基于参数自适应SVR和VMD-TCN的水电机组劣化趋势预测

针对水电机组难以利用实时监测数据对机组劣化状态进行有效评估,以及水电机组不同运行工况对运行状态指标趋势预测模型参数影响显著的问题,提出一种基于参数自适应支持向量回归机(SVR)、变分模态分解(VMD)和时间卷积网络(TCN)的水电机组劣化趋势预测方法;首先按照功率和水头将机组运行工况细化为若干典型工况,在此基础上采用改进天鹰算法建立SVR模型,对各个工况下的预测参数进行寻优,建立起工况与最优参数的数据;再通过神经网络对工况和最优预测参数进行拟合,构建出映射两者复杂关系的非线性函数,然后将构建出的映射关系加入到传统的SVR中,实现适应于水电机组工况变化的自适应SVR健康模型;其次,根据健康模型输出的标准值和监测数据,计算出劣化趋势序列;最后,考虑到劣化趋势序列的非线性因素,建立了一个基于VMD-TCN的时间序列预测模型,以实现对劣化趋势的准确预测。并设计多组对比实验,验证所提出模型的精度更高,时间更快。

高水头抽水蓄能电站地应力综合测试及抗劈裂分析

抽水蓄能电站建设处于加速期,合理布置地应力试验和精准获取地应力数据对高水头抽水蓄能电站意义重大。以某高水头抽水蓄能电站为案例,针对高水头抽水蓄能电站地形特点及地应力特征,在不同勘察阶段进行综合地应力测量,同时联合地应力场反演,获取空间三维地应力场分布规律并对围岩进行抗劈裂分析。综合实测结果表明:二维地表深孔结果随埋深梯度有变化,中浅部有应力集中现象,符合高水头抽水蓄能电站的地应力分布特征。三孔交汇法及孔壁应变法的地应力量值及方向吻合,地下厂房和高压岔管部位岩体的最大实测主应力为20.9 MPa,最小主应力为7.0 MPa;岩体以水平应力为主。最大主应力方向集中为NEE向。有利用综合实测结果加强模型精细化进行初始地应力场反演,能较好地反映此类工程的地应力场特征,利于围岩的抗劈裂分析及后续衬砌方案的选择。综合地应力测试对于高水头抽水蓄能的地应力获取具有可行性。可供高水头抽水蓄能电站工程的地应力勘察参考。

NB/T 35009-2024修订内容解读及抽水蓄能电站标准化工作历程回顾

本文回顾了抽水蓄能电站选点规划标准化工作历程,从90年代选点规划工作范围逐步扩展,一批代表性站点规划落地,选点规划思想逐渐成熟,首版标准于2003年编制完成。到2009年全国范围抽水蓄能电站选点规划系统性开展,继22个省(区、市)完成选点工作,第二版标准修订完成,有效指导了实践工作。随着抽水蓄能电站选点规划的管理流程和技术路线不断成熟,选点规划已成为前期工作和开工建设的重要基础。双碳目标提出以来,抽水蓄能中长期发展规划为行业发展带来新机遇新挑战,第三版标准修订工作适时开展,区分功能定位、明确技术要求,积极响应了当前新能源和抽水蓄能行业高质量发展的要求。

某抽水蓄能电站抽水断电过渡过程复核分析

抽水蓄能电站的抽水断电过渡过程威胁电站抽水工况的运行安全。以某实际抽水蓄能电站工程为例,在对电站抽水稳态工况复核的基础上,反演模拟了抽水蓄能电站单机抽水断电过渡过程,分析了数值模拟与原型实测结果之间存在偏差的主要原因。最后,对电站双机抽水断电工况进行了预测模拟。结果表明:单机抽水断电数值仿真模拟计算的过渡过程时域曲线与实测值时域过程的波动趋势基本一致且吻合良好,产生偏差的原因主要包括数值模拟中输入参数的不确定度及简化处理,以及过渡过程中真实压力脉动的影响。在对双机抽水断电工况进行预测模拟及修正后,过渡过程调保参数均未超过设计值,保障了电站抽水工况下的运行安全。反演分析成果可为其他抽水蓄能电站的设计及运行提供参考。

我国抽水蓄能现代化的发展历程、挑战与展望

抽水蓄能对于可再生能源的发展和新型能源体系的构建,助力实现“双碳”目标等具有重大意义。充分认识抽水蓄能的功能与作用,梳理我国抽水蓄能现代化进程中的政策演变及发展历程,分析我国抽水蓄能面临的困境与挑战,并对未来进行展望,有助于深刻理解和把握抽水蓄能与整个国家现代化建设之间的内在关系,有利于推动新阶段新征程抽水蓄能高质量发展,有望加快和推进我国形成国际竞争力强的抽水蓄能现代化产业。

抽水蓄能电站单机容量与机组转速选择

通过分析国内外已建抽水蓄能电站机组主要技术参数,研究抽蓄电站定转速混流式水泵水轮机水头与单机容量、参数水平的关系,提出了不同水头段抽水蓄能电站单机容量和比速系数选择原则,推荐了合适的机组额定转速范围,可提高抽水蓄能电站水泵水轮机选型设计的工作效率和成果质量。

蓄能机组暂态工况水力特性及关键部件强度特性研究

抽水蓄能电站以其调峰填谷的独特运行特性,发挥着调节负荷、促进电力系统节能和维护电网安全稳定运行的功能,是电力系统有效的、不可或缺的调节工具。近年来,随着“双碳”目标的提出,我国的抽水蓄能电站建设进入了快车道,并且向高水头、大容量、高转速的方向发展,从而对蓄能机组关键部件的强度设计提出了更高的要求。

抽水蓄能电站运行与维护

为全面落实党中央、国务院关于“双碳”的有关部署,充分发挥抽水蓄能在能源转型中的基础性作用,有必要对抽水蓄能电站运行稳定性等方面技术问题开展研究。抽水蓄能是目前全球公认的最成熟、最可靠、最清洁、最经济的储能方式,其工作原理是在用电低谷时期将水由下水库抽至上水库,将电能转化为水的势能;在用电高峰期将储藏的水势能转化为电能供给电网满足生产需求。

抽水蓄能电站重要螺栓安全质量控制技术研究

随着“双碳”目标的提出,构建以风电、光伏等新能源为主体的新型电力系统势在必行。但是由于风电、光伏的随机性和波动性,对电网的适应性和可靠性提出了更高的要求。抽水蓄能是当前技术最成熟、经济性最优、最具大规模开发条件的电力系统绿色低碳清洁灵活调节电源,加快发展抽水蓄能,是构建新型电力系统的迫切要求。根据国家规划,到2025年,我国抽水蓄能投产总规模达6200万kW以上;到2030年,投产总规模将达1.2亿kW左右。

关闭/废弃矿井抽水蓄能开发利用现状与进展

探索清洁能源发展的创新途径是实现我国“双碳”目标的重要推动力。为解决大规模可再生能源电力供应不稳定的难题,新型电力系统的提出与加速成长促进了抽水蓄能电站的建设与发展,但生态保护与地形等因素制约了传统抽水蓄能电站发展。关闭/废弃矿井,由于具有丰富的地下空间及水资源,可创新性地开发抽水蓄能并延长矿区的经济寿命,降低对环境与经济的负面影响。为助力建立适合我国国情的废弃矿井抽水蓄能利用模式和管理体系,通过文献分析法综述了国内外废弃矿井抽水蓄能技术研究与应用进展。详细阐述了关闭/废弃矿井抽水蓄能技术原理、分类及其优缺点;总结了关闭/废弃矿井抽水蓄能电站利用模式,并在前人研究基础上对选址要素进行了修订;梳理了关闭/废弃矿井改建抽水蓄能电站的水-气两相流动特性、水泵水轮机工况特性、地下空间围岩稳定性及地下蓄水空间体积测算等的研究现状,明确了水泵-水轮机关键技术、地下空间稳定性控制关键技术等亟待解决的技术难题。此外,对关闭/废弃矿井抽水蓄能相关的生态与环境保护、市场需求与经济效益、政策与法规等研究成果进行了广泛的文献综述。发展关闭/废弃矿井地下空间抽水蓄能技术可为我国井下空间资源利用提供思路,为保障国家能源安全与经济社会高质量发展提供新途径。

抽水蓄能电站厂用电系统备自投设计及实现

大中型水电站厂用电系统接线复杂,备自投动作逻辑也不简单,同时还需考虑两级备自投之间的动作配合。针对某抽水蓄能电站10 kV及0.4 kV厂用电系统备自投的设计原则、动作逻辑等方面开展了研究,提出两级厂用电系统备自投间的定值及动作时间配合方案,可以保证电站厂用电系统的安全可靠运行。

通化抽水蓄能电站地下厂房系统设计

本文主要介绍了通化抽水蓄能电站地下厂房系统设计,根据已勘测的地形地质条件,从枢纽总体布置、地下厂房位置和轴线拟定对工程进行总体布置。介绍了主厂房洞、主变洞、尾闸洞、母线洞、出线洞、交通洞、通风洞等附属洞室和开关站的布置情况。

塔拉河抽水蓄能电站特征水位选择

抽水蓄能电站特征水位选择是抽水蓄能电站设计的重要内容。本文以塔拉河抽水蓄能电站为例,通过分析特征水位选择影响的因素,结合实际工程特点,基于土石方挖填基本平衡、最大扬程与最小水头比值符合机组稳定性要求等原则,确定上、下水库消落深度分配,进而拟定水库特征水位方案,本研究成果可为类似抽水蓄能电站特征水位选择提供参考借鉴。

抽水蓄能电站生态环境影响与环境影响评价要点研究

抽水蓄能电站的工程特点和环境影响特征与常规水电站存在差异,可根据环境影响特征将抽水蓄能电站分为“混合式”、“开循环(依托下库)”、“开循环(新建下库)”、“闭循环”4类,分别从评价等级与评价范围、环境现状调查与评价、影响预测与评价、环境保护对策措施等方面梳理了技术要点,并针对不同分类提出了生态用水保障、枢纽工程废水和污水处理、水库水质保护、水生生态保护及“以新带老”等环境保护措施。

浑源抽水蓄能电站下水库拦排沙系统防沙效果的试验研究

设置拦排沙系统是缓解抽水蓄能电站泥沙问题的有效方法之一。为验证浑源抽水蓄能电站下水库拦排沙系统的防沙效果,建立了浑源抽水蓄能电站下水库泥沙物理模型,进行了不同频率洪水入库试验。通过比较有、无拦排沙系统的输沙量及悬沙特性,论证了拦排沙系统的拦沙效果,并分析了影响拦沙效果的主要因素。结果表明:不建拦沙坝情况,进入下水库的泥沙直接相关于上游水沙条件,其相关系数大于0.8;修建拦排沙系统后,进入下库沙量明显减少、悬沙粒径细化,拦沙效果与拦沙库淤积情况的相关系数均大于0.7,拦沙库的淤积情况是拦沙效果的主要影响因素,而上游水沙条件的影响较小。

考虑调节费用补偿的海水抽蓄优化定容策略

通过海上风电与海水抽蓄联合运行参与电网的调峰调度,可有效促进海上风电消纳,助力电网调峰,但需要进行海水抽蓄多目标优化定容研究,解决海水抽蓄成本回收问题以及多目标之间的主观偏好与客观冲突对优化决策的影响等关键问题。为此,本文提出了考虑调节费用补偿的海水抽蓄多目标优化定容方法,通过海水抽蓄调节费用双向补偿机制,保障抽蓄调节利益;考虑风电不确定性,计及风蓄联合出力跟踪电网负荷误差最小、海上风电运营效益最大和海水抽蓄收益最大,建立风蓄联合运行多目标优化模型,实现多主体利益共赢。以双向补偿电价、海水抽蓄上水库容量、海水抽蓄机组容量为优化决策变量,通过NSGA-Ⅱ方法优化得到Pareto前沿解集;通过K-means算法对Pareto前沿解集进行聚类作为备选方案;采用层次分析法-熵权法进行主、客观赋权;通过TOPSIS方法将备选方案与理想方案比较排序选出最优解。仿真算例结果验证了本文海水抽蓄优化定容方案能够兼顾新能源消纳效果与多主体利益共赢。

考虑不对称转速边界约束的变速抽蓄机组综合惯量调频控制

当系统出现频率跌落时,变速抽蓄机组可大幅降低转速、迅速释放转子动能,从而为系统提供惯量支撑,但目前已有的调频方案未能有效发挥变速抽蓄机组的这一优势。为充分利用转子动能,提出一种考虑不对称转速边界约束的变速抽蓄机组综合惯量调频控制策略。首先,从变速抽蓄机组的有功支撑特性和不对称转速约束条件出发,得出适用于变速抽蓄机组的最优频率控制结构,该结构中包含两个时间常数不同的虚拟惯量控制环节。然后,分析各惯量控制环节的作用并整定相关参数。在此基础上,计及变速抽蓄机组运行特性与电力系统调频需求,设计了变速抽蓄机组不对称综合惯量控制策略,使得机组转速降低时可以为系统提供更大的惯量支撑。仿真结果表明,所提调频策略能够充分发挥变速抽蓄机组的优势,维持系统频率稳定。

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。

变速抽水蓄能机组功率优先控制模式的运行稳定域分析

变速机组相较于传统定速机组在运行和调节中具有快速、高效、灵活和可靠等优点。然而变速抽水蓄能电站刚刚起步,其在有功功率调节过程中的运行稳定性需要进一步研究。本文中基于MATLAB和Simulink作为主要工具研究变速抽水蓄能电站在有功功率调节中的动态稳定性。首先,建立了一个变速抽水蓄能电站的水-机-电耦合的数学模型。然后,建立13阶状态矩阵用于理论研究系统的动态稳定性,并进行时域模拟进一步验证和分析,验证了理论矩阵和数学模型的有效性和合理性。结果表明,变速抽水蓄能机组在并网条件下的有功功率调节的过程中,可能面临失去稳定性的风险,这是定速机组不会出现的新问题。因此,在变速抽水蓄能电站的设计和运行过程中,需要重点关注系统特性参数与控制参数的匹配问题。研究结果可为提高变速抽水蓄能电站调节稳定性提供技术参考。

带分流叶片水泵水轮机甩负荷过渡过程中的压力脉动特征

为减轻水泵水轮机过渡过程中剧烈压力脉动对抽水蓄能电站安全产生的不利影响,需充分认识水泵水轮机的压力脉动特征。本文对某带分流叶片水泵水轮机甩负荷过渡过程中的实测压力脉动数据开展深入研究。首先从压力脉动的频域特性出发,提出了一种基于变分模态分解的时均压力和脉动压力提取方法。然后采用傅里叶变换和短时傅里叶变换分析水泵水轮机稳定运行和甩负荷过程中蜗壳进口、无叶区、顶盖和尾水锥管进口的脉动压力,揭示了带分流叶片水泵水轮机在稳定运行和甩负荷过渡过程中压力脉动的频率组成和时频变化特性的普遍规律。研究表明,带分流叶片水泵水轮机无叶区压力脉动的主频由叶片通过频率及其半次谐波共同主导,且叶片通过频率的半次谐波具有向上下游传播的特点。尾水锥管进口压力脉动频率主要由低频成分及叶片通过频率的半次谐波构成。甩负荷过渡过程中,无叶区叶片通过频率及其谐波的频率会随着时间的变化出现增大和减小现象,且变化规律与转轮转速的变化趋势一致。本文所提出的方法为压力脉动实测数据分析提供了一种新手段,为带分流叶片水泵水轮机压力脉动的特征研究提供了参考与借鉴,对结构异常振动溯源和保障机组安全运行具有重要意义。