月牙肋岔管群水力损失模型试验与数值模拟结果的比较

为分析某水电站月牙肋岔管群水力损失问题,按岔管分岔角设计并做了2组月牙肋岔管群水力模型试验,同时推导出一套适用于粗糙区边壁的n-Ks关系方程及数值模型验证方法,既可将常规管道损失计算中的n值换算成Ks值,进而求出岔管沿程水力损失值。数值模拟结果表明,随着分岔角的增大,岔管水力损失增大,且分岔处岔管断面不均匀系数增大;随着月牙肋板内伸长度的增加,水力损失呈先减小后增大的趋势,水力损失与肋板长度关系曲线中存在极值;不同的月牙肋板内伸长度,板后脱落涡运动模式不同。模型试验及数值模拟计算结果的比较表明,数值模拟法求得的水力损失值大多小于模型试验值,二者相对误差分叉1出口处偏大,分叉2出口处波动最大,分叉3出口处最小。     

混流式水轮机功率异常波动成因分析

石门坎水电站混流式水轮机组在部分负荷下运行时，机组有功功率波动过大导致该电站无法并网发电。采用SST湍流模型对该电站水轮机在偏工况下的三维不稳定流动进行了仿真计算，重点分析了尾水内部压力脉动特性，研究发现：尾水管空腔涡带振动频率与发电机自振频率发生共振是引起机组有功功率摆动过大的主要原因。     

非对称过水系统抽蓄机组调速系统稳定性分析

为研究非对称过水系统抽蓄电站的稳定性,基于Hopf分岔理论,先建立了带上游调压室的一管双机非对称过水系统抽蓄机组调速系统数学模型,在此基础上进行了Hopf分岔分析获得了调速系统的理论稳定域,并分析了不同控制参数下机组的动态响应特性,验证其理论稳定域;再揭示了一管双机式抽蓄机组动态响应的多尺度振荡特性及其产生机理;最后,探究了水流惯性时间常数、水轮机惯性时间常数和调压室时间常数对系统稳定性的影响规律。结果表明,带上游调压室的一管双机非对称过水系统抽蓄机组调速系统的Hopf分岔是超临界的,其稳定域由两条分岔线共同决定;调压室及机组间的水力干扰使得机组的响应特性呈现明显的多尺度振荡特性;较大的水流惯性时间常数和较小的水轮机惯性时间常数对系统稳定性有利,调压室时间常数对系统的稳定性影响呈现饱和特性。研究结果对抽蓄机组的智能控制和电站过水系统设计优化具有重要的指导意义。     

主变空充导致邻机跳闸的分析和防范措施

介绍了燃气轮机电厂一起变压器充电产生励磁涌流,间接导致相邻机组功率波动,引起燃气轮机燃烧不稳定而机组跳闸的事件。详细分析了主变充电时励磁涌流对邻机功率的影响,由于控制系统无法识别瞬时功率波动,燃气轮机空气系统执行机构动作,从而导致燃空比变化,偏离稳定工况点,进而导致燃烧室压力波动大跳闸。针对此现象产生的原因,提出相应的防范措施,避免类似情况再次发生。     

双调压室多机组水电站水力-调速系统稳定性研究

讨论了设置上下游调压室多机组水电站水力调速系统的稳定性,基于系统动力平衡原理与线性方程组稳定性条件系数矩阵特征值实部皆为负值求取水力调速系统的稳定域.通过实例分别计算了不同比例的支管管道参数稳定域及一台机组参数选定下另一台机组的稳定域.结果表明,多机组电站的各支管管道惯性时间常数越接近,其合并机组与未合并机组方法的计算结果越接近;多台机组采用不同调速器参数同样可确保系统的稳定,为实际工程提供了可靠的理论依据.     

电力系统稳定器异常引起的机组功率波动分析及措施

针对机组功率异常波动问题,采用现场试验排查的分析方法,最终明确机组PSS输出异常是机组功率波动的原因,提出了改进措施,有效的解决了PSS投入运行后机组出现的有功异常波动问题,保证了电厂的安全稳定运行。     

水力耦合机组的负荷调节及优化研究

针对具有水力耦合的发电机组在大波动过程中存在较大水力波动和频率调节缓慢的问题,建立了水力、机械和电气的耦合精细模型,当电力系统负荷变化时,根据削峰填谷的原则,计算出机组之间最优的间隔调节时间。结果表明,通过错峰调节,可减小调压室水位波动和频率振荡的幅值,但由于两者的波动周期不一致,不能同时满足两者最优的优化效果。通过将一段式开机规律优化为"先快后慢"的两段式开机规律,能够抑制水力干扰引起的水力波动,并使机组在过渡过程中具有良好的动态特性,提高了机组应对电力系统负荷波动时的调节能力和稳定性。     

带引水调压室水轮机调节系统稳定性及动态品质研究

为了研究小波动过渡过程中,调压室水位波动对水力发电系统动态稳定性及调节品质的影响,从水力耦合的角度,确定了调压室水位与机组流量之间的函数关系,建立了带引水调压室的水力发电系统数学模型,并基于Simulink对系统进行仿真研究。结果表明,调压室水位波动对机组转速的主波影响较小,对机组转速的尾波影响显著;调压室时间常数及引水系统的水力阻尼是影响调压室水位波动稳定的重要因素,机组转速的主波稳定不能表明系统稳定,还必须考虑调压室水位波动稳定性。     

含风电场电力系统电压稳定分岔及控制研究

针对一个含异步发电机风电场的3节点系统推导出ODE数学模型,运用数值分岔分析软件MAT-CONT分别进行了以风电场注入机械功率为单参数以及以负荷有功需求和风电场注入机械功率为双参数的分岔研究。分岔分析结果表明,含风电场电力系统在重载运行时,鞍结分岔点处的风电场注入功率较小,即系统承受风力变化和维持电压稳定的能力较弱。为延迟电力系统在重载运行时鞍结分岔的发生,用STATCOM替代并联电容器组进行异步发电机机端无功补偿。单、双参数分岔分析结果表明,STATCOM可有效延迟电力系统重载运行时鞍结分岔点的出现,从而使风电场承受风力变化的范围扩大,提高了电力系统的电压稳定性;通过设置合理的STATCOM增益值,可获得对鞍结分岔理想的控制效果。     

分布式发电引起的电压波动和闪变

从并网分布式发电（DG）的输出功率波动出发。分析了分布式发电引起电网电压波动和闪变的主要原因。随后提出了基于潮流计算的闪变预测算法，用于识别闪变值最大的母线。基于matlab／simulink的电磁暂态仿真被用来准确计算电压波动和闪变。最后给出了一个算例，分析了机组爬坡和退出以及机组功率波动时的闪变情况。仿真结果显示，逆变型分布式电源引入的电压闪变很小，异步发电机的功率波动是造成电网电压闪变的主要原因。     

A dimensional analysis for determining optimal discharge and penstock diameter in impulse and reaction water turbines

This paper presents a dimensional analysis for determining optimal flow discharge and optimal penstock diameter when designing impulse and reaction turbines for hydropower systems. The aim of this analysis is to provide general insights for minimizing water consumption when producing hydropower. This analysis is based on the geometric and hydraulic characteristics of the penstock, the total hydraulic head and the desired power production. As part of this analysis, various dimensionless relationships between power production, flow discharge and head losses were derived. These relationships were used to withdraw general insights on determining optimal flow discharge and optimal penstock diameter. For instance, it was found that for minimizing water consumption, the ratio of head loss to gross head should not exceed about 15%. Two examples of application are presented to illustrate the procedure for determining optimal flow discharge and optimal penstock diameter for impulse and reaction turbines.     

带侧堰压力前池的非恒定流计算

研究水力过渡过程中压力前池的最高、最低涌波水位,对于确定隧洞或渠顶高程及压力钢管进口高程有重要参照意义。考虑引水渠道末端扩散段及压力钢管对涌波水位的影响,建立了无压引水渠道—压力前池—压力管道非恒定流计算的整体计算模型,计算了电站在增、甩负荷工况下,前池水位的波动过程。结果表明,考虑扩散段和侧堰的影响,计算模型更符合工程实际,可为初步设计提供参考。     

无压引水渠道及前池非恒定流计算模型构建原理与方法

为计算水电站在负荷变动下渠道和压力前池的水位波动过程、分析渠道末端扩散段和压力前池对明渠水位波动的影响,基于明渠和有压管非恒定流理论,采用特征线法求解明渠和压力管道的圣维南方程组、变时步特征线法解决无压渠道和压力管道不同时间步长,构建了“无压引水渠道+扩散段+压力前池+压力钢管”数学模型,并利用Matlab软件编制相应的计算程序。     

大直径电站钢管整体卷制新技术的研究与应用

通过对大直径电站钢管整体卷制技术研究,针对制造过程中超长钢板组对、翻身、输送、焊接、整体卷制、钢管抓取等工序过程,研制了一组辅助成套设备。在无需起吊设备辅助情况下,该成套设备实现了电站大直径钢管从钢板组对、翻身输送、纵缝焊接、整体卷制到校圆等各工序的一次性整体卷制成型,实现机械化流水线作业。经积石峡水电站压力钢管制造工程应用证明,整体卷制新技术高效、安全、可靠,适宜多种规格钢管电站压力钢管制造生产。     

混流式水轮机机组运行稳定性区域检测

水电机组在带负荷运行过程中,水力机械振动会引起机组不稳定运行。为了掌握水电厂机组运行稳定性情况,需对其进行变负荷真机试验。在某水电厂3#混流式水轮机机组空载、满负荷等13种运行工况下进行试验,现场实测各运行工况下振动、摆度和压力脉动的变化,并分析机组运行稳定性及存在的缺陷。结果表明,从机组振动、摆度、压力脉动数据和现场评估综合分析,该试验机组稳定运行区间为25～40 MW。研究为机组安全、稳定运行提供了一定的技术依据。     

不同工况下水泵水轮机尾水管压力脉动特性与改善措施研究

不稳定水流诱发的压力脉动是引起水力机械振动进而影响水泵水轮机安全运行的重要原因.为研究不同流量下水泵水轮机尾水管涡带形态的演变,分析空化系数对涡带形态的影响,基于FBM湍流模型,针对水泵水轮机五种典型运行工况进行非定常数值模拟,重点比较了不同流量与空化系数对尾水管涡带形态的影响.结果表明,当机组运行在0.5倍和1.1倍设计流量时,空化的影响最为明显.为了缓解尾水管压力脉动,进一步探究了抑涡槽和导流隔板对尾水管内部流态和低频压力脉动的影响.流场分析表明,抑涡槽和导流隔板能有效改善尾水管直锥段内部流态和压力分布,同时使得扩散段内部流动变得更稳定,尾水管涡带引起的压力脉动幅值和水流圆周速度变化整体降低.     

某200MW混流式水电机组运行稳定性试验和分析

水力发电机组在运行过程中,可能存在振动、摆度及压力脉动等运行不稳定因素。为掌握某水电厂混流式机组运行稳定性情况,在典型水头下对其进行变负荷真机试验。试验发现,在小负荷区振动摆度平均峰峰值较大,主频信号为2.50Hz的转频;在低中负荷区压力脉动平均峰峰值较大,主频信号为0.63Hz的低频涡带频率;在大负荷区内,振动摆度及压力脉动均趋于平缓,且幅值较小,运行稳定性最佳。试验表明,机组整体运行稳定性良好。     

水电站地面明钢管地震响应有限元分析

为探讨明钢管在地震作用下的响应规律,采用有限单元法对正常运行遭遇地震和管道放空遭遇地震两种工况下某水电站地面明钢管进行了时程分析。结果表明,正常运行遭遇地震时明钢管主要产生较大的横向加速度和位移,而在放空遭遇地震时,由于管内无水及垂向限位措施,除了产生较大的横向位移外,管道还将在垂直管轴的竖向产生较大的加速度和位移,导致管道脱离支座向上跳动。由此可见,地震引起的钢管横向滑移和竖向跳动将对其安全稳定运行产生不利影响,建议同时采取横向和竖向限位措施。     

灯泡贯流式水轮机在小流量工况下的内流特性分析

为了研究灯泡贯流式水轮机在小流量工况下的内流特性,以某水电站贯流式水轮机为研究对象,利用RNG k-ε湍流模型对全流道进行数值计算,分析在小流量工况下尾水管恢复系数和全流道流动情况,并定量分析水轮机部分过流部件的压力脉动情况。结果表明：在小流量工况下当电站水头和导叶开度不匹配时,尾水管的恢复系数减小,当尾水管恢复系数减小2%~3%时,机组效率降低1%;受转轮主流区和尾水管死水区的相互作用,在尾水管边壁会形成漩涡结构,有明显的回流且在边壁存在高速流体;在小流量工况下,机组主要受低频压力脉动影响,转轮进口处的主频是由在转轮转动和导叶提供机组环量时产生的,在尾水管中主要受频率为0.2 Hz的低频压力脉动影响,压力脉动系数沿尾水管出口方向依次增大,最大为1.75%。     

Dynamic model and impact on power quality of large hydro‐photovoltaic power complementary plant

In recent years, with the rapid growth of photovoltaic (PV) power development and utilization, part of the PV power could not be transmitted to the power grid owing to the impact of PV power fluctuation on power quality, leading to a serious PV power rejection in some areas in China. A high‐order model of a hydro‐PV power plant is developed in this paper not only to predict hydropower compensation for PV power fluctuation but also to consider the impact of complementary regulation on power quality. Compared with the existing complementary models, the presented model accurately reveals the effect of water hammer on power quality, low‐frequency power oscillation, and power antiregulation phenomenon during the complementary regulation. Although the complementary control of the hydro‐PV power plant helps to suppress power fluctuation, when the PV power and objective power are negative covariation, the hydropower needs more regulation, which will cause an increase in frequency fluctuation. Moreover, with the increase of the ratio of hydro‐PV power in the power grid, the frequency fluctuation amplitude increases accordingly. Especially, when PV power exceeds the regulation ability of the hydropower, the system frequency deviation will increase rapidly. These problems are worth the attention to the future development of PV power.