水泵水轮机顶盖螺栓强度特性研究

顶盖连接螺栓是水泵水轮机最重要的螺栓连接之一,若是发生疲劳断裂可能会导致水淹厂房的严重事故。本文以某水泵水轮机双法兰顶盖-顶盖螺栓-座环多体系统为研究对象,基于流固耦合算法将转轮上冠间隙腔内压力映射到顶盖过流面上,定量分析了顶盖轴向水推力和预紧力对联接螺栓强度特性的影响。发现由于双法兰刚度不均导致螺柱承受较大的弯曲应力;顶盖圆周方向刚度不均导致96个螺柱承受的总拉力、工作载荷、螺柱的夹紧力和相对刚度沿圆周方向周期性变化,且其变化幅度较大。随着顶盖轴向水推力的增大,各个螺柱的相对刚度基本不变;随着预紧力的增加,各个螺柱的相对刚度减小,且预紧力越大,相对刚度减小的幅度越慢。研究成果可为蓄能机组顶盖螺栓的设计提供参考。

基于深度学习的双阶段大坝变形预测模型

为提高大坝位移预测的准确性,提出了一种新颖的基于深度学习的综合预测方法。首先引入了一种基于完全集成经验模态分解(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise,CEEMDAN)和奇异谱分析(Singular Spectrum Analysis,SSA)的多级数据降噪技术。这能有效地消除监测数据中的噪声和异常值,提高数据质量,为后续预测提供更合理的大坝变形数据。随后构建基于卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)和门控循环单元(Gated Recurrent Unit,GRU)的深度学习模型。采用CNN从监测数据中提取丰富的特征,利用GRU来捕获和处理时间序列数据中的长期依赖关系。为了增强模型的表现,引入了自注意力机制,以帮助模型更好地处理和识别数据中的复杂模式。通过与其他预测方法的比较,实验结果表明,该方法在大坝位移预测的准确性和稳定性方面相较于其他方法有显著的提升,能够为大坝变形监控领域提供新方法。

分数极路比绕组形式对可变速抽蓄电机电磁激振力的影响

可变速抽蓄电机定子分数极路比绕组可以解决机组转速、容量、出口电压不匹配问题,但不同的绕组排布也会导致各支路的磁动势不对称,从而影响电机的电磁激振力。为了研究分数极路比绕组形式对可变速抽蓄电机电磁激振力的影响,推导了适用于不同分数极路比绕组形式的可变速抽蓄电机定子磁动势和电磁激振力的解析计算公式,以336 MW的可变速抽蓄电机为例,综合考虑磁动势不对称度、磁动势幅值、相位偏差和短距系数,获得不同分数极路比绕组形式对磁动势和电磁激振力的影响规律,进而建立了基于有限元的可变速抽蓄电机电磁激振力模型,计算了不同分数极路比绕组形式下可变速抽蓄电机电磁激振力,并进一步研究了支路环流对电磁激振力的影响。结果表明,合理的分数极路比绕组排布能有效削弱电磁激振力,且采用节距为14-15-16的不等节距分数极路比绕组方案能最小化环流的影响。研究结果可为可变速抽蓄电机的国产化研制提供技术支持。

基于CCER规则的抽水蓄能碳减排计算方法

抽水蓄能在消纳新能源、实现调峰电源清洁替代等方面发挥着显著的节能减排绿色效益。首先,阐述了目前抽水蓄能参与碳配额交易市场和自愿减排量交易市场的现状,分析了抽水蓄能在减少弃风弃光和实现调峰电源清洁替代过程中发挥减排作用的机理。然后,根据国家核证自愿减排量(Chinese certified emission reduction,CCER)方法学体系,建立了抽水蓄能碳减排项目情景与计算模型,并计算了全国4个区域典型电站的实际碳减排量,其中华东、华中和东北区域的电站年减排量均在10万~30万t。最后,总结了区域内火电电量占比和电站综合效率是影响抽水蓄能减碳作用的关键因素。相关研究可为抽水蓄能CCER方法学开发与碳减排计量提供参考。

初始转速与导叶控制策略对变速抽水蓄能机组泵断电过程影响规律研究

在可变速抽水蓄能机组泵断电暂态过程中,因导叶关闭引起的压力波动、回流、转速双峰等不利现象,极大影响了机组及压力管道系统的安全运行;初始转速作为影响机组动态特性的重要参数,其对泵断电过程中转速、流量的影响规律尚不明晰。针对以上问题,基于一维瞬变流理论特征线法和改进Suter变换法,构建可变速抽水蓄能机组调节系统模型。通过对可变速抽水蓄能机组泵断电过程进行模拟,分析了导叶关闭时间对特征参数的影响规律,阐明了初始运行转速与倒流流量、反转转速极值之间的内在联系。结果表明,正转正流阶段和正转逆流阶段的初期各特征参数时域响应趋势极为相近;与此同时,对比不同导叶关闭时间的结果,得出由反转逆流阶段进入停机能够增强机组及压力管道系统安全性的结论;此外,在同一扬程和入力条件下,采用不同初始运行转速对泵断电过程进行模拟,得出流量、转速极值特性与初始运行转速呈负相关的结论。

基于DBO参数寻优的KELM混凝土坝变形预测模型

传统回归模型与单一的智能学习模型,无法准确反映混凝土坝变形监测数据与环境量之间复杂的非线性关系,且所构建的变形预测模型精度不高、过拟合问题显著。为此,结合蜣螂优化(DBO)算法和核极限学习机(KELM),利用DBO算法对KELM模型中的正则化参数和核函数参数自动全局寻优,构建了DBO-KELM混凝土坝变形预测模型。结合工程实例,验证模型对于大坝变形真实情况的反映效果,结果表明,DBO-KELM混凝土坝变形预测模型预测精度高、泛化能力强。

抽水蓄能电站建设期环境与生态问题及治理保护措施

抽水蓄能电站具有调峰、调频、调相、储能等功能,是推动能源转型的重要支撑,也是实现“双碳”目标的重要组成部分。但抽水蓄能电站在建设期会带来系列环境与生态问题,需要引起重视。利用文献调研和现场勘察的方法,聚焦抽水蓄能电站建设过程中产生的生态环境问题以及相关治理措施。从环境与生态的角度,分析了抽水蓄能电站建设所引起的水环境、大气环境、声环境和固体废物污染问题,提出了工程作业造成植被破坏从而加剧水土流失的风险,同时破坏生物多样性,总结了针对系列环境与生态问题的相应治理措施,有效降低对周围环境的危害。研究结果可为构建生态环保、绿色友好型施工环境提供理论支撑,以积极响应中国“双碳”号召。

基于量子和声搜索算法的可再生能源渗透率组合预测模型研究

“双碳”目标极大地促进了我国可再生能源的发展。针对可再生能源渗透率的准确预测问题,提出基于量子和声搜索(QHS)算法的可再生能源渗透率组合预测模型。首先,采用多层感知器筛选出与可再生能源渗透率强相关的因素;其次,选择4种不同的单项预测模型,采用改进折现均方预测误差加权(MDMFSE)组合模型对单项预测模型结果进行集成;最后,利用QHS算法对MDMFSE的加权系数进行动态优化,构建QHS-MDMFSE组合预测模型,实现对可再生能源渗透率的预测。算例分析表明,所提模型相较其他传统模型具有更高的预测精度,且稳定性更高。

基于NSGA-Ⅱ串行模式搜索的新能源发电与抽水蓄能电站联合系统多时间尺度优化调度方法

针对新能源发电与抽水蓄能电站联合发电系统,提出一种多时间尺度优化调度策略,并提出一种结合快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)和模式搜索算法的NSGA-Ⅱ-PS算法,该策略针对不同的时间尺度分别设定目标函数与约束条件,对比NSGA-Ⅱ与NSGA-Ⅱ-PS在解决本调度问题结果上的优劣性。在日前、日中时间尺度对联合系统进行优化调度,制定调度计划。结果表明:在高比例新能源消纳的基础上,新能源发电与抽水蓄能电站联合系统多时间尺度优化调度可在日前、日中尺度实现联合系统经济安全运行。

大型抽水蓄能机组推力轴承油雾问题研究

大型抽水蓄能机组普遍存在着或多或少的轴承油雾问题。油雾问题给机组的安全稳定运行构成潜在的威胁并影响电站的环境指标。本文针对轴承油雾问题从油雾形成机理、油雾密封及油雾处理进行试验研究,提出了解决油雾问题的有效措施,研究表明:改进轴承结构、恰当控制油位,合理布局油槽结构,配置油档、气封和油雾分离器并设置好参数,可有效解决油雾问题。本研究成果可为抽水蓄能机组设计及电站实际油雾问题解决提供方案和借鉴。

抽水蓄能电站地下厂房施工期污染物运移规律及通风效果研究

抽水蓄能电站地下厂房常使用钻爆法施工,易产生大量粉尘与有害气体等污染物,且由于地下厂房首层修建时各洞室未贯通,通风情况不利,污染物往往难以及时排出。为了揭示地下厂房内污染物运移规律,对比不同通风方案的通风效果,使用计算流体力学软件Fluent对地下厂房爆破通风过程中的污染物进行了三维非稳态气固两相流耦合数值模拟,分析了厂房内部流场分布规律和不同通风方案下厂房内污染物动态运移规律。结果表明,厂房内部风流场主要包含射流区、附壁流动区、涡流区和回流区等部分;粉尘运移过程出现糅合区、过渡沉降层、积聚峰等区域;爆破后初期,CO易受粉尘的流场耦合作用,随着通风的持续,CO出现壁面慢速扩散区,最终形成一条明确的运移路径;2号通风方案下的污染物运移距离优于1号通风方案,但粉尘出现分布聚集点,若同时使用粉尘净化系统,可在爆破后30 min内完成粉尘的净化,有效解决粉尘聚集问题。

新安江水电站闸门安全评价

闸门的安全评价对于闸门可靠运行具有重要意义。从闸门外观检测、腐蚀量检测、焊缝超声波无损检测、材料检测、结构应力检测、复核计算、启闭机现状与运行状况检测以及启闭力检测等角度出发,对已到检修期的新安江水电站6#、7#机组进行安全检测,综合安全检测结果,依据相关规程、规范,对进水口工作门及启闭机进行安全评定。研究结果表明,进水口工作闸门和启闭机安全等级评定为“安全”,并对启闭机液压泵站及现地运行控制系统布置位置给出了整改建议。本研究为其他电站闸门的安全检测提供了科学依据。

Transient Damping of Virtual Synchronous Generator for Enhancing Synchronization Stability during Voltage Dips

Virtual synchronous generators(VSGs)are widely introduced to the renewable power generation,the variablespeed pumped storage units,and so on,as a promising gridforming solution.It is noted that VSGs can provide virtual inertia for frequency support,but the larger inertia would worsen the synchronization stability,referring to keeping synchronization with the grid during voltage dips.Thus,this paper presents a transient damping method of VSGs for enhancing the synchronization stability during voltage dips.It is revealed that the loss of synchronization(LOS)of VSGs always accompanies with the positive frequency deviation and the damping is the key factor to remove LOS when the equilibrium point exists.In order to enhance synchronization stability during voltage dips,the transient damping is proposed,which is generated by the frequency deviation in active power loop.Additionally,the proposed method can realize seamless switching between normal state and grid fault.Moreover,detailed control design for transient damping gain is given to ensure the synchronization stability under different inertia requirements during voltage dips.Finally,the experimental results are presented to validate the analysis and the effectiveness of the improved transient damping method.

模型水轮机空化现象智能识别方法

为了更加准确地判断模型水轮机是否发生空化现象,提出了一种基于图像识别的模型水轮机多态图像智能识别方法。该方法通过机器预处理及二值化处理对目标水轮机转轮图像进行特征提取,并构造目标特征矩阵;将该目标特征矩阵与经专家库得到的修正系数或修正区间相乘后输入到空化识别模型中,并与模型中存储的模板图像的修正特征矩阵进行比对,实现模型水轮机的空化识别。工程应用结果表明:该方法的识别准确率约为80%,存在少许“错杀”现象,但可以满足使用要求;相较于现有方法,该方法不仅能提高水轮机空化识别的速度,还能提高识别质量,实现水轮机空化检测的智能化、数字化、简单化。

基于MR混合现实技术的应急仿真应用系统设计

为避免灾难发生时因经验不足导致慌乱而造成更大的损失,使用混合显示技术设计一种应急仿真应用系统。硬件设计中使用蓝牙适配器作为无线网络传输的工具;软件设计中基于混合现实技术重建虚拟现实场景,对图像进行降噪处理,计算各像素点的3维坐标,实时更新粒子位置,对其进行可视化渲染,并获取粒子在混合现实场景渲染下的位置坐标,混合现实视线下的投影距离;对应急逃生路径规划设计一种路径规划算法;在仿真场景的物理模型下,获取应急疏散模拟结果。结果表明:该仿真系统具备实用性,能够完成应急演练时的数据收集与分析。

抽水蓄能机组机械制动系统的故障分析与优化

基于国内常见抽水蓄能机组机械制动系统的工作原理,分析了抽水蓄能机组高速加闸或带闸启动时机械制动系统的常见故障,从设计、管理及控制等方面提出了机械制动系统的优化措施,以期提高抽水蓄能机组启停的安全性。

定速与变速抽水蓄能机组联合运行一、二次调频仿真及特性研究

变速抽水蓄能机组在电网频率—功率快速调节及主动支撑等方面相较于定速机组具有独特优势,为此开展定速与变速抽水蓄能机组联合运行一、二次调频仿真及特性研究。即首先建立定速与变速机组联合运行一、二次调频数值仿真模型,然后实现一、二次调频协调仿真,最后揭示定速与变速机组联合运行一、二次调频动态特性。结果表明,频率阶跃的幅值越大,定速与变速机组出力和有功功率一次调频90%目标值响应时间、二次调频目标值响应时间越长。机组的调功指令配比越高,其出力和有功功率的二次调频目标值响应时间越短,变速机组出力和有功功率二次调频目标值响应时间对调功指令配比的变化更为敏感。定速与变速机组的调功指令配比相同时,联合运行的二次调频目标值总体响应时间更短。

含定速与变速机组的抽水蓄能电站一次调频动态特性研究

鉴于含定速与变速机组的抽水蓄能电站安全、稳定、高效联合运行是充分发挥变速机组技术优势的关键,基于数值仿真方法,开展含定速与变速机组的抽水蓄能电站一次调频动态特性研究。首先建立含定速与变速机组的抽水蓄能电站一次调频仿真模型,然后分析定速与变速机组单独运行一次调频动态特性,最后分析定速与变速机组联合运行一次调频动态特性。结果表明,相同的调速器和变频器参数下,变速机组频率阶跃减的幅值越大,动态响应时间越长、速度越快;频率阶跃增幅值越大,动态响应时间越短、速度越快;定速与变速机组联合运行可提高定速机组的出力和有功功率动态响应速度及变速机组的出力动态响应速度,但对变速机组的有功功率动态响应速度的影响较小。

基于调速器-变频器协调控制的变速抽蓄机组一次调频研究

变速抽蓄机组可为保障高比例新能源电网频率安全稳定提供重要支撑,是抽水蓄能技术发展的重要方向。因此,开展了基于调速器-变频器协调控制的变速抽蓄机组一次调频研究,首先建立变速抽蓄机组仿真模型,然后分析基于协调控制的变速抽蓄机组一次调频特性,最后揭示基于协调控制的变速-定速抽蓄机组一次调频特性。结果表明,变速抽蓄机组调速器-变频器协调控制模式2下一次调频有功功率的响应速度明显快于控制模式1,调速器对一次调频导叶开度和转速振荡的抑制优于变频器、变频器对一次调频有功功率的调节速度明显快于调速器。变速抽蓄机组采用调速器-变频器协调控制模式1时的一次调频有功功率响应速度略慢于定速抽蓄机组、采用控制模式2时的一次调频有功功率响应速度明显快于定速抽蓄机组。

新安江水库流域降水时间演变特征

为了解新安江水库流域降水的长期演变特征,利用2006~2022年GPM降水数据、GLDAS土壤含水率数据和典型站点的降水量与水位数据,结合HYSPLIT、PSCF、CWT模式,分析了降水量和水位的时间演变特征、不同降水气团的差异和降水的潜在来源。结果表明,干流单一站点的降水量可用于代表新安江水库流域的降水量变化特征。降水量、0~200 cm土壤含水率和水位存在明显月际变化,降水量在6月最高,土壤含水率和水位在7月最高。2006~2022年新安江流域的降水气团共分为六类:1型西南内陆远距离气团(31.8%)、2型西北内陆气团(7.2%)、3型局地气团(19.7%)、4型西南内陆近距离气团(15.7%)、5型东部海洋气团(3.8%)和6型西部内陆气团(21.8%)。不同类型气团降水的时间分布特征存在显著差异。新安江流域降水的PSCF分布与CWT分布类似,高值区均位于其西南方向。新安江流域的降水潜在来源贡献主要是江西全省和湖南省的东部地区,在对其降水过程预报时应多关注该区域的降水气团变化。研究结果可为新安江水库防汛和水力发电提供理论依据。