（水利水电工程专业论文）抽水蓄能电站水力过渡过程调节控制研究.pdf

河海大学博士学位论文 摘要 抽水蓄能电站自问世以来已有百余年历史，随着社会经济的发展和人们生活 水平的目益提高，电力系统日负荷峰谷差越来越大。抽水蓄能电站调峰填谷、调 频调相及提高电网供电质量和电网灵活性及可靠性等优点越趋明显，其发展已进 入一个新阶段。近年来世界抽水蓄能电站容量以l o 以上的年增长率增加，机组 趋向高水头、大容量。为了提高电站设计水平、降低工程投资和确保电站安全、 高效运行并充分发挥工程效益，需要对抽水蓄能电站过渡过程特性进行分析和研 究，找出合理可靠的过渡过程控制方法。由于对水力一机组系统过渡过程调节控 制问题的研究目前还处于初级阶段，特别是对整体不可控复杂水力系统的调节控 制反问题的研究目前尚处于起步阶段，因而该问题的解决对抽水蓄能电站安全、 可靠及灵活性有着重要的意义。 本文应用有压非恒定流基本理论和阀调节基本原理研究抽水蓄能电站过渡 过程特性及调节控制问题，给出了限定时间和限定最大压强调节控制反问题一般 数学提法，针对抽水蔷能电站复杂水力系统和水泵水轮机特性条件，系统研究了 限时和限压两类调节控制反问题，提出了一般水力系统阑调节数学模型，并针对 带调压室的整体不可控系统，在阀调节基本原理的基础上，提出了多种过渡过程 状态下的调节控制数学模型及求解方法，建立了系统的数值计算方法并进行实例 计算分析，取得了满意的结果。本文研究的主要内容包括： 1 综述了国内外抽水蓄能技术的发展现状和可逆机组过渡过程特性及调节 控制研究进展，给出了水力一机组系统过渡过程规定时间和限定压强调节控制反 问题一般数学提法，分析了过渡过程反问题的求解方法，详述了阀调节理论及其 应用，对水力机组过渡过程导叶运动规律优化问题及可逆机组全特性曲线处理方 法进行了论述和探讨。 2 以阀调节理论为基础首次将阀调节方法应用于水力。机组系统过渡过程提 出了针对抽水蓄能电站复杂水力系统阎调节方法数学模型及求解方法，给出了多 种过渡过程条件下调节控制应用程序，并进行数值计算，对计算结果和调节规律 进行了分析比较。同时，针对抽水蓄能电站带调压室的复杂系统，提出了系统整 体不可控条件下水力一机组过渡过程调节控制方法、数学模型及其求解方法，解 中文摘要 决了阀调节方法不适用整体不可控系统的缺陷，为抽水蓄能电站过渡过程调节控 制提供了一种有效数值计算方法。 3 在抽水蓄能电站过渡过程特性及调节控制研究过程中，对水泵水轮机全 特性曲线的处理是一项十分重要的环节。现有的处理方法在过渡过程计算过程中 存在一些缺陷。本文在充分研究和全面分析各种全特性处理方法的基础上，提出 了全特性曲线的三维曲面处理方法及曲面分层拟合法，并经实例计算验证。 4 应用本文提出的抽水蓄能电站过渡过程调节控制方法，以宜兴抽水蓄能 电站机组及管路系统为实例，分别采用限时调节和限压调节控制方法，对电站系 统发电工况条件下的正常负荷变化和甩负荷过渡过程及水泵工况过渡过程进行 调节控制数值计算，得出相应机组流量和水头变化规律，由此得出导叶运行规律 及转速变化规律，并对数值计算结果和按常规调节方法所得结果进行分析和讨 论。 5 水力机械过渡过程特性及调节控制研究涉及到许多理论和实际应用问 题，其中有些问题特别是针对整体不可控系统的过度过程反问题，目前的研究还 处于初始阶段，其理论体系还有待进一步补充和完善，其应用范围有待进一步拓 宽，为此，本文针对抽水蓄能电站过渡过程特性及调节控制研究进行了总结和展 颦。 关键词：抽水蓄能电站、水力过渡过程、水泵水轮机、调节控制 i i 河海大学博士学位论文 a b s t r a c t t h ec o n s 饥c t i o no fp u m p e ds t o r a g ep l a 芏1 t s b e g a i l a se a r l ya sa b o u tl o oy e a r s a g o ，a i l d 晰m t l l ed e v e l o p m e n t o f s o c i e t ya l l d e c o n o m ya i l d 也e l l i 曲e r l i f es t a l l d a r d ， t h ed i 执r e n c eb e t w e e nt h ep e a l ( a n dv a l i e yd a i l y 】o a do fe 】e c t r i cs y s t e mh a sb e e n b e c o i r l e l a r g e ra n dl a r g e r i ts e c m st ob e c o m em o r ea i l dm o r ec l e a rt h a tp u 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i n es y s t e ma 1 1 dt h em o d e l s o fr e g u i a t i n gc o n 仃d ia r es m n m a r i z e d ， 、王mt h em a t h e m a t i c a lm o d e l so ft l ci n v e r s e p r o b l e m so fr e g u l a t i n gc o n 打o l i ns p e c 湎e dt i r n ea n dw 胁p r e s s u r ec o n s t r a i mb e i n g o b 拓妇e da n dm em e t h o d st os o l v et k s e p r o b l e m sb e i n ga n a l y z e d t h et h e o r yo fv 甜v e s t r o k i n ga n di t s 印p l ya n dm e 叩t i r n i z a t i o no ft h e l o v i n go fg u i d ev a i l e sf o rm e h y d r a u l i ct r a n s i e mi nh y 出a u l i ct u r b i n es y s t e m sa sw e l la st h et m s f o r m a t i o nm e m o d 8 f o rt l ec o m p l e t ec h a r a c t e r i 8 t i cc u r v e so f r e v e r s i b l ep u m p t u r b i n c sa r ed i s c u s s e d 2 b a s e do nm em e o r yo fv a l v e 姗o k i n & t h em a m e m a t i c a lm o d e l sa n dt h e i r n u m e r i c a lm e t l l o d so fv a l v es t r o k i n gi ns p e c m e dt i m ea n d 谢m p r e s s u r ec o n s 订a i ：n 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a n g i n gl a w so fd i s c h a r g e 趾dh e a di nt h et b i n e sa r e o b t a i n e d ， t l l em o v i n g1 a w so fg u i d ev a n e sa r eg o t t e n f i n a l l ym er e s u n sa r ea 1 1 a l y z e d a n dd i s c u s s e d 5 b e c a u s et h er e g u l a t i n gc o n t r o lo ft r a i l s i e n t si nh y d r a u l i cp i p e t 砒b i l l es y s t e m s r e l a t e st om a n yp r o b l e m sb o t ho ft h e o r ya n dp r a c t i c a lu s e ，e s p e c i a l l yf o rt h ei n v e r s e p r o b l e mo fw h o l eu n c o n 廿0 1 l 矗b l es y s t e m s ，m es t u d yi si np r i m a r ys t a g en o w a n dt 1 1 e t h e o r ys y s t e ma 1 1 dt h em a m e m a 廿cm o d e la r en e e dt ob ef 1 1 l e du pa 1 1 dp e r f e c t e d ，a n d 也es c o p eo f1 ：i s eh a st ob ee n l a r g e d ，i n 也i sp a p e r ，i “sf o r e c a s t e dt os t u d yf i l l l ya n d s y s t e m a t i c a l l yo n 1 em o d e l so fr e g m a _ 七i n gc o n 仃o lo f 廿1 eh y d r a u l i ct r a s i e m si n p u m p e ds t c l r a g ep l a n t s k e yw o r d s ：p u m p e ds t o m g ep l a n t ， r e v e r s i b l et u r b i n e ， h y d m u l i ct 啪s i e m ， i e g u l a t i n gc o n t r o l v 溺海大学搏士学位论文抽水蓄能电站过渡过程特性及调节控制研究 刖舌 抽水蓄能电站具有调峰填谷、凋频调相及提高电网供电质量和电网灵活性、 可靠性等优点，自问世百余年来不断发展，目前已进入一个新阶段。为确保抽水 蓄能电站安全、高效运行，对其过渡过程特性进行分析研究，找出合理可靠的过 渡过程调节控制方法有着十分重要的意义。自上世纪初水锤理论建立以来，有压 瞬变流研究有了较大的进展。近年来，尽管涉及水力一机组系统过渡过程特性的 研究进一步向纵深发展，但该领域仍有许多尚未解决或尚未完全解决的理论与实 践问题。由于抽水蓄能电站具有水头高、工况转换频繁及输水系统复杂并存在双 向性，除具有常规电站及泵站过渡过程特性外，还宵其特有的过渡过程特性，而 因其运行条件和边界条件的复杂性，对该领域问题的研究具有更大的难度。目前 对水力一机组系统过渡过程正问题的研究已渐趋成熟，对过渡过程调节控制反问 题虽有一些研究，但还不够系统深入，特别是对整体不可控复杂水力机组系统 调节控制反问题的研究目前尚处于起步阶段，而该问题的解决对抽水蓄能电站安 全、可靠及灵活性十分重要。 对抽水蓄能电站过渡过程调节控制问题，前人虽进行了一些研究，但远不够 系统深入。本文针对抽水蓄能电站复杂水力系统和可逆机组特性条件，系统地研 究限时和限压两类调节控制反问题，提出了整体不可控系统过渡过程调节控制数 学模型及数值计算方法。 本文主要创新点包括： ( 1 ) 应用阀调节理论提出了针对抽水蓄能电站复杂 水力系统限时和限压两类调节控制反问题数学模型及求解方法，给出了多种过渡 过程条件下调节控制数值计算方法及应用程序。( 2 ) 针对带调压室的抽水蓄能电 站复杂水力一机组系统，提出了整体不可控水力机组系统过渡过程调节控制方 法，建立了相应的限时和限压调节控制反问题数学模型及其数值计算方法，并经 实例计算取得多种工况过渡过程调节控制结果。( 3 ) 在充分研究和全面分析各种 全特性曲线处理方法的基础上，提出了全特性曲线的三维曲面处理方法及曲面分 层拟合法。 学位论文独创性声明： 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工 作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。如不实，本人负全部责任。 论文作者( 签名) ：邀 学位论文使用授权说明 咂r 年7 。月；。日 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术 期刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或 电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子 文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外， 允许论文被查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权 河海大学研究生院办理。 论文作者( 签名) ： 王苎垄盖：刍， 心年，一月2 ，日 河海大学博士学位论文 第一章绪论 抽水蓄能电站已有百余年历史，具有现代工程意义的设施出现于上世纪六十 年代。大规模抽水蓄能电站的建设是现代电网的必然产物，它在电力系统中起着 无可替代的作用。随着社会经济的发展和人民生活水平的日益提高，电力系统的 日负荷峰谷差越来越大，且电网越大，调峰填谷、提高电站利用率和减少系统能 耗问题以及提高供电质量和安全可靠运行等问题都愈趋重要。大容量抽水蓄能电 站正好可以起到调峰填谷、调频调相、旋转备用作用，以提高电网供电质量和电 网灵活性及可靠性，它已被证明是各种调峰机组中最经济的一种。国外电网运行 实践及模拟试验证明【l 】：一般电网水电容量比重不宜小于2 0 ，故在水资源缺乏 地区需建设容量比重为1 0 2 0 的抽水蓄能电站才有利于电网安全经济运行。 到目前为止，全世界已建和在建抽水蓄能电站总装机容量1 0 0 万k w 以上的大型 抽水蓄能电站有5 0 余座，近几年世界抽水蓄能电站容量正以1 0 以上的年增长 率增加，机组有向高水头、大容量发展的趋势【2 ，8 1 ，“们。 1 1 国内外抽水蓄能技术发展现状和趋势 1 - 1 1 国内外抽水蓄能电站建设现状 抽水蓄能电站自1 8 8 2 年问世以来已有百余年历史，其最初的设想是将火电 站非峰荷时的低价电能转化为峰荷时的高价电能，这一概念目前己发展为利用抽 水蓄能电站控制电力系统电力潮流。从上世纪初到5 0 年代末期，抽水蓄能电站 处于缓慢发展阶段，6 0 年代以来，西欧、美国、日本等许多工业发达国家相继 建设了批抽水蓄能电站，至上世纪7 0 8 0 年代，抽水蓄能电站发展进入新阶段， 到上世纪末，世界上已有5 0 多个国家投入运行和在建抽水蓄能电站，已建抽水 蓄能电站3 0 0 余座，总装机容量超过8 5 0 0 万k w ，约占电网总发电装机容量的 7 左右，在建的有4 0 余座，规划中5 5 0 余座，总装机容量将超过5 亿k w 。 我国抽水蓄能电站建设起步较晚，于1 9 6 8 年在河北省岗南水电站引进一台 日本1 1 k w 抽水蓄能机组，其后，于1 9 7 5 年在北京密云水库电站安装两台1 1 k w 抽水蓄能机组。自1 9 7 8 年以来，随着我国国民经济的持续稳定发展，对电力的 第一章绪论 需求急剧增长，在以火电站为主的电力系统中，缺乏调峰电源的矛盾日益加剧。 因此，在缺乏足够水电调峰能力的大工业基地和大城市等受荷中心附近电力系统 中，建设抽水蓄能电站的必要性和经济合理性日益为人们认识，抽水蓄能电站建 设和靓翅工作步伐逐渐加快，开创了我国抽水蓄能电站建设的新局面。到1 9 9 9 年末，我国已建的抽水蓄能机组容量已超过5 6 0 万k w 。然而，2 0 0 3 年全国发电 总装机容量已达3 g w 左右，为达到低限度的电网调节能力，电力系统中至少 具有总容量5 的抽水蓄能机组，若要达到较好的调节能力则需要有总容量l o 左右的蓄能装置，按此比例计算。2 0 0 3 年我国应有2 5 0 0 4 0 0 0 万k w ，由此可知， 我国抽水蓄能电蛄建设还有较大的发展空间。 1 1 2 抽水蓄畿技术发展趋势3 1 1 4 1 1 7 1 1 电站向大型化、机组向高水头、大容量发展 据统计，到上世纪末世界已建容量大于1 0 0 万k w 以上的抽水蓄能电站计 5 0 余座，总容量6 0 0 0 万k w 以上，占当时世界已建和在建装机总容量的5 以 上。规划和在建中还有更大规模的抽水蓄能电站。 由于抽水蓄能电站利用水头愈高，相对所需流量愈小，上、下库容量和下坝 工程量，s l 水道尺寸及抽水蓄能机组和厂房都相对较小，因而投资愈低。在上述 5 0 余座1 0 0 万k w 以上的抽水蓄能电站中，3 0 0 “0 0 m 水头电站占总装机容量的 5 0 2 ，加上6 0 0 m 以上占慈容量的6 8 5 1 2 1 。随着科学技术的发展，可逆机组的 应用水头不断提高，目前单级可逆机组的应用水头已超过常规水轮机。从上世纪 5 0 年代起，抽水蓄能电站最大发电水头不断提高，经模型试验分析，单级机组 应用水头可望达到1 0 0 0 m 。 自上世纪7 0 年代以来，可逆式机组单机容量有显著增加的趋势，目前已投 入运行的抽水蓄能机组，发电电动机的最大容量已达4 2 5 ，3 2 2 m v a ( 美国腊孔山 电站) 。 2 广泛应用新技术 随着科学技术的发展，抽水蓄能电站在土建、机电、计算机应用和起动方式 等方面广泛应用新技术，对降低造价、缩短工期、减少工程量及安全可靠运行等 方向起着重大作用。 第一章绪论 需求急剧增长，在以火电站为主的电力系统中，缺乏调峰电源的矛盾日益加剧。 因此，在缺乏足够水电调峰能力的大工业基地和大城市等负荷中心附近电力系统 中，建设抽水蓄能电站的必要性和经济台理性日益为人们认识，抽水蓄能电站建 设和规划= 作步伐逐渐加快，开创了我国抽水蓄能电站建设的新局面。到1 9 9 9 年末，我国已建的抽水蓄能机组容量已超过5 6 0 万k w 。然而，2 0 0 3 年全国发电 总装机容量已达3 0 0 0 w 左右，为达到低限度的电网调节能力，电力系统巾至少 具有总容量5 的抽水蓄能机组，若要达到较好的调节能力则需要有总容量1 0 左右的蓄能装置，按此比例计算，2 0 0 3 年我国应有2 5 0 0 一0 0 0 万k w ，由此可知， 我国抽水蓄能电站建设还有较大的发展空间。 1 1 2 抽水蓄能技术发展趋势仁，3 ，1 4 t “7 l 1 电站向大型化、机组向高水头、大容量发展 据统计，到上世纪末世界已建容量大于1 0 0 万k w 以上的抽水蓄能电站计 5 0 余座，总容量6 0 0 0 万k w 以上，占当时世界己建和在建装机总容量的5 以 上。规划和在建中还有更大规模的抽水蓄能电站。 由于抽水蓄能电站利用水头愈高，相对所需流量愈小，上、下库容量和下埂 工程量，引水道尺寸及抽水蓄能机组和厂房都相对较小，因而投资愈低。在上述 5 0 余座1 0 0 万k w 以上的抽水蓄能电站中，3 0 0 6 0 0 m 水头电站占总装机容量的 5 0 ，2 ，加上6 0 0 m 以上占总容量的6 85 【”。随着科学技术的发展，可逆机组的 应用水头不断提高，目前单级可逆机组的应用水头已超过常规水轮机。从上世纪 s o 年代起，抽水蓄能电站最大发电水头不断提高，经模型试验分析，单级机组 应用水头可望达到1 0 0 0 m 。 自上世纪7 0 年代以来，可逆式机组单机容量有显著增加的趋势目前已投 入运行的抽水蓄能机组，发电电动机的最大容量已达4 2 5 ，3 2 2 m 、强( 美国腊孔山 电站) 。 2 广泛应用新技术 随着科学技术的发展，抽水蓄能电站在土建、机电、计算机应用和起动方式 等方面广泛应用新技术，对降低造价、缩短工期、减少工程量及安全可靠运行等 方向起着重大作用。 方向起着重大作用。 河海大学博士学位论文 3 动态效益模拟模型 近年来，模拟抽水蓄能工程的软件开发取得了显著进展，一些软件以微机为 基础，用户界面友好，对使用者也更方便、灵活【3 1 。但到目前止，还很难对抽水 蓄能电站的运行状态精确模拟。对动态效益进行量化分析，需精确估算动态效益， 需要建立更先进的模拟模型，该模型不仅要能够算出电力系统在有无抽水蓄能电 站时的全部成本，能够按顺序小时段间隔模拟，并能对强迫停机进行随机模拟， 确定出火电机组的综合排放量并对机组进行燃料成本分配。先进的模型还应能对 每种类型的电能更精确地模拟。由于动态效益考虑因素多，涉及面广，因此抽水 蓄能动态效益模拟模型是一个复杂的系统工程。 4 调节机构研究 当按某种理论和计算方法获得最佳调节机构运动规律后，其实施条件取决于 调速器的类型。直线关闭规律容易实现，并且关闭时间在其范围内能任意调整； 分段折线关闭规律需要在调速器中装有分段关闭装置；如求出的关闭规律为复杂 的曲线，尽管理论上为最优，但其实施较困难，所以调节机构的性能有时会限制 调节规律的优化。如导叶关闭规律随着工作水头的变化以及转速升高极限值来改 变导叶关闭规律可较大地改善调保条件【5 2 1 ，文献f 5 3 】介绍了抽水蓄机组调速器的 设计方法，文献【5 4 提出了调速器的多调节模式，文献 5 5 】介绍了国外采用导叶 关闭规律非固定模式试验曲线，表明采用微机调速器可以实现一定的调节目标。 另有学者对调节系统非线性控制特性进行了研究f 9 7 】。 1 2 过渡过程特性研究概况及现状分析4 j 1 2 1 研究目的及研究进展 水力机械过渡过程计算对水力机械安全可靠运行有着极其重要的意义，无论 是水电站还是泵站均需对其过渡过程特性进行研究，为此国内外学者进行了大量 的工作【8 2 瑚2 “1 0 6 1 。对电站水力过渡过程进行分析和研究的目的，主要是为了确 定控制工况下各处的最大压力和最小压力、调压室的最高水位和最低水位、甩负 荷时机组最大转速上升值、作用在可逆式水泵水轮机转轮上的轴向力值、以及对 电站工作有主要意义的其它参数作出恰当的估计。当压力引水管道很长时，还需 第一章绪论 要根据过渡过程计算结果确定是否需要设调压并或装设调压阀或其它措施【8 9 9 2 ， m 7 1 2 】。如果通过对过渡过程的研究能降低水锤压力，不仅可以节约钢材、降低 造价，而且还能极大地改善钢管的转弯、安装和焊接条件；对于中水头的电站， 在引水道不太长的条件下如能不设调压室，则可节约大量土建投资。而如果对过 渡过程研究不够，盲目提高设计标准将造成不必要的浪费，或对过渡过程问题考 虑不周而引起运行事故，造成重大损失。因此，研究水力机组过渡过程特性、计 算过渡过程中的主要参数变化并提出相关措施，对提高设计水平，降低工程投资， 确保设备安全、高效运行及充分发挥工程效益有着十分重要的意义。 和常规水电站相比，抽水蓄能电站具有水头高、工况转换频繁及输水系统中 存在双向水流等特性，其过渡过程除具有一般常规电站过渡过程特性外，还具有 其特殊性：一是工况多且工况变换复杂，并要求在尽可能短的时间内完成工况变 换过渡过程以满足负荷跟踪或事故应急需要。抽水蓄能机组有静止、发电、发电 方向调相、抽水、抽水方向调相等五种基本工况，各种工况闻的变换排列组合多 达二十四种，实际常见的工况切换有二十种1 5 j ；二是工况转换频繁，机组需要在 较短的时间内改变工况以适应电网的不同需要，般情况下工况变换为一日数 次，有些抽水蓄能电站的工况变化达一小时数次【引。在抽水蓄能机组工况变换过 渡过程中，机组特性和系统水力特性都将发生急剧变化，如果控制不当将会影响 机组及整个系统的安全可靠性。所以，水泵水轮机过渡过程特性是决定抽水蓄能 电站稳定性的关键因素，它在很大程度上决定抽水蓄能电站的主要参数和规模。 因此，研究抽水蓄能机组各种过渡过程特性并找出合理可靠的调节控制方法，对 抽水蓄能电站的稳定、可靠和高效运行以及充分发挥其经济效益有着极重要的意 义【1 0 1 ，1 1 8 1 1 叭。 由于水力过渡过程总是和水波密切相关的，敌其研究历史可追溯到1 9 世纪 关于水波传播理论的探讨。1 8 5 8 年意大利工程师门那布勒( m e n a b r e a ) 在发表 的研究论文中着眼于由波的传播引起的压力变化，并利用能量原理，在考虑管壁 和流体弹性的条件下导出了波速公式；1 8 9 8 年，美国工程师弗里泽尔( f r i z e l ) 发表了题为“管道中流速变化产生的压力”的论文，导出了水锤波速和由于流速 突然变化产生压力的公式，并讨论了分叉管波的反射以及连续波对速度的影响问 题：俄国科学家如科夫斯基在理论研究和大量实验的基础上于1 8 9 8 年发表了“管 4 河海大学博士学位论文 道中的水锤”著名论文，建立了著名的如科夫斯基公式，并讨论了压力波沿管道 传播和压力波在出流端点的反射。此后，意大利工程师阿列维于1 9 0 2 年发表了 关于水锤理论的论文，他在理论分析的基础上解决了间接水锤的问题。1 9 3 1 1 9 6 2 年，广泛采用施奈德( s c l l l l y d o r ) 和波格龙( b e r g e r o m ) 提出的图解法，1 9 6 2 年以后，由于电子计算机的普及和科学技术的发展，便于电算的特征线法和隐含 法逐步取代了图解法。由斯特里特( s 订e e t e r ) 和怀利( w y l i e ) 提出盼特征线法， 将考虑摩阻的偏微分方程沿特征线转换为微分方程，然后近似变换为差分方程进 行数值计算，此方法计算精度高、稳定且便于编程电算，但此方法要求系统的所 有部分必须使用同一时间增量值，故计算中尚需采用内插法或刚化短管法等进行 相应的涧整。而隐含法则是将包含管道摩阻的水锤偏微分方程变换为隐式差分， 然后用联立方程进行数值计算，该方法选择时间增量不受任何限制，但对瞬态变 化急剧的情况会产生较大的误差。此后，相继出现了一批以创造与改进水击和系 统压力计算方法为主的论著。1 9 7 5 年，由克里夫琴柯( k 凹b y e h k ) 主编的水 电站动力装置中的过渡过程集中反映了苏联学者在水轮机装置过渡过程领域的 研究成果。随着计算机的应用，给水击的研究开辟了新的途径，大大提高了过渡 过程的求解能力。美国学者怀利( w y l i e ) 和斯特里特( s t r c e t e r ) 在合著瞬交 流( h y d r a u j i ct r a n s i e n t s ) 一书中，不仅系统介绍了各种水力装置过渡过程的 求解理论与模式，还给出了相应的计算机解法。随后，由于计算机技术的高速发 展，在水锤理论进一步发展和完善的基础上，突破了水力过渡过程计算中的许多 难关，如复杂管路系统【7 一、水柱分离、摩擦影响水力机械特性、调压室水位 波与水锤的联合分析等。随着对水力机组过渡过程的研究向纵深发展，许多新 课题如抽水蓄能电站过渡过程特性及调节控制、反水锤和水力共振、液柱分离与 气体释放等问题有待探索和解决，其成果具有重大的理论意义和实际应用价值。 1 2 2 可逆式机组过渡过程研究概况及分析1 4 】 目前国内外对水力机组过渡过程的研究主要集中于某一工况下的水力过渡 过程，如抽水工况的起动和停泵和发电工况的甩负荷等过渡过程( 9 3 9 6 川们，研究 的重点是根据机组和管路等参数及其它边界条件、初始条件进行过渡过程计算， 对设计方案进行校核，而对过渡过程中的调节控制问题研究还处于起步阶段。 第一章绪论 一阀调节理论的研究与发展 抽水蓄能电站机组工况调节过渡过程控制问题实质是在一定的初始条件和 边界条件下实现对系统的控制以达到预定目标的工程反问题，其研究起源于阀调 节问题，也即在规定了瞬变的持续时间或瞬变中的最大( 最小) 压力限的情况下 计算为完成此任务而需的t s 曲线。关于控制瞬变流阀门关闭方案的研究工作 早在半个多世纪前就已经开始：印p 和b e r g e r o n 分别在1 9 3 7 年和1 9 4 9 年建立 了阀调节方法：先将注意力集中在系统中的一根管上，并十分仔细地建立它的瞬 时变化，然后使系统的其余部分适应这个所选瞬变，同时计算系统的端部边界条 件。到1 9 6 3 年一种无摩擦调节的完整处理方法开始建立，它能在阀运动停止后 消除最终瞬变。s 廿e e t e r 和w y l