抽水蓄能电站过渡过程特性及调节控制研究综述

5 水泵水轮机过渡过程5.1水泵水轮机过渡过程抽水蓄能电站的水道系统均较复杂，同时又要作水泵和水轮机两种工况运行，运行组合工况综合起来更多，再加上抽水蓄能机组的流量特性和力矩特性，故水泵水轮机过渡过程通常比常规水轮机过渡过程要复杂得多。

水泵水轮机正常运行时主要有水轮机工况、水泵工况、水轮机工况调相、水泵工况调相和旋转备用工况，各工况之间的互相转换以及机组在各工况下正常与事故停机等组合成20多个过渡过程工况。

实际上抽水蓄能电站关注的主要有水轮机工况甩负荷、水泵工况断电等几种工况。

5.1.1 水轮机工况甩负荷过程1图5-1 水轮机工况甩满负荷机组在四象限特性曲线中的运行轨迹水轮机工况甩负荷过程通常出现在电网或机组发生故障导致机组紧急停机时，这时导叶关闭或拒动引起水道系统产生水锤现象。

此时机组运行工况可能在水轮机工况区、水轮机制动工况区及反水泵工况区，其在流量特性曲线中的运行轨迹如图5-1所示，其中A→B→C→D为额定工况甩满负荷时导叶紧急关闭的运行轨迹，A→B→F→G为相应导叶拒动时的运行轨迹，并在E→G之间沿等导叶开度线上产生振荡。

图5-2 水轮机工况甩满负荷导叶拒动过渡过程曲线2图5-3 水轮机工况甩满负荷导叶快速关闭过渡过程曲线图5-2所示为额定工况甩负荷导叶拒动过渡过程工况下各参数的变化过程线，图5-3所示为额定工况甩负荷导叶快速关闭过渡过程工况下各参数的变化过程线。

由图5-2可以明显地看出，由于导叶拒动，机组转速快速上升，随着机组转速的快速上升，在机组转轮离心力的作用下、机组流量也随着快速下降，使机组转速上升越来越慢，进而使机组转速下降，此时由于转轮的制动作用引起的水锤压力在蜗壳进口达到最高，同时随着机组转速下降，转轮的制动作用随之减弱，流量开始增加，进而又引起机组转速上升，这样就进入一个压力、流量以及机组转速周而复始的变化循环。

因此在设计时应充分重视包括蜗壳进口压力在内的水道系统压力振荡以及机组流道内的压力振荡。

溪口抽水蓄能电站工程特点与关键技术研究水利部农村电气化研究所李志武八十年代末期，中国用电紧张的局面有所缓和，但电力供需矛盾并未根本缓解，不少电网电力供需矛盾由缺电量转为主要缺电力。

特别是在东南沿海地带，由于经济高速发展，电网峰谷差越来越大，而电网调峰能力有限，难以满足电网日益增大的调峰要求，严重影响了沿海地区持续、稳定发展。

在90年代初，中国已准备进行大型抽水蓄能电站建设，但由于一些地方电网所需调峰电量较小，技术经济比较后只需建设中小型抽水蓄能电站。

中国第一座中型纯抽水蓄能电站——溪口抽水蓄能电站，于1994年2月开工建设，1997年12月首台机组并网发电，1998年5月全部机组并网发电并投入商业运行。

电站充分发挥了调峰填谷的作用，在改善地方电网运行质量，提高电网运行安全、可靠性方面发挥了重要作用。

溪口抽水蓄能电站建成之后，中国又建成5座中小型抽水蓄能电站，还有的正在建设和规划中。

因此，溪口抽水蓄能电站对促进中国中小型抽水蓄能电站的开发起到了良好的示范作用。

1.工程规模及效益宁波溪口抽水蓄能电站位于浙江省奉化市溪口镇，距负荷中心宁波市仅39km，距奉化市25km，距奉化至宁波110kV输电线路奉化变电所13km。

溪口镇距上水库4km，距电站厂房及下水库2km。

电站总装机容量为80MW，由2台单机容量为40MW竖轴混流可逆式水泵水轮发电机组组成。

电站发电最大、最小（净）水头分别为268m和229m，设计水头为240m，发电最大引用流量19.69m3/s,水泵最大、最小扬程分别为276m和242m。

日发电量为40×104kW.h，日抽水用电量为54.8×104kW.h，日发电历时（折合满发）为5h，日抽水历时（折合满抽）为6.85h，年发电量为1.26×108kW.h，年抽水用电量1.72×108kW.h，总投资33500万元，每千瓦投资为4188元。

2.枢纽布置及主要建筑物工程枢纽主要建筑物有上水库、输水系统、厂房、升压开关站和下水库五部分组成，电站输水道总长与水头比值（L/H）为4.7。

分析400MW级大型抽水蓄能机组控制流程与控制策略0引言随着400MW级大型抽水蓄能机组国产化的逐步实现，计算机监控系统的国产化也日益成熟。

大型抽水蓄能机组的控制流程与控制策略应花大力气投入精力去研究，这对于提高计算机监控系统国产化的装备水平意义重大。

如今，一大批国产化的抽水蓄能机组相继投产，仙居电站375MW国内单机容量最大的抽水蓄能机组也在2016年实现了一年4投。

为此，本文结合机组特点和控制要求，分析总结已投产的抽水蓄能机组，就控制流程与控制策略展开研究，形成具有普遍指导意义的有关抽水蓄能机组的控制流程与控制策略的设计思路和方案。

1控制流程结构机组控制流程由启动条件和顺序控制两部分组成。

启动条件包括机组开机启动条件和工况转换条件。

机组开机设置启动条件，包括发电电动机、水泵水轮机、励磁、调速、开关设备、监控、保护、公用等系统均在正常状态及自动/远方位置、电站满足指定机组停机态至目标工况的启动条件。

工况转换设置转换条件，是根据选择的目标工况运行要求，对机组及辅助设备操作具备的条件进行检查。

当监控系统工作在“无人值班”(少人值守)的方式时，每个工况转换都要进行延时确认，满足转换条件时方可执行。

机组顺序控制分层设计，包括子流程的调用和子系统的控制。

子流程的调用是指将控制流程分解为若干子流程，机组的顺序控制是在设定好需要转换的稳态工况后，由系统自动调用相应的若干子流程来实现。

子系统的控制是指机组技术供水泵、高压油顶起泵、球阀油压装置、调速器油压装置等机组附属及辅助设备由独立PLC自行实现控制功能。

子系统的控制独立于子流程，由子流程根据逻辑进行调用。

2控制策略2.1并网策略抽水蓄能机组的控制流程应根据模型试验、机组型式、机组特点，在主机制造商提出的基本控制原则前提下开展设计，首先应能保障机组的安全并网、运行和控制功能的实现。

(1)控制流程执行机制。

机组控制流程的执行分两种方式，一种是分步执行，另一种是自动顺序控制。

抽水蓄能电站过渡过程调节控制计算模型研究
王林锁;索丽生;曹小红
【期刊名称】《水电能源科学》
【年(卷),期】2003(21)4
【摘要】应用阀调节原理,提出了抽水蓄能电站分叉管和并联管道系统过渡过程调节控制计算模型;针对有压瞬变"不可控"系统,首次提出了上游带调压室系统过渡过程限时调节控制和限压调节控制方法,经实例计算验证所提计算模型实用可行。

【总页数】3页(P75-77)
【关键词】抽水蓄能电站;过渡过程;调节控制;计算模型;阀调节原理;限时调节控制;限压调节控制
【作者】王林锁;索丽生;曹小红
【作者单位】扬州大学水利与建筑工程学院;河海大学水利水电工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TV743
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240抽水蓄能电站过渡过程特性的研究(巴西) B．Petry 等摘要 本文对装有可逆式水泵水轮机的抽水蓄能电站的过渡过程进行了研究。

根据现有描述过渡过程的方程式，建立了数学模型并应用于实践中。

真机试验与数学模型模拟结果的比较证实了数学模型的准确性。

同样的数学模型也可导出一系列可变系统参数的曲线、这些曲线提供了过渡过程响应数据，在初步设计阶段，这些数据可快速准确地评估过渡过程。

通常，水力系统的流态要变化到与机组的理想运行条件相匹配的流量。

在常规水电站和抽水蓄能电站中，通常因操作阀门、水泵的开启或关闭以及电力需求的变化引起水力条件的变化。

操作越快，过渡过程越苛刻。

因此，水力装置的设计必须考虑到过渡过程可能达到的极限压力和流量值。

在抽水蓄能电站中，考虑到其操作余量和频率控制能力，确定水力系统的过渡过程特性比传统水电站显得重要得多，因为电力需求的变化可能很快，且电站运行方式明显改进。

机组的关闭(作水泵或水轮机运行)或从水泵工况切换到水轮机工况都将引起很大的压力脉动。

为了分析这一现象，根据特征法建立了数学模型。

在水泵工况或水轮机工况，或从水泵工况切换到水轮机工况，该模型均能模拟单级水泵水轮机的运行。

图1 抽水蓄能电站示意图UR 一上游水库 HT 一引水渠 ST 一调压井(任意模式) PN 一压力钢管 UJ—上游枢纽站 UB i —机组前叉管PT i 一水泵水轮机 LB i 一机组后叉管 LJ—下游枢纽站 TT—尾水渠LR—下游水库图l 简要给出了一个抽水蓄能电站，并给出了部件结构。

数值分析当利用特征法和积分法变换时，连续方程和动量方程将导出一组特征方程，可联立求解以选择管道‘P’。

02)()(=Δ+−+−A A A A Q Q DAt f H H a gA Q Q (1) 02)()(=Δ+−−−B B B B Q Q DA t f H H agAQ Q (2)式中Q —流量H —压头f —Darcy-Weisbach 水头损失系数 D —管道直径241A —管道横断面面积 g —重力加速度 α—波速△t—时间增量下角P 系指特征管道网x-t 平面上‘P ’断面的未知条件，下角A 、B 系指上述时间间隔内‘A ’断面<上游>和‘B ’断面<下游>的已知条件。

改善水力机组过渡过程动态特性的优化措施内容摘要：简要介绍了水电站运行过程中出现的几种大波动过渡过程，以及过渡过程中出现的机组转速升高和水击压力升高的问题，并对优化过渡过程的措施进行了简单的介绍。

研究水力机组过渡过程特性，找出合理的调节控制方法，对于水电站的稳定、可靠和高效运行有着极其重要的意义。

1.大波动过渡过程概述水电站在日常运行过程中，由于工作条件经常变化使水轮机经常处于不同工况点之间的过渡过程中。

常规电站的典型过渡过程有：机组起动过渡过程；增减负荷过渡过程；甩负荷过渡过程；飞逸过渡过程；停机过渡过程；发电转调相过渡过程；其它事故过渡过程。

水电站的各种过渡过程尤其是大波动过渡过程，虽然历时比较短，但伴随着工况参数大幅度的急剧变化，由水流惯性与机器运动惯性引起很大的动态附加荷载和一系列复杂的物理现象，对水电站的运行安全及运行质量有着极其重要的影响。

因此，研究水力机组各种过渡过程的特性，找出合理的调节控制方法，对水电站的稳定、可靠和高效运行有着极其重要的意义。

在水电站大波动过渡过程中常见的问题是引水系统水击压力的增大和机组转速的上升问题。

因此调节保证计算的主要任务是根据水电站输水系统和水轮发电机组的特性，合理选择阀门或者导叶的调节时间和调节规律，进行水锤和机组转速变化计算，使两者均在允许的范围之内，并尽可能降低水锤压强。

机组的转速上升和最大水击压力都与导叶关闭速度有关。

导叶关闭越快，水压上升越大；导叶关闭越慢，转速上升越快。

因此，必须进行调节保证计算，寻找合理的关闭时间和关闭规律，使最大水击压力升高和转速上升值均在允许范围内。

但实际上，限制水击压力升高和限制机组转速升高的要求往往是相互制约的，矛盾的焦点是需要一个合适的导叶关闭时间T S,使转速上升和压力上升都符合设计规程的要求。

但是水电站无法找到合适的T S值时，就必须采取一系列调保措施来保证转速上升和压力上升都符合规程的要求，达到优化过渡过程的目的。

中国抽水蓄能电站综述
一、抽水蓄能电站介绍
抽水蓄能电站是指利用水位变化和蓄水池的变化来进行蓄能的发电站，其本质上是一种能源转换系统，既可以利用核能、燃气等现有能源产生电能，也可以把电能转换成水位变化来蓄存能量。

它具有空间占用小、能源
利用效率高、运行维护方便、功率容量可调等优点。

抽水蓄能电站包括水电厂和抽水蓄能电站两大类，其中水电厂主要采
用直接利用水位变化产生电能，而抽水蓄能电站则是利用蓄水池的变化进
行蓄能，也可以利用相关配套设施，使用水位变化来调节蓄水池的水位变化，从而实现蓄能。

二、中国抽水蓄能电站的发展情况
中国抽水蓄能电站的发展早在上世纪五十年代就开始了，至今已发展
成为全国规模最大的抽水蓄能电站。

目前，中国抽水蓄能电站数量已超过
数百座，安装容量约450万千瓦，是世界上规模最大、装机容量最多的抽
水蓄能电站。

除此之外，中国还拥有众多的小型抽水蓄能电站，总装机容
量接近200万千瓦，大大提高了国家的电力储备能力。

三、中国抽水蓄能电站的发展历程
（1）1955年—1970年：自上世纪五十年代开始，中国开始进行抽水
蓄能电站的实验建设，以改善能源结构。

抽水蓄能电站的功率调节与频率稳定性抽水蓄能电站是一种重要的可再生能源发电方式，它以其独特的功率调节和频率稳定性能，在电力系统中扮演着重要的角色。

本文将对抽水蓄能电站的功率调节和频率稳定性进行详细的探讨。

首先，我们来了解一下抽水蓄能电站的工作原理。

抽水蓄能电站利用电力系统的高峰低谷差价，通过将低谷时段的电能利用来抽水将水储存到高海拔水库中，而在高峰时段释放水能通过涡轮发电机组将水能转化为电能，从而实现电能的调峰和调频控制。

这种方式不仅可以有效平衡电力系统负荷，还能提高系统的频率稳定性。

在功率调节方面，抽水蓄能电站具有较高的灵活性和快速响应能力。

它可以根据电网需求实现即时启停，并在短时间内提供大功率调节服务。

这种特性使得抽水蓄能电站成为电力系统的重要调频资源。

当电力系统需求增加时，抽水蓄能电站可以迅速投入发电，增加供电能力；而当电力系统需求下降时，抽水蓄能电站可以停止发电，将多余电能转化为水能储存起来。

通过这样的调节方式，抽水蓄能电站可以在系统需求变化时实现动态调节，从而维持系统平衡。

此外，抽水蓄能电站还可以通过调整发电机组的运行模式实现功率的灵活调节。

通常情况下，抽水蓄能电站会采用水轮机和发电机的组合，从而实现电能转化。

而在调节功率时，抽水蓄能电站可以调整水轮机的工作方式，如改变流量或调整水轮机叶片的开度，从而实现功率的快速调节。

这种方式可以使抽水蓄能电站在电力系统的频率变化较大时，能够迅速适应并稳定系统频率。

关于频率稳定性，抽水蓄能电站在电力系统中发挥着重要作用。

当出现负荷突变或故障时，电力系统的频率可能发生剧烈波动，这将对系统的稳定性产生不利影响。

而抽水蓄能电站可以迅速响应系统频率变化，通过调整发电机组的运行，保持系统频率在合理范围内。

这种频率调节的能力使得抽水蓄能电站具备了平衡电力系统频率的关键作用。

此外，抽水蓄能电站还可以作为电力系统的削峰填谷资源。

电力系统常常存在用电高峰时段和用电低谷时段之间的不均衡问题，抽水蓄能电站可以通过负荷调节的方式，在低谷时段扩大发电规模，而在高峰时段减少发电规模，从而实现电力的平衡。

抽水蓄能机组功率调速的研究摘要：本文以抽水蓄能机组功率调速的研究为主题，系统地研究了抽水蓄能电站的工作原理、机组的功率调速特性及其关键技术。

首先，我们对抽水蓄能电站的工作原理进行了深入的理论分析，其次，我们研究了抽水蓄能机组的功率调速特性，通过建模和模拟，分析了各种因素对功率调速性能的影响。

最后，我们探讨了抽水蓄能机组功率调速的关键技术和挑战，提出了一些可能的改进方法和未来的研究方向。

关键词：抽水蓄能电站；功率调速；工作原理；关键技术；性能模拟引言随着可再生能源在全球电力系统中的使用日益增多，电力系统的调频能力变得尤为重要。

抽水蓄能电站作为一个重要的能量储存和调频设施，具有调节电网频率、优化电网结构和提高电网稳定性的能力。

抽水蓄能机组的功率调速性能是影响其效率和稳定性的关键因素，因此对其进行深入研究具有重要的理论和实际意义。

本文旨在通过对抽水蓄能机组功率调速的研究，提出改善其性能和效率的策略。

一、抽水蓄能电站的工作原理抽水蓄能电站是一种利用水能进行能量储存和发电的设施。

它采用了一种创新的工作原理，能够将多余的电能转化为潜在能量，然后在需要时将其转化为电能供应给电网。

1.1基本原理抽水蓄能电站的基本原理是利用高低水位差和水的重力势能来进行能量的转换。

电站通常建在山区或高地上，拥有一个上游水库和一个下游水库。

当电网供电过剩时，多余的电能会被利用来抽水，将水从下游水库抽升到上游水库，这样就将电能转化为潜在能量储存起来。

1.2电站的构成与工作模式抽水蓄能电站主要由水轮机、发电机、水泵和管道系统组成。

当电力需求增加时，电站会启动水轮机，通过释放上游水库中的水流来驱动发电机发电。

而在电力供应过剩时，电站则将电能用于驱动水泵，将水从下游水库抽升到上游水库，实现能量储存。

1.3抽水蓄能电站的作用和重要性抽水蓄能电站在能源领域具有重要的作用。

首先，它可以平衡电网的负荷需求，调节电力供应和需求之间的差异，确保电力系统的稳定运行。