一种水轮机输出功率的获取方法及系统技术方案

本申请涉及水轮机技术领域，提供一种水轮机输出功率的获取方法及系统，本申请根据接力器行程和水轮机静态工作水头，并利用静态工作水头下的输出功率模型得到静态工作水头对应的静态输出功率，利用相对单位出力模型，生成水轮机相对单位出力，利用孔口出流模型，得到水轮机相对流量和水击压力上升值，根据水轮机静态工作水头和水击压力上升值，生成水轮机动态工作水头；根据水轮机相对单位出力、水轮机动态工作水头和额定输出功率，生成水轮机输出功率。本申请描述了水轮机静态工作水头、接力器行程与水轮机输出功率之间非线性的关系，实现了水轮机输出功率的准确获取。现了水轮机输出功率的准确获取。现了水轮机输出功率的准确获取。

【技术实现步骤摘要】
一种水轮机输出功率的获取方法及系统


[0001]本申请涉及水轮机
，尤其涉及一种水轮机输出功率的获取方法及系统。

技术介绍

[0002]水轮机作为一种驱动发电机发电的装置，被大量用在水力发电站中，在实际工作中，水流经引水管引向水轮机，水轮机进口处设置有接力器，接力器是调节导水机构开度大小的装置，通过调节接力器的行程，可以实现流入水轮机水流大小的调节，水流进入水轮机后，带动转轮旋转，实现发电机发电。
[0003]其中,水轮机的转轮旋转快慢与水流大小有关，而水轮机的转轮旋转快慢，直接影响水轮机输出功率的大小；水流在水轮机进口断面与出口断面的单位能量差为水轮机工作水头，其单位为米，工作水头大小直接影响水轮机的输出功率；水轮机工作水头越高、接力器行程越大，水轮机的输出功率也就越大，水轮机的输出功率直接影响发电机发电，所以准确获取水轮机输出功率尤为重要。
[0004]为了获取水轮机的输出功率，在电力系统仿真计算及大量研究中，采用线性化的水轮机模型来反映水电机组在稳态工况下，接力器行程和工作水头分别与水轮机输出功率之间的关系。
[0005]这种方式是将工作水头认定为静态工作水头，而水轮机在水电机组中作为电网调峰和调频的装置，其工况变化大，且受自然条件的影响，水轮机的工作水头实际处于波动式的变化状态，此情况下的工作水头为动态工作水头，此时，用线性化的水轮机模型反映接力器行程以及工作水头与水轮机输出功率之间的关系，无法准确获取水轮机的输出功率。

技术实现思路

[0006]本申请提供了一种水轮机输出功率的获取方法及系统，旨在准确获取动态工作水头下的水轮机输出功率。
[0007]本申请第一方面提供一种水轮机输出功率的获取方法，所述方法包括：获取接力器行程、水轮机静态工作水头、水轮机额定输出功率、额定工作水头。
[0008]根据所述接力器行程和所述水轮机静态工作水头，并利用静态工作水头下的输出功率模型得到静态工作水头对应的静态输出功率，所述静态工作水头下的输出功率模型用于根据接力器行程和静态工作水头，输出静态输出功率。
[0009]根据所述水轮机额定输出功率、所述额定工作水头、所述静态工作水头和所述静态输出功率，并利用相对单位出力模型，生成水轮机相对单位出力，所述相对单位出力模型用于根据所述静态输出功率、所述额定工作水头、所述静态工作水头和所述额定输出功率，输出相对单位出力。
[0010]根据所述水轮机静态工作水头和所述水轮机额定工作水头，生成水轮机相对工作水头。
[0011]根据所述接力器行程和所述相对工作水头，利用孔口出流模型，得到水轮机相对
流量和水击压力上升值，所述孔口出流模型用于根据所述接力器行程和所述相对工作水头，输出所述水轮机相对流量和所述水击压力上升值。
[0012]根据水轮机静态工作水头和水击压力上升值，生成水轮机动态工作水头。
[0013]根据水轮机相对单位出力、水轮机动态工作水头和额定输出功率，生成水轮机输出功率。
[0014]可选的，所述静态工作水头下的输出功率模型根据以下方法获得：
[0015]获取多组接力器行程和多组静态工作水头，以及多组接力器行程和多组静态工作水头对应的实测的静态输出功率；
[0016]将多组接力器行程和多组静态工作水头作为神经网络模型的输入，将多组接力器行程和多组静态工作水头对应的实测的静态输出功率作为神经网络模型的输出，采用反向传播训练法，对神经网络模型进行训练，获得静态工作水头下的输出功率模型。
[0017]另外，所述相对单位出力模型具体为：
[0018][0019]p
11
为相对单位出力，H
r
为额定工作水头，Pr为额定输出功率，h0为静态工作水头，P0为静态工作输出功率，其中，所述水轮机相对单位出力，采用三次或四次样条插值法计算。
[0020]可选的，所述水轮机相对工作水头通过以下模型得到：
[0021][0022]h为水轮机相对工作水头。
[0023]另外，所述孔口出流模型具体为：
[0024][0025]q为水轮机相对流量，K为动态水头影响系数，y为接力器行程，h为水轮机相对工作水头；
[0026]所述动态水头影响系数K的获取步骤具体为：
[0027]获取水轮机额定接力器行程，设额定工况下q和h均为1，其中K可由以下模型定义：
[0028][0029]y
r
为额定接力器行程。
[0030]所述水轮机水击压力上升值由以下模型定义：
[0031][0032]T
w
为水流惯性的时间常数。
[0033]另外，所述水轮机动态工作水头由以下模型定义：
[0034]H＝h0+Δh
[0035]H为水轮机动态工作水头。
[0036]可选的，所述水轮机输出功率由以下模型定义：
[0037]P＝p
11
×
H
×
P
r
[0038]P为水轮机输出功率。
[0039]本申请第二方面提供一种水轮机输出功率的获取系统，所述一种水轮机输出功率的获取系统包括：获取模块,静态输出功率模块,相对单位出力模块,相对工作水头模块,水轮机相对流量模块，水击压力上升值模块，水轮机动态工作水头模块，水轮机输出功率模块。
[0040]所述获取模块，用于获取所述接力器行程、所述水轮机静态工作水头、所述水轮机额定输出功率、所述额定工作水头。
[0041]所述静态输出功率模块，用于根据所述接力器行程和所述水轮机静态工作水头，并利用静态工作水头下的输出功率模型，得到静态工作水头对应的静态输出功率。
[0042]所述相对单位出力模块，用于根据所述水轮机额定输出功率、所述额定工作水头、所述静态工作水头和所述静态输出功率，并利用相对单位出力模型，生成水轮机相对单位出力。
[0043]所述相对工作水头模块，用于根据所述水轮机静态工作水头和所述水轮机额定工作水头，生成水轮机相对工作水头。
[0044]所述水轮机相对流量模块根据所述接力器行程和所述相对工作水头，利用孔口出流模型，得到水轮机相对流量。
[0045]所述水击压力上升值模块，用于根据水轮机相对流量，生成水击压力上升值。
[0046]所述水轮机动态工作水头模块，用于根据水轮机静态工作水头和水击压力上升值，生成水轮机动态工作水头。
[0047]所述水轮机输出功率模块，用于根据水轮机相对单位出力、水轮机动态工作水头和额定输出功率，生成水轮机输出功率。
[0048]由以上技术方案可知，本申请提供的一种水轮机输出功率的获取方法及系统，通过构建静态工作水头下的输出功率模型，输入静态工作水头和接力器行程，从而获取静态输出功率，利用单位出力模型获取相对单位出力，利用孔口出流模型，获取水轮机相对流量和水击压力上升值，并根据水击压力上升值和静态工作水头得到动态工作水头，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水轮机输出功率的获取方法，其特征在于，包括：获取接力器行程、水轮机静态工作水头、水轮机额定输出功率、额定工作水头；根据所述接力器行程和所述水轮机静态工作水头，并利用静态工作水头下的输出功率模型得到静态工作水头对应的静态输出功率，所述静态工作水头下的输出功率模型用于根据接力器行程和静态工作水头，输出静态输出功率；根据所述水轮机额定输出功率、所述额定工作水头、所述静态工作水头和所述静态输出功率，并利用相对单位出力模型，生成水轮机相对单位出力，所述相对单位出力模型用于根据所述静态输出功率、所述额定工作水头、所述静态工作水头和所述额定输出功率，输出相对单位出力；根据所述水轮机静态工作水头和所述水轮机额定工作水头，生成水轮机相对工作水头；根据所述接力器行程和所述相对工作水头，利用孔口出流模型，得到水轮机相对流量和水击压力上升值，所述孔口出流模型用于根据所述接力器行程和所述相对工作水头，输出所述水轮机相对流量和所述水击压力上升值；根据水轮机静态工作水头和水击压力上升值，生成水轮机动态工作水头；根据水轮机相对单位出力、水轮机动态工作水头和额定输出功率，生成水轮机输出功率。2.根据权利要求1所述的一种水轮机输出功率的获取方法，其特征在于，所述静态工作水头下的输出功率模型根据以下方法获得：获取多组接力器行程和多组静态工作水头，以及多组接力器行程和多组静态工作水头对应的实测的静态输出功率；将多组接力器行程和多组静态工作水头作为神经网络模型的输入，将多组接力器行程和多组静态工作水头对应的实测的静态输出功率作为神经网络模型的输出，采用反向传播训练法，对神经网络模型进行训练，获得静态工作水头下的输出功率模型；另外，所述相对单位出力模型具体为：p
11
为相对单位出力，H
r
为额定工作水头，Pr为额定输出功率，h0为静态工作水头，P0为静态工作输出功率，其中，所述水轮机相对单位出力，采用三次或四次样条插值法计算。3.根据权利要求1所述的一种水轮机输出功率的获取方法，其特征在于，所述水轮机相对工作水头通过以下模型得到：h为水轮机相对工作水头；另外，所述孔口出流模型具体为：q为水轮机相对流量，K为动态...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玲芳，陈义宣，游广增，司大军，孙鹏，高杉雪，陈姝敏，程远楚，肖友强，何烨，郭欣然，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：