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考虑电网灵活性的火电厂发电机组轴系寿命评估

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摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 考虑电网灵活性的火电机组轴系寿命评估的研究现状

1.2.1 电网灵活性评估的研究现状

1.2.2 考虑电网灵活性的火电机组轴系寿命评估的研究现状

1.3 本文的主要工作

第2章 灵活性的评估与火电机组的扭振疲劳

2.1 火电机组灵活性的评估

2.1.1 灵活性与可再生能源接入电网的关系

2.1.2 灵活性指标

2.1.3 灵活性评价模型

2.1.3 算例仿真分析

2.2 火电机组扭振力学理论与扭振响应计算方法

2.2.1 火电机组轴系扭振力学理论

2.2.2 扭振响应计算方法

2.3 本章小结

第3章 基于ANSYS的轴系扭振疲劳研究

3.1 转子轴系模型及危险轴段的确定

3.1.1 转子轴系模型

3.1.2 危险轴段的确定

3.2 扭振响应

3.3 扭振疲劳损耗的计算

3.3.1 雨流法

3.3.2 局部应力应变法

3.4 算例仿真分析

3.4.1 疲劳损耗与负荷波动的关系

3.4.2 疲劳损耗与波动频繁性的关系

3.5 本章小结

第4章 基于耦合退化模型的轴系扭振疲劳研究

4.1 火电机组轴系扭振动态模型

4.2 火电机组轴系退化模型

4.3 火电机组轴系耦合模型

4.4 火电机组轴系耦合模型的计算

4.5 算例仿真分析

4.5.1 仿真参数

4.5.2 刚度变化对轴系退化的影响

4.5.3 风电对轴系退化的影响

4.6 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

攻读硕士学位期间参与的科研项目

致谢

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摘要

随着全球能源结构的变化,可再生能源大规模接入电网已经势在必行,但考虑到其出力的随机波动性,大规模接入电网将影响电力系统的稳定,这要求电力系统具备更多的灵活性以应对可再生能源接入带来的不确定性。火电机组作为电力系统灵活性的重要来源,在可再生能源大规模接入电网后,需要跟随可再生能源的波动,由承担腰荷的角色向深度调峰的角色转变,由于运行工况的转变,将造成火电机组的疲劳损耗,影响其寿命。 本文研究了电网灵活性与可再生能源接入之间的关系,灵活性是电力系统应对供需两端变化的能力,而可再生能源的随机波动性增加了电力系统供电端的变化,两者关系密切,灵活性可以作为可再生能源接入电网的判断标准,灵活性高的电力系统能够消纳更多的再生能源。针对火电机组的运行特性,本文从爬坡率的角度提出了评价火电机组灵活性的指标。该指标可以评价给定场景下单台火电机组的灵活性,也可以评价整个火电厂的灵活性,通过对比可以分辨出该场景下的灵活性机组和非灵活性机组。通过仿真,计算了该灵活性指标,并通过风电利用率验证了该指标的有效性。 针对可再生能源接入后火电机组的疲劳损耗,本文分别通过有限元分析软件ANSYS 和耦合退化模型的方法进行了研究。在利用 ANSYS 有限元分析中,主要研究了机组自身爬坡与电网要求的调峰范围对扭振疲劳损耗的影响,发现随着爬坡率和调峰范围的增加,火电机组的扭振疲劳损耗呈指数增长。证明了在浅度调峰时,火电机组的扭振疲劳损耗可以忽略;但是在深度调峰时,扭振疲劳损耗将不可以忽略,也说明了可再生能源波动快速的特点是影响火电机组寿命的重要因素。ANSYS 有限元分析法的优点在于建立的模型准确,精度高,适用于瞬态分析,但是如果时间尺度加长,会占用大量的内存。因此,该方法不适合作长期的寿命估计。针对火电机组的寿命问题,本文提出了耦合退化模型的方法,该模型耦合了火电机组轴系扭振的动态模型和以裂纹扩展为基础的轴系退化模型,综合扭振响应、退化估量和刚度变化之间的关系,形成了扭振影响退化,退化造成刚度变化,而刚度的变化进一步加剧轴系扭振的过程。通过该模型可以得到火电机组寿命的退化曲线,评价大规模可再生能源接入电网后火电机组的寿命。

著录项

  • 作者

    林酉阔;

  • 作者单位

    华北电力大学;

    华北电力大学(保定);

  • 授予单位 华北电力大学;华北电力大学(保定);
  • 学科 电气工程
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 赵洪山;
  • 年度 2018
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 TV2;TS9;
  • 关键词

    电网; 灵活性; 电厂发电机组; 轴系;

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