[發明專利]一種彈性水擊下水輪機暫態功率的模擬計算方法無效

申請號：	201210087268.4	申請日：	2012-03-29
公開（公告）號：	CN102663241A	公開（公告）日：	2012-09-12
發明（設計）人：	曾云;張立翔;徐天茂;李澤;姚激;武亮;王文全;閆妍	申請（專利權）人：	昆明理工大學
主分類號：	G06F19/00	分類號：	G06F19/00
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地址：	650093 云***	國省代碼：	云南;53
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種彈性下水輪機功率模擬計算方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及一種彈性水擊下水輪機暫態功率的模擬計算方法，屬于水輪機及水力機組穩定性分析和控制領域。

背景技術

水輪機功率計算，是水輪機及水力機組穩定分析和控制設計的核心參數。目前進行水輪機功率的計算方法有兩種形式，一是以六個傳遞系數描述的線性化模型，該類模型只能適用于小擾動。若以水輪機綜合特性曲線折算每一工況點的六個傳遞系數，則該方法也可用于大波動計算。但是計算量大，應用不方便。而且由于水輪機模型綜合特性曲線是水輪機穩態特性，這種算法的本質是以穩態特性近似計算動態參數，是一種近似方法。二是IEEE?Working?Group及其相似的非線性水輪機模型，該類模型中，水力系統動態采用傳遞函數描述，在計算出水力動態參數水頭和流量之后，采用水輪機功率功率的代數方程計算。

在第二類非線性水輪機模型中，在剛性水擊條件下，已能導出水輪機功率的微分方程計算模型，而在彈性水擊下，由于水力系統動態傳遞函數分子階次大于分母階次，不能采用傳統的非線性系統理論轉化為微分方程模型。因此，在涉及彈性水擊的分析研究中，水力系統動態只能采用傳遞函數形式來描述，在水輪機及水力機組非線性分析和控制設計中應用不便。

由于水輪機近似為剛性元件，水輪機力矩計算的代數和微分方程在描述水輪機力矩暫態時是等價的，其動態實際上是由水力系統動態決定的。水力系統對水輪機的作用主要以水輪機進口端面的水頭和流量來產生影響。因此彈性水擊下水輪機功率的計算由水力系統動態和水輪機功率的代數方程組成。

發明內容

本發明的目的是提供一種彈性水擊下水輪機暫態功率的模擬計算方法，為研究水力機組暫態過程及其穩定性，以及為水力機組非線性控制設計中提供一種便捷的水輪機功率的計算方法和手段。同時該方法可應用于涉及水力機組穩定分析的商業軟件中。

本發明的技術方案是：將彈性水擊下管道水力動態的增量形式的傳遞函數模型，轉化為相對值形式的微分方程形式，使得水力動態變為非線性微分方程模型，能夠適用于大波動和小波動暫態的非線性分析。在轉化中，利用水輪機流量、水頭和導葉開度的本構方程，替換水力暫態中水輪機水頭的表達式。同時，將可控變量導葉開度引入水力系統動態模型中，建立水輪機可控參數與水力系統之間的聯系。進而以建立以微分方程為基礎的水輪機暫態功率模擬計算方法。具體包含以下步驟：

步驟一：計算水力系統特征參數，具體采用以下公式進行計算：

水力涌浪阻抗的規格化值：????????????????????????????????????????????????

管道彈性時間常數：

管道的摩擦損失系數：

其中：Z_n是管道的水力涌浪阻抗的規格化值，g是重力加速度(米/秒²)，α是水擊波速(米/秒)，A是管道斷面面積(米²)，Q_r是水輪機額定流量(米³/秒)，H_r是水輪機額定水頭(米)，T_e是管道彈性時間常數(秒)，L是管道長度(米)，f_p是圓形斷面管道的摩擦損失系數，N是粗糙系數，鋼管取0.012－0.014，舊鋼管可以取到0.018，D為圓管直徑(米)。