变速抽水蓄能机组水泵工况最优参数发生器实现方法

1.本发明属于抽水蓄能机组控制方法技术领域，具体涉及变速抽水蓄能机组水泵工况最优参数发生器实现方法。


背景技术：

2.变速抽水蓄能机组因其具有优良的调峰调频能力得到了世界各国的高度重视，特别是该机组在水泵工况下可通过机组转速变化大范围快速调节机组入力，极大增加了电网调频容量，保障了大规模新能源并网下电网的安全稳定。但变速抽水蓄能机组水泵工况下入力与机组转速及导叶开度高度耦合，为保证机组运行中水力效率最优，需要额外提供能够根据机组工况参数(实时扬程和参考入力)获得机组最优转速与最优导叶开度的最优参数发生器。目前的最优参数发生器基于水泵水轮机模型全特性曲线数据产生，该方法所需数据量大、计算步骤繁琐，同时在进行在线寻优时该方法的实时性差，严重约束了变速抽水蓄能机组最优参数发生器的实现。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供变速抽水蓄能机组水泵工况最优参数发生器实现方法，解决了现有获得最优参数发生器所需数据量大、计算步骤繁琐的问题。
4.本发明所采用的技术方案是：变速抽水蓄能机组水泵工况最优参数发生器实现方法，具体操作步骤如下：
5.步骤1，收集水泵水轮机水泵工况协联运行曲线，包括协联开度曲线中的流量-开度曲线、协联运行时的流量-扬程特性曲线、协联运行时的流量-入力特性曲线；
6.步骤2，根据变转速下的流量、扬程、入力变式，将同步转速下水泵协联工况运行曲线转化为变转速下水泵协联工况的转速-流量-扬程曲面和转速-流量-入力曲面；
7.步骤3，根据变转速下的流量、扬程、入力变式，将同步转速下水泵协联开度的流量-开度曲线转化为变转速下水泵协联开度的转速-流量-开度曲面；
8.步骤4，在考虑电站实际扬程变化范围的条件下，根据水泵协联工况的转速-流量-扬程曲面和转速-流量-入力曲面得到最优工况点的流量、转速、入力、扬程数据，根据这些数据进一步可以得到入力-扬程-转速曲面和入力-扬程-流量曲面；
9.步骤5，根据水泵协联开度的转速-流量-开度曲面和入力-扬程-转速曲面以及转速-流量-扬程曲面得到最优工况点的转速、流量、扬程、入力、开度数据，根据这些数据进一步可以得到入力-扬程-开度曲面；
10.步骤6，由入力-扬程-转速曲面制作最优转速表格，最优转速发生器通过查询最优转速表格根据参考入力和实时扬程得到最优转速，由入力-扬程-开度曲面制作最优开度表格，最优开度发生器通过查询最优开度表格表根据参考入力和实时扬程得到最优开度。
11.本发明的特点还在于：
12.步骤2变转速下的流量公式为：
[0013][0014]
式(1)中，nc代表水泵水轮机转速，qc代表机组在转速nc运行时对应的流量，nr代表水泵水轮机的同步转速，qf代表机组在同步转速nr运行时对应的流量；
[0015]
步骤2变转速下的扬程公式为：
[0016][0017]
式(2)中，hc代表机组在转速nc运行时对应的扬程，hf代表机组在同步转速nr运行时对应的扬程。
[0018]
步骤2变转速下的入力公式为：
[0019][0020]
式(3)中，pc代表机组在转速nc运行时对应的入力，pf代表机组在同步转速nr运行时对应的入力。
[0021]
利用协联开度曲线得到最优参数发生器，最优参数发生器包括最优转速发生器和最优开度发生器，作为最优参数发生器。
[0022]
本发明的最优参数发生器是变速抽水蓄能机组控制系统中的核心之一，最优转速发生器和最优开度发生器作为水泵工况的最优参数发生器，其原理是根据参考入力和实时扬程得到最优转速和最优开度，变速抽水蓄能机组的控制系统调整转速和开度至最优转速和最优开度，使机组在水力效率最优运行。
[0023]
本发明的有益效果是：本发明的变速抽水蓄能机组水泵工况最优参数发生器实现方法，就是根据水泵水轮机的特性曲线找出参考入力、实时扬程与最优转速、最优开度的关系。本发明结合同步转速下水泵工况的协联开度曲线，利用变转速下的流量、扬程、入力变式，得到最优效率点对应的转速、流量、开度、扬程、入力等数据，并进一步的根据这些数据得到最优参数转速发生器和最优开度发生器，解决了实现抽水蓄能机组最优参数发生器所需数据量大、计算步骤繁琐的问题。
附图说明
[0024]
图1是本发明变速抽水蓄能机组水泵工况最优参数发生器实现方法的流程框图；
[0025]
图2是本发明变速抽水蓄能机组水泵工况最优参数发生器实现方法的水泵协联开度的流量-开度曲线；
[0026]
图3是本发明变速抽水蓄能机组水泵工况最优参数发生器实现方法的水泵协联工况的流量-扬程曲线；
[0027]
图4是本发明变速抽水蓄能机组水泵工况最优参数发生器实现方法的水泵协联工况的流量-入力曲线；
[0028]
图5是本发明变速抽水蓄能机组水泵工况最优参数发生器实现方法的水泵协联工况的转速-流量-扬程曲面；
[0029]
图6是本发明变速抽水蓄能机组水泵工况最优参数发生器实现方法的水泵协联工况的转速-流量-入力曲面；
[0030]
图7是本发明变速抽水蓄能机组水泵工况最优参数发生器实现方法的水泵协联开度的转速-流量-开度曲面；
[0031]
图8是本发明变速抽水蓄能机组水泵工况最优参数发生器实现方法的入力-扬程-转速曲面；
[0032]
图9是本发明变速抽水蓄能机组水泵工况最优参数发生器实现方法的入力-扬程-流量曲面；
[0033]
图10是本发明变速抽水蓄能机组水泵工况最优参数发生器实现方法的入力-扬程-开度曲面；
[0034]
图11是本发明变速抽水蓄能机组水泵工况最优参数发生器实现方法的最优开度发生器；
[0035]
图12是本发明变速抽水蓄能机组水泵工况最优参数发生器实现方法的最优转速发生器。
[0036]
其中，α代表开度，p代表入力，q代表流量，h代表扬程，n代表转速。
具体实施方式
[0037]
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明，以使本发明的优点和特征更易于被本领域技术人员理解。
[0038]
本发明的变速抽水蓄能机组水泵工况最优参数发生器实现方法，实现流程框图如图1所示。
[0039]
实施例
[0040]
步骤1、收集水泵水轮机水泵工况协联运行的数据曲线，包括协联开度曲线中的流量-开度曲线(如图2所示)、协联运行时的流量-扬程特性曲线(如图3所示)、协联运行时的流量-入力曲线(如图4所示)；
[0041]
步骤2、利用变转速下的流量公式(如公式(1)所示)、扬程公式(如公式(2)所示)、入力公式(如公式(3)所示)，将同步转速下水泵协联工况的流量-扬程曲线(如图3所示)和流量-入力曲线(如图4所示)转化为变转速下水泵协联工况的转速-流量-扬程曲面(如图5所示)和转速-流量-入力曲面(如图6所示)；
[0042]
变转速下的流量公式为：
[0043][0044]
式(1)中，nc代表水泵水轮机转速，qc代表机组在转速nc运行时对应的流量，nr代表水泵水轮机的同步转速，qf代表机组在同步转速nr运行时对应的流量。
[0045]
变转速下的扬程公式为：
[0046][0047]
式(2)中，hc代表机组在转速nc运行时对应的扬程，hf代表机组在同步转速nr运行
时对应的扬程。
[0048]
变转速下的入力公式为：
[0049][0050]
式(3)中，pc代表机组在转速nc运行时对应的入力，pf代表机组在同步转速nr运行时对应的入力。
[0051]
步骤3、利用变转速下的流量公式(如公式(1)所示)，将同步转速下水泵协联开度的流量-开度曲线(如图6所示)转化为变转速下水泵协联开度的转速-流量-开度曲面(如图7所示)；
[0052]
步骤4、在考虑电站实际扬程变化范围的条件下，根据水泵协联工况的转速-流量-扬程曲面和转速-流量-入力曲面可以得到最优工况点的流量、转速、入力、扬程数据，根据这些数据进一步可以得到入力-扬程-转速曲面(如图8所示)和入力-扬程-流量曲面(如图9所示)；
[0053]
步骤5、根据水泵协联开度的转速-流量-开度曲面和入力-扬程-转速曲面以及转速-流量-扬程曲面得到最优工况点的转速、流量、扬程、入力、开度数据，根据这些数据进一步可以得到入力-扬程-开度曲面(如图10所示)；
[0054]
步骤6、由入力-扬程-转速曲面制作最优转速表格(如表1所示)，最优转速发生器(如图11所示)可以通过查表根据参考入力和实时扬程得到最优转速，由入力-扬程-开度曲面制作最优开度表格(如表2所示)，最优开度发生器(如图12所示)可以通过查表根据参考入力和实时扬程得到最优开度。
[0055]
表1
[0056][0057]
表2
[0058][0059]
本发明方法获得的最优参数发生器可完全满足变速抽水蓄能机组实际运行的精度要求。由于本发明方法采用的已有的最优效率点(联开度曲线)得到的最优参数发生器，省略了寻优步骤，因此本方法所需的数据量小，计算步骤简单。

技术特征：
1.变速抽水蓄能机组水泵工况最优参数发生器实现方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1，收集水泵水轮机水泵工况协联运行曲线，包括协联开度曲线中的流量-开度曲线、协联运行时的流量-扬程特性曲线、协联运行时的流量-入力特性曲线；步骤2，根据变转速下的流量、扬程、入力变式，将同步转速下水泵协联工况运行曲线转化为变转速下水泵协联工况的转速-流量-扬程曲面和转速-流量-入力曲面；步骤3，根据变转速下的流量、扬程、入力变式，将同步转速下水泵协联开度的流量-开度曲线转化为变转速下水泵协联开度的转速-流量-开度曲面；步骤4，在考虑电站实际扬程变化范围的条件下，根据水泵协联工况的转速-流量-扬程曲面和转速-流量-入力曲面得到最优工况点的流量、转速、入力、扬程数据，根据这些数据进一步可以得到入力-扬程-转速曲面和入力-扬程-流量曲面；步骤5，根据水泵协联开度的转速-流量-开度曲面和入力-扬程-转速曲面以及转速-流量-扬程曲面得到最优工况点的转速、流量、扬程、入力、开度数据，根据这些数据进一步可以得到入力-扬程-开度曲面；步骤6，由入力-扬程-转速曲面制作最优转速表格，最优转速发生器通过查询最优转速表格根据参考入力和实时扬程得到最优转速，由入力-扬程-开度曲面制作最优开度表格，最优开度发生器通过查询最优开度表格表根据参考入力和实时扬程得到最优开度。2.根据权利要求1所述的变速抽水蓄能机组水泵工况最优参数发生器实现方法，其特征在于，变转速下的流量公式为：式(1)中，n
c
代表水泵水轮机转速，q
c
代表机组在转速n
c
运行时对应的流量，n
r
代表水泵水轮机的同步转速，q
f
代表机组在同步转速n
r
运行时对应的流量。3.根据权利要求1所述的变速抽水蓄能机组水泵工况最优参数发生器实现方法，其特征在于，变转速下的扬程公式为：式(2)中，h
c
代表机组在转速n
c
运行时对应的扬程，h
f
代表机组在同步转速n
r
运行时对应的扬程。4.根据权利要求1所述的变速抽水蓄能机组水泵工况最优参数发生器实现方法，其特征在于，变转速下的入力公式为：式(3)中，p
c
代表机组在转速n
c
运行时对应的入力，p
f
代表机组在同步转速n
r
运行时对应的入力。5.根据权利要求1所述的变速抽水蓄能机组水泵工况最优参数发生器实现方法，其特征在于，利用协联开度曲线得到最优开度发生器和最优转速发生器。

技术总结
本发明提供了变速抽水蓄能机组水泵工况最优参数发生器实现方法，根据水泵水轮机的协联特性曲线找出参考入力、实时扬程与最优转速、最优开度的关系。本发明结合同步转速下水泵工况的协联开度曲线，利用变转速下的流量、扬程、入力变式得到最优效率点对应的转速、流量、开度、扬程、入力等数据，并进一步的根据这些数据得到最优参数转速发生器和最优开度发生器，解决了实现抽水蓄能机组最优参数发生器所需数据量大、计算步骤繁琐的问题。计算步骤繁琐的问题。计算步骤繁琐的问题。


技术研发人员：南海鹏 高春阳 余向阳 吴罗长
受保护的技术使用者：西安理工大学
技术研发日：2023.01.17
技术公布日：2023/5/30