[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

说明书

本发明属于水电站水力振动相关技术领域，并公开了一种一洞双机上下游双调压室水电站水力振动分析方法。该方法包括下列步骤：S1建立该单管单机上下游双调压室水电站的数学模型，并构建其相应的状态方程；S2求解所述水轮机调节系统的稳定域，并以此获得水轮机调节系统M1产生水力共振的共振区；S3构建对水轮机调节系统的总体传递矩阵获得状态方程，求解该状态方程对应的各阶复频率；S4取各阶复频率中衰减因子中最大值为零时对应的调速器参数，以此绘制不同负荷阶跃值对应的关于调速器参数的稳定域图，绘制不同调速器参数与衰减因子的关系图，以此实现水轮机调节系统的水力振动特性分析。通过本发明，保证电站安全及稳定高效运行。

技术领域

本发明属于水电站水力振动相关技术领域，更具体地，涉及一洞双机上下游双调压室水电站水力振动分析方法。

背景技术

水力振动是有压输水系统中不同于调压室水位波动及水锤的另一类非恒定流现象，它是系统中可压缩水体所发生的流量变幅较小、压力变幅较大、频率较高的周期性振荡。水力共振可分为强迫振动引起的水力共振与自激共振两类。对于具有长引水/尾水管道的水电站，上、下游双调压室的布置方式是一种特殊的组合布置方式，从水力暂态过程的角度来看，设上下游双调压室水电站的暂态过程是非常复杂的，水力耦合振动问题突出。一洞双机共用管道产生的水力耦合使同一水力单元的两台机组相互影响，引入了各种复杂的叠加工况。鉴于此，建立设上下游双调压室一洞双机式水电站的数学模型来研究各种不同工况下水轮机调节系统的水力耦合振动特性尤为重要。

许多学者在上下游双调压室稳定性分析及一洞双机多工况分析领域做出了大量开拓性的工作。Suo等推导了设上下游双调压室水电站的线性微分方程研究了小扰动下水电站的稳定性；Chen等研究了不同调速器模式下设上下游双调压室水电站的稳定性。Liu等研究了一洞双机布置型式的电站相继甩负荷机组流量变化对先甩机组的不利影响；Li等对具有上游调压室、一洞双机布置的复杂引水管路系统进行了机组甩负荷过渡过程计算，确定了合理的导叶关闭规律。总的来说，前人对于带调压室水电站的研究主要集中于布置较为简单、单管单机的水电站运行稳定性以及调节品质的研究，对于一洞双机布置各工况下水力干扰导致的水力振动等问题研究较少。特别地，设上下游双调压室水力耦合对水轮机调节系统的振动特性的影响更为复杂，目前仍缺乏此方面的研究。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一洞双机上下游双调压室水电站水力振动分析方法，其目的在于具有针对性地研究上下游调压室面积变化以及对于一洞双机复杂引水管路系统引起的复杂水力耦合振动问题，为保证电站安全及稳定高效运行提供依据。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一洞双机上下游双调压室水电站水力振动分析方法，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。

进一步优选地，在步骤S1中，所述数学模型按照下列关系式进行：