[发明专利]KAPLAN机组的在线调节方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种水电站水轮机组工作状态的调节方法，尤其是指一种KAPLAN机组在线调节方法。

【背景技术】

当今，能源十分紧缺。油、煤等不可再生能源日益枯竭，使人们对可再生能源的依赖日益增加。这正是水电、风电、太阳能发电得以蓬勃发展的主要原因。而在诸多的可再生能源中，水电的经济性最优。但是人们的注意力往往只停留于发掘新的水能资源，却忽视了对原有水电站发电设备的技术改造以提高发电效率。随着中高水头电站的广泛开发，可开发资源正在日益减少。近二十年来，水头H≤50m，且具有最优经济性能的KAPLAN(转桨式水轮机)机组型水电站，已逐渐成为水电资源开发的主流。

然而，传统的KAPLAN机组在机组安装、检修完毕后，其导叶与桨叶的协联关系就被设计固化，一旦水电站入水将再无法进行调节，在电站发电过程中的整个调节均是通过传感器感知后由计算机控制系统按照既定方式自动完成的，整个调节过程外界无法介入干预，无论是于电站建设初期和建修过程中的弃水期，还是电站建成后的正常运作期，此种完全依靠自动控制的方式于许多时候并不适用，例如在使用过程中会由于水头测量的误差造成的导叶与桨叶间协联关系的不准确，此外水电站建成后，由于流态的复杂性，往往使前池中进入各水轮机的流量分配不平衡，这时各机组依然按既定的协联关系运行，不仅会影响系统整体机组的出力，效率也无法保持最大。同时使用此种KAPLAN机组的水电站导叶与桨叶的协联关系仅仅是依照效率最大的原则组合，在电站存在弃水，调峰和安装前期，无法增大出力，影响电站进一步利用氺能资源。如何在不改变原有KAPLAN机组控制调节系统基础上为其配备一个更高效且可再调节的方法，以增加现有KAPLAN机组水电站的发电效益，已成为业内亟待解决的问题。

【发明内容】

本发明的目的在于克服了上述缺陷，提供一种可自动进行最优调整，保证电站发电机组工作于最大出力的KANPLAN机组的在调节方法。

本发明的目的是这样实现的：一种KAPLAN机组的在线调节方法，其改进之处在于：于原有KAPLAN计算机控制系统上，将输入控制计算机的实际水头信号截取屏蔽并替换为一个虚拟的水头信号下行至控制水轮机调速机进行调速，其具体调节方法包括以下步骤：

a)、调入KAPLAN机组协联关系表，将原有KAPLAN机组中导叶与桨叶相对开度的协联关系读入；

b)、导入水轮机组相关运行模式数学模型；

c)、机组运行参数限值设定，设定机组运行的相关安全限值，保证机组运行过程中的稳定性和耐久性；

d)、读取实际水头H，并将原该信号于系统中屏蔽，不直接参与输出至水轮机调速器；

e)、选取虚拟水头值，其选取方法为，以步骤d所输入的实际水头H为数值中心，取步长为δ，Z₁，Z₂为整数的[H-Z₁δ，H+Z₂δ]区域内选取至少一个数值做为虚拟水头取值；

f)、将选取的虚拟水头值输出至水轮机调速器；

g)、稳定运行延时，延时一段时间至水轮机调速器的相关执行机构完成调整；

h)、运行参数采集，通过原有接入KAPLAN计算机控制系统的传感器进行运行参数采集；

i)、判断运行参数是否超限，对采集所得的运行参数对比步骤c中所设定限值，判断是否超限；

j)、若运行参数超限则返回步骤e，重新选取虚拟水头；若运行参数并无超限则存储相关参数及虚拟水头值；

k)、从存储的运行参数中选出满足步骤b中导入数学模型的最大解所对应的虚拟水头；

l)、将该最大解所对应的虚拟水头输出至水轮机调速器；

所述步骤b中的运行模式数学模型为水轮机组最大出力数学模型。

所述步骤c中的机组运行参数限值设定包括振幅限制、摆度限制、功率限制和空蚀限制。

所述空蚀限制应该符合式

其中H_s为实际吸出高度，H′_s为理论吸出高度，为下游水位，k为安全系数，σ为空蚀系数；所述空蚀限制式中的下游水位是由运行中适时测量得出的，在得到该下游水位后，由该式算出H′_s，并与H_s进行空蚀是否安全的判断；

所述步骤e中虚拟水头选取方法中的步长δ，其取值不小于水轮机调速器的最小调整精度。