影响蓄能机组水泵方向启动成功率的因素

抽水蓄能机组因其特有的"蓄能"作用,因而就比常规水电机组多了抽水以及抽水调相工况,综合近年来已投产抽水蓄能机组的运行情况,从提高蓄能机组水泵方向启动成功率的角度出发,结合已投产抽水蓄能机组在运行和维护过程中的出现的问题,从多个层面分析了影响蓄能机组水泵方向启动成功率的几点重要因素,有针对性地指出了在运行过程中应加强监视和维护的方面,对确保蓄能机组水泵方向安全可靠运行具有参考意义.     

水泵的水轮机特性及其应用

本文论述了水泵的水轮机特性,分析了泵特性与水轮机特性的关系,研究了不同比转速水泵的水轮机特性的特点,提出了用水泵作水轮机进行能量回收和水力发电的选型及其设计参数的计算方法。本文提出的理论分析方法,对于正转抽水、逆转发电的多功能泵站及抽水蓄能电站的机组选型亦有一定的意义。     

桐柏抽水蓄能电站DIA TECH监测和诊断系统

桐柏抽水蓄能电站安装了四台300 MW立轴单级混流可逆式水泵水轮机-发电电动机组.采用奥地利VATECH的DIA TECH监测和诊断系统.该系统针对水电机组的特点,能对多台水电机组的运行状况进行实时监测,并给出状态报告.由于桐柏抽水蓄能机组结构复杂,自动化程度高.一旦发生事故,轻则影响机组的正常运行,重则造成机组损坏,甚至影响华东电网的安全和稳定.加强对机组的监测,对重要参量进行及时分析,对有关性能指标进行及时评估,对机组故障进行及时预测预报、分析原因,具有重要的意义.桐柏抽水蓄能电站的DIA TECH监测和诊断系统自投产运行至今,运行情况良好.该系统所提供的各类状态报告及数据,为历年来机组的各级检修工作提供了重要的参考.     

抽水蓄能电站经济运行方式的分析

抽水蓄能电站是一种特殊形式的水电站.提出了抽水蓄能电站经济运行的数学模型及其计算方法.在抽水阶段,依据水泵水轮机特性采用穷举法选定运行的机组台数以及机组组合;在发电阶段,依据给定的负荷选定机组台数并采用等微增率或者动态规划法把负荷分配给机组.将此法用于实例,得到了令人满意的结果.     

异步电动机拖动的风机机组、水泵机组变转速运转特性及其换算

国产水泵和风机一直沿用恒定转速(额定转速n_e=常数)特性曲线表征其流体性能,这种单纯表征水泵性能的方式是无可非议的,但在实际运行中,若拟保持此性能必须有一个条件——确保在n_e=常数下运行。 凡采用异步电动机拖动时,即使其机械特性是坚强的也难以保证在n_e=常数下运行。因此,n_e=常数的特性就不能如实反映实际运行性能,用它确定的设计工况与实际运行工况就不可能一致,以水泵为例,如图1所示,其中实线示n_e=常数的特性曲线,虚线示异步电动机拖动的变转速(n常数)特性曲线,即机组特性,除去唯一的工况e例外,通常情况下,实际转速不等于额定转速,依恒定转速特性确定的工况K与实际工况Z不一致,参数可高可低,相差的多少则决定于实际转速n_z与额定转速n_e之比。     

大规模风电并网下抽水蓄能参与电网调频的模型预测控制策略

变速抽水蓄能机组在高比例风电并网的电力系统中具有深度参与频率调节的能力。针对短时风电功率波动引起电力系统频率扰动的问题，根据抽水蓄能机组不同的运行工况，提出抽水蓄能参与频率调节的模型预测控制策略。在发电运行时，利用风机的减载备用改善抽蓄机组因水锤效应引起的调频效果不佳的问题；在电动运行时，利用抽蓄机组快速响应的特点，有效平抑风电功率波动，提高风电机组的风能利用率。该策略在考虑抽蓄机组和风电机组各自约束条件的前提下，通过求解滚动时域内最优控制问题，协调各机组之间的有功出力分配，提高电网的调频性能。最后在Matlab/Simulink仿真平台对所提策略进行仿真验证，结果表明该策略能够有效改善抽水蓄能机组平抑风电功率波动时的调频效果。     

可逆式水轮机水泵断电变工况研究

针对抽水蓄能电站稳定性的要求,利用可逆式水轮机水泵工况断电过程中蜗壳出水边的压力始终保持恒定(水轮机工况的水头)、机组转速连续变化这一规律,在Fluent软件中变换转轮的边界条件设置,达到模拟可逆机水泵断电不同工况点水力变化的目的。计算时采用雷诺时均方程和RNG k-ε湍流模型,压力和速度耦合采用半隐式方法(SIMPLEC)算法。数值实验结果直观地反映了不同工况点叶片表面的压力分布、蜗壳内部的流场漩涡分布、水力损失等,对可逆式水轮机的转轮设计和结构优化有一定的参考价值。     

抽水蓄能电站无级调速机组控制策略

抽水蓄能电站具有调峰、填谷、事故备用等功能,具有启动灵活、反应快速等特点,是电力系统中的重要组成部分.相比传统抽水蓄能机组,无级调速机组可提高机组各工况下的运行效率,实现自启动和电制动,参与电网自动频率调节等在国外大量被采用,而国内的抽水蓄能电站目前尚没有无级调速机组.针对这一现状,根据抽水蓄能电站和无级调速机组的特点研究其数学模型和各种工况的控制策略,并依照国外某项目的参数进行仿真,通过仿真验证了所提出控制策略的正确性,为进一步的工程应用提供了理论依据.     

冲击式水轮机泥沙磨损试验测试系统研发

冲击式水轮机在多沙河流上运行时会面临十分严重的泥沙磨损问题。针对目前国内缺乏冲击式水轮机泥沙磨损研究试验系统的情况,研发了一套冲击式水轮机泥沙磨损试验测试系统。该系统由管路及供水系统、沙水池及泥沙搅拌系统、水轮机试验机组、数据采集与测控系统等部分组成,可支持最高水头800 m、最大流量300 m³/h和最高水轮机转速2 500 r/min的冲击式水轮机泥沙磨损和性能试验,采用可编程控制器(PLC)和LabVIEW软件可实现供水泵启停、水轮机转速调节和管路阀门自动控制,同时能实时监测水轮机转速、水头、流量等关键参数。经过试验显示该泥沙磨损试验测试系统具有精度高(达0.3%)、自动化水平高、运行稳定、操作简单以及人机界面友好等特点。     

双机组十字叉型立轴潮流能水轮机性能分析

为研究传统H型立轴水轮机的一种改进形式即双机组十字叉型立轴潮流能水轮机这种新型水轮机的水动力性能,采用ANSYS-CFX模拟水轮机不同的运行工况,对比分析双机组十字叉型水轮机和单机组H型水轮机的水动力性能.结果表明:双机组水轮机比单机组水轮机效率提高将近10%;对于涨潮和落潮两种不同运行工况,双机组水轮机的效率变化不大;十字叉型水轮机的推力、侧向力和力矩平均值和H型水轮机相等,但其波动幅值远小于H型水轮机的波动幅值,这对水轮机的结构安全、疲劳寿命会产生有益的影响.因此双机组十字叉型水轮机比H型单机组水轮机有明显优势,既能提高水轮机发电效率,又能保证水轮机运行寿命.     

抽水蓄能电站库盆流态混交模型模拟

以深圳抽水蓄能电站上库为例,根据物理模型提供的边界条件,建立了一种进出水口模型试验和直角二维数学模型的混交模型.采用发电工况试验数据对建立的混交模型进行验证,模拟了抽水工况和发电工况运行下死水位、1/2工作水位和正常蓄水位对应的库盆流态.模拟结果表明,在抽水工况运行下受地形影响,库盆和进出水口附近会产生环流区,两种工况下库盆水流流速与库水位成反比关系.该模型对同类抽水蓄能电站进出水口的设计与研究提供了参考.     

抽水蓄能电站变频起动机组的分析

变频起动装置(SFC)系统是抽水蓄能电站最具关键性设备之一,在抽水蓄能电站中,抽水蓄能机组在对系统进行调峰填谷、调频调相和保证电网安全运行方面发挥着重大的作用.本文针对SFC的接线及设备配置、SFC的谐波及SFC容量进行了探讨.     

抽水蓄能电站泵工况全过流系统流场数值模拟

为了更加全面分析抽蓄电站泵工况流场特征,建立包括引水隧洞、调压井、高压管道、水泵水轮机组与尾水隧洞的全过流系统几何模型.采用考虑重力作用的控制方程结合、-∞SST模型对其不同单机抽水工况进行3维湍流数值模拟,与模型试验换算结果进行对比,计算并分析了各个过流部件的水力损失.结果表明:考虑重力作用的数值模拟得到的流场分布状态更贴近实际,额定工况效率误差为0.9％,扬程误差为1.0％,其它工况效率和扬程的最大误差分别小于3.5％和3.0％.抽蓄电站水力损失主要发生在机组段,而输水系统水力损失相对较小,平均约占总水力损失的10.4％.导叶开度相同时,不同工况机组段水力损失的诱发因素不同,小流量工况水力损失主要因为转轮进口流态紊乱,出口流场不均匀;而活动导叶开度较小,流速过大是大流量工况水力损失主要成因.     

新型旋启式止回阀在技术供水系统中的应用

桐柏抽水蓄能机组技术供水系统使用H41H-25型旋启式止回阀经过2年运行,出现机组技术供水泵反转,检修发现其阀体内腔锈蚀严重,轴销磨损量大,导致阀芯与止水面不能紧密密封,从而导致止水效果差.通过对其整个阀体材料的材质和阀芯的结构进行切实可行的技术改造.在使用新型旋启式止回阀后,止水效果良好,值得同类型水电厂使用和推广.     

发电电动机转子磁极暂态温度场分析

该文以发电电动机在额定运行工况下的转子磁极稳态温度场为起点,运用ANSYS有限元软件,分析了某发电电动机在2倍额定励磁电流运行50s和短时间不对称运行工况下的转子磁极暂态温度场。分析结果表明阻尼绕组和励磁绕组的最高温度值在允许温升范围之内,为发电电动机的设计和制造提供量化依据。     

海流能水轮机模拟研究

为了实现海流能发电的实际工况模拟,分析了直流电动机与水轮机的运行机理,探讨了二者的功率及转矩特性,设计了控制直流电机的电流转速双闭环控制策略,并利用Matlab/Simulink搭建了水轮机模拟仿真系统,完成了固定流速、缓慢增速和随机流速3种典型工况下的系统仿真实验。实验结果表明,电流转速双闭环的直流电动机控制系统可准确模拟水轮机的主轴转矩,适用于实验室条件下对海流能发电机的测试。     

水轮机水力阻抗特性研究

推导了开度不变、转速不变和出力不变、转速不变两种运行条件下水轮机水力阻抗计算公式,分析了这两种运行条件下机组水力阻抗的差异,指出在混流式水轮机运行范围内,在前者条件下机组水力阻抗大于0,在后者条件下机组水力阻抗小于0.通过理论分析和数值计算相结合的方法,研究了机组水力阻抗对水电站有压输水系统自激振动特性的影响.研究表明:机组水力阻抗的正负决定了系统衰减因子的正负及大小,对系统频率的奇偶性具有选择性.     

一种用于微网调频的风电与抽水蓄能综合控制方法

多源分布式能源的使用增加了微网负荷频率控制的不确定性,影响其安全运行,为此,提出一种用于微网调频的风电和抽水蓄能综合控制方法。首先,为了在微网发生负荷扰动时提供足额的功率支撑,设计风机限转矩控制,以快速提取转子动能响应一次调频;然后,针对限转矩控制导致的频率二次跌落问题,抽水蓄能提供辅助支撑以减少该问题对频率稳定的不利影响;最后,考虑风机输出和负荷扰动的非相关性,以及风电输出调整范围过窄的约束,设计抽水蓄能二次调频控制方法,利用其抽水工况和发电工况的实时切换消除风速和负荷不匹配时的稳态频率偏差。在MATLAB/Simulink上对所提方法进行仿真验证,结果表明,在不同风速和负荷扰动情况下,风电与抽水蓄能综合控制方法能够实现调频的完备性,并降低弃风率。     

配置储热罐的供热机组运行定值计算

供热机组以热定电的运行方式导致调峰能力不足是冬季中国三北地区大量弃风的重要原因之一。储热罐作为一种蓄能手段能够从一定程度上实现供热机组热电解耦。基于机组回热系统热力学分析,定义抽汽-负荷增益系数,分析供热抽汽流量与机组发电负荷间的定量关系,进而获得变供热工况下的锅炉负荷定值。基于供热机组运行特性及热网加热器换热特性分析,对储热罐工作过程中的运行流量进行定值,对供热机组调峰能力区间进行定值约束。结果表明,所提增益系数能够精确计算变供热工况下机组运行参数,所提定值方法能准确直观地表现储热罐对供热机组调峰运行的影响能力和储热罐运行过程中的定值问题,定值结果为机组和储热罐的安全灵活运行提供指导。     

桐柏电厂背靠背启动过程中异常现象的分析

背靠背拖动是抽水蓄能电站特有的一种启动方式,它需要两台机组配合,利用本电站另一台容量足够的水轮发电机作为电源,一台机组作为同步发电机由水轮机驱动零起升速,另一台则作为同步电动机被发电机驱动零起升速,直到达到同步转速后并网.通常作为变频起动装置起动的后备手段,具有启动速度快,可靠性高的优点.文章通过分析桐柏电站机组控制系统图纸,详细解释了背靠背启动抽水调相过程中一台机组状态丢失对另外一台机组的影响,并分析产生原因以及相应的解决方法.