惠州抽水蓄能电站工程调压井布置

建立了调压井布置及体型优化计算数学模型。通过对调压井优化各方案水力过渡过程计算结果的对比与分析，找到调压井优化计算数学模型的最优解，作为调压井优化推荐方案。通过水力过渡过程控制参数的敏感性计算与分析，得到了一些有意义的结论，对今后抽水蓄能电站输水系统工程的布置和设计具有一定的参考价值。     

大型抽水蓄能机组调节系统建模与仿真平台开发

抽水蓄能电站在电力系统中具有削峰填谷、调频调相等重要作用,水电站水力机械的事故多发生在其过渡过程中,为方便对过渡过程进行仿真分析,建立其调节系统数学模型并开发仿真平台具有重要的研究和应用价值.针对大型抽水蓄能机组调节系统建模过程中存在的困难,采用分段建模原理建立长引水系统模型,采用RBF神经网络建立水泵水轮机模型,并进行了空载频率扰动和增减负荷等试验分析.仿真结果表明,所建模型在一定程度上反映了实际机组特性.基于LabWindows/CVI虚拟仪器软件,应用ActiveX交互技术实现仿真平台与Matlab的通信,开发了所建模型相应的仿真平台,为研究人员和现场运行维护人员进行仿真测试提供了一个友好的人机交互仿真环境.     

多能互补发电系统的抽水蓄能机组启动过程

在以抽水蓄能为蓄能装置的多能互补发电系统中,抽水蓄能机组采用可逆式水泵水轮机机组.研究了机组在水轮机工况下和水泵工况下的启动过程特性对多能互补发电系统运行性能的影响,根据抽水蓄能过渡过程特性及可逆式水泵水轮机机组性能,建立了多能互补发电系统中抽水蓄能启动过程的数学模型.在水轮机工况下,其启动过程分为3个状态(0状态、空载状态、启动结束状态)、2个时段(从0状态到空载状态、从空载状态到启动结束状态);在水泵工况下,以关死功率为界限,分析了机组特性.由分析可知:抽水蓄能机组在水轮机工况下的空载开度及其所对应的流量可根据其飞逸特性曲线或水头特性曲线求取.在水泵工况下,当净负荷小于关死功率时机组不运行;当机组启动结束时,无论在何种工况下,如果净负荷值大于或等于额定功率,则机组均运行在额定工况下;如果净负荷值小于额定功率,则机组输出功率为净负荷值.     

基于滑动叠加组合的抽水蓄能电站洪水调节计算模型及应用

针对抽水蓄能电站下水库滑动叠加组合的洪水调节计算,提出了基于分层计算的发电变化过程与动态预留库容相结合的洪水调节计算模型,以沿河抽水蓄能电站为例对模型参数进行了拟定和应用。结论表明：(1)多项式函数能较好地拟合水位库容关系曲线,缩短计算步长能够有效提升洪水调节计算的精度;(2)结合分层计算的发电变化过程和预留控制库容的变化情况,可同时保证发电流量不超泄与洪水不侵占发电库容,可提高抽水蓄能电站的发电和防洪效益;(3)模型考虑电站未发电与发电时遭遇洪水两种情景,可有效全面判别出抽水蓄能电站洪水组合的最不利方案。提出的抽水蓄能电站洪水调节计算模型可为类似工程提供经验参考和借鉴。     

抽水蓄能电站机组转动惯量GD~2敏感性分析

机组转动惯量GD2的不同取值对调节保证参数的影响较大。以某抽水蓄能电站为例,通过水力过渡过程仿真计算,对该水电站机组导叶关闭规律进行了优化处理,在最优导叶关闭规律的基础上研究不同机组GD2取值对机组最大转速上升率、蜗壳进口最大内水压力和尾水管进口最小内水压力的影响,得到了机组GD2与机组最大转速上升率、蜗壳进口最大内水压力和尾水管进口最小内水压力之间的关系,并进一步验证了该水电站机组GD2初步设计值的合理性。     

基于MATLAB/Simulink的潜水贯流泵站起动过渡过程仿真分析

为了揭示泵站起动过渡过程中重要参数如转速、流量、扬程等随时间变化关系,从潜水贯流泵机组系统整体出发,运用电机学、刚体动力学、流体动力学及水力机械特性理论,建立了大型潜水贯流泵机组结合快速闸门起动过渡过程的数学模型,利用MATLAB/Simulink构建整个系统的仿真模型,并针对某大型潜水贯流泵站进行仿真计算,研究了不同快速闸门起升速度对泵机组稳定性的影响。结果表明,系统仿真模型正确可行,且适当提高快速闸门起升速度有利于泵机组的稳定与安全。     

大型泵站水力过渡过程计算及蓄能式液压启闭闸门的研究

应用瞬变流的基本理论,建立了用于大型轴流泵站水力过渡过程计算的数学模型,提出了 站出口闸门在超驼峰运动条件下满足安全所要求的启闭规律。同时,根据计算结果,研制了蓄能式液压闸门系统,运行实践表明,该系统可有效地防止泵站开机过程中可能出现的水锤事故,并能实现泵站在超蛇峰情况下,出现事故停电等紧急状态时闸门的可靠断流。     

多能互补发电系统中抽水蓄能的优化配置

为了解决多能互补发电系统中根据经验进行容量配置而导致成本高、可靠性低的问题,对风力发电机和光伏阵列的容量利用粒子群优化方法进行配置,抽水蓄能的容量利用整体-局部法进行优化配置.通过年负荷、年风能资源和年太阳能资源等初步配置其容量;再根据月负荷、月风能资源和月太阳能资源等进行校核、调整;最后,根据典型日负荷及相应的风能资源和太阳能资源等对其容量做进一步完善.以一套海岛孤网风-光-抽蓄-海水淡化系统为例,利用整体-局部法对系统中的抽水蓄能进行了优化配置.结果表明:利用年数据进行初步配置后,配置抽水蓄能机组容量为120 kW;在月校核过程中,根据月负荷失电率的要求,需将容量调整至420 kW;由于日负荷及风能资源和太阳能资源的波动性,存在一定的失电率,则需在日校核过程中配置一定量的蓄电池.     

渠系调控的过渡过程

论述了渠系过渡过程在配水管理及调控中的重要意义,分析了过渡时间的变化规律,论证了输配水系统的稳定特性,讨论了系统控制建模的一般方法,这对渠道水量调控的研究及建模都有参考作用。     

基于ADAMS的垂直摇臂式喷头多体动力学建模与优化

以Nelson SR100型垂直摇臂式喷头为对象,针对现有垂直摇臂式喷头动力学性能的研究存在忽略摩擦因素、过于简化模型等问题,基于虚拟样机软件ADAMS建立了垂直摇臂式喷头的动力学仿真模型,综合考虑摇臂与转轴、喷管与水管密封等部位实际的摩擦情况,以试验数据确定各部件之间的实际摩擦因数。针对垂直摇臂式喷头的垂直上下摆动、水平左右步进旋转这两个主要动作,运用STEP函数构建一个完整周期非自由与自由运动时间段内喷头导流器所受水平与垂直力的模拟函数进行动力学仿真。最后通过换向仿真,模拟实际摇臂在换向过程中,摆动杆对限位板的接触碰撞力的大小。以接触碰撞力最大值最小为目标函数,对上述接触碰撞力最大值进行优化,将影响换向顺利程度的换向杆长度等因素作为约束条件,优化后的最大碰撞力较优化前减少了55.9%。其动力学仿真结果可以为垂直摇臂式喷头的结构强度分析与疲劳寿命优化等相关动力特性的进一步分析及喷头动力学特性的设计提供基础。     

抽蓄电站全过流系统水泵工况停机过渡过程CFD模拟

通过建立某抽蓄电站全过流系统的几何模型,将VOF两相流与单相流流动模型相结合,采用三维非定常流动过渡过程研究方法对泵工况停机过渡过程进行数值计算,获得了机组转速、流量、转轮力矩,以及若干测点压力脉动等参数随时间的变化过程和不同时刻的流场演变规律,并将结果与电站原型试验资料进行了对比.结果表明:机组转速变化规律、蜗壳和尾水管进口压强极值与试验结果基本吻合;抽蓄电站泵工况停机过程中,蜗壳进口和尾水管进口压强变化明显受活动导叶关闭规律的影响,而转轮与活动导叶之间的压强主要受机组转速的影响;随着活动导叶的关闭,当流量小到一定值后,水流主要通过尾水管内侧流向上游,而外侧水流会与转轮同向旋转;导叶全关后,尾水管内的旋涡是导致其能量损耗的主要因素.     

基于弱可压缩模型的抽蓄电站引水系统数值模拟

通过建立全三维的弱可压缩流体模型,利用求解非定常三维N-S方程的方法,在阀门出口边界加入流量随时间变化的程序,以模拟抽水蓄能电站的甩负荷工况,并对不同水体模型下的情况进行模拟,得到了引水管道内各测量断面压力与流量、调压井内水位随时间的变化规律,以及管道出口处压力、管道内部水流流态的变化规律,并参照试验数据与不可压缩流体模型及一维特征线方法进行对比.结果表明:在考虑流体可压缩性的情况下,弱可压缩模型结果较不可压缩模型更接近试验数据,提高约0.16%;而弱可压缩模型阀门出口处的压力头值,较不可压缩模型低10.87 m.而流态分析表明,数值模拟方法在管道内流态的表现以及在调压井的波动方面,相比一维特征线方法更有优势.结论可为研究抽水蓄能电站引水系统甩负荷工况提供新的参考,并为精确的数值模拟计算提供新的思路和方法.     

大型抽水蓄能电站地下厂房环境测试方案

为了评估大型抽水蓄能电站地下厂房温湿度控制的效果,提高运行环境的舒适性及其对机电设备安全性的设计水平,分析了宜兴抽水蓄能电站地下主厂房、母线洞、主变洞、排风道的结构特点,结合地下厂房及主要洞室的通风、内部空气循环以及各自不同的温湿度性能参数分析要求,选用合适的温度、湿度、噪声环境参数测量仪表,分别设计了厂房和不同洞室的通风除湿性能测试方案.经过初步的测试及分析可以得到,选用的测试仪表具有价格适中、精度高和使用方便的特点;制定的测试系统和方案可以全面而系统地测试地下厂房温湿度控制效果.选用的仪器仪表和测试方案结合了厂房和通风空调系统的特点与要求,可以为同类电站通风空调系统测试和性能分析提供参考.     

抽水蓄能电站引水岔管水力特性数值模拟

通过对某抽水蓄能电站在不同工况（抽水或发电）、不同分流比（单台机或多台机运行）情况下引水岔管的水力特性进行三维数值模拟计算,采用非结构化网格离散计算区域,使用有限体积法将方程的积分形式转化为代数方程组,为保证计算精度,采用二阶迎风格式,隐式求解,速度和压力方程用SIMPLE算法耦合．分析了各工况下岔管处水头损失变化和水流流态情况．结果表明,计算结果与试验较吻合,由于夹带不同能量水流汇合后“能量相互传递”,抽水工况水头损失出现了负值,发电工况流态好于抽水工况流态;分流（发电）水头损失较大,合流（抽水）水头损失较小,为机组运行方式的选择提供了依据,可使岔管能量损失降低到最小程度．     

基于互信息参数优化BP神经网络的生物质发电量预测研究

生物质直燃发电是目前应用最广、规模最大的生物质能利用方式。然而由于生物质种类繁多、理化性质多变、燃烧不稳定,使得发电量难以准确预计,这为电网调度、安全运行带来隐患。为此,提出一种基于互信息参数优化BP神经网络的生物质发电量预测模型。从生物质电厂收集发电量以及物料参数、锅炉参数、汽机参数、环境参数等实际生产数据,采用平均影响值分析、相关分析和互信息分析对发电量的影响因素进行优化选择,并利用电厂实际数据建立BP神经网络模型。测试结果表明,采用优化影响因素建立的神经网络模型预测误差大幅度降低,其中互信息分析优化效果最佳,平均预测误差从未优化模型的4.59%降至0.66%,且进一步优化神经网络参数后,平均预测误差降至0.50%。     

轴流泵叶片的参数化造型及多参数优化

为了实现轴流泵水力性能的自动优化,建立了基于I-sight软件的轴流泵叶轮设计优化平台,实现了模型更新、计算域网格划分、数值模拟计算以及数据读写的自驱动.为了避免传统优化过程中出现的反复造型所带来的问题,对基于圆弧法设计的轴流泵叶片通过进、出口角及不同位置的叶片厚度进行参数化解析,据此提出一种轴流泵叶片的参数化造型方法,实现以较少的变量控制叶片的外形.以轴流泵的水力效率为优化目标,以叶片二维截面的进、出口角为优化变量,以表征性能的参数扬程为约束条件,应用多岛遗传算法对一台比转数为1 500的轴流泵进行优化计算.结果表明:通过500次迭代计算,额定工况的水力效率由80.4%提升到82.4%;在(0.8~1.2)Q_BEP,泵的水力效率均有所提高,高效区域得到了扩大.该结论对于叶轮机械的水力优化和工程应用,有一定的价值.     

基于遗传算法的离心泵叶轮参数化造型及优化设计

根据流面流动理论,通过坐标变换实现离心泵叶轮子午面及叶片结构的参数化造型.采用自适应策略等技术对遗传算法的遗传操作进行改进以提高算法搜索效率,并设计了多目标决策的适应值函数.采用CFD软件NUMECA对叶轮及压水室等主要过流部件内部流动进行三维定常计算,从而预测离心泵的水力性能.编写FORTRAN程序实现参数化、搜索算法及性能预测3部分的联合,开发出一种离心泵叶轮造型的自动优化方法.以离心泵的2个外特性参数效率和扬程作为优化目标,应用该方法对Dn1000型潜油泵及IS80-65-125型清水泵的叶轮结构进行多目标优化.优化后两泵的水力性能有了明显提高,在设计工况下扬程分别提高了0.21 m和1.70 m,效率分别提高了1.9%和2.3%.     

基于RBF神经网络与DECIMO算法的螺旋离心泵多目标优化设计

针对螺旋离心泵运行时性能普遍偏低的问题,以某一典型螺旋离心泵为研究对象,应用计算流体动力学软件CFX对螺旋离心泵进行数值计算得到其内部流动规律.以在设计流量工况下的扬程和效率作为优化目标,采用P-B试验与多因素方差分析筛选出优化变量,采用径向基(RBF)神经网络建立优化目标与优化变量之间的预测模型,并结合差分进化(DECIMO)算法在样本空间内全局寻优.取扬程最优、效率最优和初始个体进行数值计算,对比分析泵输送不同介质(清水与固液两相流体)时的流场及其外特性差异,并进行试验验证.研究结果表明：叶片轮毂进口角β_1b、叶轮出口宽度b₂、叶轮出口直径D₂和叶片包角φ是影响螺旋离心泵扬程和效率的显著因素;由RBF神经网络建立的预测模型精度较高;输送清水时,设计流量下扬程最优个体扬程为9.4 m,增长了13.5%;效率最优个体效率比初始个体提高了9.8%,优化效果显著.