张健[1]2001年在《水轮机组飞逸保护及退出飞逸过渡过程的研究》文中认为本文针对水轮机组防飞逸保护及退出飞逸过渡过程，深入分析其工作机理和特点，给出并比较了多种防飞逸措施的优缺点，讨论了利用飞逸工况进行泄水的可行性。以内特性解析理论为基础，分别针对转桨式水轮机靠转动轮叶退出飞逸以及利用尾水闸门使水轮机组退出飞逸两种飞逸保护方式，给出了其退出飞逸过渡过程中各动态参数的计算方法及计算程序，并以白垢机组为例，分别对上述两种退出飞逸方法进行了过渡过程计算，并比较了各自的优缺点。 此外，本文还对退出飞逸过渡过程计算中的奇点工况进行了研究，讨论了水力机械过渡过程中的莫克里希损失，并在两台混流式水轮机上作了空载（飞逸）时导叶自动关闭的过渡过程现场试验，利用推出的相似换算公式，对试验测得的机组以某一转速空载运行导叶自动关闭到零流量时的转速值，进行相似换算，得出机组以其它转速空载运行导叶自动关闭到零流量时的转速值，并将计算值与现场试验实测值进行比较，验证了该相似换算公式的正确性。
李鲁辉[2]2013年在《水轮机筒阀动水关闭过程的水力特性分析》文中指出筒阀紧急动水关闭是保证水轮机安全运行的保护措施之一，本文主要以水轮机全流道为模型，数值模拟筒阀动水关闭过程。以掌握水轮机运行过程中筒阀及引流部件的水力特性、水轮机运行状况等为目的，利用FLUENT仿真软件模拟筒阀60s动水关闭，研究筒阀动水关闭行程内的压力、速度、流量和力矩等水力特性变化规律，重点对小开度下的水力特性进行细化分析。论文主要研究内容和成果如下：(1)结合筒阀实际运行工况，以转轮转速达到170r/min时的定常计算结果作为非定常计算的初始流场，依据筒阀实际关闭规律，利用profile定义筒阀关闭方式；对导叶和转轮区域进行网格加密，运用滑移网格和动网格技术适应流场区域变化，对不同套网格可信度进行对比分析；以水轮机全流道网格为计算模型，选用用RNG k-湍流双方程模型，采用SIMPLEC算法对流场进行迭代求解，较真实的模拟筒阀动水关闭过程水轮机内部流场特征。(2)数值模拟得到筒阀动水关闭行程内的上下端面、内外表面的轴向动水作用力水力特性，并对其水力特性曲线进行分析；筒阀周围压力和速度场不稳定，筒阀在动水关闭过程中受到倾覆力矩作用，建立筒阀倾覆模型，并对筒阀倾覆稳定性进行评价，以判断筒阀是否倾覆和卡死，为筒阀实际安全稳定运行提供参考依据。(3)重点研究小开度下的水力特性，对小开度关闭行程再次进行细化数值模拟，得到小开度下的筒阀过流区域流量和流速特性曲线；对筒阀下端面不同截面位置下不同点进行取值，得到其在小开度下的变化规律；对筒阀附近区域、转轮区域、环列平面叶栅导叶区域的压力和速度场进行分析，得到小开度下流场内部的漩涡、脱流、尾迹流等不稳定流和空化、汽蚀、振动等不稳定现象。为筒阀运行过程中的水力优化提供参考，可与筒阀实际运行工况进行对比分析，采取相应措施以使其运行更高效、更稳定。
麻全[3]2017年在《高水头混流式水轮机飞逸工况流动特性数值研究》文中进行了进一步梳理在飞逸发生时,水轮机的转速达到此导叶开度下的最大值,通常大于150%的同步转速。机组将承受非常大的附加质量力,有可能造成机组结构破坏。与此同时,转轮中的流态变差,产生非常大振幅的不稳定压力脉动,会引起转轮的疲劳破坏,影响转轮的寿命。本文以典型的高水头混流式模型水轮机Francis99为研究对象,针对数值模拟方法和飞逸工况流动特性两方面进行了研究。主要结论如下:首先对Francis99叁个特征工况进行了数值计算,将数值结果与实验值进行了对比。计算采用了两种常用的湍流模型(标准k-ε模型、k-ω SST模型)以及一种更高级的湍流模型(SAS-SST模型)。另外从节省计算资源的角度进行探索,应用TBR (Transient Blade Row)模型中的PT方法和FT方法对活动导叶和转轮分别进行了单流道和双流道非稳态计算。从对水力效率、各监测点压力均值、尾水管截面速度以及压力脉动频域特性等结果的对比分析中可以看出,应用不同湍流模型进行计算,可从不同角度影响计算结果,但都得出相近于实验数据的结果。采用不同湍流模型对计算结果有不同的影响,但都可以得到与实验数据较为吻合的结果。采用FT方法可以得到与全环计算相当的结果,由于该方法仅需两个流道的计算模型,因此可以在节省计算资源的同时采用更加精细合理的网格。对数值模拟方法的对比分析,使得所采用数值方法的准确性得到验证。为了在保证计算精度的同时节约计算资源、减少计算耗时,采用k-ωωSST湍流模型计算了飞逸工况内部流动规律。重点关注了转轮叶片表面压力分布、转轮域内流动状态、各监测点处压力脉动时域和频域特性。得出的主要结论有:飞逸工况下,叶片表面的压力梯度分布与正常工况存在较大差异,最高压力位于进口边背面靠近上冠及下环处且呈对称分布,最低压力出现在进口边正面靠近上冠及下环处;水流以旋转涡流状态进入转轮,进出口速度大小变化不明显;水流在转轮流道内的流动状态以一个长叶片和一个短叶片为周期,即每间隔一个流道内的流动状况相同;飞逸工况下无叶区压力脉动幅值明显高于正常工况,在导叶开度为3.91°及9.84°的飞逸工况下,VL01处压力幅值分别为正常工况的2.12倍和1.24倍。
李丙尧[4]2017年在《基于CFD的混流式水轮机固液两相流动与飞逸特性分析》文中研究说明随着能源消耗的逐步增加,水电作为一种清洁能源占据了越来越重要的地位,水电站发挥着调峰调频的重要作用。然而由于近年来水土流失的加剧,导致我国在运行的大多数电站都在含沙较多的河流中运行。因此,在这种多泥沙河流中运行的水轮机极易出现泥沙颗粒的磨损、加剧机组振动等问题,从而降低了水轮机的使用寿命,给电站运行带来很大危害。本文针对在固液两相流动情况下运行的水轮机进行了数值模拟,以期揭示固相颗粒在水轮机中的流动规律,并预估了水轮机的泥沙磨损情况。在水轮机运行过程中遇到的另一严重问题是水轮机甩负荷运行时,由于导水机构拒动而导致的飞逸工况的产生,因此本文研究了水轮机在飞逸工况时的流动特性。针对以上问题,本文主要做了以下研究内容和工作:⑴通过HL240型水轮机的木模图,运用CAD及SolidWORKS软件建立了水轮机转轮模型,然后经由水力计算,设计出水轮机蜗壳、活动导叶、尾水管叁部分过流部件。最后,对所建立的水轮机模型根据其不同的结构分别应用ICEM CFD以及Turbogrid软件进行结构化网格和非结构化网格的划分。⑵采用CFX软件中Particle模型和非均相模型对所建立的水轮机模型进行固液两相流动数值模拟。导叶开度选为24°,从固相颗粒不同密度、粒径、浓度叁个方面共计16个小工况进行了模拟实验,得到了在固液两相流动下水轮机外特性的变化规律。对蜗壳、导叶、转轮叶片等过流部件的磨损和内部固相属性的流动情况进行了分析。并将模拟结果与文献中的实验结果进行对比,结果显示本文研究结果与实际运行时的情况基本吻合。⑶在飞逸工况的研究中,以6个不同开度下计算的稳态工况作为初始条件,结合水轮机飞逸工况转轮内控制方程来模拟水轮机到达飞逸工况后的动力学特性。实验结果表明,到达飞逸工况后,水流流速迅速增加,转轮内部出现了不同程度的涡流现象。由转轮叶片压力分布可知,在飞逸转速下叶片压力也急剧上升,叶片下环附近处压力较集中。然后对本文所采用的窄高型尾水管在内部流线、特正面压力分布方面进行分析,对比了飞逸工况前后尾水管内部的流动变化。
华晔[5]2009年在《基于动网格技术的水轮机瞬态流动分析》文中认为水电站的过渡过程常常引起强烈的水力机组压力脉动、振动和水锤等现象,严重影响电站的安全运行,对过渡过程中过流部件内部流动状态变化的研究也逐渐成为国内外的研究前沿和热点。本文以水轮机的过渡过程为研究对象,采用动网格技术对阀门的关闭过程和轴流转桨式水轮机活动导叶在小波动过程中的内部流动进行了CFD数值模拟。主要工作内容包括以下几方面：首先,利用动网格技术对管道关阀水击过程进行了数值模拟。通过与实验及常规的特征线法比较得出,动网格技术可以应用于管道阀门水击的计算。研究表明：采用动网格技术的瞬态数值模拟更能准确地反映出阀门关闭过程中流场结构及流动状态的规律,阀门开度减小时流场变得复杂,出现复杂涡系,损失也会增加,同时阀门受力较大。其次,对轴流转桨式水轮机小波动过程中活动导叶开度随时间变化这一过渡过程进行了数值模拟。通过对不同初始开度下的活动导叶进行了系统、全面的数值计算,包括活动导叶转动及固定不动两种情况,得到了活动导叶上的压力分布、流域内的流场分布。通过分析不同开度下导叶后方压力脉动的变化揭示了导叶开度由小变大以及由大变小这两个过程并不是个简单的逆过程,其间压力、速度的变化趋势不太相同。在活动导叶小波动过渡过程中,当导叶初始开度为小开度时,导叶后方压力波动幅值较大；当导叶初始开度为大开度时,导叶后方压力波动幅值较小开度时小。最后,对小波动过渡过程中轴流转桨式水轮机转轮内部流动进行了数值模拟,分析了轴流转桨式水轮机转轮内部压力和速度的分布,在此基础上运用动网格技术改变导叶开度,研究了导叶开度变化时转轮内的流动特征,通过与活动导叶开度不变情况下的计算结果进行比较,揭示了过渡过程中流场的变化规律。
罗航[6]2011年在《大型抽水蓄能机组继电保护分析与整定计算方法研究》文中进行了进一步梳理随着我国电力系统建设的快速推进,大型抽水蓄能机组以其良好的调节特性得到了大力发展。为确保抽水蓄能电站和电力系统的安全稳定运行,不仅需要配置功能齐全的继电保护装置,还需要对大型抽水蓄能机组的特点和继电保护特性进行分析,不断提高抽水蓄能机组继电保护的各项性能。大型抽水蓄能机组保护的反时限特性与机组实际发热过程常常难以准确拟合。论文通过反时限动作方程的推导,分析了对数反时限动作方程与通用反时限动作方程的区别和联系,得出了对数反时限特性更接近机组实际过负荷发热过程的结论。根据大型抽水蓄能机组操作频繁、工况复杂,对振动承受能力较弱的特点,对定子绕组过负荷保护和负序过负荷保护的反时限动作判据提出了改进建议,解决了热积累和100Hz定子振动对机组安全的影响。低功率保护是抽水蓄能机组特有的保护之一。抽水蓄能机组由于其结构特点,容易在系统扰动下发生大幅功率振荡并造成低功率保护误动。本文通过电磁暂态仿真,结合抽水蓄能机组的水力过渡特性,对低功率保护动作判据进行了改进,提高了该保护的抗干扰能力和对严重故障的反应能力。自并励抽水蓄能机组发生近区故障时,其短路电流会随时间衰减,可能造成后备保护拒动。本文通过对比记忆型复压过流保护和电压制动式低压相关过流保护的保护判据,分析了大型自并励抽水蓄能机组后备保护的动作特性。以实际机组为算例,研究了自并励机组短路电流的变化特点,根据计算结果完善了后备保护的使用方法。通过运用本文相关研究成果,对抽水蓄能机组保护整定计算中的技术问题提出了解决方案,并在工程实际运行中得到了应用。在完成白莲河抽水蓄能电站发电电动机变压器组继电保护整定计算的同时,根据抽水蓄能电站的运行特点提出了一套完整、严谨的抽水蓄能机组继电保护整定计算工作规范。
门闯社[7]2018年在《基于水轮机内外特性复合数学模型的调节系统动态特性研究》文中指出随着水力机组单机容量及电网中新能源渗透率的增加,电网对水力机组动态特性要求越来越高,同时随着长距离输水输电系统数量增加,水力机组动态过程中水力、机械、电气系统的耦合作用也更加凸显。因此,水力机组运行的稳定性及调节品质愈来愈受到关注。本文在前人研究成果的基础上,结合实际工程中遇到的新问题,将水轮机内特性与外特性结合提出了复合数学模型,给出了模型求解收敛性判据,在此基础上建立了基于PSCAD的水-机-电耦合通用仿真平台(PSCAD-HME)。依据此平台,解决了调节系统稳定性随负载扰动幅值变化的问题,完善了含调压室系统调节品质分析理论。取得了如下成果:(1)通过分析水轮机各过流部件中的能量损失形式,建立其能量平衡方程,并结合水轮机流量调节方程得到了流量特性和力矩特性表达式,改进了水轮机内特性模翻;进而依据水轮机外特性实测数据采用最小二乘法与遗传算法相结合的参数辨识方法辨识内特性模型中的相关参数,得出了内特性与外特性相融合的水轮机复合数学模型,提高了水轮机数学模型的精度。(2)针对工程中水轮机模型求解收敛性差的问题,提出了一种以单位转速为迭代变里量的单点迭代求解流程,采用迭代定理得到了迭代收敛性判据,并将这一判据分别应用到了定步长计算和变步长计算中,提高了计算效率。(3)针对工程中常采用的电力系统暂态仿真软件PSCAD自定义模块之间相对独立,而水力系统初始工况恒定流计算中需要将整个系统参数集中在同一个方程中求解的问题,创建了一种虚拟的管理计算模块,以完成水力系统的参数及布置信息收集、恒定流计算、计算结果分发等任务,进而构建了 PSCAD-HME平台。(4)针对水轮机调节稳定性随负载扰动幅值增加而降低的问题,利用PSCAD-HME平台通过仿真找出引起这一问题的原因是调速器速度饱和,并进一步分析了调速器的比例项、积分项以及微分项对速度饱和的影响,提出了一种抗速度饱和的微分优先型PID控制策略,消除了负载扰动幅值对调节稳定性的影响。(5)针对含调压室系统压力管道水流惯性时间常数较大时调节品质分析存在误差过大的问题,分析了压力管道水流惯性时间常数对水轮机流量和力矩的影响大小,考虑了压力管道水流惯性时间常数的主要作用后将系统模型进行了简化,得到了转速主波和尾波的表达式及调节品质指标的解析表达式,并利用PSCAD-HME平台验证了该解析表达式具有更高的准确性,得出了调压室相关参数对调节品质的影响规律及取值建议。
许宏伟, 赵明, 吴章勤, 王进, 杨迎春[8]2014年在《澜沧江流域大型水轮机转轮裂纹综合防控技术探讨》文中研究说明本文结合澜沧江流域大型水轮机转轮裂纹综合防控项目,通过对澜沧江流域已投产大型水轮机转轮裂纹的检测、检验、运行调整试验和统计分析,探索转轮叶片固有频率分布规律和水轮机避振运行技术,从转轮结构、转轮检修、机组运行控制等软硬件方面,归纳整理切实可行的大型水轮机转轮裂纹综合防控技术,为澜沧江流域和其它流域即将投产的水轮机转轮裂纹防控工作提供技术储备,减缓或杜绝大型水轮机转轮在运行过程中产生裂纹。
杨少勇[9]2003年在《变速恒频潮流发电系统的分析研究》文中提出传统的恒速恒频潮流发电系统一直在潮流发电中占据主导地位，但由于恒速恒频要求发电机转速恒定，由液压马达控制水轮机的转速为恒定，这样做不仅潮流能利用低，适应工况能力不强，而且液压马达的造价也较高，不利于潮流发电系统的推广应用。变速恒频潮流发电系统的出现改变了这一局面，介绍了几种变速恒频潮流发电系统采用不同发电机时的技术优势及发展现状，重点讨论了交直交主回路变速恒频的潮流发电系统控制方案。 利用SA4828芯片进行控制系统的设计，主回路采用智能IGBT模块IPM能够简化系统构成、降低系统成本、增强系统可靠性能，同时能够胜任各种操作要求。 论文以SPWM逆变控制系统为理论基础，研究了潮流发电系统的主回路结构、控制规律，改进型的变速恒频潮流发电控制方案，并且根据方案首先进行了MATLAB软件仿真，接着进行了硬件电路和系统软件的设计。在MATLAB软件仿真里，简要的介绍了潮流发电中各个模块的模型，最后搭建了潮流发电模型，进行仿真，仿真结果证明该方法是可行的。在硬件电路和系统软件的设计中，提出了PID算法和中值滤波算法，并给出了程序流程图。试验结果也证明该方法的可行性。 最后，在控制系统实际运行时对波形进行了观测，给出了结论，总结了变速恒频潮流发电系统的设计思想，提出变速恒频潮流发电系统会成为潮流发电系统的主要控制方式，对其控制系统的研究具有广泛的应用价值。
李超顺[10]2010年在《水电机组控制系统辨识及故障诊断研究》文中认为水电机组控制系统与机组的稳定、安全、高效运行密切相关,对其进行精确建模研究是系统动态过程仿真、自适应控制、机组及互联电网稳定性分析和机组故障诊断的基础。水电机组控制系统是具有时变、非最小相位、强非线性等特点的复杂系统,精确建模一直是相关研究的难点；水电机组日趋大型化、复杂化导致机组故障风险日益突出,机组故障诊断研究一直备受学界关注。因此,深入研究水电机组控制系统辨识理论与方法,获得机组控制系统的精确模型描述,研究机组故障诊断策略,对实现水电机组的安全、可靠和高效运行,具有十分重要的理论意义和工程应用价值。在水电机组系统辨识研究中,传统方法多集中在线性系统辨识领域,辨识的模型多为忽略了非线性环节的简单线性模型,缺乏对非线性系统辨识的研究,制约了高精度水电机组对象模型的获取,亟需进一步发展水电机组非线性辨识理论并系统地建立完善水电机组系统辨识方法体系。为此,在全面分析水电机组特性基础上,凝练出机组控制系统辨识及机组故障诊断所面临的科学问题,结合模糊理论及先进智能优化方法,对水电机组控制系统参数辨识方法、模型整体辨识策略进行了系统深入的研究,进一步开展了基于系统辨识的机组故障诊断研究,提出了基于模糊聚类理论的故障模式识别方法体系。论文的主要工作及创新性成果如下：(1)针对水电机组对象特性及系统辨识研究需求,研究并建立了水轮机调节系统各环节数学模型,对其中的非线性特性进行了重点解析,探讨了不同工况下水电机组控制对象模型表现形式,建立了水轮机调节系统典型线性模型及非线性模型的SIMULINK仿真平台,为系统辨识研究打下了基础。(2)考虑水电机组参数辨识的特殊性,研究并推导了基于微分变换和积分变换的连续系统参数辨识方法,直接辨识对象物理参数。构建了基于Harley变换的连续系统辨识模型,实现了水轮机调速器控制参数的精确辨识,研究了具有结构简单、计算速度快的Haar类正交变换,成功应用于水轮机调节对象的参数辨识。(3)水电机组控制系统是复杂的非线性系统,在不对模型进行简化的情况下进行非线性系统参数辨识。引入引力搜索算法,结合粒子群算法的优点提出了改进引力搜索算法,使其在保留引力搜索的前提下增加了信息共享及记忆能力,进一步提高了搜索能力,在此基础上研究了基于智能优化的非线性系统辨识方法,构造了基于智能优化方法的水轮机调节系统辨识框架,实现了复杂工况下水轮机调节系统非线性模型参数的精确辨识。(4)进一步研究了水电机组复杂非线性系统的整体模型辨识,提出用模糊模型来精确描述水轮机调节系统。在传统T-S模糊模型的基础上,研究并提出用变尺度混沌优化方法来优化T-S模糊的结构与参数,实现结构参数的一体化辨识,为提高模糊空间划分的合理性,提出了基于线性回归原型及超平面原型的模糊聚类方法,实现了T-S模糊模型的高精度辨识,最后验证其在水轮机调节系统辨识中的效果。(5)研究了基于数学模型的动态系统故障诊断策略,为进一步开展该类问题研究打下了基础。进而研究了基于模糊聚类模式识别方法的机组故障诊断,提出了加权混合模糊聚类方法(WCOFCM)和一种加权核聚类算法(WFKC),结合混沌变量的全局搜索能力与梯度算子的局部寻优能力,通过核函数非线性映射及样本特征加权,有效区分了重要和非重要的样本特征,突出了敏感样本特征在聚类中的主导作用,有效实现了机组故障模式的准确识别。
参考文献：
[1]. 水轮机组飞逸保护及退出飞逸过渡过程的研究[D]. 张健. 中国农业大学. 2001
[2]. 水轮机筒阀动水关闭过程的水力特性分析[D]. 李鲁辉. 天津大学. 2013
[3]. 高水头混流式水轮机飞逸工况流动特性数值研究[D]. 麻全. 西安理工大学. 2017
[4]. 基于CFD的混流式水轮机固液两相流动与飞逸特性分析[D]. 李丙尧. 河北工程大学. 2017
[5]. 基于动网格技术的水轮机瞬态流动分析[D]. 华晔. 西安理工大学. 2009
[6]. 大型抽水蓄能机组继电保护分析与整定计算方法研究[D]. 罗航. 华中科技大学. 2011
[7]. 基于水轮机内外特性复合数学模型的调节系统动态特性研究[D]. 门闯社. 西安理工大学. 2018
[8]. 澜沧江流域大型水轮机转轮裂纹综合防控技术探讨[J]. 许宏伟, 赵明, 吴章勤, 王进, 杨迎春. 水力发电学报. 2014
[9]. 变速恒频潮流发电系统的分析研究[D]. 杨少勇. 哈尔滨工程大学. 2003
[10]. 水电机组控制系统辨识及故障诊断研究[D]. 李超顺. 华中科技大学. 2010