[发明专利]一种泵站复杂水力系统变速运行水力参数优化方法

说明书

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，尤其涉及一种泵站复杂水力系统变速运行水力参数优化方法。

背景技术

干河泵站使用的主要关键大型离心水泵、调频器及变速立轴同步电机、以及水机电系统控制技术等，均为根据干河泵站的特点自主研发及制造使用的首批大型水力设备。可以这样认为：干河泵站是这批新装备在工程运行中1:1试验项目，不仅关系到为新研发的国家重要水力装备获取工程运行数据，也关系到干河泵站工程自身的成败。干河泵站水泵、电动机、变频器等主要关键设备设计技术先进，国内目前无自主研发和制造水泵的技术和先例，且水泵采用大容量变频调速运行，需要通过变频调速控制同步电机调节水泵转速来适应系统运行工况，尚无工程运行的先例和参数可供系统设计借鉴；泵站水力系统布置及运行条件及其复杂，在接近40m的较大工作扬程变幅及运行工况多变的环境条件下，系统的变频调速调节控制方式运行具有如下技术特点。(1)诸如新型大容量离心水泵、大容量变频器以及变频变速控制系统等键技术装备虽经过先进的科学计算、严格的设计和模型试验验证，获得了相关的技术参数和指标，但原型设备进入工程形成复杂水力系统后的动力学特性、运行参数的匹配性等尚不知晓，需要采用先进的分析理论和方法对泵站水机电系统耦联动力学特性及运行参数进行优化或率定设计。(2)多台高扬程大容量单吸单级离心泵在系统中直接通过大容量变频器相连，通过变频调速控制同步调速电机调节水泵的转速来适应系统运行工况的变化，与传统泵站通过阀动控流的水力控制系统相比，干河泵站的水机电耦控制系统在系统构成和控制策略方面具有显著的特色，传统的运行模式和控制策略不能照搬使用。换言之，无论从系统的规模与复杂程度、从对系统暂态稳定性的要求、以及从水机电耦联系统控制的难度等方面，在国内外均尚无工程先例可供借鉴。(3)从水力系统过渡过程的计算理论和方法方面看，大型复杂水力系统水机电耦合作用下的过渡过程分析的理论和方法国内外虽有研究报道，但尚缺乏将相关理论方法用于大型复杂水力系统水机电过渡过程分析的应用技术和工程实例，干河泵站需在现有暂态理论的基础上，开发由大容量变频器、大功率变频调速同步电机、大容量离心泵及其控制系统组成的复杂水力系统的优化分析方法。

综上所述，现有技术存在的问题是：原型设备进入工程形成复杂水力系统后的动力学特性、运行参数的匹配性等尚不知晓；干河泵站尚无工程运行的先例和参数可供系统设计借鉴；缺乏将相关理论方法用于大型复杂水力系统水机电过渡过程分析的应用技术和工程实例。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种泵站复杂水力系统变速运行水力参数优化方法。

本发明是这样实现的，一种泵站复杂水力系统变速运行水力参数优化方法，所述泵站复杂水力系统变速运行水力参数优化方法包括：

结合泵站各种水力元件以及主要控制元件的特性和主要运行控制策略技术，构建了带溢流堰的变截面调压井、带溢流堰的出水池、各级岔管、工作球阀、备用球阀、大型离心泵的参数化水力分析模型；

对模型运行工况进行水力调节参数优化和率定，确定系统运行控制的关键系统参数及调节控制参数；

针对优化的系统参数，在水机电变频控制下进行暂态过渡过程分析，确定系统暂态过程及暂态控制参数。

进一步，所述泵站复杂水力系统变速运行水力参数优化方法具体包括：

结合干河泵站水力系统涉及的各种水力元件以及主要控制元件的特性，利用水力系统分析及优化控制软件WANDA平台定义干河泵站相应的水力和控制元件，创建反映干河泵站水机电控制系统特点和特色的带变频器、阀门启/停PID控制器、变速调节控制元件等调频控制系统的大型泵站水力过渡过程控制分析模型；

使用荷兰Deltare公司开发的水力系统分析及优化控制软件WANDA对干河泵站水机电控制系统模型在各种可能的运行工况条件下进行不同进水池水位、不同转速、不同调压井直径、不同泵组转动惯量、不同水泵出口阀门关闭规律组合768种工况的水力调节参数优化和率定，确定系统运行控制的关键系统参数及调节控制参数包括调压井直径、泵组转动惯量GD²、水泵出口阀门型式及启闭规律、泵组的最大倒转转速；

针对优化选择确定的系统参数，在水机电变频控制下进行各种系统暂态过渡过程分析，确定泵站系统暂态过程及暂态控制参数，在此基础完成对泵组在不同转速下正常开启参数、正常关闭参数、失电停泵的水力系统参数优化设计。具体优化和率定如下：

(1)调压井直径优化