[发明专利]基于时间域分析法的水轮机调节参数优化选择方法

说明书

本发明提供基于时间域分析法的水轮机调节参数优化选择方法，包括如下步骤：S1)根据水锤波反射时间，选择PI或者PID调节规律；S2)根据机组惯性时间常数和压力管水流加速时间常数，由斯坦因经验公式初选调节参数；S3)判断输水发电系统是否属于有闸门井干扰系统，并对调节参数进行初步调整；S4)采用调整后的调节参数进行小波动数值计算，画出转速响应曲线；S5)分析转速响应曲线的形态特征，根据指导原则，进行参数优化，直至得到较好的结果。本发明的优点为：考虑因素全面，优化过程具有指导性，调节参数选择准确。

技术领域

本发明涉及水利水电工程技术领域，具体涉及一种基于时间域分析法的水轮机调节参数优化选择方法。

背景技术

水电站在发电过程中，水轮发电机组的运行稳定性至关重要，确保水电站水力机械系统的运行稳定性及具备良好的调节品质是水电站引水发电系统设计中一项重要内容。

对于水轮机组的运行稳定性及调节品质判断，一般采用理论分析和数值模拟两种方法。理论分析基于状态空间法，可以从理论上对输水发电系统的稳定与否进行判断，但是不能反映调节品质的好坏。数值模拟方法基于时间域分析法，可以反映调节品质，因此在水轮机调节参数优化选择时往往采用时间域分析法。

进行优化选择的水轮机调节参数一般为：缓冲时间常数Td、加速时间常数Tn、暂态转差系数Bt、永态转差系数bp。四个参数中，永态转差系数bp实际上是一个运行参数，因此真正的调节参数是前三个。由于有三个调节参数，参数优化有三个自由度，理论上其组合的可能性很多。实际工程中，调节参数整定的一般方法都是先采用斯坦因公式初步拟定，然后在初拟数值附近随机选取几组调节参数组合，并分别进行小波动过渡过程计算，最后根据计算结果进行择优。

由于缺乏理论指导，现有方法进行水轮机调节参数整定时参数的选择具有很大的随机性和盲目性，且斯坦因公式仅仅反映了机组惯性时间常数Ta和压力管水流加速时间常数Tw这两个参数，未考虑到水击波反射时间、闸门井水面波动等因素对水轮机稳定性的影响，因此具有很大的局限性。

随着水电站布置形式的日益复杂，现有的水轮机调节参数优化选择方法已经难以满足使用要求，因此快速准确优化出合适的水轮机调节参数，对水电站的设计具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑因素全面、优化过程具有指导性、调节参数选择准确的基于时间域分析法的水轮机调节参数优化选择方法。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：

基于时间域分析法的水轮机调节参数优化选择方法，包括如下步骤：

S1)根据水锤波反射时间，选择PI或者PID调节规律；

水锤波反射时间Tr的计算公式为：

Tr＝2ΣL/a；

式中，L为分段水管长度，a为分段水管中水锤波波速；

压力管水流加速时间常数T_w的计算公式为：

Tw＝Lv/gHp；

式中，L为管道长度，v为水流流速，g为重力加速度，Hp为机组的额定水头；

当Tr2.0s时，不管Tw是多少，选择PI调节；

当1.0sTr2.0s且Tw/Tr0.6时，选择PI调节；

当Tw0.6s时，不管Tr是多少，选择PI调节；

其余情况，选择PID调节；

S2)根据机组惯性时间常数和压力管水流加速时间常数，由斯坦因经验公式初选调节参数；

机组惯性时间常数Ta的计算公式为：