【摘要】：抽水蓄能電站是現代電網的必然產物,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)揮抽水蓄能電站調峰填谷、調頻調相、旋轉備用等快速響應的作用,以提高電網供電質量和電網靈活性及可靠性。抽水蓄能調節(jié)保證分析是抽水蓄能電站設計與運行中所面臨的關鍵問題之一,但其目前仍然至少存在著如下七大問題：1)水泵水輪機全特性曲線平面表達方式存在的多值性和對應性問題可能導致插值和迭代計算無法進行；2)套用機組特性曲線與真機特性曲線反S特性的差別導致調節(jié)保證計算結果差異顯著；3)復雜的機組邊界條件因求解方法不當可能導致無解或錯解；4)缺少合適方法計入過渡過程中巨大的壓力脈動；5)抽水蓄能電站導葉關閉規(guī)律優(yōu)化缺乏明確的理論依據；6)常規(guī)水電站調壓室設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節(jié)保證計算結果的影響尚不明確等。本文在分析總結前人工作的基礎上,對于問題一、問題三、問題四和問題五進行了深入的研究。論文的主要內容包括以下幾個方面： 1.水泵水輪機全特性的空間曲面構建 將全特性表征為空間坐標系On1'Q1'M1'下的參數曲面,以B樣條曲線曲面造型技術為理論基礎,建立全特性B樣條空間曲面的數學模型,并編制了相應的計算程序；證明了空間曲面表達方式對平面表達方式中現存問題的解決；對五套分別適用于不同水頭段的全特性曲線進行曲面重構,并通過改變沿開度線方向(u向)的網格數目和u向參數分布分析了重構曲面對原始數據點以及開度線的逼近精度。 2.基于空間曲面的水泵水輪機機組邊界數學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機組邊界的數學模型；提出了轉速誤差函數Ω的概念以及以Ω=0作為根的判別條件的機組邊界條件的求解方法；對Ω取沿等開度線的方向導數,并將全特性曲線分為若干區(qū)域,分區(qū)域討論組成該方向導數各項的符號變化及絕對值的大小,進而探討Ω的單調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。 3.水泵水輪機甩負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模型試驗脈動壓力等值線圖并結合甩負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鍵在于根據每一時刻工況點所在的位置準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運行區(qū)的脈動壓力模型試驗數據向過渡過程中工況點可能經過的整個區(qū)域進行延伸以及對形狀復雜的脈動壓力幅值等值線進行數學建模并進行曲線間內插,為此論文采用如下兩種手段予以解決：其一,采用經驗模態(tài)分解法對實測壓力波動信號進行分解,并根據脈動壓力幅值等值線的趨勢,將模型試驗數據向水輪機制動區(qū)和反水泵區(qū)進行延伸；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行了三角網格的劃分,判別工況點與三角網格的相對位置,并對三角形網格點進行線性插值,得到落入三角網格內或三角網某一邊上的工況點的壓力脈動幅值。 4.水泵水輪機開度特性分析與導葉關閉規(guī)律優(yōu)化研究 由機組邊界方程出發(fā),借助于轉速誤差函數為單調函數這一思想,提出普遍適用的時間步長內水頭平方根X變化規(guī)律(即ΔX的符號)的分析方法；根據時間步長內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、轉速誤差函數α的單調性對軌跡線進行情況分類并從理論上探討其存在性；應用時間步長內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確性,并分析了由開度線形狀以及導葉關閉速率的不同而導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葉關閉規(guī)律的優(yōu)化思路。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：武漢大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TV743;TV734

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本文編號：2303983