[发明专利]一种水轮机功率的暂态计算方法

摘要

本发明涉及一种水轮机功率的暂态计算方法，属于水轮机及水力机组稳定性分析和控制技术领域。首先计算水轮机功率模型的特征参数，计算出水轮机流道的水力损失系数kh，机械摩擦损失ΔPm，空载流量Qnl；提取和拟合撞击损失功率，以(Q‑Qz)为变量进行拟合获得水轮机撞击损失随流量变化曲线，即ΔPi＝F(Q‑Qz)；建立额定水头水轮机功率计算模型Pt(Q)＝γHrQ(1‑kv)‑ΔPm‑khQ3‑F(Q‑Qz)；撞击损失功率进行修正，得到任意水轮机水头下的水轮机功率计算公式为该方法为研究水力系统和机组暂态过程及其稳定性，以及水力机组非线性控制设计提供一种便捷的计算方法和手段。

主权项

一种水轮机功率的暂态计算方法，其特征在于：在额定水头下计算特征参数，分别计算水轮机内部各项功率损失，再扩展到任意水头下的功率损失计算，建立水轮机功率的暂态计算方法，具体包含以下步骤：步骤一：计算水轮机功率模型的特征参数，计算出水轮机流道的水力损失系数kh，机械摩擦损失ΔPm，空载流量Qnl，并通过空载载流量点数据(Qnl，0)加入水轮机模型综合特性读数数据(Q,Pt)构成新的数据组，拟合得到新的Pt＝f(Q)曲线，其中Pt是水轮机输出功率，KW；Q是水轮机流量，m3/s；步骤二：提取和拟合撞击损失功率额定水头撞击损失功率为：ΔPi＝γHrQ(1‑kv)‑ΔPm‑khQ3‑9.81HrQη其中，ΔPi是撞击损失功率，KW；γ＝9.81KN/m3是水的密度；Hr是水轮机额定水头，单位m；Q是水轮机流量，m3/s；kv是水轮机容积损失系数，kv＝0.000～0.004；ΔPm是机械摩擦损失功率，KW，根据步骤一计算得到；kh是水轮机流道的水力损失系数，根据步骤一计算得到；η是额定水头下对应给定流量点的效率；根据Q‑P拟合方程，给定Q值，按上述公式可计算给定流量的撞击损失，分离出撞击损失随流量的变化数据，以(Q‑Qz)为变量进行拟合获得水轮机撞击损失随流量变化曲线，即ΔPi＝F(Q‑Qz)，其中Qz是额定水头最高效率点流量，单位m3/s；步骤三：建立额定水头水轮机功率计算模型Pt(Q)＝γHrQ(1‑kv)‑ΔPm‑khQ3‑F(Q‑Qz)，其中Pt(Q)表示水轮机功率Pt是流量Q的函数，单位是功率的单位，KW；F(Q‑Qz)是撞击损失函数。步骤四：扩展为任意水头下的水轮机暂态功率计算公式撞击损失功率进行修正，得到任意水轮机水头下的水轮机功率计算公式为：其中Pt(Q,Ht)是水轮机功率函数，单位KW；Ht是任意水轮机水头，单位m；QzH是任意水轮机水头Ht下的最高效率点流量，单位m3/s，hΔ是水头折算系数hΔ＝Hr/Ht；ΔF为误差修正。