《基於空間曲面的水泵水輪機全特性及過渡過程的研究》是依託武漢大學，由楊建東擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：基於空間曲面的水泵水輪機全特性及過渡過程的研究
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：楊建東
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
水泵水輪機國產化和機組運行穩定性是制約我國抽水蓄能事業發展的主要因素，而深入研究以非線性和統計性為特徵的水泵水輪機全特性，以可逆性和失控性為特徵的過渡過程與控制是突破制約的重要途徑。本研究從空間曲面全新視角觀察和描述全特性及基於全特性的過渡過程。綜合數學、力學、控制論等多學科知識，從理論分析、模型試驗、數學模擬和控制策略等多層面研究水泵水輪機全特性空間曲面的表征與構建、基於全特性的過渡過程數學仿真理論和算法、保證運行穩定性的非線性控制策略，力爭揭示水泵水輪機全特性的非線性水力和動力特性，闡明水泵水輪機全特性空間曲面的變化規律，建立基於水泵水輪機全特性空間曲面的過渡過程數學仿真平台，提出基於水泵水輪機全特性空間曲面的非線性控制策略。成果為任意比轉速水泵水輪機全特性空間曲面的數學描述、全特性資料庫和預測軟體、具有自主智慧財產權的過渡過程計算分析軟體、保證機組高效穩定運行的控制策略。
結題摘要
為了滿足我國抽水蓄能電站設計和運行的需求，針對過渡過程關鍵問題開展相應的套用基礎研究。與國內外同類工作相比，其突出的進展是：①論證了水泵水輪機全特性空間曲面表征方式的優越性，其一：坐標平面將整個空間分為8個象限，全特性曲線按其工作區域占據5個象限；其二：參數方程表示的空間曲面，使得多值問題不復存在；其三：同一點坐標分量的基函式相同，有效地解決了對應性問題。由此，揭示了全特性的非線性水力特性與動力特性，實現了全特性空間曲面的重構。②收集了32套國內外水泵水輪機全特性資料，提取了特徵點及空間曲面與坐標平面的特徵交線；研究了特徵點與比轉速的相關性及變化規律；建立了特徵交線隨導葉開度、單位參數變化的相關性模型，得出了特徵交線的半經驗半理論表達式。從而闡明了不同比轉速水泵水輪機全特性空間曲面的變化規律，開發了任意比轉速水泵水輪機全特性構造軟體，實現了全特性精細化的模擬。③提出了適用於任意複雜管網系統非恆定流計算的廣義特徵線法，提高了計算精度和計算效率；基於水泵水輪機空間曲面的機組數學模型，引入轉速偏差函式，證明了疊代求解的唯一性；根據工況軌跡線的位置，採用壓力脈動等值圖插值方式，模擬過渡過程中的壓力脈動，總趨勢與實測一致；開發了一維管道和三維水輪機耦合的計算模型，既能考慮機組動態特性，又可節省計算資源。由此，建立了基於水泵水輪機全特性空間曲面的過渡過程數學仿真平台。④提出了基於水泵水輪機全特性空間曲面的非線性控制策略，包括大波動的導葉關閉規律最佳化，小波動的非線性控制策略；探討了有/無調壓室調節系統的穩定性與調節品質，及飛逸工況穩定性條件。其中：延時+快關的導葉關閉規律在惠州抽水蓄能電站反演分析中得到套用；飛逸工況穩定性判據，為剖析不同反S特性水泵水輪機模型實驗發散和收斂相反結果的機理提供理論依據。⑤建成了國內外首座抽水蓄能電站過渡過程整體模型實驗平台，開展了機組相繼甩負荷、導葉拒動下飛逸工況等在原型電站無法承擔風險的實驗，為本項目研究及電站設計和運行中關鍵技術的突破提供了大量的、難得的實驗數據。本項目發表文章57篇，其中國際刊物13篇，SCI檢索14篇，EI檢索14篇；取得3項軟體著作權、1項發明專利和6項實用新型專利；8名博士生和16名碩士生參與研究，完成了4篇博士論文和11篇碩士論文；並廣泛地開展了國際合作與交流。到達了預期的目的。
