可变速抽蓄机组运行转速对甩负荷过渡过程的影响

为了分析可变速抽水蓄能机组初始运行转速对甩负荷过渡过程调节保证参数的影响,针对可变速抽水蓄能机组的运行特点,基于一维瞬变流理论特征线法,建立了可变速抽水蓄能电站初始运行转速计算及过渡过程仿真模型,结合工程算例,分析了不同水头运行条件下机组运行转速对发电效率的影响,研究了可变速抽水蓄能机组起始运行转速变化对事故甩负荷工况水锤升压和转速上升率的影响,并解释了其原因.结果表明:可变速抽水蓄能机组在高水头和额定水头下额定出力运行时,随着初始运行转速的减小,事故甩负荷后转速最大上升率增大,水锤升压增大.其原因在于可变速抽水蓄能机组初始转速的改变造成甩负荷过程中力矩和流量变化率发生变化.研究成果可为类似工程的运行转速选取和甩负荷过渡过程调保参数优化提供参考.     

灯泡贯流式水轮机甩负荷过渡过程仿真分析

我国较多的中小水电站都采用了灯泡贯流式机组的型式，这类机组具有水流惯性时间常数大、机组惯性时间常数小以及导桨叶双调节的特点，甩负荷过程中导桨叶处于非协联状态，特性更复杂，控制难度更大。特别是对于很多中小水电机组，汛期常因雷击造成机组甩负荷，需要较快的稳定带厂用电运行，给甩负荷过渡过程的控制提出了更高要求。建立了灯泡贯流式水轮机甩负荷过渡过程非线性模型，采用定桨特性曲线模拟水轮机特性，采用特征线法求解有压非恒定流方程，引入了调速器方程，实现了对甩负荷过渡过程的精确仿真。对实际灯泡贯流式机组甩负荷过渡过程进行了仿真计算：最大水头下机组最大转速上升值大于额定水头下机组最大转速上升值；最大水头下导叶前压力最大值大于额定水头下导叶前压力最大值；额定水头下尾水管进口最小压力值小于最大水头下尾水管进口最小压力值；额定水头下机组转速控制的超调量更大；各工况下在甩负荷初始阶段均出现明显的负水锤特征；甩75%额定负荷下机组转速最大值大于甩100%额定负荷下的值；甩75%额定负荷下导叶前最大压力值与甩100%额定负荷下的接近；甩100%额定负荷下尾水管进口最小压力值最小。通过本文的研究表明：对于灯泡贯流式水...     

导叶关闭规律对抽水蓄能电站过渡过程的影响

为了研究机组导叶关闭规律对抽水蓄能电站过渡过程的影响,现以国内某抽水蓄能电站为例,对比分析了延时直线关闭规律较传统的直线关闭和折线关闭规律的优点,并对延时时间Tm和总有效时间Ts进行了大波动过渡过程分析。研究表明:延时直线关闭规律在降低蜗壳压力上升方面效果更加显著,并且该方法只有两个控制因素,易于优化处理。最后为该抽水蓄能电站提出了较优的导叶关闭方案。     

抽水蓄能电站甩负荷主进水阀动水关闭过程内部流场仿真

为探究抽水蓄能电站机组甩负荷时主进水阀在导叶拒动和导叶协同关闭两种情况下的内部三维瞬变流动过程与特性。对某抽水蓄能电站主进水阀建立三维仿真模型,确定了流场仿真的边界条件,选用Realizable k-ε湍流模型,模拟了两种关阀方式下主进水阀内部三维瞬变流动过程,计算得到阀前压力变化曲线并与一维数值仿真计算结果进行了对比,分析了两种关阀方式下的内部流场演化过程。结果表明:甩负荷过渡过程中,两种关阀方式下主进水阀内部三维瞬变流动过程的CFD仿真结果具有较高的精度;主进水阀关闭过程中其内部流场复杂,形成的涡流会改变内部流向,造成压力损失;在阀腔处有较大的压力变化,为机组安全运行带来隐患;两种关阀方式下阀腔中的压力最大值均出现在枢轴处,且协联关闭方式下的压力最大值相对较小。     

机组导叶关闭规律对相继甩工况的影响

针对“一洞两机”布置型式的抽水蓄能电站,基于瞬变流理论和特征线法,采用多种关闭规律对实际工程进行数值模拟;分析不同关闭规律对相继甩负荷工况时尾水进口最小压力产生影响的内在机理,得到针对尾水进口最小压力的最优关闭规律求解方法.结果表明不同关闭规律可决定尾水进口最小压力出现在先甩机组还是后甩机组工况.采取适当的先慢后快关闭规律可以使得2台机组在各自最不利时刻点的尾水进口最小压力近似相等,并优于其他关闭规律.求解该关闭规律步骤：初步选择一种两段折线关闭规律,若后甩机组尾水进口最小压力小于先甩机组的,则应将关闭规律做调整：将第1段折线斜率改小,将第2段折线斜率改大;若后甩机组尾水进口最小压力大于先甩机组的,则反之,直至2台机组尾水进口最小压力近似相等为止.     

多能互补发电系统的抽水蓄能机组启动过程

在以抽水蓄能为蓄能装置的多能互补发电系统中,抽水蓄能机组采用可逆式水泵水轮机机组.研究了机组在水轮机工况下和水泵工况下的启动过程特性对多能互补发电系统运行性能的影响,根据抽水蓄能过渡过程特性及可逆式水泵水轮机机组性能,建立了多能互补发电系统中抽水蓄能启动过程的数学模型.在水轮机工况下,其启动过程分为3个状态(0状态、空载状态、启动结束状态)、2个时段(从0状态到空载状态、从空载状态到启动结束状态);在水泵工况下,以关死功率为界限,分析了机组特性.由分析可知:抽水蓄能机组在水轮机工况下的空载开度及其所对应的流量可根据其飞逸特性曲线或水头特性曲线求取.在水泵工况下,当净负荷小于关死功率时机组不运行;当机组启动结束时,无论在何种工况下,如果净负荷值大于或等于额定功率,则机组均运行在额定工况下;如果净负荷值小于额定功率,则机组输出功率为净负荷值.     

轴流转桨式水轮机协联关闭规律选择及优化分析

合理的水轮机关闭规律对控制水电站水力过渡过程调保参数非常关键,由于桨叶-导叶双调节的存在,轴流转桨式水轮机的关闭规律的选择和优化较为复杂。基于对轴流转桨式机组协联飞逸曲线的特性分析,提出了一种新型导叶桨叶协联关闭规律:机组发生甩负荷时,导叶一段直线或折线关闭,桨叶一段直线开启,结合数值仿真计算分析,验证了该关闭规律能够显著降低蜗壳末端最大压力,而机组转速最大上升率略有升高。为了进一步优化所得协联关闭规律,建立了以蜗壳末端最大压力和机组转速最大上升率为控制指标的导叶关闭规律非线性优化模型,基于确定的桨叶开启动作方式,采用模拟退火智能算法优化导叶两段折线关闭规律,得到了能够满足调节保证计算要求的水轮机导叶桨叶协联关闭规律,且各指标的安全裕量分配较为合理。相关结论可为轴流转桨式水轮机的关闭规律选取和优化提供参考。     

基于ANN的抽水蓄能电站建模与过渡过程优化

对大型带长引水管道的抽水蓄能电站机组调节系统进行了建模与过渡过程调节参数优化的研究.依据某抽水蓄能电站的具体参数,利用Matlab/Simulink对其机组调节系统建模,其中长引水管道系统采用弹性水击模型以较准确地反映较长压力管道内的水力振动特性,然后利用BP和RBF神经网络训练水泵水轮机特性参数,以获取较精确的水轮机模型,从而避免用插值法处理密集、交叉现象严重的水泵水轮机“S”特性曲线带来的误差.基于所建立的仿真模型,引入改进正交试验法对其空载频率扰动、负荷扰动及甩负荷过渡过程进行调节参数优化.结果表明,所建立的调节系统仿真模型可以在一定程度上反映机组的实际特性,并且改进正交试验法在机组调节系统过渡过程仿真试验参数优化中取得了很好的效果.本研究对大型抽水蓄能机组调节系统建模仿真具有一定的指导意义,为实际运行中机组过渡过程优化控制提供了理论依据和技术参考.     

基于正交设计的灯泡贯流式机组关闭规律优化

建立以转速升高、导叶前水压力以及轴向水推力组成的过渡过程目标函数,选取了相应的权重系数.采用适于多因素、多水平的正交设计计算法进行机组关闭规律寻优.给定导叶第一段关闭时间,以第二段关闭时间、分段点开度和桨叶关闭时间为因子,每个因子取4水平进行正交设计计算.研究表明:最佳导叶、桨叶关闭规律下,转速升高、导叶前水压力、轴向水推力以及尾水管进口压力等过渡过程品质较优化前有明显的改善.桨叶缓慢关闭能减小引水管中水击压力以及尾水管进口的真空度,可显著降低机组转速升高及轴向反推力.通过正交设计计算法可以寻求较佳的关闭规律,使灯泡贯流式机组在甩负荷时获得较好的过渡过程,对保障电站安全稳定运行具有指导意义.     

超长引水隧洞上下游双调压室电站水力过渡过程计算研究

为研究长引水隧洞水电站的运行稳定性,结合巴基斯坦Neelum Jhelum水电站,建立了封闭管道不定常流动模型,给出了水轮发电机组以及阻抗式调压井的边界条件,优化了机组导叶关闭和启动规律,根据优化结果,进行了过渡过程计算分析,计算表明:选定的机组参数和导叶关闭规律既能满足引水系统在极端工况下甩负荷的要求,也能满足机组负荷调整时转速的稳定性要求,还能满足机组并网后负荷变化时对稳定性的要求,为电站引水系统的设计提供了参考依据,也为电站后期经济、安全优化运行提供了理论依据。     

抽水蓄能电站机组转动惯量GD~2敏感性分析

机组转动惯量GD2的不同取值对调节保证参数的影响较大。以某抽水蓄能电站为例,通过水力过渡过程仿真计算,对该水电站机组导叶关闭规律进行了优化处理,在最优导叶关闭规律的基础上研究不同机组GD2取值对机组最大转速上升率、蜗壳进口最大内水压力和尾水管进口最小内水压力的影响,得到了机组GD2与机组最大转速上升率、蜗壳进口最大内水压力和尾水管进口最小内水压力之间的关系,并进一步验证了该水电站机组GD2初步设计值的合理性。     

尾水调压室位置对抽水蓄能电站过渡过程的影响

尾水调压室位置的选择与优化是电站设计中影响调节保证计算的重要因素。基于特征线法针对调压室不同的位置分别建立了某抽水蓄能电站的输水系统和水轮机调节系统的水力-机械数值仿真模型,对由于位置变化带来的机组过渡过程进行敏感性分析。仿真结果表明:当尾水调压室位于岔管之前时,由于布置位置更靠近机组且每条支管都直接与调压室相连,对于相继甩负荷工况下尾水管真空度有较为明显的改善作用;不同大小的阻抗孔面积对于过渡过程计算也有相应的影响。通过调压室位置选择为机组过渡过程中尾水管真空度优化提供了研究思路和依据。     

基于VMD的甩负荷试验尾水管压力分析及预测

目前应用于工程的抽水蓄能电站一维过渡过程计算做了近似处理,忽略了机组在过渡过程伴随的脉动压力。基于VMD算法分解现场甩负荷试验数据提取信号中的脉动项,结合一维计算对尾水管进口总压力进行了预测。结果表明:VMD算法分解出的尾水管进口压力趋势项表现为频率为零的水锤波动;脉动项集中在低频段,脉动幅值呈现与转速变化相近的趋势;结合脉动项的尾水管进口总压力预测比一维仿真预测更接近实测结果,为现场甩负荷试验分析预测提供参考依据。     

抽水蓄能机组水泵断电工况多目标优化调节

抽水蓄能机组在抽水工况遭遇断电时的水力瞬变过程对压力引水管道和电站安全稳定运行造成严重的威胁。为此,基于"一管-双机"式抽水蓄能机组数值计算模型,在满足各水力单元调保计算安全阈值和调速器油速等多重约束因素前提下,均衡考虑抽水蓄能机组运行时转速上升率和各水力单元特定节点压力上升值,建立了水泵断电工况下机组导叶关闭规律多目标优化模型。数值仿真试验与机组工程实际数据对比表明,该模型可合理优化导叶关闭方式、导叶关闭时间和拐点位置,使机组在发生水泵工况断电时转速上升率和水击压力上升值最小,且转速波动次数满足行业标准要求。     

基于模拟退火算法的水轮机导叶分段关闭规律优化

为了解决水电站过渡过程中输水系统水锤压力和机组转速上升难以协调控制的问题,保证电站安全运行,建立了一种水轮机导叶关闭规律非线性优化模型,该优化模型可以调整各控制参数的重要程度并应用于多工况优化.基于水力瞬变计算的特征线法,应用模拟退火算法对该优化模型进行计算,寻找满足调节保证计算要求的较优关闭规律.结合工程实例,针对蜗壳末端最大压力和机组转速最大上升率2种控制工况,比较导叶一段直线关闭和二段折线关闭的数值计算结果,并应用模拟退火算法对折线关闭规律进行优化.使用优化后的关闭规律进行过渡过程计算,蜗壳末端最大压力、机组最大转速上升率和尾水管进口最小压力均满足调保计算要求,且安全裕量较大.结果表明,模拟退火算法可以快速优化导叶关闭规律,且算法稳定性较好,安全裕量分配合理,为类似工程的导叶关闭规律优化提供了新方法.     

2013年江苏电网联合“黑启动”试验成功举行

10月29日14：04,由零升到额定电压的沙河抽水蓄能电站1号机组试验系统已在额定电压下稳定运行十分钟。这标志着2013年江苏电网联合“黑启动”试验取得圆满成功。     

连接引水管道的水轮机暂态过程计算

考虑水轮机工况变换过程中引水管道内瞬变流与机组内部暂态流动的相互影响,对管道瞬变流采用特征线法求解,机组内部暂态流动采用三维不可压缩流动的有限体积法求解,按照管道与机组连接处流量连续和水头平衡的原则,建立了管道瞬变流与机组内部三维暂态流动的耦合计算模型.并分别采用建立的耦合计算模型、电站常规过渡过程计算模型和常规三维流动计算模型对带有引水管道的水轮机甩负荷导叶关闭工况进行了仿真计算.结果表明:3种计算方法得到的机组压力、转速等宏观参数变化趋势一致,但采用耦合计算模型时,由于考虑了管道内水击压力的反射和叠加,导叶关闭过程中蜗壳进口的压力上升更高,机组内的压力脉动也更剧烈,能够更真实地反映动态过程中管道瞬变流与机组内部三维暂态流动的相互作用.     

基于源荷匹配的梯级水风光蓄系统优化运行研究

在“双碳”目标下,我国亟需进行能源结构转型,提高可再生能源在电力系统中的比例。调节性水电站和抽蓄电站具有良好的调蓄能力,可以作为调节电源与风光电源联合运行,从前端减缓风光不稳定出力对电力系统的冲击,促进新能源集中上网消纳。因此,充分利用梯级水电站及抽水蓄能电站的调节性能,制定合理的一体化调度策略,有利于在发电侧实现水风光蓄打捆送出和协同消纳,助力“双碳”目标实现。基于对梯级水风光蓄互补发电系统在短期调度中电网侧负荷需求和梯级水电水资源利用率的考虑,构建以源荷差异最小、梯级水电蓄能增量最大为目标,以常规水电站、风光电站、抽水蓄能电站安全运行条件为约束的短期互补调度模型,并采用粒子群-动态规划内外层嵌套算法对模型进行求解。选取西南某流域常规梯级水电站、抽水蓄能电站及周边风光电站组成的水风光蓄互补发电系统为研究对象进行模拟计算,结果表明：(1)抽水蓄能电站倾向于在梯级电站水头较低时选择泄水发电,而在梯级电站水头较高时选择抽水或维持当前水位不变;(2)所构建模型有效提高了系统总出力曲线与电网负荷曲线的匹配度,实现了梯级水电站之间负荷与水量的合理分配,一定程度上减少了梯级水电站效益损耗,提高了水...     

阳江抽水蓄能电站进出水口水工模型试验研究

阳江抽水蓄能电站是继广州抽水蓄能电站、惠州抽水蓄能电站和深圳抽水蓄能电站后广东规划的第四座抽水蓄能电站.本文通过物理模型试验对上、下库进(出)水口水力特性进行了研究,并根据在发电和抽水两种工况下实测流速指标、水流特性、进(出)水口水头损失及入流漩涡等实测的水力参数,分析了原设计的运行效果和进出水口的流速分布情况,提出满足原设计要求的运行方案.     

微粒群算法在水轮机导叶分段关闭

微粒群算法是一种新型集群智能优化算法,具有易编程实现、依赖的参数少且收敛快的特点。结合水电站甩负荷过渡过程问题实际,提出了通过搜寻微粒群在多维空间中的最佳位置来实现水轮机导叶分段关闭折点的寻优。最后通过实际算例验证了该算法的有效性,从而为水电站甩负荷运行时导叶关闭规律的优化提供了一种新的求解途径。