Page 119 - 2023年第54卷第6期

针对 “压力管道－ 机组” 子系统提出了耦合振荡域的概念并推导了其解析公式，然后结合特征值分析
法和数值模拟揭示了耦合系统的振荡特性，最后运用频域分析法分析了两个子系统的幅频特性及相互
作用关系，提出了衡量系统稳定性的定量指标，主要结论如下：
（ １）水电站五阶耦合系统存在两种振荡模式，一种为高频振荡模式，主要受 “压力管道 － 机组”
子系统影响；另一种为低频振荡模式，主要受 “引水隧洞－ 调压室” 子系统影响。（２）将 “压力管道－
机组” 子系统稳定的所有调速器参数的集合定义为耦合振荡域。当调速器参数在耦合振荡域外取值
时，水电站系统恒不稳定，且动态响应的发散速度较快，此时水电站系统失稳是由于高频振荡模式失
稳引起的，因此调速器参数在耦合振荡域内取值是整个水电站系统稳定的必要条件。（３）当调速器参
数在耦合振荡域内取值时，耦合系统的稳定性由低频振荡模式决定。将系统低频振荡模式的频率代入
到两个子系统的幅频特性函数之积中，可以得到振荡叠加率，该值反映了系统扰动在闭环系统中增益
值，当振荡叠加率小于 １时，受扰系统趋于稳定。振荡叠加率具有明确的物理意义，为衡量系统的稳
定性能提供了定量、直观的指标。
如今我国水电站呈现出容量大型化、结构复杂化的发展趋势，本文基于单管单机的水力布置型式
开展水电站系统振荡特性及机理的研究，存在一定的局限性，未来将进一步探讨复杂流道布置（如一
管多机、多管多机、上下游双调压室等）水电站振荡特性及运行稳定性。

参 考 文 献：

［ １］ 张振东，唐海华，覃晖，等．风光水互补系统发电效益－ 稳定性多目标优化调度［Ｊ］．水利学报，２０２２，５３
（９）：１０７３ － １０８２．
［ ２］ ＸＵＢ，ＺＨＡＮＧＪ，ＥＧＵＳＱＵＩＺＡＭ，ｅｔａｌ．Ａｒｅｖｉｅｗｏｆｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｓａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒａｈｙｄｒｏ － ｔｕｒｂｉｎｅ
ｇｏｖｅｒｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ＆ ＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅＥｎｅｒｇｙＲｅｖｉｅｗｓ，２０２１，１４４：１１０８８０．
［ ３］ 马安婷，杨建东，杨威嘉，等．总体矩阵法在水电站频率调节稳定性分析中的应用［Ｊ］．水利学报，２０１９，
５０（２）：２６３ － ２７２．
［ ４］ ＲＥＺＧＨＩＡ，ＲＩＡＳＩＡ．Ｔｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｔｒａｎｓｉｅｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｔｗｏｐａｒａｌｌｅｌｐｕｍｐ － ｔｕｒｂｉｎｅｕｎｉｔｓｉｎ
ａｐｕｍｐｅｄ － ｓｔｏｒａｇｅｐｏｗｅｒｐｌａｎｔｗｉｔｈｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ“Ｓ － ｓｈａｐｅｄ”ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｒｅｇｉｏｎ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｒｅｎｅｗ
ａｂｌｅＥｎｅｒｇｙ ，２０１８，１１８：８９６ － ９０８．
［ ５］ 王树人．调压室水力计算理论与方法［Ｍ］．北京：清华大学出版社，１９８３．
［ ６］ ＧＵＯＷ，ＷＡＮＧＢ，ＹＡＮＧＪ，ｅｔａｌ．Ｏｐｔｉｍａｌｃｏｎｔｒｏｌｏｆｗａｔｅｒｌｅｖｅｌｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｓｉｎｓｕｒｇｅｔａｎｋｏｆｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎｗｉｔｈ
ｌｏｎｇｈｅａｄｒａｃｅｔｕｎｎｅｌｕｎｄｅｒｃｏｍｂｉｎｅｄｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｈｅｍａｔｉｃａｌＭｏｄｅｌｌｉｎｇ，２０１７，４７：２６０ － ２７５．
［ ７］ 俞晓东，张健，苗帝，等．尾水岔管在调压室后交汇的水电站小波动稳定分析［Ｊ］．水利学报，２０１４，４５
（４）：４５８ － ４６６．
［ ８］ ＹＡＮＧＷ，ＮＯＲＲＬＵＮＤＰ，ＣＨＵＮＧ Ｃ Ｙ， ｅｔａｌ．Ｅｉｇｅｎ － ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃ － ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ － ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｏｕｐｌｉｎｇ
ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｆｏｒｓｍａｌｌｓｉｇｎａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒｐｌａｎｔ ［Ｊ］．ＲｅｎｅｗａｂｌｅＥｎｅｒｇｙ，２０１８，１１５：１０１４ － １０２５．
［ ９］ ＬＩＵＹ，ＺＨＡＮＧ Ｊ，ＬＩＵ Ｚ，ｅｔａｌ．Ｓｕｒｇｅｗａｖｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｆｏｒｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒｐｌａｎｔｗｉｔｈｕｐｓｔｒｅａｍ ｄｏｕｂｌｅｓｕｒｇｅ
ｔａｎｋｓｃｏｎｎｅｃｔｅｄｉｎｓｅｒｉｅｓｕｎｄｅｒｓｍａｌｌｌｏａｄｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ［Ｊ］．ＲｅｎｅｗａｂｌｅＥｎｅｒｇｙ，２０２２，１８６：６６７ － ６７６．
［１０］ ＹＵＸ，ＺＨＡＮＧＪ，ＦＡＮＣ，ｅｔａｌ．Ｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｇｏｖｅｒｎｏｒ － ｔｕｒｂｉｎｅ － ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍ ｂｙｓｔａｔｅｓｐａｃｅｍｅｔｈｏｄ
ａｎｄｇｒａｐｈｔｈｅｏｒｙ ［Ｊ］．Ｅｎｅｒｇｙ，２０１６，１１４：６１３ － ６２２．
［１１］ ＬＩＵＹ，ＺＨＡＮＧＪ，ＬＩＵＺ，ｅｔａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｙｏｆｈｅａｄｌｏｓｓｏｎｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｆｏｒ
ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒｐｌａｎｔｗｉｔｈ ｓｕｒｇｅ ｔａｎｋ ｄｕｒｉｎｇ ｓｍａｌｌｌｏａｄ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ， ２０２２，
５３：１０５１８２．
［１２］ ＣＨＡＵＤＨＲＹ．ＡｐｐｌｉｅｄＨｙｄｒａｕｌｉｃＴｒａｎｓｉｅｎｔｓ［Ｍ］．Ｂｅｒｌｉｎ：Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，２０１４．
［１３］ 杨开林．电站与泵站中的水力瞬变及调节［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社，２０００．
［１４］ 俞晓东，张健，刘甲春．联合运行水电站水力机械系统小波动稳定性研究［Ｊ］．水利学报，２０１７，４８（２）：
２３４ － ２４０．
［１５］ 郑源，张健．水力机组过渡过程［Ｍ］．北京：北京大学出版社，２００８．

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