[发明专利]一种水电机组在线监测系统的水轮机工作效率计算方法

权利要求书

1.一种水电机组在线监测系统的水轮机工作效率计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.测量水电站的工作参数；其中工作参数包括发电机功率P_dq、发电机效率η_dq、水轮机工作转速n_r、水轮机发电流量Q_fd、转轮进口直径D₁；

S2.获取水轮机工作区域完整的真机特性曲线；

S3.基于真机特性曲线、水轮机工作方程、单位参数方程迭代求解水轮机工作水头和工作效率；

其中，S3具体步骤如下：

S31.根据水轮机工作方程P＝gQHη、发电机效率方程P＝P_dq/η_dq计算η_sH_s＝P_dq/η_dqgQ_fd，其中，η_s为水轮机实际工作效率，H_s为水轮机实际工作水头；

S32.根据力矩-功率方程P＝M2πn/60、单位参数方程计算其中，η为真机特性曲线上工作点对应的水轮机工作效率；

S33.假设水轮机当前效率是η_l，带入步骤S31和S32中的方程式，得到水轮机工作水头H、力矩M、单位转速n′_1s、单位流量Q′_1s和单位力矩M′_1s；

S34.将单位转速n′_1s、单位力矩M′_1s在水轮机单位参数特性曲面上插值，得到与之对应的单位流量Q′_1l；

S35.根据水轮机工作方程P＝gQHη和单位流量方程在功率P和流量Q一定的情况下，水轮机工作水头H和效率η反相关、单位流量Q′₁和水头H的平方根反相关，单位流量Q′₁和效率η正相关，根据单位流量Q′_1s和Q′_1l的差别对效率进行修正，得到

S36.判断和η_l的绝对差值是否满足其中，ε为工程允许的迭代精度，如果满足，则η_l为水轮机的工作效率，H_l为水轮机工作水头，否则，对η_l重新赋值，转至S33。

2.根据权利要求1所述的一种水电机组在线监测系统的水轮机工作效率计算方法，其特征在于，在S2中，若水轮机运行区域内的真机特性曲线不完整，采用与当前机组对应的模型特性曲线对当前真机特性曲线进行修正，直到得到完整、连续的真机特性曲线。

3.根据权利要求1所述的一种水电机组在线监测系统的水轮机工作效率计算方法，其特征在于，在S2中，若水轮机运行区域内的真机特性曲线不完整，采用与当前机组比转速相近、具有相同工作区的机组特性曲线对当前真机特性曲线进行修正，直到得到完整、连续的真机特性曲线。

4.根据权利要求1所述的一种水电机组在线监测系统的水轮机工作效率计算方法，其特征在于，若和η_l的绝对差值不满足令转至S33。

5.根据权利要求1所述的一种水电机组在线监测系统的水轮机工作效率计算方法，其特征在于，S34的具体步骤如下：

对水轮机特性曲线进行描点，将图转换成数据；利用三次B样条函数插值法对三维数据进行均匀采样，形成综合特性B样条曲线：

以单位转速、单位流量、水轮机效率为坐标，导叶开度为参变量，参数方向取u向为沿开度线方向，v向为开度变化方向，参数u为相对累积弦长，参数v为相对开度，二者在[0,1]区间单调递增，将均匀采样后的三组B样条曲线转换成B样条曲面：

其中，m为沿开度线方向的数据点个数，n为开度线条数，对边缘部分数据线性外延，生成单位转速-单位流量-效率曲面；

根据水轮机工作方程P＝gQHη、力矩-功率关系方程P＝M2πn/60和单位参数方程求得带入单位转速-单位流量-效率曲面中的数据，得到水轮机单位力矩，生成单位转速-单位流量-单位力矩曲面，即水轮机单位参数特性曲面；

将单位转速n′_1s、单位力矩M′_1s在水轮机单位参数特性曲面上插值，得到与之对应的单位流量Q′_1l。