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带MGV装置的抽水蓄能过渡过程仿真及其应用

邵卫云

  抽水蓄能电站在电力系统中所占的地位越来越重要,抽水蓄能机组的发展也趋于高水头化、大容量化。在异常情况下,水轮机甩负荷所引起的压力升高和机组转速的上升,对抽水蓄能电站整个输水系统的稳定性以至于整个电站的运行安全会产生更大的威胁。为此,本文对导叶不同步装置的工作原理和理论、抽水蓄能过渡过程仿真模型和水轮机甩负荷工况蜗壳进口压力的水力特性进行了全面的分析和研究。首先,本文提出了基于曲面拟合的水泵水轮机全特性曲线的新变换方法,消除了Suter变换及其修正方法中的一些缺陷,实现了同一过渡过程仿真程序中从全开到全关(或从全关到全开)的各种水力瞬变过程的计算。移动最小二乘(MLS)近似是基于无网格化和局部近似的全局近似方法。文中通过对移动最小二乘近似的基函数、权函数以及相关参数的对比和探讨,选定了适宜于全特性曲线拟合的函数和参数范围,以局部近似完成了全特性曲面的全局近似,更好地拟合出了曲线局部区域的变化,取得了更高的拟合精度。其次,本文基于叶片式水力机械的内特性解析法和水泵水轮机的外特性曲线,对抽水蓄能电站中导叶不同步装置(MGV装置)对“S”特性的影响进行了理论分析和公式推导,得出了MGV装置投入后水轮机区和反水泵区流量特性和力矩特性的数学描述表达式、水轮机制动区特征工况点的经验公式,并在此基础上给出了MGV装置投入后上述区域内新的全特性曲线的绘制框图。此外,对MGV装置稳定空载运行和降低水轮机效率的机理进行了定性分析。再次,抽水蓄能电站过渡过程仿真计算是抽水蓄能电站设计阶段和运行阶段保证电站运行安全的重要手段。本文基于水力瞬变的特征线法和MGV装置的原理,给出了带MGV装置的抽水蓄能过渡过程仿真计算框图,并开发出了相应的通用程序,在工程实践中得到了初步的应用。再再次,在上文所作研究的基础上,本文对抽水蓄能电站中水轮机甩负荷工况蜗壳进口压力的水力特性进行了理论分析。重点在于:MGV装置未投入时,不同导叶关闭规律以及不同关闭规律斜率对蜗壳进口压力双峰特性的影响;MGV装置投入后,MGV装置延时投入时间的长短、附加开度的变化规律和抽水蓄能电站水头对蜗壳进口压力双峰特性的影响;MGV装置降低蜗壳进口压力最大峰值的作用。此外,提出了降低蜗壳进口压力的措施。 最后,本文利用天荒坪抽水蓄能电站和桐柏抽水蓄能电站的有关参数,对上述的有关理论和模型进行了验证分析。对比结果表明,本文的理论和结论是合理的,对工程实践有一定的指导和参考价值。关键词:水泵水轮机全特性,移动最小二乘近似,导叶不同步装置(MGV装 置),过渡过程仿真计算,蜗壳进口压力,水力特性……   
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