【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水电站稳定运行，具体地指一种尾水拓挖后水电机组稳定性分析及运行策略优化方法。
技术介绍
1、水电能源的综合开发利用关系到国民经济和社会的可持续发展，在碳达峰和碳中和的长期发展战略下，承担着大量的电力消纳任务。为了有效利用河段水能资源，通过实施尾水拓挖工程，可以达到提高发电系统稳定性和发电效益的效果。然而，水轮机所在的环境受到多种因素的影响，伴随着强烈的非线性特征，同时尾水隧洞的设置必须满足保证计算和水电站稳定运行的要求。因此，开展尾水拓挖后水电站引水发电系统稳定性分析以及运行策略研究尤为重要。
2、现有技术中的部分研究内容有：非线性特性作用下带调压室的水电站调速系统的稳定性研究；变顶高尾水洞水电站水轮机调节系统的hopf分岔及其动态仿真；基于hopf分岔的变顶高尾水洞水电站水轮机调节系统稳定性研究；带斜顶尾水隧洞水轮机调节系统在负荷扰动下稳定性研究；尾水明满流过渡过程对输水发电系统瞬态参数和机组调节品质的影响。
3、但是现有技术中的研究存在以下问题：带有下游调压室和变顶高尾水洞系统的水轮机仅考虑线性模型，同时未涉及到尾水拓挖对水电机组稳定性的影响。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足之处，本专利技术提出一种尾水拓挖后水电机组稳定性分析及运行策略优化方法，不仅考虑水轮机非线性模型，而且考虑到尾水拓挖后的尾水渠不同水位下降高度对水电机组稳定性的影响，为水电站潜能开发后的运行策略提供科学参考。
2、为达到上述目的，本专利技术提出一种尾水
3、s1)构建非线性水电站引水发电系统，包括从上游水库至下游水库依次设置的压力管道子系统、水轮机子系统、发电机子系统、下游调压室子系统、尾水渠子系统；
4、所述尾水渠子系统包括变顶高的尾水隧洞子系统和明渠子系统；
5、s2)建立非线性水电站引水发电系统的非线性数学模型，所述非线性数学模型包括压力管道模型、水轮机非线性模型、水轮机调速器模型、发电机模型、下游调压室模型、变顶高的尾水隧洞模型；
6、s3)将非线性数学模型转换为高阶状态方程形式，将机组转速相对偏差、导叶开度相对偏差、水头相对偏差、调压室中间变量、尾水隧洞流量作为状态变量，将水轮机阻力矩作为外界负荷扰动，分别得到机组转速相对偏差、导叶开度相对偏差、水头相对偏差、调压室中间变量、尾水隧洞流量的状态方程；
7、s4)确定与尾水渠水位下降高度相关的水电站相关参数，构建尾水渠水位下降高度分别与水电站相关参数之间的关系式；明确尾水拓挖前、后的尾水渠水位下降高度，计算出在尾水渠不同水位下降高度下各水电站相关参数的变化结果；
8、水电站相关参数包括：机组工作水头、明满流分界面处的水深、明满流分界面处的水流流速、明流段明渠波速、下游调压室到尾水渠管道长度、以及压力管道水流惯性时间常数、下游调压室时间常数、尾水隧洞水流惯性时间常数；
9、s5)确定与尾水渠水位下降高度无关的水电站基本参数，将给定的水电站基本参数、以及尾水渠不同水位下降高度对应的水电站相关参数分别代入步骤s3)中的状态方程，改变状态方程中的调速器参数，绘制出尾水渠不同水位下降高度下的机组转速相对偏差、导叶开度相对偏差、水头相对偏差、尾水隧洞流量的动态响应图谱，从动态响应图谱中分析系统稳定性和调节品质，选出尾水渠不同水位下降高度下的最佳调速器参数，从而明确尾水渠不同水位下降高度对应的最佳运行策略；
10、所述调速器参数包括不同组合的调速器比例增益参数和调速器积分参数。
11、进一步地，s2)中，压力管道模型表示为
12、
13、水轮机非线性模型表示为
14、
15、
16、水轮机调速器模型表示为
17、
18、发电机模型表示为
19、
20、下游调压室模型表示为
21、
22、变顶高的尾水隧洞模型表示为
23、
24、式中，
25、dqt/dt为压力管道流量偏差相对值的微分形式，
26、qt为压力管道流量偏差相对值，
27、twt为压力管道水流惯性时间常数，
28、h为水头相对偏差，
29、zf为调压室中间变量，
30、ht为管道水头损失，
31、h0为机组工作水头，
32、dzf/dt为调压室中间变量的微分形式，
33、tf为下游调压室时间常数，
34、qy为尾水隧洞流量，
35、hy为尾水隧洞水头损失，
36、λ为尾水隧洞断面系数，
37、qy0为初始尾水隧洞流量，
38、c为明流段明渠波速，
39、b为尾水隧洞宽度，
40、vx为明满流分界面处的水流流速，
41、g为重力加速度，
42、α为尾水隧洞顶坡角，
43、tanα为尾水隧洞坡度，
44、twy为尾水隧洞水流惯性时间常数，
45、mt为水轮机动力矩偏差相对值，
46、eh0、ex0、ey0均为水轮机力矩传递系数，
47、x为机组转速相对偏差，
48、y为导叶开度相对偏差，
49、eqh0、eqx0、eqy0均为水轮机流量传递系数，
50、ta为机组惯性时间常数，
51、dx/dt为机组转速相对偏差的微分形式，
52、mg为水轮机阻力矩，
53、eg为负荷自调节系数，
54、dy/dt为导叶开度相对偏差的微分形式，
55、kp为调速器比例增益，
56、ki为调速器积分增益。
57、更进一步地，s3)中，机组转速相对偏差、导叶开度相对偏差、水头相对偏差、调压室中间变量、尾水隧洞流量的状态方程分别为
58、
59、式中，
60、为机组转速相对偏差的微分形式的简易表达方法，为导叶开度相对偏差的微分形式的简易表达方法，为水头相对偏差的微分形式的简易表达方法，为调压室中间变量的微分形式的简易表达方法，为尾水隧洞流量的微分形式的简易表达方法，x为机组转速相对偏差，
61、y为导叶开度相对偏差，
62、h为水头相对偏差，
63、zf为调压室中间变量，
64、qy为尾水隧洞流量，
65、hy为尾水隧洞水头损失，
66、eqh0、eqx0、eqy0均为水轮机流量传递系数，
67、eh0、ex0、ey0均为水轮机力矩传递系数，
68、ta为机组惯性时间常数，
69、twy为尾水隧洞水流惯性时间常数，
70、twt为压力管道水本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种尾水拓挖后水电机组稳定性分析及运行策略优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的尾水拓挖后水电机组稳定性分析及运行策略优化方法，其特征在于：S2)中，压力管道模型表示为
3.根据权利要求2所述的尾水拓挖后水电机组稳定性分析及运行策略优化方法，其特征在于：S3)中，机组转速相对偏差、导叶开度相对偏差、水头相对偏差、调压室中间变量、尾水隧洞流量的状态方程分别为
4.根据权利要求3所述的尾水拓挖后水电机组稳定性分析及运行策略优化方法，其特征在于：S4)中，尾水渠水位下降高度与机组工作水头之间的关系式为
5.根据权利要求4所述的尾水拓挖后水电机组稳定性分析及运行策略优化方法，其特征在于：S5)中，所述水电站基本参数包括初始尾水隧洞流量Qy0、管道水头损失ht、尾水隧洞水头损失hy、压力管道长度Lt、压力管道流速Vt、尾水流速Vy、下游调压室面积F、尾水隧洞宽度B、尾水隧洞坡度tanα、尾水隧洞顶坡角α、尾水隧洞断面系数λ、重力加速度g、机组惯性时间常数Ta、负荷自调节系数eg、水轮机阻力矩mg、水轮机流量传递系数
6.根据权利要求1所述的尾水拓挖后水电机组稳定性分析及运行策略优化方法，其特征在于：S5)中，基于Hopf分岔理论及ODE45函数对非线性水电站引水发电系统在不同调速器参数状态点下进行数值仿真，得到系统在不同调速器参数状态点下的动态响应图谱。
7.根据权利要求6所述的尾水拓挖后水电机组稳定性分析及运行策略优化方法，其特征在于：S5)中，始尾水洞流量、所述调速器参数包括至少三组不同数值组合的调速器比例增益参数Kp和调速器积分参数Ki。
...【技术特征摘要】
1.一种尾水拓挖后水电机组稳定性分析及运行策略优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的尾水拓挖后水电机组稳定性分析及运行策略优化方法，其特征在于：s2)中，压力管道模型表示为
3.根据权利要求2所述的尾水拓挖后水电机组稳定性分析及运行策略优化方法，其特征在于：s3)中，机组转速相对偏差、导叶开度相对偏差、水头相对偏差、调压室中间变量、尾水隧洞流量的状态方程分别为
4.根据权利要求3所述的尾水拓挖后水电机组稳定性分析及运行策略优化方法，其特征在于：s4)中，尾水渠水位下降高度与机组工作水头之间的关系式为
5.根据权利要求4所述的尾水拓挖后水电机组稳定性分析及运行策略优化方法，其特征在于：s5)中，所述水电站基本参数包括初始尾水隧洞流量qy0、管道水头损失ht、尾水隧洞水头损失hy、压力管...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨年浩，代开锋，刘壮，陆杰，侯敬军，刘政，乐翔飞，王豪，孙文才，彭志远，
申请(专利权)人：中国三峡建工集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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