及不同频率振荡模式下的主导调节环节，明确多频振荡特性的影响因素就显得尤为必要。
关于水电站小波动稳定分析采用的方法主要有状态空间法和传递函数法 ［７］ ，两者均是利用系统特
征方程的特征值来判断系统稳定性，同时可通过系统特征值研究小波动下系统的振荡特性。目前基于
系统特征值的小波动振荡特性研究取得了许多成果，刘熠等 ［８］ 通过求解含上游串联双调压室的水电站
小波动数学模型的特征值得出机组转速存在多频振荡的特性；侯亮宇等 ［９］ 从系统稳定域角度出发，探
讨不同余量域下水电机组低频振荡衰减特性，得到了系统特征方程主导极点与振荡衰减系数的关系
式；Ｙａｎｇ等 ［１０］ 通过对系统特征值的分析来表示系统不同振荡环节下的振荡频率和衰减指数；叶伟
等 ［１１］ 利用系统闭环极点中的一对复数特征值来表达系统阻尼特性，研究了水轮发电机组低频振荡机理

收稿日期：２０２２ － １１ － ２０；网络首发日期：２０２３ － ０５ － １５
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２３０５１２．１４２８．００２．ｈｔｍｌ
基金项目：国家自然科学基金项目（５１８７９０８７，５１８３９００８）
作者简介：龚涛（ １９９８ － ），硕士生，主要从事水电站及泵站水力过渡过程研究。Ｅ － ｍａｉｌ：１２４０７０９４９８＠ｑｑ．ｃｏｍ
通讯作者：陈胜（１９８７ － ），博士，副教授，主要从事水电站及泵站水力学研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｓｈｅｎｇ＠ｈｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ

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