弹性模型下基于稳定性的水电站调压室设置条件

调压室设置条件是水电站初步设计的重要判据之一,引水道较长的电站水流弹性对设置条件有明显影响。本文根据模型的频域特性简化了水击弹性模型,运用拉普拉斯变换理论建立水电站运行稳定性的数学模型。根据霍尔维之稳定性判据推导出简化弹性水击方程下基于稳定性的调压室设置判别条件。并给出了不同调速器参数下的稳定边界,探讨了波动发散程度与水流弹性的关系。通过对数学模型的主导极点分析,求解出转速波动的简化解析表达式,并与数学模型数值计算结果对比,验证了其正确性。根据解析表达式进一步推导出满足不同调节品质的调压室设置判别条件。结合工程实例,得出了考虑弹性时的最大水流惯性常数,对比先前的判别条件可得出水流弹性的重要影响。     

基于水电站运行稳定性的调压室设置条件探讨

调压室设置条件是水电站初步设计的重要判据之一.本文在理想水轮机模型的前提下,建立水电站运行稳定性的数学模型,数值模拟了弹性水击、刚性水击的临界稳定边界线,在刚性水击前提下推导出调压室设置判别式.与文献[6]判别式及文献[5]中图3.12对比,佐证了本文判别式的合理性.同时分析了允许Tw值随调速器参数bt、Td的增大而增...     

基于水电站调节品质的调压室设置条件探讨

调压室设置条件是水电站初步设计的重要判据之一.本文在刚性水击的前提下,推导了基于文献[11]的最优调节品质条件下的机组转速波动方程,得出机组转速波动特征参数计算表达式,继而从理论上推导出满足调节品质的调压室设置判别式.在推导过程中得出机组转速波动幅值仅与Tw/Ta有关,衰减度为定值,进而说明水电站调节品质主要由Tw/Ta值决定.最后结合工程实例与其它调压室设置判据进行对比分析,得出中、高水头水电站是否设置调压室的允许Tw值由调保参数来决定;而低水头水电站的允许Tw值则由水电站调节品质来决定,同时还得出水电站满足调节品质比满足稳定性要求更严格.     

基于Hopf分岔特性分析的调压室设置条件与参数判别方法

调压室是水电站输水系统缓解水击波影响,进而满足机组调节保证要求的关键建筑;调压室的设置条件、临界稳定断面和位置是工程设计阶段需科学合理确定的3个关键指标。建立考虑上游调压室和水头损失的水轮发电机组调节系统非线性模型,引入Hopf分岔理论判断系统的分岔特性;依据系统的稳定域,提出调压室的设置条件和临界稳定断面判别方法;分析调节系统水流惯性时间常数和水头损失系数对系统稳定性的影响,确定调压室的合理位置。实验结果表明,所提方法可依据系统Hopf分岔特性判别调压室设置条件、临界稳定断面位置,为工程中关于调压室设置的设计提供了理论支撑。     

上游调压室设置条件的探讨

上游调压室设置条件是水电站引水发电管道系统初步设计的重要判据之一,本文从理论上推导了上游调压室设置条件的判别式,即压力管道中水流惯性时间常数的允许值[Tw]的大小取决于设计允许水击压力相对值ξmax、机组转速升高相对值βmax以及机组加速时间常数Ta等参数,分析了[Tw]随Ta、ξmax、βmax增大而增加的规律性,并且结合工程实例,得出了高水头水电站不设置上游调压室的[Tw]有可能远远小于2s、低水头水电站[Tw]有可能大于4s等主要结论。     

抽水蓄能电站上游调压室设置条件的探讨

针对当前的抽水蓄能电站上游调压室设置套用常规水电站准则、缺乏专门研究的问题,本文首先从水泵水轮机的过流特性出发提出了甩负荷机组流量变化过程的三种模拟方法,并给出三种方法下的流量有效减小时间Ts的解析表达式,然后据此从理论上推导出了抽水蓄能电站上游调压室设置条件的判别式。结合工程实例对比分析了不同流量模拟方法所得判别式的差异,揭示了影响抽水蓄能电站水击压力上升的是流量由初始值减为最小值的整个过程,而非流量减小局部阶段(快速减小阶段、由初始值首次减为零阶段),以此结论为基础的流量模拟方法对应的判别式真实反映了实际流量变化对水击压力上升的作用,且计入了水泵水轮机全特性和压力脉动的影响,可以正确合理的进行抽水蓄能电站上游调压室设置与否的判别     

设气垫式调压室的超长引水隧洞水电站大波动过渡过程探讨

超长引水隧洞水电站设置气垫式调压室可以有效抑制过渡过程中调压室涌浪振幅,但蜗壳压力的变化规律也因气垫式调压室的影响变得更为复杂。本文通过数值计算方法,分析了设气垫式调压室超长引水隧洞水电站大波动过渡过程中,导叶关闭时间、引水隧洞水流惯性、压力管道水流惯性及调压室参数等因素对蜗壳最大动水压力的影响;并与常规调压室进行对比,讨论了气垫式调压室对超长引水隧洞水电站甩负荷过渡过程中反射水击波特性的作用。结果表明:气垫式调压室对水击波的反射效果不如常规调压室,且气垫和涌浪压力之和最大值大于常规调压室最大水压力,更容易发生蜗壳最大动水压力,此压力由调压室压力极值决定、不受导叶关闭规律控制的影响。     

抽水蓄能水电站尾水调压室设置条件探讨

尾水调压室设置条件是抽水蓄能电站初步设计的重要判据之一。本文首先对水泵水轮机在导叶直线关闭过程中的过流特性进行深入分析,推导出影响尾水管最小压力值的流量变化时间Ts的计算式,将其代入压力尾水道极限长度计算公式,进而得到抽水蓄能电站尾水调压室的设置准则。最后结合工程实例与尾水调压室设置的其它判据进行了对比分析得出:调压室规范中公式作为抽水蓄能水电站尾水调压室的设置准则是不合理的;日本公式仅适用于高水头抽水蓄能水电站;进一步证明了本文提出的公式可作为高、中、低水头抽水蓄能电站尾水调压室设置的初步判别准则。     

连接管长度对调压室稳定面积和小波动调节品质的影响

调压室是保证水电站运行稳定性及调节品质的设施,托马公式为调压室尺寸设计的重要依据,其没有考虑调压室内的水流惯性。对于设置了长连接管的高水头电站和抽水蓄能电站,连接管内水流惯性较大,对调压室稳定面积和小波动调节品质均有影响。本文通过理论推导,数值计算和工程实例,证明了考虑调压室长连接管内的水流惯性能够减小调压室的稳定面积,有利于提高小波动的调节品质,得出设计中不考虑连接管内的水流惯性是偏于安全的。     

带上游串联双调压室电站水力-调速系统稳定性的研究

上游串联双调压室可以作为超长引水隧洞水电站的重要的、可行的平压措施,本文开展了带此种平压措施的水电站水力-调速系统的稳定性的研究。首先建立了包括引水管道、调压室、水轮机、调速器、发电机等子系统的完整的水力-调速系统数学模型,推导出描述其系统动态特性的综合传递函数与自由运动方程,然后利用系统的稳定条件绘制稳定域的方式,分析了调压室面积和引水管道水流惯性对系统稳定性的影响。得到:上游串联双调压室水力-调速系统稳定域达到与只设置一个调压室系统相同稳定域时,双调压室的临界稳定断面积之和大于设置单调压室时所对应的稳定断面积;第二调压室(靠厂房)的面积越小,达到相同稳定域时两调压室的临界稳定断面积之和越大;两调压室之间管道的水流惯性占第二调压室上游段管道总水流惯性的比例越小,达到相同稳定域时,两调压室的临界稳定断面积之和与设置单调压室系统的临界稳定断面之差就越小。     

无穷大电网下带超长引水隧洞的水电站小波动过渡过程研究

超长引水隧洞水电站水流惯性巨大,导致调压室水位波动周期长、振幅大、衰减慢,孤网条件下,采用PI或PID调节,超长引水隧洞水电站的小波动调节品质较差,衰减较慢,常常需要增大调压室稳定断面面积来改善调节品质,工程代价较大。实际并网运行条件下水电站的小波动过渡过程的稳定性及调节品质,尚未见过这方面的研究报导,本文通过Matlab软件中的Simulink及Sim Power Systems工具箱构建超长引水隧洞水电站单机无穷大网的详细电力系统仿真模型,研究无穷大网条件下带超长引水隧洞水电站小波动稳定性及调节品质,为该类水电站的设计和运行控制提供参考和依据。     

考虑水力系统详细模型的电力系统暂态过程仿真

以小浪底水电站为对象建立了用于电力系统暂态稳定分析的不同形式的水力系统数学模型,包括不均匀单管刚性水击模型和弹性水击模型以及计及机组间水力耦合的两元输水系统弹性水击模型、水轮机的线性化模型和非线性模型.利用电力系统分析综合程序提供的用户自定义模型功能对河南电网进行了暂态过程仿真,分析了不同水力系统模型以及水力耦合对电力系统暂态稳定性的影响.     

适用于电力系统稳定分析的冲击式水轮机调节系统动态模型

为了研究冲击式水轮机接入电力系统的稳定性,建立了一种冲击式水轮机的数学模型。该模型包括考虑水轮机流量与机械功率非线性关系的水轮机解析非线性模型、引水系统弹性水击模型、喷针开度控制模型、折向器控制模型。仿真计算了其调节特性,与实测结果对比验证了所建立模型的有效性。结合云南电网的暂态过程仿真,分析了不同的冲击式水轮机及调速器模型对电力系统暂态稳定性的影响。结果表明,考虑水轮机流量与机械功率非线性关系和弹性引水系统水击的解析非线性水轮机模型能更有效模拟冲击式水轮机特性。     

含明渠尾水系统小波动调节稳定性分析

考虑明渠水位波动的影响,建立含尾水明渠水电站小波动调节线性化的空间状态数学模型,并转化为传递函数的形式,利用霍尔维茨稳定判据,分析尾水明渠水位波动对调节系统稳定域的影响。研究表明:尾水明渠对不带尾水调压室的电站稳定域影响不大,明渠长度和初始水深对带尾水调压室稳定域有明显的影响,考虑尾水明渠水位波动对调速系统小波动稳定有利。     

引水发电系统中多室连通调压室水位波动研究

本文研究了设置上、下游调压室的引水发电系统中多室连通调压室的小波动稳定问题和调压室涌波计算,给出了这种系统的小波动稳定条件和涌波计算数学模型,并附有计算实例。     

双机共尾水调压室系统的调节品质分析

双机共尾水调压室是水电站引水发电系统中一种常见的布置形式,存在尾水调压室水位波动和水力干扰问题.结合双机共尾水调压室系统的实际算例,建立相应的数学模型,进行小波动和水力干扰情况下的稳定性和调节品质分析.计算分析表明,周期较长衰减较慢的尾水调压室水位波动会影响运行机组的调节品质,主要表现为调节时间较长.     

设置调压室水击过程的高精度数值模拟

调压室是解决水电站水击问题的常用手段,因此准确数值模拟其过程至关重要。本文基于TVD格式,通过求解水击方程,与涌波方程联合计算,数值模拟了带调压室的水电站压力管道的水击过程。给出了边界条件、初始条件的处理方法,并与经典的一阶Lax-Friedrichs格式和二阶MacCormark格式进行了计算和比较。工程实例计算表明:TVD格式能够更准确地捕捉水击波,且计算精度明显提高,表明新方法更适合水击计算。     

水电机组原动机及其调节系统精细化建模

针对目前电力系统仿真计算中水电机组模型过于简化的问题,建立一种水电机组原动机及其调节系统精细化模型。该模型不仅包含调压室效应,还考虑分叉管影响,从而可以模拟机组功率的低频振荡和机组间的水力耦合现象。此外,通过分析双曲正切函数的频率特性,提出一种新的降阶弹性水击方程,在较低的阶数下实现了更好的逼近精度。某水电站仿真结果表明,文中提出的精细化模型能够更准确地再现水轮机调节系统在各个工况下的动态响应过程。     

混流式水轮机调节系统建模与非线性动力学分析

为了深入研究混流式水电站系统的稳定性问题,在简单式调压井模型基础上,考虑弹性水击效应、发电机转子二阶动态模型等因素,建立起了新的调压井单机单管混流式水轮机调节系统的非线性数学模型。通过分岔图、Poincare映射图、功率谱图、时域图、相轨迹图、频谱图等非线性动力学特征,分析了调速器参数变化时水轮机调节系统的非线性动力学响应,得出系统的动力学变化规律和特征,初步确定系统稳定运行的参数调节范围,为混流式水电站系统正常运行提供了理论参考。     

简单管水击随机分析再探

水击大小的不确定性取决于水电站水击的发生条件及其影响因素的随机性。在文献（１）的研究基础上,本文考虑更多的随机影响因素,从简单管水击极值近似解析表达式出发,推导了年最在耒击压力的解析概率分布。算例表明,与概率分布的０．９５分位点值相比,总内水压力和第一相水击升压的确定性分析结果在数值上尚接近,但极限水击升压的确定性分析结果偏小,这值得引起工程界注意。