抑制水轮发电机超低频振荡的尾水支渠阻尼宽顶堰及方法技术

本发明专利技术属于发电机技术领域，具体涉及一种抑制水轮发电机超低频振荡的尾水支渠阻尼宽顶堰及方法。所述阻尼宽顶堰为梯形截面的阻尼宽顶堰，安装在两台水轮发电机共用尾水渠之前的某一台尾水支渠底部，并且与尾水支渠的宽度相等。在保证发电机运行效率的情况下，有效阻尼尾水支渠的压力振荡，具有实施简单和经济适用的优点。

【技术实现步骤摘要】
抑制水轮发电机超低频振荡的尾水支渠阻尼宽顶堰及方法
本专利技术属于水电站控制
，具体涉及一种抑制水轮发电机超低频振荡的尾水支渠阻尼宽顶堰及方法。
技术介绍
水轮发电机是由水力驱动的同步发电机，水库或河道上游的水经引水管进入水轮机蜗壳，驱动水轮机旋转，把水的势能转化为动能，流出水轮机蜗壳的尾水流入水库或河道的下游。旋转的水轮机驱动发电机，把动能转化为电能并送入电网。水轮发电机输出的电功率必须是稳定的，调节过程中引起的功率变化也必须快速收敛，否则就会引起水轮发电机功率振荡。水轮发电机功率振荡可分为低频振荡(2.5Hz～0.1Hz)和超低频振荡(0.1Hz～0.01Hz)。引起低频振荡的主要原因之一是励磁控制系统产生负阻尼，有效解决方法是配置电力系统稳定器PSS，用附加正阻尼抑制低频振荡。引起超低频振荡的主要原因之一是调速器系统产生负阻尼，有效缓解方法是改变调速器，特别是一次调频参数，降低调速器所产生的负阻尼。引起超低频振荡的另一个原因是一种水力作用，比如水库水位周期性波动，引水管、蜗壳或尾水管压力脉动过大等。还有一种两台水轮发电机尾水互相作用引起的超低频振荡，是因为这两台水轮发电机共用一条尾水渠，并且在某种条件下，两条尾水支管之间产生压力振荡，进而引起发电机功率振荡。由于这种振荡与发电机的机电设备及其控制系统没有关系，因此解决此类振荡的唯一办法，是采用水力和水工技术措施，消除这种尾水压力振荡。目前，解决尾水支管压力振荡最常见的措施，主要有两条。第一是避开引起尾水压力振荡的运行条件，比如限制水轮发电机功率输出等，破坏诱发振荡的条件，只能是临时措施，极不经济。第二是改造尾水流道，包括修建闸门等，提高流道水压振荡正阻尼。由于水电站尾水渠一般属于地下建筑，改造尾水流道，不仅施工难度大，而且施工时间长，也极不经济。因此，工程实践和理论都需要一种新技术和新方法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种抑制水轮发电机超低频振荡的尾水支渠阻尼宽顶堰及方法，在保证发电机运行效率的情况下，有效阻尼尾水支渠的压力振荡，具有实施简单和经济适用的优点。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种抑制水轮发电机超低频振荡的尾水支渠阻尼宽顶堰，所述阻尼宽顶堰为梯形截面的阻尼宽顶堰，安装在两台水轮发电机共用尾水渠之前的某一台尾水支渠底部，并且与尾水支渠的宽度相等。进一步的，所述阻尼宽顶堰的梯形截面的高度值需满足的条件为：所述阻尼宽顶堰的梯形截面在设定的高度值的情况下，所产生的局部水头损失能够阻尼消除尾水支渠压力振荡。进一步的，所述梯形截面的阻尼宽顶堰的迎水面为斜坡式进水口，斜边与底部之间的夹角为锐角。进一步的，所述梯形截面的阻尼宽顶堰的背水面为斜坡式出水口；所述出水口角度大于进水口角度。进一步的，所述梯形截面的阻尼宽顶堰的堰顶长度小于堰底长度。一种抑制水轮发电机超低频振荡的方法，所述方法执行以下步骤：步骤1：根据尾水支渠以及尾水渠的结构和水力参数，采用水力阻抗法仿真计算，求解能够阻尼消除尾水水压振荡的水头损失dH；步骤2：根据尾水支渠水工尺寸设计阻尼宽顶堰，所述阻尼宽顶堰为梯形截面的阻尼宽顶堰，并绘制尾水支渠及其阻尼宽顶堰三视示意图；步骤3：绘制尾水支渠增加阻尼宽顶堰后所形成的尾水支渠堰流示意图，再取堰前和堰上两个断面的水头能量方程，进行堰高P仿真计算，在设定的前提条件下计算出多个满足设定的条件的所需堰高P结果；步骤4：进行堰高合理性计算，计算得出合理性最高的堰高P；步骤5：对堰高P的仿真计算结果进行精度计算，找出流量满足宽顶堰堰流流量计算公式所得理论流量值的解对应的各状态；步骤6：在步骤4和步骤5的计算结果的基础上，得到能够产生局部水头损失dH的堰高，然后提升设定的裕度值，安装在两台水轮发电机尾水洞合并之前的某一台水轮发电机尾水支渠里，然后执行步骤7；步骤7：进行通过三维动力学仿真验证，具体包括：首画出三维仿真中阻尼宽顶堰安装位置示意图，计算和显示三维模型的网格划分及压力分布情况。进一步的，所述阻尼宽顶堰的梯形截面的高度值需满足的条件为：所述阻尼宽顶堰的梯形截面在设定的高度值的情况下，所产生的局部水头损失能够阻尼消除尾水支渠压力振荡；所述梯形截面的阻尼宽顶堰的迎水面为斜坡式进水口，斜边与底部之间的夹角为锐角；所述梯形截面的阻尼宽顶堰的背水面为斜坡式出水口；所述出水口角度大于进水口角度；所述梯形截面的阻尼宽顶堰的堰顶长度小于堰底长度。进一步的，所述步骤3的堰前断面的水头能量方程，使用如下公式表示：其中，H1＝H2+C+P，H1是堰前水深、H2是堰上水深、P是所需堰高、C是水位抬升量，V1、Q1、B分别表示堰前行近流速、渠内流量和渠道宽度，g＝9.8m/s2为重力加速度；所述堰上断面的水头能量方程，使用如下公式表示：其中，堰前和堰上流量不变Q2＝Q1，且假设由于宽顶堰会产生局部水头损失dH，V2是堰上行近流速，Q1、B分别表示堰前渠内流量和堰上渠道宽度，g＝9.8m/s2为重力加速度。进一步的，所述步骤4：进行堰高合理性计算，计算得出合理性最高的堰高P的方法执行以下步骤：通过将各组H2取值情况下的设计参数带入堰流流量方程式：中进行流量试算；根据该方程式得到各组参数取值下的堰流流量计算值Q'1，查找出Q'1最接近于流量设定值Q1对应的参数作为最终方程的解；其中，σc侧收缩系数、σs是淹没系数、m是堰的流量系数。进一步的，所述步骤5：对堰高P的仿真计算结果进行精度计算，找出流量满足宽顶堰堰流流量计算公式所得理论流量值的解对应的各状态的方法执行以下步骤：将仿真计算结果代入如下公式进行计算：H1＝H2+P+C；首先设置需要进行仿真的工况，改变流量Q，堰前水深H1，局部水头损失dH；接着以堰上水深度H2为因变量，仿真所有可能的H2取值对应的情况，并找出流量满足宽顶堰堰流流量计算公式所得理论流量值的那组解对应的各状态，包括：堰上水深H2、所需堰高P、水位抬升量C、局部水头损失dH、实际流量与理论流量偏差dQ；所述仿真计算结果在计算过程中中考虑了宽顶堰所带来的堰前水位抬升量以及堰造成的局部水头损失，计算过程中能量以水头能量代替。本专利技术的一种抑制水轮发电机超低频振荡的尾水支渠阻尼宽顶堰及方法，具有如下有益效果：本专利技术通过设计和计算阻尼宽顶堰物理尺寸，将阻尼宽顶堰安装在两台水轮发电机共用尾水渠之前的尾水支渠底部，并且与尾水支渠的宽度相等，能够有效阻尼尾水支渠的压力振荡，进而抑制水轮发电机超低频振荡。一方面不需要限制发电机出力，能够保证发电机额定出力运行；另一方面实施简单，无论工程量和施工时间，都比修建尾水闸门实用和经济。本专利技术思路新颖，首先根据水力阻抗法和水力学仿真计算，并采用三维动力学验证，具有可操作性，具有较大的社会和经济效益，应用前景广阔。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种抑制水轮发电机超低频振荡方法的方法流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种抑制水轮发电机超低频振荡的尾本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.抑制水轮发电机超低频振荡的尾水支渠阻尼宽顶堰，其特征在于，所述阻尼宽顶堰为梯形截面的阻尼宽顶堰，安装在两台水轮发电机共用尾水渠之前的某一台尾水支渠底部，并且与尾水支渠的宽度相等。/n

【技术特征摘要】
1.抑制水轮发电机超低频振荡的尾水支渠阻尼宽顶堰，其特征在于，所述阻尼宽顶堰为梯形截面的阻尼宽顶堰，安装在两台水轮发电机共用尾水渠之前的某一台尾水支渠底部，并且与尾水支渠的宽度相等。


2.如权利要求1所述的抑制水轮发电机超低频振荡的尾水支渠阻尼宽顶堰，其特征在于，所述阻尼宽顶堰的梯形截面的高度值需满足的条件为：所述阻尼宽顶堰的梯形截面在设定的高度值的情况下，所产生的局部水头损失能够阻尼消除尾水支渠压力振荡。


3.如权利要求2所述的抑制水轮发电机超低频振荡的尾水支渠阻尼宽顶堰，其特征在于，所述梯形截面的阻尼宽顶堰的迎水面为斜坡式进水口，斜边与底部之间的夹角为锐角。


4.如权利要求3所述的抑制水轮发电机超低频振荡的尾水支渠阻尼宽顶堰，其特征在于，所述梯形截面的阻尼宽顶堰的背水面为斜坡式出水口；所述出水口角度大于进水口角度。


5.如权利要求4所述的抑制水轮发电机超低频振荡的尾水支渠阻尼宽顶堰，其特征在于，所述梯形截面的阻尼宽顶堰的堰顶长度小于堰底长度。


6.一种基于权利要求1至5之一所述的抑制水轮发电机超低频振荡的方法，其特征在于，所述方法执行以下步骤：
步骤1：根据尾水支渠以及尾水渠的结构和水力参数，采用水力阻抗法仿真计算，求解能够阻尼消除尾水水压振荡的水头损失dH；
步骤2：根据尾水支渠水工尺寸设计阻尼宽顶堰，所述阻尼宽顶堰为梯形截面的阻尼宽顶堰，并绘制尾水支渠及其阻尼宽顶堰三视示意图；
步骤3：绘制尾水支渠增加阻尼宽顶堰后所形成的尾水支渠堰流示意图，再取堰前和堰上两个断面的水头能量方程，进行堰高P仿真计算，在设定的前提条件下计算出多个满足设定的条件的所需堰高P结果；
步骤4：进行堰高合理性计算，计算得出合理性最高的堰高P；
步骤5：对堰高P的仿真计算结果进行精度计算，找出流量满足宽顶堰堰流流量计算公式所得理论流量值的解对应的各状态；
步骤6：在步骤4和步骤5的计算结果的基础上，得到能够产生局部水头损失dH的堰高，然后提升设定的裕度值，安装在两台水轮发电机尾水洞合并之前的某一台水轮发电机尾水支渠里，然后执行步骤7；
步骤7：进行通过三维动力学仿真验证，具体包括：首画出三维仿真中阻尼宽顶堰安装位置示意图，计算和显示三维模型的...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢卓健，孙红武，张海库，麦先春，肖汉，王峻峰，王亮，李贵吉，耿清华，
申请(专利权)人：四川大唐国际甘孜水电开发有限公司，大唐水电科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51