[发明专利]一种水轮发电机组的全参数调节控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水轮发电机组的全调节方法，即在目前最先进的导叶、桨叶双调节水轮发电机组(KAPLAN型)的基础上，增加了转速调节功能，具体涉及一种水轮发电机组的全参数调节控制方法。

背景技术

当今，能源局势紧张。石油、煤炭等不可再生资源日益枯竭，使人们对可再生资源的依赖日益增加。这正是水电、风电、太阳能发电得以蓬勃发展的主要原因。而在诸多的可再生能源中，水电的经济性最优。可是人们的注意力往往只停留在挖掘新的水能资源，却忽视了对原有水电站发电设备的技术改造以提高发电效益。随着中高水头电站的广泛开发，可开发的资源正在日益减少。近年来，水头H≤50m，且具有最优经济性能的KAPLAN机组型水电站，已逐渐成为水电资源开发的主流。

然而，目前最先进的水轮发电机组(KAPLAN型)也只具有双调功能，即在固定转速下，对于综合的工况点，通过调节水轮机的导叶α，桨叶β，使得水轮发电机组效率最优或出力最大。“双调”水轮发电机组的出现对于过去单调导叶开度或者桨叶开度的水轮发电机组而言是一种进步，也提高了电站的经济效益，但是这种“双调”水轮发电机组受到了单一转速的限制，使得机组在水位流量变化较大时，远离最优工况点，使水轮机效率降低，出力减少，振动加大，空蚀性能恶化，甚至机组停运。因此，在很多水头变化偏大的电站，“双调”难以适应现场的运行工况。

目前，抽水蓄能水轮发电机的转速可通过定子变频、转子变频、变极变速等方式进行调节，技术发展口趋成熟。在现实工程中水轮机导叶以及调桨叶的协联关系，也是一项成熟的基本技术。然而将调转速的发电机与既调导叶又调桨叶的KAPLAN型水轮机结合起来寻优，国内外没有先例，更没有全调节水轮发电机组的概念衍生。因此，如何调节三参数导叶开度α，桨叶开度β，和水轮机转速n，使得水轮发电机组效率最优或出力最大是一项新技术，具有较大的经济潜力，也是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种能够根据现场的运行工况参数，在线调节多种参数使得水轮发电机组效率最优或出力最大的全参数调节控制方法。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种水轮发电机组的全参数调节控制方法，即在水轮发电机组控制系统上，通过对水轮发电机组的导叶开度、浆叶开度、水轮转速三参数进行优化调节，实现机组效率最高或出力最大，具体包括如下步骤：

(1)将水轮机模型转轮综合特性曲线图导入数据库；

(2)建立准确地读全部运行参数并支持智能寻优的智能算法模型，通过数据训练，模型满足足够精度要求；

(3)在线采集水轮发电机组运行的自然工况参数：净水头H，机组引用流量Q，转轮直径D；

(4)以水轮转速n为基础，综合步骤(3)采集数据，建立以单位流量和单位转速为参数的机组运行工况效率η的目标函数，根据目标函数和安全稳定限制条件的要求，根据神经网络建立的数据库进行寻优，求得最优解

(5)调节三参数导叶开度α，桨叶开度β和水轮机转速n，使得(n，α，β)与相对应，获取最佳工况点。

优选地，所述步骤(2)中所述智能算法模型采用具有自学习功能神经网络模型，根据运行状态，不断自适应更新所述优化数据库，提高精度。

优选地，所述步骤(4)中所述目标函数要求为效率最优或出力最大，所述限制条件包括吸出高度限制、振幅限制、摆度限制、空蚀限制、导叶和桨叶开度限制、最大出力限制。

优选地，所述水轮发电机组支持在线选优和实时控制，所述控制方法可采用模糊控制、位式控制和连续无级控制，支持根据运行要求设置人工失灵区。

本发明的有益效果为：通过在典型的导叶、桨叶双调节水轮发电机组(KAPLAN型)的基础上，增加了转速调节功能，从而可求得水轮发电机组全部可调参数形成的可行解域的最优解，实现水轮发电机组全运行域上效率最高或出力最大的目标。理论研究实验及实证皆表明，采用全调节的水轮发电机组较目前最为先进的双调节机组提高效率3～10％，对实现水电站高效、经济运行是一个新的突破。

附图说明

图1为水轮机进出口速度三角形计算示意图。

图2为所述水轮发电机组全参数调节控制方法的流程框图。

图3为低水头运行时，不同水轮转速的水头效率曲线示意图。

图4为中水头运行时，不同水轮转速的水头效率曲线示意图。

图5为高水头运行时，不同水轮转速的水头效率曲线示意图。

具体实施方式