直线关闭规律下水轮机甩负荷过程中转速最大值预测方法与流程

1.本发明涉及水轮机技术领域，具体涉及一种直线关闭规律下水轮机甩负荷过程中转速最大值预测方法。

背景技术：

2.水电机组甩负荷过渡过程仿真研究对水电站设计及甩负荷试验决策具有重要价值，过渡过程仿真研究较为成熟，广泛应用于工程实践。然而，过渡过程仿真计算前需要收集水轮机综合特性、引水系统等资料且数值仿真算法较为复杂，当时间充裕时可以按照该方式进行过渡过程仿真计算。然而一些试验现场往往出现机组资料缺乏或者时间紧张、不需要详细仿真计算但仍需预测甩负荷过程中转速最大值的情况。运行人员根据以往历史试验报告结果尝试估算当前水头下的甩负荷过程中转速、水压极值时，但往往由于水头、导叶开度变化大，缺乏科学的理论依据、难以给出准确的预测。

技术实现要素：

3.为了解决现有技术存在的上述技术问题，本发明提供一种直线关闭规律下水轮机甩负荷过程中转速最大值预测方法。本发明不需要经过过渡过程仿真计算仅根据现场试验数据可以预测甩负荷过渡过程中转速最大值，为水电机组现场试验决策和水电机组过渡过程安全稳定提供了重要的理论支撑与实践依据。
4.本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种直线关闭规律下水轮机甩负荷过程中转速最大值预测方法，包括以下步骤：
5.1)记录x％额定负荷以下甩负荷过渡过程波形，0《x《100；所记录的波形包括机组转速或机组频率、导叶接力器行程信号，根据现场试验记录的机组转速或机组频率信号波形获得机组转速最大值或机组频率最大值。
6.2)记录y％额定负荷甩负荷前波形，y≥x，0《y《100，所记录的波形包括机组转速或机组频率、导叶接力器行程信号；
7.3)根据x％额定负荷以下甩负荷过程波形和y％额定负荷甩负荷前波形预测大幅度甩负荷过程中转速最大值。
8.进一步的，所述步骤(3)中转速最大值预测计算公式为：式中，δfy、δny表示未知的甩y％额定负荷过程机组频率和转速最大值增加量，δf
x
、δn
x
表示已知的甩x％额定负荷过程机组频率和转速最大值增加量，p
ty
表示未知的甩y％额定负荷前功率幅值，yy表示未知的甩y％额定负荷前导叶接力器数值，y
x
表示已知的甩x％额定负荷前导叶接力器数值，p
tx
表示已知的甩x％的负荷前功率幅值，y≥x，0《x《100,0《y《100。
9.进一步的，所述甩负荷过程中导叶接力器为一段式直线关闭规律。
10.进一步的，适应于同一机组同等水头下甩不同负荷之间的转速最大值预测。
11.本发明的有益效果：
12.(1)本发明不依赖于过渡过程仿真计算所需的机组综合特性曲线、机组引水系统等资料，即便在综合特性曲线、机组引水系统缺失的情况下也能开展甩负荷过程中转速最大值或机组频率最大值预测；
13.(2)本发明不需要开展机组过渡过程仿真计算，仍能实现甩负荷过程中机组转速或机组频率最大值的预测；
14.(3)与过渡过程仿真计算相比，本发明计算方法简便，不需要求解微分方程组，仅需要代数计算就能预测甩负荷过程中转速最大值或机组频率最大值；
15.(4)本发明预测精度较高，机组频率最大值预测误差最大值小于等于2％额定转速；
16.(5)本发明仅通过现场一次小幅度甩负荷过程就能预测当前水头下甩任意负荷下转速最大值或机组频率最大值。
17.(6)与过渡过程仿真计算相比，本发明计算速度快，一次小幅度甩负荷后可以迅速预测下一次甩负荷过程中机组转速或机组频率最大值，不需要中断试验进程。
具体实施方式
18.下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
19.本发明直线关闭规律下水轮机甩负荷过程中转速最大值预测方法，包括以下步骤：
20.1)记录x％额定负荷以下甩负荷过渡过程波形0《x《1000；所记录的波形包括机组转速或机组频率、导叶接力器行程信号，根据现场试验记录的机组转速或机组频率信号波形获得机组转速最大值或机组频率最大值。
21.2)记录y％额定负荷甩负荷前波形y≥x,0《y《100，所记录的波形包括机组转速或机组频率、导叶接力器行程信号；
22.3)根据x％额定负荷以下甩负荷过程波形和y％额定负荷甩负荷前波形预测大幅度甩负荷过程中转速最大值。
23.转速最大值预测计算公式为：式中，δfy、δny表示未知的甩y％额定负荷过程机组频率和转速最大值增加量，δf
x
、δn
x
表示已知的甩x％额定负荷过程机组频率和转速最大值增加量，p
ty
表示未知的甩y％额定负荷前功率幅值，yy表示未知的甩y％额定负荷前导叶接力器数值，y
x
表示已知的甩x％额定负荷前导叶接力器数值， p
tx
表示已知的甩x％的负荷前功率幅值，y≥x，0《x《100,0《y《100。
24.以大东江水电厂#3机组甩负荷过程为例，直线关闭规律下水轮机甩负荷过程中转速最大值预测方法实施过程如下：
25.1)记录15％额定负荷以下甩负荷过渡过程波形；所记录的波形包括机组转速或机组频率、导叶接力器行程信号，根据现场试验记录机组转速或机组频率信号波形获得机组转速最大值或机组频率最大值。甩15％额定负荷，甩负荷前接力器行程y
x
＝39.065％，实测转速对应频率最大值51.03hz，实测频率增加量δf
x
＝1.03hz。
26.2)记录50％额定负荷甩负荷前波形，所记录的波形包括机组转速或机组频率、导叶接力器行程信号；甩50％额定负荷，甩负荷前接力器行程y
x
＝62.749％，根据
预测的频率增加量δf
x
＝5.5148hz，甩50％额定负荷理论预测频率最大值为55.5148hz，实测频率最大值为55.180hz，预测误差为0.6696％额定频率。
27.3)记录75％额定负荷甩负荷前波形，所记录的波形包括机组转速或机组频率、导叶接力器行程信号；甩75％额定负荷，甩负荷前接力器行程y
x
＝77.726％，根据预测的频率增加量δf
x
＝10.2467hz，甩75％额定负荷理论预测频率最大值为60.2647hz，实测频率最大值为60.273hz，预测误差为-0.0526％额定频率。
28.3)记录100％额定负荷甩负荷前波形，所记录的波形包括机组转速或机组频率、导叶接力器行程信号；甩100％额定负荷，甩负荷前接力器行程y
x
＝94.874％，根据预测的频率增加量δf
x
＝16.6765hz，甩100％额定负荷理论预测频率最大值为66.6765hz，实测频率最大值为65.832hz，预测误差为1.6890％额定频率。
29.以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种直线关闭规律下水轮机甩负荷过程中转速最大值预测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)记录x％额定负荷以下甩负荷过渡过程波形，0<x<100；所记录的波形包括机组转速或机组频率、导叶接力器行程信号，根据现场试验记录的机组转速或机组频率信号波形获得机组转速最大值或机组频率最大值。2)记录y％额定负荷甩负荷前波形，0<y<100，y≥x，所记录的波形包括机组转速或机组频率、导叶接力器行程信号；3)根据x％额定负荷以下甩负荷过程波形和y％额定负荷甩负荷前波形预测大幅度甩负荷过程中转速最大值。2.根据权利要求1所述的直线关闭规律下水轮机甩负荷过程中转速最大值预测方法，其特征在于，所述步骤(3)中转速最大值预测计算公式为：式中，δf
y
、δn
y
表示未知的甩y％额定负荷过程机组频率和转速最大值增加量，δf
x
、δn
x
表示已知的甩x％额定负荷过程机组频率和转速最大值增加量，p
ty
表示未知的甩y％额定负荷前功率幅值，y
y
表示未知的甩y％额定负荷前导叶接力器数值，y
x
表示已知的甩x％额定负荷前导叶接力器数值，p
tx
表示已知的甩x％的负荷前功率幅值，y≥x，0<x<100,0<y<100。3.根据权利要求1或2所述的直线关闭规律下水轮机甩负荷过程中转速最大值预测方法，其特征在于，甩负荷过程中导叶接力器为一段式直线关闭规律。4.根据权利要求1或2所述的直线关闭规律下水轮机甩负荷过程中转速最大值预测方法，其特征在于，适应于同一机组同等水头下甩不同负荷之间的转速最大值预测。5.根据权利要求1所述的直线关闭规律下水轮机甩负荷过程中转速最大值预测方法，其特征在于，适应于导叶接力器采用直线关闭规律或甩负荷过程中采用分段关闭规律但接力器行程拐点出现时刻晚于转速最大值发生时刻的水轮机甩负荷过程。

技术总结

本发明公开了一种直线关闭规律下水轮机甩负荷过程中转速最大值预测方法，其步骤为：包括甩x％额定负荷过渡过程波形；甩y％额定负荷前波形；根据甩x％额定负荷和甩y％额定负荷前波形预测甩y％额定负荷过程中转速最大值。本发明可实现甩x％额定负荷过渡过程中转速最大值和甩y％额定负荷过程中转速最大值的映射，x<y，解决了甩负荷过程转速预测依赖过渡过程仿真计算，所需资料收集时间长、计算过程复杂、计算时间长，难以根据现场实际情况迅速提供决策依据的问题，为甩100％额定负荷转速最大值预测提供了一种简便、快捷的方法，为现场试验中甩100％负荷试验决策提供了理论依据。试验中甩100％负荷试验决策提供了理论依据。