水泵水轮机反S特性对甩负荷过程压强的影响

基于长龙山抽水蓄能电站输水发电系统,采用两套不同比转速的水泵水轮机全特性曲线,模拟了电站同时甩负荷工况,结合机组工况点的迁移轨迹,总结了水泵水轮机过渡过程的规律性特征。给出了S特性角的定义,可用于评价水泵水轮机特性曲线反S区域对过渡过程的影响,比较了不同反S形特性曲线对过渡过程参数的影响,验证了给出的S特性角,同时也分析了导致过渡过程参数差异的原因。结果表明,甩负荷过渡过程参数极值均发生在机组飞逸点和零流量点附近的区间,该区域特性曲线的S特性角越小,其压强极值工况点越远离反水泵区,对应时刻的流量更大,流量变化率更小,过渡过程中压强极值得到较大改善。     

混流式水泵水轮机小开度S特性区内流特性分析

混流式水泵水轮机普遍存在S特性区,严重影响蓄能机组的安全稳定运行,其产生的内在原因和解决方法是目前研究重点。本文以模型水泵水轮机为研究对象,对小导叶开度下的水轮机及反水泵运行的多个工况进行了整体流道的三维数值计算,探讨小导叶开度下S特性区机组内部的三维流动特性。选取了性能曲线在S形区域的不同运行工况点进行内流特性分析,发现在飞逸附近工况导叶和转轮内主要表现为漩涡流;在制动工况活动导叶和转轮间的无叶区内表现为明显的"水环"状流态,仅有少部分水流能流入转轮;反水泵工况的流动则更加复杂,整个流道中均有大量的漩涡流存在。综合S特性区的三维流动特性发现,当机组运行在小流量制动工况时,无叶区内的回流会堵塞通道,造成转轮不能在更高的转速下维持该小流量状态的运行,表现为在特性曲线飞逸点附近开始发生S形的弯折。     

抽水蓄能机组泵工况分阶段启动及经济运行

在仙游抽蓄电站机组调相转抽水的过程中,由于导叶开启过快,使得电机功率改变量较大,导致电网频率波动较大。对此,本文提出了在泵工况采用导叶分阶段线性启动的解决方法。基于高扬程水泵水轮机模型转轮特性数据,研究了不同导叶开度时机组运行的稳定性;分析了水泵流量、轴功率、效率与扬程和导叶开度的关系,提出了确定泵工况高效经济运行最大导叶开度的方法。通过对水泵和水轮机工况区压力脉动的比较分析,得出水轮机工况的压力脉动比水泵工况相同位置的大得多,所以水泵工况也可以采用导叶开度分阶段开启方式的重要结论。对水泵零流量工况的分析表明,当水泵启动时,采用缓慢开启导叶的方式有利于避免发生较大的零流量压力脉动现象。同时,选择较小的导叶开启目标开度有利于减小零流量压力脉动强度。最后,水力过渡过程计算示例表明,在水泵启动过程每个阶段导叶保持不变的过程中,水压和轴功率波动幅度较小且很快衰减,机组能够稳定运行,发生超过水轮机工况压力脉动的风险微小。由于高水头或高扬程水泵水轮机转轮单位流量和力矩特性及压力脉动具有类似特点,上述结论也可供其它抽蓄电站参考。     

基于弱可压缩的水泵水轮机S区压力脉动分析

高水头水泵水轮机S特性会导致其在水轮机工况并网困难,严重时会引起机组的振动,对电站的安全稳定运行产生不利影响。为了研究水泵水轮机S特性工作区域的压力脉动情况,本文以国内某抽水蓄能电站水泵水轮机为研究对象,对水泵水轮机内部流动进行了全流道定常和非定常数值模拟,并分析了其稳定工况、小转矩工况、小流量工况以及反水泵工况无叶区和尾水管内的压力脉动特性。结果表明:S特性区静压波动比较大;在活动导叶与转轮之间的无叶区,考虑可压缩性的主频均为叶片通过频率,而不考虑可压缩性时,小转矩工况的主频为2倍频;考虑可压缩性的幅值稍大,但无论是否考虑可压缩性,特征幅值都是随着单位流量的减小先增大后减小,同时该区域14fn和21fn等高频压力脉动的幅值较小;尾水管内压力脉动的主频为fn、3fn和4fn,稳定工况的幅值最小,弯肘段和出口段其他工况的幅值为稳定工况的十几倍,与回流涡结构有关。     

某水利枢纽工程水泵水轮机组变频调速方式的选择

某水利枢纽工程的扬程/水头变化范围大,难以完全满足水泵水轮机组性能指标的要求,需要通过变转速方式进行解决。通过采用变频调速技术,实现了水泵水轮机组既能变频抽水,又能变频发电,从而解决了抽水工况扬程变化范围和发电工况水头变化范围大的技术难题。研究方法提高了供水保证率,增加了发电效益。     

基于CFD的高水头水泵水轮机空化性能研究

由于高水头水泵水轮机的运行水头(扬程)和流量变幅大,水流流经转轮叶片时流速高,机组运行工况复杂多变,比常规水轮机更易发生空蚀。因此,进行高水头水泵水轮机空化特性的CFD数值模拟分析。首先对水轮机工况的几个工况点进行数值模拟,并与试验结果进行比较,验证了数值模拟的可靠性。其次分别对水轮机工况和水泵工况进行空化流动计算。计算结果表明,水轮机工况的空化主要发生在叶片和尾水管处;水泵工况的空化主要发生在转轮叶片上,吸力面空化比压力面严重。随着进口压力的不断降低,空化程度也越来越严重。     

水泵水轮机特征参数的非线性统计分析

本文收集了国内27套已投入运行的水泵水轮机全特性资料,根据收集资料计算出在水轮机工作区和水泵工作区高效点的比转速,通过高斯牛顿法求解比转速与工作水头和扬程的统计公式,并绘制了其置信区间。同时,研究了特征点单位参数与比转速的相关关系,并绘制了单位转速的预测区间,提炼了比较有规律的特征,对于水泵水轮机的设计和选型以及全特性曲线的构造具有一定参考价值。     

含导叶不同步装置的水泵水轮机全特性的内特性解析

利用叶片式水力机械内特性解析理论,建立了含导叶不同步装置的水泵水轮机的水轮机区和反水泵区的全特性曲线的数学表达式,得出了求解这两种工况下当量开度的方法。结合水泵水轮机生产厂家所提供的原始模型全特性曲线,对水轮机飞逸工况特征点和水轮机零流量工况特征点给出经验计算公式。含导叶不同步装置机组的理论全特性曲线与实测全特性曲线的对比验证了该理论的工程实用性。     

抽水蓄能机组调速器双微分通道的PID控制算法

抽水蓄能机组在低水头下启动运行时,受水泵水轮机"S"形特性的影响,空载工况下机组的单位转速相对较大,很容易进入反水泵工况区,导致不稳定运行。为了提高低水头下抽水蓄能机组的空载运行稳定性,在现有PID调节器的结构上增加了一个微分通道,研究了采用双微分通道的PID调速器控制算法。仿真计算证明,采用双微分通道进行调节,调速器微分环节在较宽的调节范围内都起作用,有效减小了抽水蓄能机组"S"形特性的影响,提高了机组在低水头空载时的稳定性。     

短叶片低压边对水泵水轮机空化性能的影响

为探究短叶片低压边位置对高水头长短叶片水泵水轮机转轮空化性能的影响,针对其转轮的结构特点,设计具有不同低压边位置的短叶片方案。以低压边在上冠位置直径与转轮喉部直径的比值,从大到小依次命名为方案A、B、C,比值越小低压边位置越靠后。采用Rayleigh-Plesset空化模型对三方案分别进行3个水轮机工况和2个水泵工况的定常数值模拟,对比分析计算工况下各转轮的空化形态及能量特性。结果表明：在水轮机方式,小流量工况下随着短叶片低压边位置后移,转轮空化性能得到改善,而在大、中流量工况下方案B的转轮空化性能最优。在水泵方式,高扬程工况下转轮空化程度随低压边位置后移先减缓后加剧,低扬程工况下方案A的低压边位置最利于改善空化性能。综合考虑水轮机方式和水泵方式,直径比值为0.9487的方案B空化性能较优,效率和扬程相对较高。对后续高水头水泵水轮机转轮水力优化设计具有指导意义。     

绩溪电站机组运行稳定性分析

绩溪抽水蓄能电站是我国自主研发长短叶片技术首次在抽水蓄能机组中应用,受到多方关注。在绩溪电站首台机组调试过程中,多方组织对包含机组振动、摆度、压力脉动等测点的机组稳定性进行了全面测试,采用时域特征值和频谱分析技术对试验数据进行分析,获得了机组在抽水启动、稳定抽水、稳定发电和发电启动带负荷过程等工况下的机组稳定性特征。测试结果表明：稳定工况下,绩溪首台机组振动和摆度混频幅值均在相关规范限定的A区范围内,满足机组稳定运行的需要;相较常规混流式水泵水轮机,采用长短叶片设计转轮设计时,各测点压力脉动频率成分更加复杂;协联抽水情况下,某些测点的主频有随扬程变化而改变。抽水启动和发电带负荷过程,机组稳定性参数能够满足运行需要。     

水泵水轮机不同工况点的稳定性分析

为研究水泵水轮机特性曲线与抽水蓄能机组运行稳定性的关系,本文建立了调速器、引水系统、水轮机、发电机的传递函数,并在此基础上运用经典控制理论进行分析,找出了决定抽水蓄能机组稳定性的综合参数。选取了国内19套实际运行机组的特性曲线,利用多项式拟合的数学方法,拟合了单位流量、单位力矩随开度、单位转速的变化规律表达式;通过拟合的表达式,计算了水轮机的六个传递系数,继而求出了综合参数在工作区内的变化规律,得出了不同水头下,机组特性对系统稳定性的影响,并将求得的传递系数值代入数值仿真计算,验证了结论的正确性。     

活动导叶开度对水泵水轮机泵工况的影响研究

为了解水泵水轮机泵工况活动导叶启闭过程中的性能,参考某抽蓄电站的水泵水轮机建立数值计算模型,对导叶不同开度时的流动特征进行分析。采用SIMPLEC算法和SST k-ω模型详细分析了泵工况不同导叶开启角度下转轮、导叶附近的流场,结合实验数据对各操作工况下的性能进行分析。结果表明,当活动导叶开启角度γ小于18°时,涡的强度大能量损失多,并且出现平面射流,扬程随着γ减小而迅速降低;当γ大于21°时,涡量分布均匀,涡结构产生的能量损失小,同一流量下不同γ的扬程和效率基本保持不变;操作工况下不同γ的扬程均与流量呈线性关系。结论为水泵水轮机的操作工况选择提供依据,也可以指导水泵水轮机的优化设计。     

附加质量对水泵水轮机转轮模态特性的影响

水泵水轮机转轮结构扁平,声学流固耦合作用明显,在工作流道中其固有频率将大幅降低。此外,机组开停机等过程中的水力激励容易引起转轮的共振,因此有必要对转轮进行模态分析,确保转轮的安全稳定。本文采用声学流固耦合方法,考虑转轮外流道流体附加质量,对水泵水轮机转轮的模态进行了分析;改变转轮的直径及高度,研究了转轮径深比对转轮模态的影响。结果表明流体域造成的水体附加质量效应由强到弱依次为上冠腔、下环腔及内流道。此外,转轮径深比减小后,转轮的固有频率升高,同时附加质量效应降低。本文的研究有助于评估机组运行过程中转轮的振动及共振特性,对大型抽水蓄能机组的转轮安全性预判有指导意义。     

李家峡水电站低水头下双排机运行的稳定性试验研究

文章通过对李家峡水电站低水头下双排机运行的稳定性进行试验研究,从机组的振动、摆度、压力脉动等方面分析了在双排机运行方式下,上游、下游侧机组间的相互影响,为机组在低水头下稳定运行提供了一定的指导依据,同时也为今后开发双排机组布置形式电站的设计和推广应用积累了数据和经验。     

基于实时数字仿真器的特高压直流换流单元投退特性分析

借助实时数字仿真器研究了特高压直流工程一极中单换流单元运行时在线投入另一个换流单元，或当一极中双换流单元运行时在线退出其中一个单换流单元的控制策略。研究结果表明：零功率解锁方式及小触发角解锁方式均可行，且零功率解锁方式下触发角约85，而小触发角解锁方式下触发角不得低于70；在线投入一组换流单元时，只要配合得当，整流侧先解锁、逆变侧后解锁和逆变侧先解锁、整流侧后解锁2种方式均可实现目标；从安全可靠、交直流系统扰动小等方面考虑，在线投入一组换流单元时可采用零功率解锁方式、整流侧先解锁，而在线退出一组换流单元时，逆变侧应先进行退出控制，以有利于整组换流单元的退出。     

一种直流微电网多光伏变换器新型功率分配策略

为了解决光伏单元在运行过程中因工作模式切换造成的母线电压波动问题,提出一种新型平滑切换控制策略。根据光伏电池的输出特性曲线,将输出功率对输出电流的微分作为控制变量。通过跟踪不同的dp/di指令值来实现光伏单元最大功率点跟踪模式、恒压下垂模式的控制以及两种模式间的平滑切换。在此基础上,针对多光伏变换器工作在恒压下垂控制时因线路阻抗差异造成功率分配精度较低的问题,提出一种基于二次调节的自适应下垂控制策略。此外,构建相邻光伏单元间的稀疏通信网络,并采用动态一致性算法实现相关平均信息的全局稳定收敛。仿真和实验结果表明,所提控制策略可以实现光伏单元工作模式切换过程平滑过渡和负荷功率的精确分配。     

具有降压单元的磁集成组合Buck变换器的研究

通过对Buck变换器和Buck-Boost变换器中的储能元器件进行分析,从中构造出2种开关电感降压单元,分析了降压单元的工作原理,探讨了降压开关电感结构与升压开关电容结构之间的对偶关系.从二次型Buck变换器中提取前级降压单元,将其与2种降压开关电感单元进行组合,从而提出了一种具有降压单元的新型组合Buck变换器.通过...