CN110889223B - 以转速及桨叶开度为变量的转桨式水轮机效率寻优方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了以转速及桨叶开度为变量的转桨式水轮机效率的寻优方法，由水轮机模型协联关系得到真机初始转速与初始桨叶开度，在此基础上分别改变机组转速、桨叶开度并判断水轮机的效率变化情况，进而得到最优的转速或桨叶开度。该方法解决了转桨式水轮机变速运行时无法协联至最优效率的问题，提高了转桨式水轮机变速运行效率，增加了机组运行稳定性。

Description

以转速及桨叶开度为变量的转桨式水轮机效率寻优方法
技术领域
本发明属于水轮机调节方法技术领域，涉及一种以转速及桨叶开度为变量的转桨式水轮机效率寻优方法。
背景技术
转桨式水轮机变转速运行时，在确定的水头及功率下水轮机效率与机组转速以及桨叶开度同时相关，且由于转桨式水轮机真机与模型机特性的差异，由模型实验测量得到的效率最优特性无法准确反映真机运行情况，造成水轮机变转速运行时无法协联至最优效率，降低了电站经济性及机组运行稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种以转速及桨叶开度为变量的转桨式水轮机效率寻优方法，解决了现有技术中存在的转桨式水轮发电机组变转速运行时，真机与模型差异造成的机组无法协联至最优效率的问题。
本发明所采用的技术方案是，以转速及桨叶开度为变量的转桨式水轮机效率寻优方法，包括：根据协联关系得到当前水头、出力下水轮机真机的初始转速、初始桨叶开度，分别改变转速、桨叶开度并判断水轮机的效率变化，得到最优的转速或桨叶开度。
本发明的特点还在于：
具体包括以下步骤：
步骤1、根据水轮机模型机实验所得协联关系得到当前水头、出力下水轮机真机的初始转速、初始桨叶开度；
步骤2、保持转速不变，按照第一步长改变桨叶开度，判断效率变化情况，并获取第一次效率下降时对应的桨叶开度，此时反向桨叶运动方向后继续按照该步长改变桨叶开度，并寻找第二次效率下降时对应的桨叶开度；获得第二次效率下降时对应的桨叶开度后，则桨叶开度返回一步并停止搜索；
保持桨叶开度不变，按照第二步长改变转速，判断效率变化情况，并获取第一次效率下降时对应的转速，此时反向转速变化方向后继续按照该步长改变转速，并寻找第二次效率下降时对应的转速；获得第二次效率下降时对应的转速后，则转速返回一步并停止搜索，至此完成一次搜索。
步骤3、分别减小第一步长、第二步长，重复步骤2，并判断搜索次数是否达到最大循环次数，若达到最大循环次数则停止搜索程序，得到最优桨叶开度和转速。
最大循环次数根据允许机组搜寻最优效率的时间与调速器单次搜索所需时间的比值确定。
本发明的有益效果是：
本发明的以转速及桨叶开度为变量的转桨式水轮机效率寻优方法，根据模型协联关系得到当前水头、出力下水轮机真机的初始转速、初始桨叶开度，通过分别改变真机的转速、桨叶开度判断水轮机的效率变化，得到最优的转速及桨叶开度，从而得到转桨式水轮机最优效率，解决了真机与模型差异造成的机组无法协联至最优效率的问题，进一步提高了电站经济性及机组运行稳定性。
附图说明
图1是本发明以转速及桨叶开度为变量的转桨式水轮机效率寻优方法的流程图；
图2是本发明以转速及桨叶开度为变量的转桨式水轮机效率寻优方法的机组效率与转速、桨叶开度的单极点空间曲面图；
图3是本发明以转速及桨叶开度为变量的转桨式水轮机效率寻优方法的桨叶开度寻优曲线图；
图4是本发明以转速及桨叶开度为变量的转桨式水轮机效率寻优方法的转速寻优曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明以转速及桨叶开度为变量的转桨式水轮机效率寻优方法，包括：根据协联关系得到当前水头、出力下水轮机真机的初始转速、初始桨叶开度，分别改变转速、桨叶开度并判断水轮机的效率变化，得到最优的转速或桨叶开度。
如图1所示，具体包括以下步骤：
步骤1、根据水轮机模型机实验所得协联关系得到当前水头、出力下水轮机真机的初始转速、初始桨叶开度；
机组控制系统根据功率给定值以及机组当前测量功率进行调整使得机组功率与给定值相等。此时机组有确定的导叶开度，根据模型协联关系曲线即可得到确定的初始桨叶开度及初始机组转速，协联关系可以根据如下方法得到：
根据转浆式水轮机综合特性曲线上各工况点处的单位流量Q11和工况点效率η，计算各工况点处单位出力P11，并绘制各工况点等单位出力曲线，，找出等单位出力曲线中的单位流量Q11最小值工况点，并将等单位出力曲线中单位流量Q11最小值工况点依次连接，得到转桨式水轮机变转速运行最优特性曲线，最优特性曲线上读取各工况点导叶开度α、单位转速n11及桨叶开度
Figure BDA0002291064290000042
绘制最优特性下导叶开度α与桨叶开度
Figure BDA0002291064290000043
的关系曲线，通过最优特性下导叶开度α与桨叶开度
Figure BDA0002291064290000044
的关系曲线得到转桨式水轮机变转速运行的桨叶协联关系；在最优特性下读取导叶开度α与单位转速n11的关系，结合机组运行水头H并根据水轮机转速与单位转速之间的关系式(1)求得机组转速n，通过最优特性下导叶开度α与转速n的关系曲线得到转桨式水轮机变转速运行的转速协联关系。
其中式(1)如下：
Figure BDA0002291064290000041
式中：n为机组转速，n11为单位转速，H为水轮机水头，D1为水轮机标称直径。
步骤2、保持转速不变，按照第一步长改变桨叶开度，判断效率变化情况，并获取第一次效率下降时对应的桨叶开度，此时反向桨叶运动方向后继续按照该步长改变桨叶开度，并寻找第二次效率下降时对应的桨叶开度；获得第二次效率下降时对应的桨叶开度后，则桨叶开度返回一步并停止搜索；
保持桨叶开度不变，按照第二步长改变转速，判断效率变化情况，并获取第一次效率下降时对应的转速，此时反向转速变化方向后继续按照该步长改变转速，并寻找第二次效率下降时对应的转速；获得第二次效率下降时对应的转速后，则转速返回一步并停止搜索，至此完成一次搜索。
或者先保持桨叶开度不变，改变转速，进行效率搜索；然后保持转速不变，改变桨叶开度，进行效率搜索。
步骤3、分别减小第一步长、第二步长，重复步骤2，并判断搜索次数是否达到最大循环次数，若达到最大循环次数则停止搜索程序，得到最优桨叶开度和转速。第一步长、第二步长可据实际情况确定。
最大循环次数根据允许机组搜寻最优效率的时间与调速器单次搜索所需时间的比值确定。
通过以上方式，本发明的以转速及桨叶开度为变量的转桨式水轮机效率寻优方法，根据模型协联关系得到当前水头、出力下水轮机真机的初始转速、初始桨叶开度，通过分别改变真机的转速、桨叶开度判断水轮机的效率变化，得到最优的转速或桨叶开度，从而得到转桨式水轮机最优效率，解决了真机与模型差异造成的机组无法协联至最优效率的问题，进一步提高了电站经济性及机组运行稳定性。
实施例
转桨式水轮机变转速运行工况在小范围内变化时机组效率与机组转速及桨叶开度满足单极点空间曲面的关系，如图2所示。
步骤1、假设由转桨式水轮机模型协联关系得到机组当前水头与出力下的真机初始转速与桨叶开度，与此对应的真机初始运行工况点为图2中的A点。
步骤2、保持转速不变的情况下调整机组桨叶开度，则运行工况点在曲线1上运动，曲线1为桨叶寻优曲线，此时效率与桨叶开度的关系如图3所示。假定初始时刻按照一定步长改变桨叶开度后，机组桨叶开度由
Figure BDA0002291064290000051
到达
Figure BDA0002291064290000052
此时机组效率下降且为第1次效率下降，调整桨叶运动方向为反向，经过多次循环后桨叶开度达到
Figure BDA0002291064290000053
再次改变桨叶开度为
Figure BDA0002291064290000054
时机组效率下降，且该次效率下降为第2次下降，此时将桨叶开度返回一步到达
Figure BDA0002291064290000055
并停止桨叶搜索，此时机组工况为图2或图3中的B点，桨叶开度为图2或图3中B点所对应的桨叶开度。
在保持桨叶不变的情况下调整机组转速，则机组运行工况在图2中曲线2上运动，曲线2为转速寻优曲线，此时机组效率与转速的关系如图4所示。假定初始时刻按照一定步长增大转速后，转速由n0到达n1，此时机组效率下降且为第1次效率下降，则按照该步长减小转速，经过多次循环后转速达到nk-2，再次改变转速为nk-1时机组效率下降，且该次效率下降为第2次下降，此时将转速返回一个步长到达nk-2并停止转速搜索，此时机组工况为图2或图4中的C点，转速为图2或图4中的工况点C。
步骤3、分别减小桨叶开度与转速的搜索步长后重新进行下一轮更精细的搜索，并判断搜索次数是否达到最大循环次数，若达到最大循环次数则停止搜索程序，得到最优桨叶开度和转速，也就得到了机组当前出力与水头下的实际最优效率。

Claims (1)

1.以转速及桨叶开度为变量的转桨式水轮机效率寻优方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、根据水轮机模型机实验所得协联关系得到当前水头、出力下水轮机真机的初始转速、初始桨叶开度；
步骤2、保持所述转速不变，按照第一步长改变所述桨叶开度，判断效率变化情况，并获取第一次效率下降时对应的桨叶开度，此时反向桨叶运动方向后继续按照该步长改变桨叶开度，并寻找第二次效率下降时对应的桨叶开度；获得第二次效率下降时对应的桨叶开度后，则桨叶开度返回一步并停止搜索；
保持所述桨叶开度不变，按照第二步长改变转速，判断效率变化情况，并获取第一次效率下降时对应的转速，此时反向转速变化方向后继续按照该步长改变转速，并寻找第二次效率下降时对应的转速；获得第二次效率下降时对应的转速后，则转速返回一步并停止搜索，至此完成一次搜索；
步骤3、分别减小所述第一步长、第二步长，重复步骤2，并判断搜索次数是否达到最大循环次数，若达到最大循环次数则停止搜索程序，得到最优桨叶开度和转速；所述最大循环次数根据允许机组搜寻最优效率的时间与调速器单次搜索所需时间的比值确定。
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