专家论坛

• 降低变速水泵水轮机无叶区压力脉动的活动导叶优化研究

  倪晋兵;李国凤;郑津生;邓磊;王秀玲;

  通过数值模拟，研究了某变速水泵水轮机活动导叶型线优化后水轮机工况内部流场、无叶区压力脉动和效率的变化情况，分析了活动导叶优化对水泵工况水力性能的影响。结果表明：活动导叶优化后，水轮机工况内部流态改善，无叶区压力脉动幅值减小，效率提高，且部分负荷时的效果更为明显，在最小水头40%负荷，活动导叶优化后无叶区压力脉动幅值减小了1.2%，效率提高了1.64%；活动导叶优化对水泵工况的水力性能无不利影响，且最低扬程下的流道效率提高了0.1%，无叶区压力脉动幅值减小了0.2%，说明活动导叶优化是提高变速水泵水轮机稳定性能和能量性能的有效手段。

  2023年04期 v.9;No.50 1-9+19页 [查看摘要][在线阅读][下载 5915K]
  

特别策划——抽水蓄能机组的水动力学与稳定性

• 抽水蓄能电站水泵水轮机组及厂房振动规律研究

  肖微;韩承灶;陈柳;任绍成;许亮华;曹卫华;

  本文选取不同水头段抽水蓄能电站，对水泵水轮机组和厂房结构开展联合测试，通过对测试结果分析，总结得出机组和厂房结构振动的基本规律，明确了无叶区内叶片过流频率的压力脉动通过蜗壳进一步传播，其倍频对应的脉动压力分量引发厂房局部结构的振动。不同电站的局部结构振动水平不尽相同，被测电站的水轮机层和母线层立柱振动普遍偏大。除此之外，还需对局部结构的细节予以关注，如楼板装修层对振动的放大效应等。

  2023年04期 v.9;No.50 10-19页 [查看摘要][在线阅读][下载 2627K]
  

• 高水头抽水蓄能机组减振降噪评估及工程实践

  管子武;冷在军;陈舰;何启源;梁权伟;

  振动和噪声超标问题在高水头抽水蓄能机组较为常见，其产生原因与无叶区压力脉动相关。因此，抽水蓄能电站减振降噪的有效措施之一是降低无叶区压力脉动。本文开展真机尺度三维非定常可压缩数值计算，预测转轮修型对无叶区压力脉动的降低程度，进而评估转轮修型的减振降噪效果。计算结果显示，修型方案能够有效降低无叶区压力脉动混频幅以及18倍转频幅值，对改善机组振动和噪声问题非常有效。现场实测数据显示，改造后无叶区压力脉动降低程度与数值预测结果非常接近，机组顶盖振动和水车室噪声也得到了明显的改善。

  2023年04期 v.9;No.50 20-26页 [查看摘要][在线阅读][下载 2238K]
  

• 满负荷工况下水泵水轮机动静干涉效应研究

  贾维斌;管子武;冷在军;王钊宁;梁权伟;

  动静干涉引起的压力脉动主要是叶片通过频率及其倍频。这些频率的压力脉动在无叶区、活动导叶和固定导叶以及流道上游传播和反射，极大地影响机组的安全稳定运行。本文基于可压缩计算方法，获得某高水头水泵水轮机满负荷工况下1倍和2倍叶片通过频率压力脉动，通过分析其幅值和相位的分布特征，探索了压力脉动传播特性。

  2023年04期 v.9;No.50 27-32页 [查看摘要][在线阅读][下载 2617K]
  

• 抽水蓄能机组泵工况驼峰能量特性分析

  潘家乐;朱迪;陶然;肖若富;

  在水泵水轮机在泵工况运转时，随着流量的减少，扬程会发生不稳定的变化，在很大程度上影响机组运行的稳定性和安全性。因此，对水泵水轮机在不稳定工况下的水动力特性研究对其优化设计意义重大。在本文中采用了CFD数值模拟和模型试验的方法研究了泵工况下Q-H曲线的不稳定性。计算流体力学模型采用分离涡模拟对流动细节进行了研究。结果表明：水力损失是扬程不稳定变化的原因，流型差是损失的来源。在不稳定、小流量范围内，液流流动方向不再与导叶方向一致，流道内会形成不良的流动结构。因此，通过适当调整导叶开度可以改善流动状态和减少水力损失。这将提高实际工程应用中的运行稳定性和安全性。

  2023年04期 v.9;No.50 33-39页 [查看摘要][在线阅读][下载 2848K]
  

• 基于数值仿真的轴流式水轮机反向抽水性能评价

  方铭坤;胡子龙;陶然;肖若富;

  为了对轴流式水轮机反转条件下做泵实现储能的性能进行评价，对某型号的轴流转桨式水轮机进行数值模拟研究，通过选取5种导叶开度和4种桨叶开度进行组合，导叶开度分别为30°、35°、40°、45°、50°，桨叶开度分别为15°、20°、25°、30°。对每种组合情况在流量变化范围为0.5Q_d～1.3Q_d内分别进行数值模拟计算，并对每种组合情况下的扬程、效率和功率分别进行分析。结果表明：桨叶开度与水轮机反向抽水扬程呈正相关关系，即桨叶开度越大，轴流式水轮机反向抽水扬程越高。而桨叶开度与水轮机反向抽水效率呈负相关关系，即桨叶开度越大，反向抽水效率越低。桨叶开度对水轮机反向抽水功率变化影响显著，而导叶开度对水轮机反向抽水功率的影响较小。

  2023年04期 v.9;No.50 40-47页 [查看摘要][在线阅读][下载 2900K]
  

特别策划——水电与抽水蓄能机组安全稳定运行与控制研究

• 水电机组流激振荡数值仿真

  郑阳;刘宛莹;陈启卷;肖志怀;

  四川省某大型水电站机组运行过程中出现了持续性有功功率超低频振荡的现象，振荡周期低于0.1Hz。经现场试验，排除了机组调速、励磁、一次调频等非水力因素和电站上游侧的影响，超低频振荡的诱导因素初步判定为该电站“一洞多机”明满流尾水系统在特定运行工况下的水力不平衡现象。为进一步分析超低频振荡现象产生的具体原因，采取电路等效法建立电站明满流尾水系统高阶数学模型，并对系统进行特征频率分析，获取该系统的各阶特征频率分布。此外，通过改变模型中尾水流道参数，进行不同工况下的系统时域仿真，探索关键节点处水力波动的变化规律，寻求抑制超低频振荡的合理解决方案。

  2023年04期 v.9;No.50 48-50+64页 [查看摘要][在线阅读][下载 2166K]
  

• 抽水蓄能电站尾水管水柱分离数值模拟

  肖鹏飞;赵志高;杨桀彬;刘程鹏;何相慧;杨建东;

  抽水蓄能机组在极端工况运行时，可能会出现气体释放、空化甚至水柱分离现象，这对抽水蓄能电站工程设计和机组安全稳定运行造成潜在威胁。针对上述工程问题，本文基于有限体积法，将气液相变空化模型应用于气液两相流和水柱分离计算。基于Riemann不变量方程，提出有限体积和特征线耦合计算方法对抽水蓄能机组尾水管空化过程进行了数值模拟，并系统分析了尾水管进口发生空化和水柱分离后的压强变化情况。研究结果表明：压力管道内负压产生的空化和水柱分离可能引起较大升压，对机组稳定运行产生影响。该研究对电站工程设计和机组安全稳定运行有重要意义，同时为水柱分离的数值模拟提供了新的思路。

  2023年04期 v.9;No.50 51-55页 [查看摘要][在线阅读][下载 2213K]
  

• 紧急甩负荷与突甩负荷对调节保证极值的影响

  熊诗琪;杨桀彬;刘程鹏;赵桂连;杨建东;张战午;

  工程设计常将紧急甩负荷得到的调节保证极值作为保障水电站安全运行的设计依据，而往往忽视了突甩负荷得到的调节保证极值大于前者的可能，忽视了突甩负荷过程中机组转速超出过速保护阈值转向紧急关机的操作及相应的调节保证极值，给水电站安全运行埋下了隐患。本文采用数值模拟的方法，以拉哇水电站调节保证设计为例，探讨紧急甩负荷和突甩负荷两者之间的差异，对紧急甩负荷时导叶关闭规律进行了优化，并对突甩负荷时调速器参数、接力器全行程关闭时间、过速保护阈值的选取进行了研究。结果发现：突甩负荷时，调节保证参数的极值主要取决于接力器全行程关闭时间；突甩负荷以及过速保护工况可能会出现较紧急停机工况更加不利的情况。

  2023年04期 v.9;No.50 56-64页 [查看摘要][在线阅读][下载 4192K]
  

• 非线性水轮机调节系统的鲁棒预测控制

  张宏亮;张智旺;周小建;黄郭明;

  随着“双碳”目标进程的加快，水电机组向高水头、大容量和长输水管道方向发展，对调节系统控制品质提出了更高要求。考虑水轮机调节系统是一个集水力、机械、电气为一体的非线性系统，而传统水轮机调节系统的PID控制方法为线性或线性化控制，因此研究水轮机调节系统新的先进性控制方法对提高机组运行质量具有重要意义。为此，本文采用鲁棒预测控制理论，设计了基于LMI鲁棒预测控制器，并通过理论分析证明了该方法的可靠性，通过数值试验验证新控制方法的控制效果，进一步讨论了该控制方法的抗干扰能力、跟踪性能等控制品质，并与传统PID控制方法作对比，分析了两种控制方法的优劣，结果表明提出的新控制方法提高了六维非线性水轮机调节系统的速动性和稳定性，具有良好的控制品质。

  2023年04期 v.9;No.50 65-70页 [查看摘要][在线阅读][下载 2431K]
  

• 基于CNN-BPNN的风光抽水蓄能电站联合优化

  曹锦阳;李嘉铮;樊懋;孙博宁;蒲梓宁;何再雨;吴凤娇;许贝贝;

  由于风电和光伏发电输出功率具有波动性和不稳定性，使其利用效率低、并网困难。本文利用抽水蓄能电站灵活性高的特点，将风力发电和光伏发电输出功率与抽水蓄能发电输出功率进行联合优化。首先，凭借卷积神经网络卷积核参数共享与短期信息提取强的优势，预测风力、光伏发电输出功率；然后，以环境和气象因素为基础，通过BP神经网络构建抽水蓄能电站发电功率预测模型，使最终并网功率为恒定值。本文建立的模型预测结果误差小，预测准确性高，最终优化后的输出功率趋于稳定，可有效提高风电、光伏发电并网的稳定性，减少电力系统中弃风、弃光现象。

  2023年04期 v.9;No.50 71-75+97页 [查看摘要][在线阅读][下载 2514K]
  

主机及其辅助设备

• 阳江400MW特大型抽水蓄能机组调速系统设计及现场试验

  蔡卫江;杨小龙;汤德海;陈阳;王昱;

  文章主要介绍了阳江400MW特大型抽水蓄能机组调速系统的设计特点及现场应用，首先阐述了调速器电气控制柜配置、机械液压系统控制原理、分段关闭阀设计原理，其次参照国家和行业标准，对现场调速器开机、背靠背启动、抽水转调相、一次调频、甩负荷试验、水泵断电等工况转换和大波动过渡过程进行了分析，最终表明阳江调速器设计和试验性能满足标准要求，有力发挥了我国抽水蓄能机组对新型电力系统的支撑作用，可为大型抽水蓄能机组调速系统的制造及试验、国产化提供一定的参考。

  2023年04期 v.9;No.50 76-84页 [查看摘要][在线阅读][下载 2261K]
  

• 黑麋峰抽水蓄能电站4号机组改造前后过渡过程计算与试验研究

  刘平;杨恒;马艳梅;郑建兴;凡家异;

  针对黑麋峰抽水蓄能电站4号机组改造前后单机甩负荷试验，分别分析了4号机组转轮改造后甩部分负荷和额定负荷各工况的计算与实测录波数据，分析结果表明，机组各特征参数计算波动图形与实测录波图形的变化趋势基本一致，实测与计算修正后的极值吻合度较好。证明了过渡过程数学建模的准确性、计算方法的可靠性，说明机组可安全稳定度过甩负荷过渡过程。同时，分析对比了4号机组转轮改造前后单机甩负荷试验实测录波数据与计算结果，分析结果表明，转轮改造后甩负荷各特征参数实测极值比改造前实测极值更优；各特征参数实测录波图形毛刺比改造前更少；转轮改造后过渡过程特性优于改造前过渡过程特性。

  2023年04期 v.9;No.50 85-91页 [查看摘要][在线阅读][下载 2317K]
  

• 基于水轮机运转曲线的调速器调节策略优化与实践

  丁占涛;蔡卫江;赵文利;蒋定章;赵勇;

  结合当前智能水电厂发展要求，阐明了当前水轮机调速器功率调节及一次调频存在的问题，分析了目前调速器开度模式和功率模式存在的不足，提出了基于水轮机运转特性曲线导出的水轮机水头/功率/开度关系曲线的新型功率调节模式。并给出了新型功率调节模式在开都河柳树沟电站的试验结果，对功率调整和一次调频试验录波及数据进行了讨论和分析，实践表明，新型功率调节模式有效解决了目前调速器功率调节及一次调频存在的不足，具有调节速度快、稳定性好、适应性强等优点。

  2023年04期 v.9;No.50 92-97页 [查看摘要][在线阅读][下载 2368K]
  

• 宽水头变幅抽水蓄能电站水泵水轮机水力选型设计

  王庆;杜荣幸;曾勇;

  某混合式抽水蓄能电站由于利用已建成的上、下水库等特殊原因，导致水头变幅较常规抽水蓄能电站更大，从而给水泵水轮机的水力设计带来了较大困难。通过对其宽水头变幅的研究，分别采用了常规定速机模式、多转速组合的定速机模式和可变速机模式对水泵水轮机的水力设计方案进行详细研究和比较。结果表明，在混合式抽水蓄能电站中，这些不同模式下的水力设计方案存在各自的优劣之处。本研究成果可为类似电站或具有类似情况的工程项目提供重要借鉴和参考。

  2023年04期 v.9;No.50 98-105页 [查看摘要][在线阅读][下载 1935K]
  

抽水蓄能联合发电技术

• 探析抽水蓄能电站与新能源发电的结合运营

  秦健;

  受到国家相关政策的影响，新能源在现阶段取得飞速发展，如何确保新能源发电的稳定性、易控性成为当前阶段业界重点关注的话题。而抽水蓄能电站与新能源发电的结合运营对于增强新能源发电质量、为广大用户提供更加优质的电力能源服务有着积极的促进作用。因此，本文在分析新能源发电与抽水蓄能电站之间联系的基础上，探讨抽水蓄能电站目前所面临的主要问题，接着就新能源发电与抽水蓄能联合运营做出实践分析，最后对新能源发展背景下抽水蓄能电站运行质量的提升提出几点建议，以期为改善弃风、弃光现象提供一定指导，进而让抽水蓄能电站更好地对电力系统稳定性做出调节，确保电网能够在安全、稳定的环境下高效运行。

  2023年04期 v.9;No.50 106-108页 [查看摘要][在线阅读][下载 1507K]
  

• 基于可变速抽水蓄能的风—光—火——抽蓄的优化调度

  程其云;何鑫;冷祥彪;朱峥;彭飞;刘冬源;

  “双碳”目标背景下，高渗透率的可再生能源在提供绿色低碳资源的同时，其出力的不确定性严重威胁着电网的安全稳定运行。为此，针对抽水蓄能机组工况转变迅速、运行灵活可靠的优势，提出可变速抽水蓄能机组投入到含有风、光、火电的电力系统日前优化调度中。考虑抽水蓄能机组的运行特性及抽水蓄能电站库容变化等约束，建立以系统运行成本最低为目标的优化调度模型，采用YALMIP工具箱和CPLEX求解机组出力，最后通过算例验证了本文模型和方法的合理性。

  2023年04期 v.9;No.50 109-113页 [查看摘要][在线阅读][下载 2393K]
  

水工抗震

• 大型抽水蓄能电站输水管道区域振动影响监测分析

  郭建强;许亮华;王少华;罗国虎;倪马兵;欧阳金惠;

  抽水蓄能电站机组运行产生的水力压力脉动不仅能引起厂房结构振动，还能引起输水管道区域振动。本文通过对两座大型抽水蓄能电站输水管道区域的振动及噪声监测数据进行分析研究，表明振动影响介于无感振动与轻微有感振动之间，不会引起区域周边产生结构安全问题，但是振动会引发附近山谷和建筑物内产生结构性噪声影响。建议新建抽水蓄能电站在规划选址时需要关注此类问题，输水管道选择远离或避开居民区或者加大埋深。

  2023年04期 v.9;No.50 114-120页 [查看摘要][在线阅读][下载 2710K]
  

• 抽水蓄能机组的水动力学与稳定性

  肖若富;

  <正>随着全球对气候变化的关注不断增加，许多国家纷纷采取行动，以减少碳排放并转向更可持续的能源。目前，在我国的电力系统结构中，火电的比重偏高十分明显，主要依赖煤炭等不可再生能源，这导致碳排放量大幅增加，并对环境造成了严重污染。在这一背景下，我国也提出了实施双碳目标的承诺，即到2030年实现碳达峰，到2060年后实现碳中和。为实现这一目标，中国需要进行能源利用方式的转换，其中抽水蓄能机组的重要性逐渐凸显。

  2023年04期 v.9;No.50 2页 [查看摘要][在线阅读][下载 844K]
  

• 水电与抽水蓄能机组安全稳定运行与控制研究

  赵志高;

  <正>建设以新能源为主体的新型电力系统是实现“双碳”目标的重要途径。预计至2030年，风电、光伏发电总装机容量12亿k W以上，2035年我国电力系统最大峰谷差超过10亿k W，因此迫切需要大量调节电源。水电和抽水蓄能是新型电力系统中调节电源的主体、系统安全稳定运行的关键支撑、新能源大规模发展的重要保障。大力发展抽水蓄能、积极稳妥建设大型水电基地是促进新能源高效消纳，打造灵活可靠电力系统的全球共识。

  2023年04期 v.9;No.50 3页 [查看摘要][在线阅读][下载 843K]
  

• 河南天池抽水蓄能电站下水库

  鲁若愚;

  <正>~~

  2023年04期 v.9;No.50 121页 [查看摘要][在线阅读][下载 578K]
  
下载本期数据