水泵水轮机多机组相继甩负荷复杂过渡过程高效计算方法及控制系统技术方案

本发明专利技术提供水泵水轮机多机组相继甩负荷复杂过渡过程高效计算方法及控制系统，计算方法包括：为每台水泵水轮机组分配一个计算机节点，公共文件传输节点与所有计算机节点均通信相连，用于存储每台水泵水轮机组的共享文件和计算文件；计算机节点通过读取对应的计算文件和共享文件进行该机组的三维流场计算，并在达到收敛标准后，获取管道计算用的边界条件，然后将该边界条件写入至该机组的共享文件中；在主节点所对应的计算文件中还包含通过读取每个机组的共享文件获取所有机组当前时步的管道计算用边界条件从而基于此计算得到下一时步整个管道系统的边界条件、进而得到所有各机组三维流场计算用的边界条件并分别写入至相应共享文件中的方法。应共享文件中的方法。应共享文件中的方法。

【技术实现步骤摘要】
水泵水轮机多机组相继甩负荷复杂过渡过程高效计算方法及控制系统


[0001]本专利技术属于抽水蓄能技术
，具体涉及水泵水轮机多机组相继甩负荷复杂过渡过程高效计算方法及控制系统。

技术介绍

[0002]抽水蓄能电站具有储能容量大、效率高、运行灵活、反应迅速等优点，可承担电网调峰、调频、调相、空载和事故备用等任务，是保障电网安全、经济运行和清洁能源大规模开发的关键。随着核电、风电、光电等新能源的快速发展，其吸纳新能源、增强电网灵活性、提高整体效率、保证系统安全性与稳定性的重要作用越来越突出。在风
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光
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水
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储一体化新型电力系统中，抽水蓄能电站需要承担电网中更为复杂负荷调节的任务，水泵水轮机组的启停和工况转换也越来越频繁，最危险的过渡过程工况之一——机组甩负荷——成为抽水蓄能电站常见的过渡过程。现有的髙水头抽水蓄能电站主要采用一管多机布置，在相继甩负荷过渡过程中尾水管压强会达到比同时甩负荷更低的值，有可能导致尾水管进口区域产生空化空腔甚至引起水柱分离问题，威胁到电站的安全稳定运行。
[0003]在一管多机布置的抽水蓄能电站中，由于电网调度、机组故障等因素一台机组甩负荷之后，机组蜗壳压强升高、尾水管压强下降产生的水力干扰会传递到同一引水系统的其他机组，导致其他组出力增大，如果相邻机组负荷不能够及时调整至电网限制值以内则也会甩负荷。以上同一引水系统的多台机组在不同的时刻甩负荷及其之后的过渡过程称为相继甩负荷过渡过程。相继甩负荷过程中同时涉及到多台机组与管道引水系统，具有很强的复杂性，受限于技术发展水平和计算资源，现有对相继甩负荷的研究主要采用一维计算方法，或者虽然采用到三维CFD计算，但无法同时考虑并联机组之间和管道系统的相互作用，得到的结果都不能准确反映实际情况，

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种水泵水轮机多机组相继甩负荷复杂过渡过程高效计算方法及控制系统，充分考虑并联机组之间和管道系统的相互作用，对多机组相继甩负荷复杂过渡过程参数进行高效模拟计算，得到最接近实际情况的结果。
[0005]本专利技术为了实现上述目的，采用了以下方案：
[0006]<方法>
[0007]本专利技术提供一种水泵水轮机多机组相继甩负荷复杂过渡过程高效计算方法，其特征在于：
[0008]采用多个计算机节点和一个公共文件传输节点，为每台水泵水轮机组分配一个计算机节点，公共文件传输节点与所有计算机节点均通信相连；
[0009]公共文件传输节点用于存储每台水泵水轮机组的共享文件和计算文件，每台水泵
水轮机组通过相应的计算机节点对公共文件传输节点中该机组的共享文件和计算文件进行读取、写入；计算文件包括三维流场计算程序和用户自定义程序UDF，用户自定义程序UDF包含求解计算流场的方法，边界条件的获取方法，共享文件的读取和写入方法，球阀旋转控制方法等；每台水泵水轮机组的计算机节点通过读取对应的计算文件和共享文件进行该机组的三维流场计算，并在计算达到收敛标准后，获取管道计算用的边界条件，然后将该边界条件写入至该机组的共享文件中；
[0010]将一台水泵水轮机组的计算机节点作为主节点，在主节点所对应的用户自定义程序UDF中还包含通过读取每个水泵水轮机组的共享文件获取所有机组当前时步的管道计算用边界条件从而基于此计算得到下一时步整个管道系统的水力参数与三维流场边界条件(包括管道系统中所有并联机组管道单元的三维边界条件)、进而得到所有各机组三维流场计算用的边界条件并分别写入至相应水泵水轮机组的共享文件中的方法。
[0011]优选地，本专利技术提供的水泵水轮机多机组相继甩负荷复杂过渡过程高效计算方法，还可以具有以下特征：管道系统采用一维方法进行求解，共享文件中存储的管道计算用边界条件为一维边界条件。
[0012]优选地，本专利技术提供的水泵水轮机多机组相继甩负荷复杂过渡过程高效计算方法，还可以具有以下特征：在从三维流场获取管道计算用边界条件的过程中，是将三维CFD软件中一维边界截面的面平均压强作为一维边界的压强，将面平均流速作为一维边界的流速，
[0013]面平均压强
[0014]面平均流速式中，P
a
，A
a
，分别为每一个单元面上的压强、面积、面积矢量和速度矢量，A为截面总面积。
[0015]优选地，本专利技术提供的水泵水轮机多机组相继甩负荷复杂过渡过程高效计算方法，在管道系统求解过程中，采用如下动量和连续性方程；
[0016]动量方程为：
[0017][0018]连续性方程为：
[0019][0020]式中，p为断面水体压强，τ0为切应力，D为断面内径，ρ为水体密度，g为重力加速度，V为断面流速，ρ0为流体在初始状态压强为p0情况下的流体密度，K为水体的体积弹性模量，δ为管道壁厚，E管道弹性模量，x为管道长度，A为管道断面面积，α为管道倾斜角度，t为时间。
[0021]优选地，本专利技术提供的水泵水轮机多机组相继甩负荷复杂过渡过程高效计算方法，还可以具有以下特征：其中，在从管道计算用边界条件获取三维边界条件的过程中，先记录下前两个时刻三维边界截面每个单元面的压强和流速矢量，然后根据这两个时刻的压强和流速矢量分布对当前时刻的压强和流速矢量分布进行预测并分别将其数值单位化，再将单位化之后的压强和流速分布分别乘以从一维获得的压强和流速。
[0022]优选地，本专利技术提供的水泵水轮机多机组相继甩负荷复杂过渡过程高效计算方法，还可以具有以下特征：综合考虑时间和空间上的变化、正向的流速和反向的流速、以及流速方向瞬时切换对水泵水轮机三维流场的影响，预测得到的每个单元面的压强和流速；
[0023]预测压强：
[0024][0025]预测流速：
[0026][0027]式中，分别为单元面t时刻和t
–
1时刻的压强，1时刻的压强，分别为单元面t时刻和t
–
1时刻的流速，和分别为t时刻相邻单元面的压强和流速，a和b为对应项的权重系数，其中Σa＝1，Σb＝1。
[0028]优选地，本专利技术提供的水泵水轮机多机组相继甩负荷复杂过渡过程高效计算方法，还可以具有以下特征：当管道系统中，支管的总流量(所有机组上游和下游的支管)和总管(上游和下游的主管)的流量分别等于零并在一段时间内维持不变，判断为位于该岔流区域的那些水泵水轮机组之间产生了拉锯现象，控制这些机组的球阀关闭，强行退出拉锯状态。
[0029]优选地，本专利技术提供的水泵水轮机多机组相继甩负荷复杂过渡过程高效计算方法，还可以具有以下特征：一段时间内维持不变指的是在100个机组旋转周期内不变。
[0030]优选地，本专利技术提供的水泵水轮机多机组相继甩负荷复杂过渡过程高效计算方法，还可以具有以下特征：由主节点对拉锯现象进行判断，并在判断产生了拉锯现象时，将关闭球阀的指令写入各水泵水轮机组的共享文件中，各水泵本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.水泵水轮机多机组相继甩负荷复杂过渡过程高效计算方法，其特征在于：采用多个计算机节点和一个公共文件传输节点，为每台水泵水轮机组分配一个计算机节点，公共文件传输节点与所有计算机节点均通信相连；公共文件传输节点用于存储每台水泵水轮机组的共享文件和计算文件，每台水泵水轮机组通过相应的计算机节点对公共文件传输节点中该机组的共享文件和计算文件进行读取、写入；计算文件包括三维流场计算程序和用户自定义程序，用户自定义程序包含求解计算流场的方法，边界条件的获取方法，共享文件的读取和写入方法；每台水泵水轮机组的计算机节点通过读取对应的计算文件和共享文件进行该水泵水轮机组的三维流场计算，并在计算达到收敛标准后，获取管道计算用的边界条件，然后将该边界条件写入至该水泵水轮机组的共享文件中；将一台水泵水轮机组的计算机节点作为主节点，在主节点所对应的用户自定义程序中还包含通过读取每个水泵水轮机组的共享文件获取所有水泵水轮机组当前时步的管道计算用边界条件从而基于此计算得到下一时步整个管道系统的边界条件、进而得到所有各机组三维流场计算用的边界条件并分别写入至相应水泵水轮机组的共享文件中的方法。2.根据权利要求1所述的水泵水轮机多机组相继甩负荷复杂过渡过程高效计算方法，其特征在于：其中，管道系统采用一维方法进行求解，共享文件中存储的管道计算用边界条件为一维边界条件。3.根据权利要求2所述的水泵水轮机多机组相继甩负荷复杂过渡过程高效计算方法，其特征在于：其中，在从三维流场获取管道计算用边界条件的过程中，是将三维CFD软件中一维边界截面的面平均压强作为一维边界的压强，将面平均流速作为一维边界的流速，面平均压强面平均流速式中，P
a
，A
a
，分别为每一个单元面上的压强、面积、面积矢量和速度矢量，A为截面总面积。4.根据权利要求2所述的水泵水轮机多机组相继甩负荷复杂过渡过程高效计算方法，其特征在于：其中，在管道系统求解过程中，采用如下动量和连续性方程：
式中，p为断面水体压强，τ0为切应力，D为断面内径，ρ为水体密度，g为重力加速度，V为断面流速，ρ0为流体在初始状态压强为p0情况下的流体密度，K为水体的体积弹性模量，δ为管道壁厚，E管道弹性模量，x为管道长度，A为管道断面面积，α为管道倾斜角度，t为时间。5.根据权利要求2所述的水泵水轮机多机组相继甩负荷复杂过渡过程高效计算方法，其特征在于：其中，在从管道计算用边界条件获取三维边界条件的过程中，先记录下前两个时刻三维边界截面每个单元面的压强和流速矢量，然后根据这两个时刻的压强和流速矢量分布对当前时刻的压强和流速矢量分布进行预测并分别将其数值单位化，再将单位化之后的...

【专利技术属性】
技术研发人员：程永光，刘珂，杨志炎，后小霞，胡栋樑，张鹏程，薛松，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：