一种基于转速水头比控制的导叶关闭规律优化方法技术

本发明专利技术是一种基于转速水头比控制的导叶关闭规律优化方法。本发明专利技术涉及抽水蓄能和水力发电技术领域，本发明专利技术根据多目标遗传算法，对分段折线式导叶关闭规律进行优化以确定折点位置坐标，以及导叶关闭总时间T三个决策变量的最佳取值；确定在导叶关闭规律多目标优化的目标函数中的机组转速水头比项；通过降低所述机组转速水头比实现对抽水蓄能机组和水电机组过渡过程压力脉动和转轮水推力的控制。本发明专利技术通过大批量增加样本点数量并采用正交多项式近似代理模型实现优化过程迭代方案的快速准确预测，可以提高导叶关闭规律优化工作的效率和自动化及智能化。率和自动化及智能化。率和自动化及智能化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于转速水头比控制的导叶关闭规律优化方法


[0001]本专利技术涉及抽水蓄能和水力发电
，是一种基于转速水头比控制的导叶关闭规律优化方法。

技术介绍

[0002]在国家致力于实现“碳达峰，碳中和”目标背景下，构建以新能源为主体的新型电力系统，大规模发展的间歇性不可调节新能源不断接入电网，对具有灵活调节潜力的抽水蓄能机组和水电机组过渡过程安全性和运行范围提出了越来越高的要求，抽水蓄能机组和水电机组在实际运行中面临着严重的过渡过程压力脉动和转轮水推力问题。
[0003]抽水蓄能机组和水电机组过渡过程压力脉动和转轮水推力影响因素众多，包括导叶关闭规律和机组转动惯量及过流部件的几何形状等，其中，导叶关闭规律的改变无需对设备进行加工改造，是最容易实现。所以，导叶关闭规律优化是控制抽水蓄能机组和水电机组过渡过程压力脉动和转轮水推力的首选方式。
[0004]为构建以新能源为主体的新型电力系统，急需发展可靠储能技术来消纳吸收电网中富余新能源发电量。在众多能量存储技术中，抽水蓄能发电技术是目前唯一可在电网尺度大规模利用的储能发电技术。有些抽水蓄能机组每天经历的工况转换次数多达十几次，在这些工况转换过渡过程中常伴随着严重的水击、空化和压力脉动问题，瞬态压力作用于转轮可诱发转轮水推力剧烈波动，轻则可造成过流部件疲劳损坏，重则可引发机组转动部件抬机、扫膛和水力激振等运行事故。
[0005]在改善抽水蓄能机组过渡过程水击、空化和压力脉动问题的众多措施中，改变导叶关闭规律是最方便、最经济和最有效果的一种方式，所以导叶关闭规律的优化对发展抽水蓄能发电技术非常重要。在导叶关闭规律多目标优化过程中不可避免要对大批量样本点进行计算，采用非自动更新方式进行计算，会消耗大量计算时间，效率很低，无法通过大批量的样本点对导叶关闭规律优化过程中的迭代方案进行准确预测。
[0006]现有的导叶关闭规律优化方法都无法考虑抽水蓄能机组和水电机组过渡过程压力脉动和转轮水推力的影响，并且无法通过计算方式验证导叶关闭规律优化对过渡过程压力脉动和转轮水推力的控制效果。

技术实现思路

[0007]本专利技术为进行简单实用的杀菌效率预测，为动态杀菌过程进行模拟，本专利技术提供了一种基于转速水头比控制的导叶关闭规律优化方法，本专利技术提供了以下技术方案：
[0008]一种基于转速水头比控制的导叶关闭规律优化方法，所述方法包括以下步骤：
[0009]步骤1：根据多目标遗传算法，对分段折线式导叶关闭规律进行优化以确定折点位置坐标，以及导叶关闭总时间T三个决策变量的最佳取值；
[0010]步骤2：确定在导叶关闭规律多目标优化的目标函数中的机组转速水头比项；
[0011]步骤3：通过降低所述机组转速水头比实现对抽水蓄能机组和水电机组过渡过程
压力脉动和转轮水推力的控制。
[0012]优选地，所述步骤1具体为：
[0013]进行约束，各瞬态参数满足满足式(4)～(7)各约束条件：
[0014]0＜y1＜1(1)
[0015]0＜T
r1
＜1(2)
[0016]0＜T＜T
cr
(3)
[0017]n≤n
cr
(4)
[0018]H
v
≤H
vcr
(5)
[0019]H
d
≥H
dcr
(6)
[0020]Z
s
‑
lcr
＜Z
s
＜Z
s
‑
ucr
(7)
[0021]其中，y1为导叶关闭规律折点位置导叶相对开度；T
r1
为导叶关闭规律折点位置时间与导叶关闭总时间比值；T为导叶关闭过程总时间，单位为：s；n为机组转速，单位为：r/min；H
v
为蜗壳进口水头，单位为：m；H
d
为水尾水管进口水头，单位为：m；n
cr
为机组转速的临界值，单位为：r/min；H
vcr
为蜗壳进口水头的许用临界值；H
dcr
为水尾水管进口水头的许用临界值，单位为：m；Z
s
为调压室液位高度，单位为：m；Z
s
‑
ucr
和Z
s
‑
lcr
分别为调压室液位高度的上临界值和下临界值，单位为：m。
[0022]优选地，在导叶关闭规律多目标优化中，基于抽水蓄能机组和水电机组过渡过程中由机组内回流不良流动演化诱发的压力脉动和转轮水推力的影响；在导叶关闭规律多目标优化的目标函数(8)中包含了机组转速水头比项NDH：
[0023][0024]其中：f
obj
为目标函数；Min为最小值；w
n
，w
hv
，w
hd
和w
NDH
分别为机组转速的权重，蜗壳进口水头的权重，尾水管进口水头的权重和转速水头比的权重系数，对于各个子目标的权系数需要根据各个子目标函数对于实际水轮机过渡过程瞬态特性的影响大小来确定；n
max
和n
cr
分别为机组转速的最大值和临界值，单位为：r/min；H
vmax
和H
vcr
分别为蜗壳进口水头的最大值和许用临界值，单位为：m；H
dmin
和H
dn
分别为水尾水管进口水头的最小值和尾水隧洞出口水头，单位为：m；NDH
nmax
和NDH
r
分别为转速水头比在最高转速飞逸工况点和额定工况点的取值，单位为：r/m
·
min。
[0025]优选地，所述步骤3具体为：通过降低所述机组转速水头比实现对抽水蓄能机组和水电机组过渡过程压力脉动和转轮水推力的控制，导叶总关闭时间减小，导叶关闭规律的两段折线斜率均增加。
[0026]优选地，上游管路和下游尾水管路输水系统瞬变流动采用一维特征线法求解，水泵水轮机采用三维有限体积法求解，在一三维计算网格虚拟交界处采用部分重叠网格布置方案，利用一维特征线法中瞬态流动参数的显式计算公式实现一三维耦合数据交互传递。
[0027]优选地，采用一三维耦合方法计算得到的导叶关闭规律优化，，机组转速上升值和转速曲线波动次数明显降低；蜗壳进口水头稍微有所升高，未超过许用临界值。
[0028]优选地，所述临界值Hvcr为746m。
[0029]优选地，优化后的转轮径向水推力脉动幅值降低25％。
[0030]一种基于转速水头比控制的导叶关闭规律优化装置，所述装置包括：
[0031]决策模块，所述决策模块根据多目标遗传算法，对分段折线式导叶关闭规律进行优化以确定折点位置坐标，以及导叶关闭总时间T三个决策变量的最佳取值；
[0032]目标函数模块，所述目标函数模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于转速水头比控制的导叶关闭规律优化方法，其特征是：所述方法包括以下步骤：步骤1：根据多目标遗传算法，对分段折线式导叶关闭规律进行优化以确定折点位置坐标，以及导叶关闭总时间T三个决策变量的最佳取值；步骤2：确定在导叶关闭规律多目标优化的目标函数中的机组转速水头比项；步骤3：通过降低所述机组转速水头比实现对抽水蓄能机组和水电机组过渡过程压力脉动和转轮水推力的控制。2.根据权利要求1所述的一种基于转速水头比控制的导叶关闭规律优化方法，其特征是：所述步骤1具体为：进行约束，各瞬态参数满足满足式(4)～(7)各约束条件：0＜y1＜1(1)0＜T
r1
＜1(2)0＜T＜T
cr
(3)n≤n
cr
(4)H
v
≤H
vcr
(5)H
d
≥H
dcr
(6)Z
s
‑
lcr
＜Z
s
＜Z
s
‑
ucr
(7)其中，y1为导叶关闭规律折点位置导叶相对开度；T
r1
为导叶关闭规律折点位置时间与导叶关闭总时间比值；T为导叶关闭过程总时间，单位为：s；n为机组转速，单位为：r/min；H
v
为蜗壳进口水头，单位为：m；H
d
为水尾水管进口水头，单位为：m；n
cr
为机组转速的临界值，单位为：r/min；H
vcr
为蜗壳进口水头的许用临界值；H
dcr
为水尾水管进口水头的许用临界值，单位为：m；Z
s
为调压室液位高度，单位为：m；Z
s
‑
ucr
和Z
s
‑
lcr
分别为调压室液位高度的上临界值和下临界值，单位为：m。3.根据权利要求2所述的一种基于转速水头比控制的导叶关闭规律优化方法，其特征是：在导叶关闭规律多目标优化中，基于抽水蓄能机组和水电机组过渡过程中由机组内回流不良流动演化诱发的压力脉动和转轮水推力的影响；在导叶关闭规律多目标优化的目标函数(8)中包含了机组转速水头比项NDH：其中：f
obj
为目标函数；Min为最小值；w
n
，w
hv
，w
hd
和w
NDH
分别为机组转速...

【专利技术属性】
技术研发人员：付晓龙，李德友，王洪杰，覃永粼，宫汝志，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：