【摘要】：抽水蓄能電站是現(xiàn)代電網(wǎng)的必然產(chǎn)物,在電力系統(tǒng)中起著不可替代的作用,尤其在綠色能源大發(fā)展的背景下,更需要發(fā)揮抽水蓄能電站調(diào)峰填谷、調(diào)頻調(diào)相、旋轉(zhuǎn)備用等快速響應(yīng)的作用,以提高電網(wǎng)供電質(zhì)量和電網(wǎng)靈活性及可靠性。抽水蓄能調(diào)節(jié)保證分析是抽水蓄能電站設(shè)計與運行中所面臨的關(guān)鍵問題之一,但其目前仍然至少存在著如下七大問題：1)水泵水輪機(jī)全特性曲線平面表達(dá)方式存在的多值性和對應(yīng)性問題可能導(dǎo)致插值和迭代計算無法進(jìn)行；2)套用機(jī)組特性曲線與真機(jī)特性曲線反S特性的差別導(dǎo)致調(diào)節(jié)保證計算結(jié)果差異顯著；3)復(fù)雜的機(jī)組邊界條件因求解方法不當(dāng)可能導(dǎo)致無解或錯解；4)缺少合適方法計入過渡過程中巨大的壓力脈動；5)抽水蓄能電站導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律優(yōu)化缺乏明確的理論依據(jù)；6)常規(guī)水電站調(diào)壓室設(shè)計理論不適用于抽水蓄能電站；7)輸水系統(tǒng)布置形式及尺寸對調(diào)節(jié)保證計算結(jié)果的影響尚不明確等。本文在分析總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上,對于問題一、問題三、問題四和問題五進(jìn)行了深入的研究。論文的主要內(nèi)容包括以下幾個方面： 1.水泵水輪機(jī)全特性的空間曲面構(gòu)建 將全特性表征為空間坐標(biāo)系On1'Q1'M1'下的參數(shù)曲面,以B樣條曲線曲面造型技術(shù)為理論基礎(chǔ),建立全特性B樣條空間曲面的數(shù)學(xué)模型,并編制了相應(yīng)的計算程序；證明了空間曲面表達(dá)方式對平面表達(dá)方式中現(xiàn)存問題的解決；對五套分別適用于不同水頭段的全特性曲線進(jìn)行曲面重構(gòu),并通過改變沿開度線方向(u向)的網(wǎng)格數(shù)目和u向參數(shù)分布分析了重構(gòu)曲面對原始數(shù)據(jù)點以及開度線的逼近精度。 2.基于空間曲面的水泵水輪機(jī)機(jī)組邊界數(shù)學(xué)模型及求解方法的研究建立了基于全特性空間曲面方程水泵水輪機(jī)機(jī)組邊界的數(shù)學(xué)模型；提出了轉(zhuǎn)速誤差函數(shù)Ω的概念以及以Ω=0作為根的判別條件的機(jī)組邊界條件的求解方法；對Ω取沿等開度線的方向?qū)?shù),并將全特性曲線分為若干區(qū)域,分區(qū)域討論組成該方向?qū)?shù)各項的符號變化及絕對值的大小,進(jìn)而探討Ω的單調(diào)性及在搜索邊界的符號,并以此作為方程組具有唯一解以及尋根方向的理論依據(jù)。 3.水泵水輪機(jī)甩負(fù)荷過渡過程中脈動壓力簡化模擬方法的研究 提出了利用水泵水輪機(jī)模型試驗脈動壓力等值線圖并結(jié)合甩負(fù)荷工況軌跡線的脈動壓力幅值的模擬方法。由于該模擬方法的關(guān)鍵在于根據(jù)每一時刻工況點所在的位置準(zhǔn)確度量該處的壓力脈動幅值,難點在于如何將僅包含水輪機(jī)運行區(qū)的脈動壓力模型試驗數(shù)據(jù)向過渡過程中工況點可能經(jīng)過的整個區(qū)域進(jìn)行延伸以及對形狀復(fù)雜的脈動壓力幅值等值線進(jìn)行數(shù)學(xué)建模并進(jìn)行曲線間內(nèi)插,為此論文采用如下兩種手段予以解決：其一,采用經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解法對實測壓力波動信號進(jìn)行分解,并根據(jù)脈動壓力幅值等值線的趨勢,將模型試驗數(shù)據(jù)向水輪機(jī)制動區(qū)和反水泵區(qū)進(jìn)行延伸；其二,借助于地圖編輯中等高線的處理方法對兩相鄰脈動壓力幅值等值線進(jìn)行了三角網(wǎng)格的劃分,判別工況點與三角網(wǎng)格的相對位置,并對三角形網(wǎng)格點進(jìn)行線性插值,得到落入三角網(wǎng)格內(nèi)或三角網(wǎng)某一邊上的工況點的壓力脈動幅值。 4.水泵水輪機(jī)開度特性分析與導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律優(yōu)化研究 由機(jī)組邊界方程出發(fā),借助于轉(zhuǎn)速誤差函數(shù)為單調(diào)函數(shù)這一思想,提出普遍適用的時間步長內(nèi)水頭平方根X變化規(guī)律(即ΔX的符號)的分析方法；根據(jù)時間步長內(nèi)工況點在流量特性曲線上移動軌跡的△n1.△Q1'的符號、工況點的移動方向、轉(zhuǎn)速誤差函數(shù)α的單調(diào)性對軌跡線進(jìn)行情況分類并從理論上探討其存在性；應(yīng)用時間步長內(nèi)X變化規(guī)律的分析方法討論了每種情況的ΔX的符號,再通過改變每種情況的軌跡線夾角,分析其對ΔX的影響；以實例驗證了上述分析方法準(zhǔn)確性,并分析了由開度線形狀以及導(dǎo)葉關(guān)閉速率的不同而導(dǎo)致的軌跡線形狀的改變對ΔX的影響；最后整合上述研究成果,提出了基于開度特性導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律的優(yōu)化思路。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TV743;TV734

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本文編號：2303983