[发明专利]一洞双机上下游双调压室水电站水力振动分析方法

权利要求书

1.一洞双机上下游双调压室水电站水力振动分析方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

S1将一洞双机上下游双调压室的水轮机调节系统M简化为单管单机上下游双调压室水轮机调节系统M1，建立该单管单机上下游双调压室水电站M1的数学模型，并构建其相应的状态方程；

S2利用所述状态方程求解所述水轮机调节系统M1关于上游调压室断面放大系数和下游调压室断面放大系数的稳定域，并以此获得所述水轮机调节系统M1产生水力共振的共振区；

S3根据水轮机调节系统M1的数学模型构建对水轮机调节系统M的总体传递矩阵，并以此获得总体传递矩阵对应的状态方程，求解该状态方程对应的各阶复频率；

S4根据步骤S3中获得的各阶复频率获得该各阶复频率对应的衰减因子σ，取各阶复频率中衰减因子中最大值σ_max为零时对应的调速器参数K_p和K_i，并以此绘制不同负荷阶跃值对应的水轮机调节系统M关于调速器参数的稳定域图，根据该稳定域图绘制不同K_p下对应的K_i与衰减因子σ的关系图，以此实现水轮机调节系统M的水力振动特性分析。

2.如权利要求1所述的一洞双机上下游双调压室水电站水力振动分析方法，其特征在于，在步骤S1中，所述数学模型按照下列关系式进行：

(1)引水/尾水隧洞数学模型：

引水隧洞：

尾水隧洞：

(2)上、下游调压室数学模型：

上游：

下游：

(3)压力管道数学模型：

(4)水轮机数学模型：

(5)发电机数学模型：

(6)调速器数学模型：

其中，z₁、z₂分别为上、下游调压室水位的相对偏差值，q_H1、q_H2分别为引水隧洞和尾水隧洞流量的相对偏差值，q_P为机组引用流量的相对偏差值，h_fH10、h_fH20分别为引水隧洞和尾水隧洞单位质量水体的能量损失，h_fP0为压力管道单位质量水体的能量损失，T_wH1、T_wH2分别为引水隧洞和尾水隧洞水流惯性时间常数，T_wP为压力管道水流惯性时间常数，T_F1、T_F2分别为上、下游调压室时间常数，H₀为机组初始时刻的工作水头，t为时间，h为机组工作水头的相对偏差值，x为机组转速的相对偏差值，y为水轮机导叶开度的相对偏差值，m_t为水轮机力矩的相对偏差值，e_h、e_x、e_y为水轮机力矩传递系数，e_qh、e_qy、e_qx为水轮机流量传递系数，T_a为水轮机组惯性时间常数，m_g为外界负荷扰动的相对偏差值，e_g为负荷自调节系数，K_p为比例增益，K_i为积分增益。

3.如权利要求2所述的一洞双机上下游双调压室水电站水力振动分析方法，其特征在于，在步骤S1中，所述状态方程按照下列关系式进行：

4.如权利要求1所述的一洞双机上下游双调压室水电站水力振动分析方法，其特征在于，在步骤S2中，所述稳定域按照下列步骤获得：

S21将水轮机调节系统M1的状态方程进行Laplace变换，以此获得到7阶线性常系数齐次微分方程；

S22然后利用Routh-Hurwitz稳定判据得到关于n₁、n₂的水轮机调节系统M1的稳定域。