碳达峰背景下抽水蓄能-风电联合系统建模及有功功率控制特性研究

随着"碳达峰,碳中和"目标的提出,风电并网规模日益扩大,抽水蓄能电站在风电出力消纳上将发挥越来越重要的作用。建立抽水蓄能-风电联合系统仿真模型是研究抽水蓄能电站消纳风电波动出力的重要手段。针对现有多能互补模型中的抽水蓄能机组模型通常只适用于小波动过渡过程、且通常简化风电机组动态发电过程的问题,为了进一步揭示联合运行过程中抽水蓄能机组和风电机组的动态调节特性,介绍了抽水蓄能-风电联合系统数值仿真模型架构,建立了一种能模拟抽水蓄能机组全工况范围和反映风电机组发电特性的水风互补联合运行系统仿真模型,重点研究了联合系统在有功功率控制下的动态响应特性。仿真结果表明系统在功率跟踪模式和功率平滑模式下均能较好平抑风电出力波动,并显示出水流惯性限制了抽水蓄能机组的响应速度,可为风电大规模并网下的抽水蓄能机组控制提供技术支持。     

高水头长压力管道抽水蓄能电站水力过渡过程计算分析

由于水泵水轮机转轮特殊的水力特性,抽水蓄能电站水力过渡过程较复杂,对水道系统的安全运行影响较大,需要专门对其水力过渡过程进行分析.根据某高水头长压力管道抽水蓄能电站水泵水轮机的转轮四象限特性曲线及输水系统布置,对电站输水发电系统的水力过渡过程进行计算机仿真模拟和分析.结果表明,该抽水蓄能电站水力过渡过程中大波动的各项指...     

定、变速抽水蓄能机组调度决策关键技术研究

针对抽水蓄能定速和变速机组不同的运行特性进行了分析,构建了基于混合整数线性优化的抽水蓄能与其他各类型机组的联合调度模型。模型计及了机组的运行工况、水库库容、循环类型等抽水蓄能机组约束,还考虑了频繁启停和稳定区外运行给机组带来的损耗问题。利用CPLEX求解器对模型进行求解,省级电网的实证算例分析表明,模型可在考虑机组经济寿命前提下,有效安排抽水蓄能定速和变速机组调度运行出力,充分发挥机组调峰填谷和消纳新能源的作用;变速机组因其灵活的调节特性,能更好地改善系统内其他机组运行条件和促进新能源消纳。     

抽水蓄能电站发电调相运行至发电运行控制策略

抽水蓄能电站一般都具有同步调相运行的能力,但抽水蓄能机组的全特性曲线上却有一个不稳定区,容易引起工况转换失败,且在快速转换时,机组将产生有害的起始逆功率,进而产生有害的电网电压和频率下降.文中根据抽水蓄能机组的水力特性,对机组控制流程进行研究和优化,以尽可能避开运行不稳定区域,提高机组运行的稳定性,并减少逆功率.     

惠州抽水蓄能电站输水系统参数对水力过渡过程计算敏感性研究

结合惠州抽水蓄能电站水力过渡过程计算,分析了输水系统参数对水力过渡过程计算控制参数——调压井涌浪、转轮出口最小相对压力、球阀前最大压力、机组最大转速以及小波动稳定性影响的敏感性,为惠州抽水蓄能电站输水系统的优化布置和设计提供依据。     

变速抽水蓄能机组运行转速对水泵断电工况的影响规律研究

【目的】变速运行技术是抽水蓄能行业重要的发展新方向，为了研究变速抽水蓄能机组不同初始运行转速对水泵断电工况的影响规律，【方法】分别对变速抽水蓄能机组在不同初始转速下发生水泵断电的导叶关闭和导叶拒动工况进行数值模拟，分析了该水力过渡过程中各关键物理量的变化规律、调节保证极值以及工况点轨迹演变规律。【结果】结果显示：变速抽水蓄能机组在允许的初始运行转速变化范围内(96%～108%)发生水泵断电。若导叶关闭，则该算例机组的蜗壳压力升高率、尾水管压力降低率、转速反转率变化范围分别在2.20%、3.28%、5.20%以内，不同初始运行转速对应的工况点轨迹线前期差别较大，而在进入水泵制动工况后的过渡过程中则接近重合。若导叶拒动，则不同初始转速对应的工况点轨迹线均与导叶初始开度的等开度线重合。【结论】结果表明：不同初始转速对应的流量和力矩在后续的过渡过程中的变化规律和变化幅值近似，蜗壳压力升高率、尾水管压力降低率、转速反转率变化范围均小于导叶关闭情况下相应的变化范围，分别在1.13%、2.98%、0.4%以内。研究成果可为我国变速抽水蓄能机组的实际投运提供一定技术支持。     

可逆式机组飞轮力矩的合理取值及敏感性分析

为了控制抽水蓄能电站中的大波动水力过渡过程,改善小波动稳定性,常考虑增大可逆式机组的飞轮力矩GD~2,但会造成投资增加。因此,有必要对机组GD~2的合理取值及对调保参数的敏感性开展研究。在统计分析了20座涵盖高、中、低水头的可逆式机组的抽水蓄能电站相关设计参数的基础上,利用系统辨识的最小二乘法建立了可逆式发电-电动机GD~2新的经验模型。继而,以实际工程为例,通过对机组GD~2在不同取值情况下的甩负荷过渡过程进行了对比计算,分析了机组转速、蜗壳和尾水管进口压力、尾水调压井最高、最低涌浪水位等对GD~2的敏感性。结果表明,本文提出的经验模型预测可逆式发电-电动机GD~2的效果最佳,可作为初步设计阶段可逆式发电-电动机GD~2的取值依据。尾水管进口最小压力和机组最大转速上升率对于GD~2的变化最为敏感,而机组GD~2对蜗壳最大压力、尾水调压井最高、最低涌浪水位等的影响较小;机组GD~2的最终取值及优化还需结合电站水力过渡过程计算综合确定。     

某高水头抽蓄机组渗水原因分析及处理措施

抽水蓄能机组具有工况转换复杂,运行方式灵活,快速反应等特点。机组在设计时要兼顾高转速、双向运行、快速转换、调频、调相、频繁起动和制动等特性,因此,设计难度远超普通机组。抽水蓄能电站的水头一般较高,多为400～700 m,随着计算机模拟技术的发展以及新材料和新方法的应用,抽水蓄能电站机组的设计和制造技术进一步提高,后续的抽蓄机组可向更高水头、大容量和高转速的趋势发展。高水头机组意味着高压力,对输水系统及机组导流部件的要求更高,笔者对某电站的蜗壳层机墩混凝土渗水原因分析排查及处理措施进行阐述。     

抽水蓄能机组调相运行浅析

简要介绍抽水蓄能机组调相运行的必要性和理论基础，结合华东宜兴抽水蓄能电站实际情况，详细分析了抽水蓄能机组调相运行对相应设备的要求。     

可逆式机组飞轮力矩的合理取值及敏感性分析

为了控制抽水蓄能电站中的大波动水力过渡过程,改善小波动稳定性,常考虑增大可逆式机组的飞轮力矩 GD2,但会造成投资增加。因此,有必要对机组 GD2 的合理取值及对调保参数的敏感性开展研究。在统计分析了 20 座涵盖高、中、低水头的可逆式机组的抽水蓄能电站相关设计参数的基础上,利用系统辨识的最小二乘法建立了可逆式发电－电动机 GD2 新的经验模型。继而,以实际工程为例,通过对机组 GD2 在不同取值情况下的甩负荷过渡过程进行了对比计算,分析了机组转速、蜗壳和尾水管进口压力、尾水调压井最高、最低涌浪水位等对 GD2 的敏感性。结果表明,本文提出的经验模型预测可逆式发电－电动机 GD2 的效果最佳,可作为初步设计阶段可逆式发电－电动机 GD2 的取值依据。尾水管进口最小压力和机组最大转速上升率对于 GD2 的变化最为敏感,而机组 GD2 对蜗壳最大压力、尾水调压井最高、最低涌浪水位等的影响较小; 机组 GD2 的最终取值及优化还需结合电站水力过渡过程计算综合确定。     

特殊工况下抽水蓄能电站系统参数过渡过程分析

在抽水蓄能电站水力过渡过程数值模拟中,由于水泵-水轮机全特性曲线所具有的特殊性,使得尾水管进口最小压力在机组相继甩负荷工况下会大幅度降低,且时常会成为控制值。以一维刚性水锤及弹性水锤的特征线方法(MOC)为理论基础,结合某"一洞两机"布置形式的抽水蓄能电站工程实例,对该电站相继甩负荷工况下引水隧洞洞径及尾水岔管相对位置对过渡过程的影响进行了数值模拟。结果表明:在设置尾水调压室的情况下,拟通过改变引水隧洞洞径来调节尾水进口最小压力的措施是不经济的,引水隧洞的面积只需使其中的水流能够保持经济流速即可;在满足工程布置的前提下,应尽量减小尾水支管的长度,以保证输水发电系统的安全运行。     

水力激振作用下的蓄能机组泵工况稳定性分析

随着我国蓄能机组的大量投运,水力激振所引发的机组稳定性问题日益严重。针对蓄能机组泵工况运行时的水力激振问题,采用现场试验手段获得了额定转速下蓄能机组调相压水工况与稳定泵水工况运行时的机组振动、摆度数据,采用频谱对比分析方法,研究了两种工况下各稳定性测点频谱,通过频谱中频率成分的变化,指出了不同部位测点中频率成分存在的差异。分析结果表明:承受垂直载荷部件振动幅值水泵工况较调相工况略有增大趋势;112.5Hz动静干涉频率成分主要在机组垂直振动方向上传播,且逐渐衰减;水力干扰导致泵工况部分测点的频率成分中增加了叶片通过频率56.25Hz和动静干涉频率112.5 Hz,但频率成分的增加并不一定引起机组振动与摆度混频幅值的增大;由于机组振动中261Hz等高频成分的出现,未来厂房与机组的动力分析报告中应包含高频成分,并进行复核。本次观测为转轮设计及研发人员提供了翔实参考数据。     

电站变顶高尾水洞水力过渡过程现场监测分析

阻尼井+变顶高尾水洞是一种新型的水电站尾水压力管道体型,国内尚无单机容量700 MW巨型机组的运行实践经验。为进一步了解大型机组变顶高尾水系统的水力特性,验证工程设计和水工模型试验成果,确保工程安全稳定运行,结合启动试运行和正常蓄水位机组调试安排,对三峡地下电站进行了2个特征库水位(152.3 m,175.0 m)和4个负荷量级(25%,50%,75%,100%)的机组甩负荷水力过渡过程进行现场监测。重点监测了蜗壳和尾水管进口部位水锤压力、阻尼井涌浪、变顶高尾水洞明满流交替和机组转速升高值等内容。监测成果表明:三峡地下电站变顶高尾水洞各项水力参数指标均满足设计要求,并有一定安全裕度,监测成果可为今后变顶高尾水洞工程设计和运行提供参考。     

张河湾抽水蓄能电站机组水环设计与现状分析

水环是抽水蓄能机组所特有的现象,转轮充气压水运行时用以密封气体不进入蜗壳、减小压水用气量。鉴于机组投产初期水环排水管频繁振裂,对水环的释放进行管路改造,取消水环排水管路,水环改为经蜗壳与尾水管均压管路释放排出,保证了水泵方向启动的可靠性。同时由于厂房振动,造成蜗壳与尾水管均压阀卡涩,引起机组启动失败,在振动无法彻底解决前,对均压阀使用环境进行减振处理,提高阀门动作稳定可靠。     

某抽水蓄能电站地下厂房动力特性研究

抽水蓄能电站具有高水头、大容量、快转速的特点导致振动问题特别突出,强烈的振动会导致机组以及厂房薄弱结构部位发生破坏,影响电站的安全稳定运行。结合某在建抽水蓄能电站,分析了可能与厂房结构发生共振的振源,研究了边界条件、材料特性对结构自振特性的影响,结合粘弹性人工边界条件,分析了在机组动荷载作用下厂房各部位的动力响应规律。     

抽水蓄能电站计算机监控系统需求分析

阐述了计算机监控系统的发展趋势,根据抽水蓄能电站特殊的运行方式,分析了抽水蓄能机组的特殊控制要求,论述了抽水蓄能电站计算机监控系统的设计原则、基本模式及其对电网安全稳定运行的影响。     

抽水蓄能电站运行方式和电网经济效益分析

用计算机模拟法建立模拟模型，对选定的系统进行生产模拟，统计计算出电网系统投入不同抽水蓄能容量时所发生的系统运行总燃料费用（包括抽水蓄能电站的抽水费）和系统的负荷缺电力时间概率（LOLP）等指标。通过对计算结果的分析，得出不同系统在投入不同容量抽水蓄能机组和采取不同运行方式的情况下，其运行总燃料费用的边际成本和LOLP的边际值的变化规律，并且对电网的经济效益进行合理分析。从而为抽水蓄能电站的规划和投资建设提供理论依据，推动抽水蓄能电站的发展，促使我国电源结构趋向合理。     

仙居抽水蓄能电站蜗壳混凝土施工仿真研究

浙江仙居抽水蓄能电站装配了大功率水轮发电机组,其蜗壳的大体积混凝土施工存在温度应力大并造成开裂的风险,影响机组正常运行。为探究蜗壳温度应力,对1#机组蜗壳混凝土进行了考虑施工过程的三维实时仿真计算,对关键位置进行了应力分析,提出施工期降低早期温度应力的建议措施。