[發(fā)明專利]一種帶變頂高尾水隧洞水輪機調(diào)速器變參數(shù)控制方法

有效

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• 申請日: 2016-04-19
• 公開（公告）號: CN105863948B
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發(fā)明（設計）人: 付亮;吳長利;唐衛(wèi)平;王輝斌;寇攀高;鄒桂麗
• 申請（專利權）人: 國家電網(wǎng)公司;國網(wǎng)湖南省電力公司;國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學研究院
• 主分類號: F03B15/00
• 分類號: F03B15/00;G05B11/42
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所43114
• 代理人: 楊萍

技術領域

本發(fā)明涉及水電站自動控制、水電站水力學領域，具體涉及一種帶變頂高尾水隧洞水輪機調(diào)速器變參數(shù)控制方法。

背景技術

變頂高尾水隧洞是我國在水電設計中借鑒前蘇聯(lián)設計思想所提出的一項全新的設計理念，其尾水隧洞采用變頂高的方式，能很好的適應于下游水位變幅大、尾水系統(tǒng)長、水頭較低的大型水電站，從水輪機調(diào)節(jié)保證的要求出發(fā)來取代尾水調(diào)壓室，不僅能大大減少工程投資，而且還具有施工方便、洞室結構穩(wěn)定的優(yōu)點，目前三峽、向家壩、彭水、百色等一些大型水電站都采用了變頂高尾水洞的結構。

如圖1所示的變頂高尾水洞，其特點是讓下游水位與洞頂任意處銜接，將尾水洞分成有壓滿流段和無壓明流段。下游處于低水位時，水輪機的淹沒水深比較小，但無壓明流段長，有壓滿流段短，過渡過程中負水擊壓力小，所以尾水管進口斷面的最小絕對壓力不會超過其允許值。隨著下游水位升高，盡管無壓明流段的長度逐漸減短，有壓滿流段的長度逐漸增長，負水擊越來越大，直到尾水洞全部呈有壓流，但水輪機的淹沒水深逐漸加大，而且有壓滿流段的平均流速也逐漸減小，正負兩方面的作用相互抵消使得尾水管進口斷面的最小絕對壓力能控制在規(guī)范規(guī)定的范圍之內(nèi)，保證機組安全運行。故變頂高尾水洞的工作原理是利用下游水位的變化，即水輪機的淹沒水深來確定尾水洞(包括尾水管)有壓滿流段的極限長度，始終滿足過渡過程中對尾水管進口斷面最小絕對壓力的要求，從而起到取代尾水調(diào)壓室的作用。

雖然通過采用變頂高尾水隧洞設計能夠很好的滿足水電站大波動過渡過程的要求，取代尾水調(diào)壓室，但是由于變頂高尾水隧洞內(nèi)水力波動復雜，存在水錘彈性波、閘門井內(nèi)質(zhì)量波、尾水洞無壓段重力波的相互疊加，影響了水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及調(diào)節(jié)品質(zhì)。同時變頂高尾水隧洞水力特性與下游水位密切相關，當下游水位較低時，有壓滿流段較短、無壓明流段較長，調(diào)節(jié)過程中明渠流波動顯著，可能會造成調(diào)節(jié)系統(tǒng)的低頻振蕩；隨著下游水位升高，有壓滿流段增長，盡管其平均流速也逐漸減小，但水流慣性加速時間增大，尾水洞全長呈有壓流時可達極大值，極大的水流慣性必將影響到整個調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)品質(zhì)。目前國內(nèi)已有部分已建的帶變頂高尾水隧洞水電機組出現(xiàn)了調(diào)節(jié)品質(zhì)差的情況，導致一次調(diào)頻及AGC負荷調(diào)節(jié)速率難以滿足電網(wǎng)的要求，特別是在不同尾水位下整個調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)響應過程差異顯著。

因此，有必要設計一種能改善水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及調(diào)節(jié)品質(zhì)的帶變頂高尾水隧洞水輪機調(diào)速器變參數(shù)控制方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決上述技術問題，提供一種帶變頂高尾水隧洞水輪機調(diào)速器變參數(shù)控制方法，通過該方法能夠改善帶變頂高尾水隧洞水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性及動態(tài)品質(zhì)。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

一種帶變頂高尾水隧洞水輪機調(diào)速器變參數(shù)控制方法，包括以下步驟：

(1)進行不同水頭不同尾水位(下游水位)下的水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)小波動過渡過程參數(shù)優(yōu)化試驗，得到不同水頭不同尾水位(下游水位)較優(yōu)的調(diào)速器PID參數(shù)；

所述試驗的內(nèi)容包括機組空載擾動試驗、空載擺動試驗、并網(wǎng)后機組一次調(diào)頻試驗、并網(wǎng)后調(diào)速器功率模式下的負荷調(diào)節(jié)試驗；其中機組空載擾動試驗和空載擺動試驗在機組處于空載運行方式下進行，并網(wǎng)后機組一次調(diào)頻試驗和并網(wǎng)后調(diào)速器功率模式下的負荷調(diào)節(jié)試驗在機組并網(wǎng)帶負荷下進行；

(2)建立帶變頂高尾水隧洞水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)仿真模型，利用仿真模型進行計算；通過現(xiàn)場試驗結果修正仿真模型，使得仿真結果與現(xiàn)場試驗結果吻合；即進行仿真建模工作，根據(jù)試驗成果對仿真模型進行校驗，相應的仿真參數(shù)可通過現(xiàn)場實測求得，最終得到仿真模型的計算結果必須與實測結果吻合。水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)仿真模型包括水輪機模型、水輪機調(diào)速器模型及輸水系統(tǒng)模型三個子模型，三者之間的關系如圖3所示。

利用仿真模型對無法進行現(xiàn)場試驗的個別極端工況進行仿真計算，得到各極端工況下較優(yōu)的調(diào)速器PID參數(shù)；對于個別極端工況，無法進行現(xiàn)場試驗，必須采用仿真計算的方法進行調(diào)速器PID參數(shù)的優(yōu)化工作；

(3)對水輪機工作水頭及下游水位進行分段，根據(jù)步驟(1)和步驟(2)得到的各水頭、各下游水位下的試驗及仿真計算結果，確定各分段下較優(yōu)的調(diào)速器PID參數(shù)，得到調(diào)速器PID參數(shù)優(yōu)化表；

(4)采用通訊方式將水輪機工作水頭及下游水位信號由計算機監(jiān)控系統(tǒng)引入調(diào)速器，修改調(diào)速器PLC控制邏輯，使得調(diào)速器可根據(jù)水輪機工作水頭和下游水位，在調(diào)速器PID參數(shù)優(yōu)化表中自動選擇最優(yōu)的PID參數(shù)。控制原理如圖2所示。