【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及抽水蓄能电站技术供水过渡过程领域，尤其涉及一种基于节点矩阵的拓扑结构识别方法，用于供水管网的水力校核与过渡过程计算。
技术介绍
1、水力过渡过程是水流从一种稳定状态转变为另一种稳定状态的动态过程，是输水系统中普遍的水流现象。在此过程中，若控制不当导致水流速度与流量发生巨变，可能会造成爆管等安全事故。在抽水蓄能电站中技术供水管网中，通过变化工况改变来改变管网中的用水量的变化，从而实现节能的目标。而在工况变化的过程中，就需要计算其压力与流量的变化来保证管网的安全性。
2、现有专利中，申请号为cn201910620963.4，申请日为2019年7月10日的专利公开了一种模块化的高精度水力过渡过程预测方法，包括如下步骤：s1)分解输水发电系统，将其分解成独立的简单元素，包括水库、压力管道、阀门、水轮机、调压室；s2)构建输水发电系统中各个独立简单元素的元素矩阵，元素矩阵包括水库边界元素矩阵、压力管道恒定流元素矩阵、压力管道瞬态流元素矩阵、阀门元素矩阵、水轮机元素矩阵、调压室元素矩阵；s3)构建整个输水发电系统的综合矩阵，综合矩阵包括稳态综合矩阵和瞬态综合矩阵；s4)选定时间步长，所选择的共同计算时段应满足柯兰特稳定条件；s5)计算输水发电系统初始稳定状态，解得节点流量与给定流量需满足精度要求；s6)计算输水发电系统每个时间步长下的系统状态，获得预测的系统压力和水位极值。该专利利用了有压水网系统中压力、流量与结构梁架中应力与位移相同的特征，将结构分析中所使用的刚性矩阵模型建立方法应用到复杂输水发电系统的数学模型建
3、现有的水力过渡计算，在计算当中，主要以特征线法为基本计算方法，特征线法在计算当中能够保证一定的计算精度，但是在计算复杂管网时，由于流量分配与压力数据复杂，需要对管网模型进行校核，以保证管网进行过渡计算时的准确性，采用特征线法进行计算时需要设定不同的边界条件，计算繁琐，不适合用水管网的校核计算。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种采用节点关联矩阵的方法，从而解决现有技术中存在的问题，实现快速对抽水蓄能电站技术供水管网的水力校核，并实现管网的稳态水力计算与动态过渡过程计算的快速衔接并保证计算精度。
2、为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案进行实现：一种基于节点关联矩阵的电站供水管网水力计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
3、s1：根据实际管网建立供水管网系统数学模型，建立节点关联矩阵与边界条件数学模型，完成管网基础信息的录入；
4、s2：进行稳态水力计算，并与实际测量结果进行对比，对管网进行修正并重新求解矩阵，直到误差满足要求；
5、s3:采用校正好的管网模型参数，确定计算时间步长，并对分支进行分段，将稳态水力计算结果分配到边界节点与中间节点上；
6、s4:采用节点关联矩阵，获取该计算时间步长条件下的所有节点的瞬时状态，直到全部计算节点到达稳定状态，从而获取管网过渡过程的水力特性。
7、作为优选，所述步骤s1具体包括以下步骤：
8、s11：对管网进行模型化，将管网的连接设为分支，将分支进出口点设为节点，将管网简化为只有分支与节点的流体网络图；
9、s12：对各个类型的节点与分支建立特定的可用于水力过渡计算的数学模型，对流体网络图中的节点与分支分别进行编号；
10、s13：创建分支参数表与节点参数表并录入基础数据结构，根据建立的参数表数据，编写程序读取数据并建立节点关联矩阵a。
11、通过将实际管网结构模型化得到的管网模型图引入计算，可以提高后续计算过程中结果与实际结果的相似度，提升了水力分配计算的校核精度。
12、作为优选，所述步骤s12中录入的结构数据包括分支参数表数据和节点参数表数据，分支参数表数据包括分支号、进口节点、出口节点、流量、分支类型、管径和长度，节点参数表数据包括节点号、高程和节点类型。
13、作为优选，所述步骤s13中节点关联矩阵a的形式为
14、
15、建立规则如下：
16、
17、其中，aij为节点关联矩阵a中的第i行、第j列元素。节点关联矩阵a表征各节点与分支之间的连通关系，在过渡计算中，可直接调用不同的边界条件。
18、作为优选，所述步骤s2具体包括以下步骤：
19、s21：根据管段压力降公式、节点流量连续性方程和环能量方程建立以下三个方程组
20、
21、式中，c为元素1/(si·qi)组成的节点对角矩阵，其中si为管段i的阻力系数，qi为管段i流量，p为节点压力，q为管网节点流量，δp为管段压降，at为转置矩阵；
22、s22：确定稳态计算状态下的水泵与阀门的固定特性，通过其特性求得阻力系数，从而确定其进出口节点压力变化δp；
23、s23：设定初始流量q0，通过方程组求解节点压力p，并迭代解得流量q1，与实际流量q进行对比；
24、s24：若流量q1与实际流量q的误差不满足精度要求，则修改管网结构，改变管段的阻力系数s，重新进行步骤s23，直到计算结果qt与实际流量q的误差满足精度要求。
25、通过修改管网参数，使所用管网模型更加接近真实管网结构，提高计算结果的精确度。
26、作为优选，所述步骤s3具体包括以下步骤：
27、s31：计算时间步长δt，使其满足波速误差要求和courant稳定条件；
28、s32：根据计算得到的时间步长δt，确定每个分支的分段数ni，将分支节点标记为1、2、…、ni+1，其中第1节点与ni+1节点分别为分支的进口节点与出口节点，其余节点为中间计算节点；
29、s33：建立以计算节点为横向量，以时间步长为列向量的方便过渡计算时调用的数组，根据分段数对各分支进行均分，为分支中的所有节点分配流量与压力，从而对矩阵中的第一列元素进行赋值；
30、s34：重复步骤s33，确定技术供水管网中的每一个计算节点的初始值，以此建立管网节点流量q与管网压力h。
31、对于相邻分支，前分支的当中的计算节点的最后一个节点压力值与后分支的第一个节点压力值相等，流量根据连续性方程进行计算。
32、作为优选，所述步骤s31中时间步长δt的计算方法具体包括以下步骤：
33、s311：将所有具有长度值的分支整合，确定长度最短分支；
34、s312：根据波长初步确定最短分支时间步长，判断除长度最短分支以外的其余分支在该时间步长下的波速误差；
35、s313：若出现其余分支的波速误差过大，则继续减小时间步长，直到所有分支满足波速误差要求。
36、作为优选，所述步骤s4具体包括以下步骤：
37、s41：令初始计算时间t＝δt，令初始计算节点j本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于节点关联矩阵的电站供水管网水力计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于节点关联矩阵的电站供水管网水力计算方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的基于节点关联矩阵的电站供水管网水力计算方法，其特征在于，所述步骤S12中录入的结构数据包括分支参数表数据和节点参数表数据，分支参数表数据包括分支号、进口节点、出口节点、流量、分支类型、管径和长度，节点参数表数据包括节点号、高程和节点类型。
4.根据权利要求2所述的基于节点关联矩阵的电站供水管网水力计算方法，其特征在于，所述步骤S13中节点关联矩阵A的形式为
5.根据权利要求1所述的基于节点关联矩阵的电站供水管网水力计算方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：
6.根据权利要求1所述的基于节点关联矩阵的电站供水管网水力计算方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的基于节点关联矩阵的电站供水管网水力计算方法，其特征在于，所述步骤S31中时间步长Δt的计算
8.根据权利要求1所述的基于节点关联矩阵的电站供水管网水力计算方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于节点关联矩阵的电站供水管网水力计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于节点关联矩阵的电站供水管网水力计算方法，其特征在于，所述步骤s1具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的基于节点关联矩阵的电站供水管网水力计算方法，其特征在于，所述步骤s12中录入的结构数据包括分支参数表数据和节点参数表数据，分支参数表数据包括分支号、进口节点、出口节点、流量、分支类型、管径和长度，节点参数表数据包括节点号、高程和节点类型。
4.根据权利要求2所述的基于节点关联矩阵的电站供水管网水力计算方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄建德，何秋，袁静，张磊，方杰，朱佳，徐国华，王斌，罗远林，周强，
申请(专利权)人：华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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