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项目年度编号
1900100621
中图分类号
TV743
成果公布年份
2019
成果简介
该项目属于水利工程学科。中国抽水蓄能电站装机容量位居世界第一。江苏省是抽水蓄能电站建设大省，已投运3座(260万kW)、在建1座(135万kW)，且有多座处于规划中。抽水蓄能电站在电网中承担调峰填谷、调频、调相等任务，机组启停与工况转换频繁，水力系统优化布置与过渡过程控制是提升电站效率和保障电站运行安全的关键技术。水道布置不佳，导致水头损失及运行成本增加；水力振动加剧，导致机组无法正常工作；过渡过程控制不当，导致压力超标、机组损毁等严重事故。这些问题的解决涉及水力、机械、电力等多系统，是抽水蓄能电站建设运行中的世界性难题。
在国家自然科学基金及省内外51座抽水蓄能电站重大科研项目支持下，项目团队历经二十余年科研攻关，形成了抽水蓄能电站水力系统优化布置及过渡过程控制的理论与技术体系，取得如下创新性成果：
1、发展了抽水蓄能电站水道优化设计与经济运行的理论和技术方法体系。搭建了抽水蓄能电站全流道水力优化实验平台，提出了电站进/出水口扩散角、分流墩和防涡梁优化设计准则，探明了进/出水口最小临界淹没深度和水库库盆冲刷防护范围，解决了输水发电系统双向流动整流与消涡难题；构建了调压室稳态、瞬态水力损失计算公式，提出了多工况运行、水力性能整体优化的调压室与岔管体型，提升了系统运行的经济性和可靠性。
2、研发了抽水蓄能电站过渡过程高精度仿真平台和过渡过程控制技术。建立了基于可逆机组全特性、瞬变流理论、发电机高阶模型的抽水蓄能电站水机电多场耦合模型，研发了系统过渡过程高精度仿真平台；确立了“一洞多机”流道布置原则与尾水调压室设置条件，发明了基于转速反馈信号及球阀导叶联动的事故关机方法，提出了电站相继甩负荷事故工况的控制技术，较大幅度降低了系统水锤压力，实现了抽水蓄能电站过渡过程安全控制。
3、首次提出了抽水蓄能电站自激振动控制和并网稳定分析理论。建立了输水发电系统自激振动解析模型，实现了振源与幅频特性反演分析；提出了可逆机组自激振动判别条件、明确了稳定运行区域；建立了多机组、多电站局域网并列模型与模块化稳定性分析方法，保障了站、网的安全稳定运行。
4、构建了抽水蓄能电站运行安全指标控制体系。提出了抽水蓄能电站水位“包络工况”与可逆机组导叶关闭规律“鲁棒性”定义，阐明了蜗壳压力、机组转速、调压室涌浪等安全指标与运行工况的内联机制；建立了组合工况下调压室涌浪极值水位预测公式、水力干扰下机组超出力计算公式，攻克了抽水蓄能电站过渡过程工况的复杂性与随机性难题。
成果经第三方评价，整体上达到国际领先水平；支撑3部国家行业规范及1部行业设计手册，获授权发明专利8项、软件著作权9项，出版专著4部，在国内外权威期刊发表论文124篇(SCI/EI检索55篇)。成果全面应用于江苏省所有已建、在建抽水蓄能电站，并推广于国内2/3以上抽水蓄能电站工程，产生了重大的经济社会与环境效益。
完成单位
河海大学
完成人
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