[發明專利]軸流貫流式水輪機組調節保證數值計算方法及系統

有效

• 申請號: 202011357067.2
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112487733B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 桂紹波;鄭濤平;胡定輝;劉景旺;陳冬波;鄒海青;彭志遠
• 申請（專利權）人: 長江勘測規劃設計研究有限責任公司
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;F03B3/18;F03B15/00;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 陳家安;劉琳

本發明公開了一種軸流貫流式水輪機組調節保證數值計算方法及系統，該方法包括步驟：1)計算初始工況點；2)設定水輪機水頭和轉速迭代初值，根據槳葉和導葉關閉規律計算導葉和槳葉開度；3)計算水輪機瞬時轉速；4)判斷水輪機瞬時轉速大小；5)計算水輪機的流量和軸向水推力；6)重復步驟2)～5)直至時間t達到預設值。本發明的計算結果可為軸流式和貫流式電站輸水系統布置設計以及安全穩定運行提供可靠依據，同時也對電站輸水系統的布置優化及安全穩定運行提供綜合評價結論及參考依據，從而為節省電站總投資提供技術保障。

技術領域

本發明涉及水利水電工程技術領域，特別是涉及一種軸流貫流式水輪機組調節保證數值計算方法及系統。

背景技術

水力非恒定流以及水錘最早是從探討聲波在水中的傳遞開始，隨著全世界電力工業的發展以及長引水、單機容量和過機流量巨大的大型水利樞紐工程的建設，水電站的水力過渡過程越來越引起人們的重視。水電站水力過渡過程的研究主要包括兩個方面：一是研究水電站流道的非恒定流現象，二是研究水輪發電機組的過渡過程特性。而其中水電站水輪發電機組在暫態過程中的特性變化規律的準確預測一直都是水電站工程設計的一個重點和難點?，F階段對于中高水頭的混流式水輪機過渡過程的預測方法的研究已經取得了相對令人滿意的研究成果，但目前國內對于軸流式和貫流式等具有雙調節模式的水輪發電機組水力過渡過程數值預測的相關研究還較為少見，目前對這一類型電站的過渡過程計算只能通過簡單的經驗公式進行預測，還沒有形成一套準確、可靠的電算方法數學物理模型和仿真平臺，因此對該類型水電站的安全穩定運行留有一定的安全隱患。與混流式水輪機相比，軸流式與貫流式水輪發電機組除具有導葉與槳葉雙重調節外,還具有工作水頭低、過流量大、甩負荷時引水渠中涌波較高等特點，因此水力過渡過程數值預測與混流式水輪機相比要更為復雜。

發明內容

本發明的目的是為了克服上述背景技術的不足，提供一種適用于軸流式、貫流式水輪發電機組調節保證水力過渡過程(水力過渡過程)數值仿真計算方法和系統，可準確預測各種復雜工況過渡過程參數變化規律，同時可以計算分析軸流式、貫流式水電站尾水泄洪等強迫擾動對機組穩定運行的影響，優化機組啟動、關機規律以及輸水發電系統布置。

為實現上述目的，本發明所設計的一種軸流貫流式水輪機組調節保證數值計算方法，其特殊之處在于，所述方法包括步驟：

1)計算初始工況點的水輪機水頭、水輪機出力、導葉和槳葉開度、水輪機單位流量；

2)設定水輪機水頭和轉速迭代初值，根據槳葉和導葉關閉規律計算導葉和槳葉開度；

3)計算水輪機瞬時轉速n_p：

其中，n_o表示上一時刻(t-Δt)水輪機瞬時轉速，N₀表示上一時刻(t-Δt)水輪機瞬時出力，N_t表示水輪機軸出力，WR²表示水輪發電機組的慣性矩，t表示時間，Δt表示公共時間步長；

4)判斷水輪機瞬時轉速|n_w－n_p|/Δt≥0.01，n_w為轉速收斂調節預估值，是則返回步驟2)，否則前往步驟5)；

5)計算水輪機的流量和軸向水推力；

6)重復步驟2)～5)直至時間t達到預設值。

優選地，所述步驟2)中根據槳葉和導葉關閉規律計算導葉和槳葉開度分為三種情況：

a)當調速系統發生故障且故障來源于轉輪槳葉系統時，轉輪的槳葉保持不動，即在整個過程中處于定槳工況，轉輪葉片角度為常數，采用定槳曲線處理；

b)當轉輪葉片的轉動角度達到1/s以上，認為水輪機處于協聯工況運行，采用協聯關系的綜合特性曲線處理；