抽水蓄能机组水轮机工况启动过程内部流场分析

本文采用CFD数值模拟的方法,模拟计算了抽水蓄能机组在水轮机工况启动过程内部流场特征。得到了在活动导叶开启过程中的速度、压力随时间的瞬态分布规律,讨论了蓄能机组开启过程中外特性的变化曲线。结果表明:活动导叶的开启规律可以大体分为五个阶段。活动导叶的开启规律是先缓慢开启,然后以较快的速度关闭,最后再保持到空载的开度,从第四阶段,导叶再逐渐打开直到额定开度。转轮扭矩和机组流量呈现出先增大后减小的趋势,当导叶逐渐打开时,转轮扭矩和机组流量再逐渐上升。本文为研究蓄能机组水轮机工况下启动过程的内部流动变化提供了参考依据,同时对提高水轮机工况的启动稳定性具有重要意义。

抽水蓄能机组水轮机工况启动过程转轮动应力特性

本文以某原型水泵水轮机组为研究对象,研究了水轮机工况启动过程中外特性的动态变化曲线,重点分析水泵水轮机转轮内流场和动应力特性。研究结果表明,在水轮机工况启动过程中,转轮扭矩呈先上升后下降的趋势,在转速达到额定值时,扭矩接近于0;流量受到导叶开度的影响非常明显,处于先上升后下降趋势;水头在430~480m左右波动。随着转速的增加,转轮流固耦合面上的整体压力值显著增加。高压区起始集中在转轮进水边的压力面一侧,随着时间的推移,高压区域逐渐扩大并移动到进水边的吸力面一侧。转轮进水边与下环交接处的应力呈现先下降后上升的趋势,应力均值下降的同时,峰峰值也有所下降,应力值一直处于较低的水平。转轮进水边与上冠交接处的应力呈现上升趋势,并与转轮转速的变化趋势一致。本文对于深入理解水泵水轮机组启动过程复杂条件下的内部流动和转轮动应力特性具有重要参考价值。

国产抽水蓄能机组成套开关设备的发展

介绍了抽水蓄能机组成套开关设备中存在的问题及在实际运行中的功能需求,以及国内外抽水蓄能机组成套开关设备发展现状,从技术参数、结构特点及成套供货能力等几个维度对国内外产品进行了对比分析。抽水蓄能电站具有调峰、调频、调相、储能、系统备用和黑起动等多种功能,是当前技术最成熟。

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。

抽水蓄能机组励磁绕组匝间短路漏磁检测研究

抽水蓄能机组定子铁心背部漏磁场可有效反应励磁绕组的运行状态,通过对励磁绕组匝间短路前后的漏磁特征进行研究,以实现对其匝间绝缘健康水平的在线监测。首先,推导励磁绕组健康状态与匝间短路状态下的漏磁表达式,得到不同状态所对应的磁密特征谐波;其次,搭建发电容量为278 MVA的抽水蓄能机组二维有限元仿真模型,据此分析匝间短路故障前后径向漏磁及切向漏磁时/频域特征的演变规律,并得到空载工况的径向、切向漏磁峰值分别为111、102μT,负载工况的径向、切向漏磁峰值分别为115、112.5μT,可为漏磁传感器选型提供参考;最后,通过在同步发电机定子铁心背部加装磁通门传感器,采集不同匝间短路程度下的径向、切向及轴向漏磁信号,获其空载工况峰值分别为51.9、40.4、28.2μT,负载工况峰值分别为56.5、47.3、38.4μT,动模机组监测结果证明了,漏磁信号时域特征波形及频谱特征谐波变化可有效表征励磁绕组匝间绝缘健康水平,为励磁绕组匝间短路状态监测拓展了新的技术路径。

考虑频率偏差和电压刚度约束的抽水蓄能机组与新能源场站联合调度方法

抽水蓄能机组调频和电压支撑能力能够提升新能源电力系统的安全稳定性。针对电网故障下新能源场站低电压穿越造成的大量能量缺额问题,推导出频率偏差约束的解析表达式;根据电压刚度的定义,推导出新能源场站并网点电压刚度约束表达式。利用多面体不确定集合描述新能源的不确定性,以弃风弃光量最小为优化目标,提出一种考虑频率偏差和电压刚度约束的抽水蓄能机组与新能源场站联合调度方法。在改进的IEEE 39节点系统中对所提方法进行测试,结果表明合理利用抽水蓄能机组可以有效抑制新能源波动并提高系统频率和电压稳定性。

考虑声-振模态结合的抽水蓄能机组轴承故障诊断

为解决抽水蓄能机组轴承磨损故障难以监测和识别的问题,提出一种结合声振数据的双模态神经网络机组轴承诊断模型。首先分析了抽水蓄能机组声振特性,融合相似软阈值对奇异值分解去噪方法进行改进,有效消除非接触式传感器固有噪声干扰。其次提出逆巴克频谱变换方法,并结合巴克频谱变换和格拉姆角和场变换等特征工程技术,提取机组轴承的声纹和振动特征图。通过融合相对位置编码的自注意力机制和深度可分离卷积,建立特征图传递网络。同时运用多头自注意力机制和双向长短期记忆网络搭建了时序数据传递网络,并以平行网格架构构建了机组轴承故障诊断模型。实验对比分析表明,所提方法具有较高的故障识别准确率,为抽水蓄能电站机组轴承监测问题提供了有效的解决途径。

大型交流励磁变速抽水蓄能机组技术特征与研制框架

交流励磁变速抽水蓄能是国际上应用最广泛成熟的变速机组技术路线,是中国抽水蓄能发展需要重点攻克的关键技术。当前,国内大型交流励磁变速抽水蓄能技术自主化工程研制和应用仍处于起步阶段,从电机设计、变频系统设计到机网协调控制策略等方面关键技术都亟待突破。为进一步攻克交流励磁变速抽水蓄能关键技术、理清研发重点,该文首先从抽水蓄能技术基本原理出发,概括不同抽水蓄能技术路线的特点和适用条件。然后,重点分析了交流励磁变速抽水蓄能机组的技术特征,提出了交流励磁变速发电电动机、水泵水轮机、变频器等核心装备的研制框架和重点。最后,给出交流励磁变速机组研制的思考和总体方法。

双馈抽水蓄能机组最优功率控制策略及提升风电并网能力仿真

提出一种考虑损耗及转速影响的抽水蓄能机组最优功率控制策略。首先,对抽水蓄能机组在发电和抽水工况下的功率损耗来源进行辨析,推导计及损耗与转速影响的电磁功率与机械功率表达式。然后,计及转子动能对阶跃变化与斜坡变化的不同功率控制策略进行调节能力分析,提出最优功率协调控制策略。最后,构建半实物仿真平台对发电与抽水工况下抽水蓄能机组的不同有功功率阶跃模式进行仿真对比验证。结果表明,该文所提控制策略可优化调速器与励磁控制的协调配合,与传统方法相比,该文方法的功率调节速率更快,对电网功率指令的响应也更为准确,且有效缓解了风电等新能源所带来的消纳及一次调频问题。

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。

抽水蓄能机组运行稳定性研究

抽水蓄能电站是目前技术最成熟、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,在电力系统中担负着调峰、填谷、调相和事故备用等多种功能。当前,我国正在加速构建新型电力系统,新能源的大规模消纳,对电网的安全稳定运行带来了一定挑战,也对抽水蓄能机组运行提出了新的要求。

抽水蓄能机组过速保护值整定原则的探讨

本文对水电机组过速保护设置的目的、意义及其整定原则进行了初步探讨。对常规混流式水电机组和抽水蓄能机组分别发生飞逸后的机组转速变化曲线的相关特性进行分析比较,分析研究了抽水蓄能机组稳态飞逸转速和甩负荷后机组最高瞬态转速的相关情况,提出了抽水蓄能机组机械过速保护值和电气保护值的整定原则和方法。同时,结合实际工程案例,应用该整定方法对某抽水蓄能电站机组过速保护的整定值进行了计算分析,验证了该整定原则的工程实用性。

双馈式抽水蓄能机组功率调节参数的敏感性分析

为了研究双馈式抽水蓄能机组功率调节控制器参数对系统控制性能的影响,基于功率调节控制策略,采用正交试验设计方法分析功率调节控制器参数的敏感性。针对功率调节控制器中的4个参数(每个参数分别选取4个水平)进行正交设计,选取ITAE作为优化目标,筛选出稳定工况,通过极差分析,量化参数的敏感程度,区分出对系统控制性能产生影响的主要参数和次要参数。计算结果表明,较小的ITAE指标值代表系统动态响应品质高,误差更小且收敛速度更快。电流调节模块的比例系数对系统控制性能影响较大,而功率调节模块的积分系数、电流调节模块的积分系数功以及电流调节模块的比例系数对系统控制性能影响较小。功率调节控制器参数的敏感性分析,为双馈式抽水蓄能机组在电力系统中的可靠运行提供了理论依据。

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。

基于EMD-KPCA-LSTM的抽水蓄能机组振动预测

针对抽水蓄能机组振动信号时间序列高度非线性、非平稳性等导致常规预测方法难以准确预测的问题,构建了结合经验模态分解(EMD)、由主成分分析(PCA)改进的核主成分分析(KPCA)和长短期记忆神经网络(LSTM)的抽水蓄能机组振动预测模型。该模型利用EMD算法首先将振动信号进行分解,再利用KPCA筛选出关键影响因子,最后通过LSTM对特征序列进行时间动态建模,实现对抽水蓄能机组振动预测。试验结果表明,所建模型相较传统的LSTM、EMD-LSTM等预测模型具有更好的预测效果,可以更精确地预测振动信号的变化趋势。

全功率变速抽水蓄能机组控制策略与调节特性

全功率变速抽水蓄能机组协调控制中通常采用变流器控制机组功率、调速器控制机组频率(转速)的快速功率控制,其忽视了对机组频率安全与效率的影响,且控制模式单一。分析了机组多控制模式振荡特性和功频响应特性,提出了机组发电工况快速频率控制与快速功率控制相结合的协调控制策略,以及水泵工况定导叶开度变转速控制策略。设计了常规试验与性能优化试验结合的变速工况调试方法并应用于我国第一台全功率变速抽水蓄能机组启动调试中,验证了控制策略和调试方法的有效性。现场测试结果表明,调速器和变流器控制不协调易引发机组振荡,采取所提协调策略后机组安全高效运行,且具备百毫秒级的有功、无功快速调节能力。

阳江400MW抽水蓄能机组及其调速器建模仿真优化研究

本文通过对阳江400MW水泵水轮机、发电电动机、调速器建模分析,提出了结合机组特性曲线、现场测试和仿真对比的建模优化方法。主要创新点有:采用机组稳态下的水头/功率/开度关系曲线以及动态工况下的可变水流惯性时间常数T_(w),可建立水泵水轮机不同水头和全负荷段精确模型,优化分析了发电电动机惯性时间常数Ta的计算,提出了考虑伺服阀环节、主配压阀死区、限幅等环节的调速器精细化模型。文章可为大型抽水蓄能机组及其控制系统仿真建模、参数辨识提供重要参考。

国内首台大型交流励磁变速抽水蓄能机组正式投产发电

8月11日,国内首台大型交流励磁变速抽水蓄能机组河北丰宁抽水蓄能电站12号机组顺利完成15天试运行,正式投产发电。该电站位于河北省承德市境内的滦河干流上,是目前世界上装机容量最大的抽水蓄能电站,包含12台单机容量30万kW的抽水蓄能机组,其中10台是定速机组,2台为国内首次应用的变速机组。

800m以上水头三机式抽水蓄能机组研究

我国的资源禀赋的特点是富煤、贫油、少气,促使我国的能源结构主要以化石能源为主。在“双碳”目标的指引下,以非化石能源为主体的新型能源体系必然是未来大势所趋,光电和风电成为新型电力系统下新能源的主力军,但光电和风电存在随机性和波动性,对电网的冲击相对较大,再加之新能源的定价机制还在探索中,所以出现了弃风、弃光等情况。为高效吸收消纳光电、风电等未来供电主力,避免新能源的浪费,保障电网安全。抽水蓄能水电站必然是未来储能主力,而三机式抽水蓄能机组有着更为独特储能优势,包括适用水头更高、水头变幅更宽、响应电网更快、工程造价更低等。本文就结合光电和风电的实际情况,探讨光电和风电作为供电主力下的储能新方案,三机式抽水蓄能机组高质量消纳新能源的研究和探索。

大型抽水蓄能机组启动工况保护自适应算法研究

大型抽水蓄能电站机组启动频繁,工况转换多变,保护采用电气一次设备辅助开关接点以及控制系统输出的接点信号等方式识别工况,根据运行工况合理配置保护并自动投退。低频启动阶段电压、电流信号频率极低,幅值小并且波动变化大,采用常规傅里叶算法,误差不能满足保护运行要求。本文分析了采用快速频率跟踪调整采样间隔方法的弊端,提出了基于异步采样数据的保护自适应算法,通过采用二阶低通滤波及与频率无关的有效值算法,仿真验证了算法的正确性。采用本算法的保护装置已经在国内多个抽水蓄能工程应用,设备运行良好。