王 苗，張小瑩，周天馳，張曉煒

(1.新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 昌吉 831100；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，烏魯木齊 830052；3.中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，杭州 310000)

0 引 言

由于地形地質(zhì)條件的限制，很多水電站常常采用明渠結(jié)合有壓管道的引水系統(tǒng)布置形式，這在中小型電站中尤為常見(jiàn)[1]，此類(lèi)電站又稱無(wú)壓引水式電站。為了滿足上游河道的灌溉要求或者通航要求，無(wú)壓引水式電站引水明渠的水位和流量變化往往較大，一般定槳式機(jī)組的高效區(qū)難以涵蓋較大的水頭區(qū)間，因此此類(lèi)電站通常安裝軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)，以利用不同水頭和流量組合，提高發(fā)電效率[2]。

與混流式水輪機(jī)或者軸流定漿式水輪機(jī)相比，軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的槳葉和導(dǎo)葉能隨著水頭和流量的變化而相應(yīng)的開(kāi)大或者關(guān)小，保證機(jī)組一直運(yùn)行在高效率區(qū)，提高發(fā)電量。但是當(dāng)電站發(fā)生甩負(fù)荷時(shí)，由于槳葉調(diào)節(jié)的存在，其關(guān)閉方式與定槳式水輪機(jī)有所不同：槳角開(kāi)度變化的存在相當(dāng)于關(guān)閉規(guī)律多了一個(gè)維度。所以無(wú)論是關(guān)閉規(guī)律選擇還是優(yōu)化方面，采用軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組的水電站水力過(guò)渡過(guò)程計(jì)算都較定槳式復(fù)雜。

近些年，國(guó)內(nèi)許多學(xué)者在軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)過(guò)渡過(guò)程方面做了很多研究[3-5]，在特性曲線處理方面，張蓉生[6]分析了傳統(tǒng)幾何方法處理綜合特性曲線的二重性，引入德洛內(nèi)三角網(wǎng)剖分方法對(duì)數(shù)據(jù)插值，該方法能夠較好地處理轉(zhuǎn)槳式機(jī)組的協(xié)聯(lián)曲線。在軸向水推力方面，彭小東[7]給出了采用軸流式機(jī)組的水電站在過(guò)渡過(guò)程計(jì)算中應(yīng)當(dāng)注意的問(wèn)題，討論了軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組的蝸殼長(zhǎng)度直徑當(dāng)量計(jì)算的方法以及軸流式機(jī)組的力矩、流量和軸向水推力的仿真計(jì)算方法。目前對(duì)其關(guān)閉規(guī)律的選擇和優(yōu)化方面研究較少，而在水電站調(diào)節(jié)保證計(jì)算中，合適的導(dǎo)葉-槳葉動(dòng)作方式可以起到改善蝸殼壓力、降低機(jī)組轉(zhuǎn)速、減小軸向抬機(jī)力的作用，這是一種低成本而又高效的優(yōu)化手段。

本文通過(guò)理論分析轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的協(xié)聯(lián)飛逸曲線，結(jié)合實(shí)際工程實(shí)例，分別使用槳葉關(guān)閉、槳葉不動(dòng)以及槳葉開(kāi)啟的動(dòng)作規(guī)律(3種動(dòng)作規(guī)律中導(dǎo)葉均一段直線關(guān)閉)，計(jì)算甩負(fù)荷時(shí)蝸殼末端壓力和機(jī)組轉(zhuǎn)速上升率，據(jù)此選擇合適的槳葉動(dòng)作方式。在確定電站甩負(fù)荷時(shí)槳葉動(dòng)作方式之后，采用可以用于多控制工況的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律優(yōu)化非線性模型，運(yùn)用模擬退火算法優(yōu)化轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)導(dǎo)葉的兩段折線關(guān)閉規(guī)律，最后得到較優(yōu)的導(dǎo)葉槳葉協(xié)聯(lián)關(guān)閉規(guī)律。

1 協(xié)聯(lián)關(guān)閉規(guī)律選擇

1.1 理論分析

安裝混流式機(jī)組的水電站發(fā)生甩負(fù)荷過(guò)渡過(guò)程時(shí)，導(dǎo)葉動(dòng)作方式有一段直線關(guān)閉、兩段直線關(guān)閉[8](先快后慢應(yīng)用于低比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)，先慢關(guān)后快關(guān)應(yīng)用于高比轉(zhuǎn)速水輪機(jī))、多段直線關(guān)閉[9]等；安裝可逆式機(jī)組的抽水蓄能電站中，除了以上關(guān)閉規(guī)律之外，還有先延遲再直線關(guān)閉的關(guān)閉規(guī)律[10]，其原因主要是考慮了可逆式機(jī)組S區(qū)的反水泵效應(yīng)?？偠灾?，水電站導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律的選擇應(yīng)該根據(jù)電站布置情況和水輪機(jī)特性進(jìn)行綜合考慮和具體分析。

轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的槳葉和導(dǎo)葉均可動(dòng)作，由于槳葉調(diào)節(jié)的加入，轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的甩負(fù)荷過(guò)渡過(guò)程與常規(guī)定槳式差別較大，所以其關(guān)閉規(guī)律選擇較為復(fù)雜。一般工程中發(fā)生甩負(fù)荷時(shí)，機(jī)組常用的關(guān)閉規(guī)律是在機(jī)組導(dǎo)葉快速關(guān)閉以快速削減水流，而槳葉也同時(shí)緩慢關(guān)閉。下面通過(guò)分析轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的協(xié)聯(lián)飛逸曲線圖，從理論上選擇適合軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組的較優(yōu)導(dǎo)葉-槳葉動(dòng)作方式。

圖1中為某軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的協(xié)聯(lián)飛逸曲線圖，圖1中實(shí)線為槳葉開(kāi)度線，從左到右依次增大，而虛線為導(dǎo)葉開(kāi)度線，從下到上依次增大。分析如下：對(duì)于同樣的導(dǎo)葉開(kāi)度，槳葉開(kāi)啟的越大時(shí)，水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速越低；對(duì)于同樣的槳葉開(kāi)度，導(dǎo)葉開(kāi)啟的越大時(shí)，水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速越高。所以在甩負(fù)荷過(guò)渡過(guò)程中，若導(dǎo)葉關(guān)閉的同時(shí)，槳葉快速開(kāi)啟，在導(dǎo)葉完全關(guān)閉之前，槳葉開(kāi)度達(dá)到最大值，機(jī)組最大轉(zhuǎn)速上升率將會(huì)降低。

圖1 某軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的協(xié)聯(lián)飛逸曲線圖Fig.1 Runaway curve of a Kaplan turbine

根據(jù)上述分析，可以對(duì)轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)提出一種新的關(guān)閉規(guī)律：當(dāng)電站發(fā)生甩負(fù)荷時(shí)，導(dǎo)葉一段直線或者兩段直線快速關(guān)閉，槳葉一段直線開(kāi)速開(kāi)啟。由軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的特點(diǎn)可知，這種關(guān)閉規(guī)律能夠大大降低甩負(fù)荷過(guò)程中的機(jī)組轉(zhuǎn)速和水錘壓力。為了驗(yàn)證以上分析的正確性，采用特征線法[11]，基于某一工程實(shí)例進(jìn)行甩負(fù)荷過(guò)渡過(guò)程數(shù)值仿真計(jì)算。

1.2 實(shí)例驗(yàn)證

基本資料：某明渠引水式水電站裝有3臺(tái)卡普蘭式(軸流轉(zhuǎn)槳)水輪機(jī)，總裝機(jī)140 MW，采用單管單機(jī)的布置形式，水輪機(jī)的額定水頭22.5 m，額定流量227.5 m3/s，額定轉(zhuǎn)速125 r/min，額定出力48.11 MW。輸水系統(tǒng)包括引水明渠、前池、壓力鋼管、尾水管、尾水池、尾水明渠等。其中引水渠長(zhǎng)約560 m，寬40～150 m，尾水渠長(zhǎng)約382 m，寬90 m。

調(diào)保計(jì)算要求：蝸殼末端最大壓力不超過(guò)55 m，機(jī)組轉(zhuǎn)速最大上升率小于50%，尾水管進(jìn)口最小壓力不低于-8 m。電站運(yùn)行控制工況如下：

工況一：上游水位為校核洪水位78.90 m，下游水位為校核洪水位60.30 m，3臺(tái)機(jī)組以最大出力運(yùn)轉(zhuǎn)，某一時(shí)刻，所有機(jī)組同時(shí)甩全部負(fù)荷。該工況為蝸殼末端壓力的控制工況。

工況二：上游水位為75.00 m，下游水位為全廠機(jī)組滿發(fā)尾水位51.75 m，3臺(tái)機(jī)組額定水頭，額定流量，以額定出力運(yùn)轉(zhuǎn)，某一時(shí)刻，所有機(jī)組同時(shí)甩全部負(fù)荷。該工況為機(jī)組轉(zhuǎn)速上升率的控制工況。

仿真計(jì)算模型中包含引水明渠、前池、壓力鋼管、機(jī)組、尾水管、尾水池、尾水明渠。本水電站發(fā)生甩負(fù)荷時(shí)導(dǎo)葉的關(guān)閉時(shí)間較短(10 s以內(nèi))，在這個(gè)很短的時(shí)間內(nèi)，前池水位升高，尾水池水位降低，但變化幅度均很小(經(jīng)計(jì)算不到0.1 m)。導(dǎo)葉關(guān)閉之后，前池和尾水池中的水位呈現(xiàn)出周期性的波動(dòng)并逐漸衰減，其中前池波動(dòng)幅度約1.7 m，波動(dòng)周期約270 s，尾水池波動(dòng)幅度和周期略小于前池。由于前池和尾水池水位波動(dòng)幅度遠(yuǎn)小于導(dǎo)葉關(guān)閉引起的水錘壓力，且水位波動(dòng)周期遠(yuǎn)大于水錘周期，所以前池和尾水池的水位波動(dòng)對(duì)調(diào)節(jié)保證極值沒(méi)有影響。

根據(jù)大量試算，水輪機(jī)導(dǎo)葉采用8 s一段直線關(guān)閉規(guī)律較為合適。在此基礎(chǔ)之上，采用不同的槳葉動(dòng)作規(guī)律對(duì)工況1和工況2進(jìn)行過(guò)渡過(guò)程計(jì)算，工況1槳葉初始開(kāi)度為4.14°，工況2槳葉初始開(kāi)度為8.67°。

槳葉動(dòng)作規(guī)律1：30 s一段直線關(guān)閉，關(guān)閉至-14°；

槳葉動(dòng)作規(guī)律2：始終保持開(kāi)度不變；

槳葉動(dòng)作規(guī)律3：30 s一段直線開(kāi)啟，開(kāi)啟至14°。

不同槳葉動(dòng)作規(guī)律的計(jì)算結(jié)果如表1及圖2～5所示。

表1 不同槳葉動(dòng)作情況下計(jì)算結(jié)果Tab.1 Calculation results under different blades actions

圖2 蝸殼末端壓力隨時(shí)間變化圖(工況一)Fig.2 Pressure change with time at the volute end (condition 1)

圖3 機(jī)組相對(duì)轉(zhuǎn)速隨時(shí)間變化圖(工況一)Fig.3 Relative speed change with time of the unit (condition 1)

圖4 蝸殼末端壓力隨時(shí)間變化圖(工況二)Fig.4 Pressure change with time at the volute end (condition 2)

圖5 機(jī)組相對(duì)轉(zhuǎn)速隨時(shí)間變化圖(工況二)Fig.5 Relative speed change with time of the unit (condition 2)

由表和圖可以看出：當(dāng)水輪機(jī)導(dǎo)葉采用相同的一段直線關(guān)閉規(guī)律，槳葉依次采用開(kāi)啟、不動(dòng)作、關(guān)閉的動(dòng)作方式時(shí)，機(jī)組最大轉(zhuǎn)速上升率有了明顯的降低，而蝸殼末端最大壓力有了微小的升高(槳葉30 s開(kāi)啟與30 s關(guān)閉相比，機(jī)組最大轉(zhuǎn)速上升率從54.37%下降到46.64%，下降了14%；蝸殼末端最大壓力從54.30 m上升到了56.20 m，僅僅上升了3.38%)。

機(jī)組最大轉(zhuǎn)速上升率下降的原因是因?yàn)樵跇~開(kāi)度較大情況下，機(jī)組的飛逸轉(zhuǎn)速較小，由此可以推測(cè)：甩負(fù)荷過(guò)渡過(guò)程中，槳葉開(kāi)啟越快，機(jī)組轉(zhuǎn)速上升率的降幅越大。所以采用槳葉開(kāi)啟的方式，雖然在一定程度上會(huì)造成蝸殼末端壓力上升，但其增加值與機(jī)組轉(zhuǎn)速最大上升率的降低值相比小了很多，若將導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間縮短，可以達(dá)到同時(shí)改善兩者的效果。因此該槳葉動(dòng)作方式總體來(lái)說(shuō)對(duì)水電站調(diào)保計(jì)算是有利的。

下面通過(guò)機(jī)組流量分析壓力上升原因。圖6為某一固定槳葉開(kāi)度下的綜合特性曲線圖，圖7～8分別為兩個(gè)工況下過(guò)渡過(guò)程計(jì)算中流量變化過(guò)程線。

圖6 某一固定槳葉開(kāi)度下綜合特性曲線Fig.6 Turbine synthetic characteristic curve in a fixed blade opening

圖7 機(jī)組流量變化圖(工況一)Fig.7 Unit flow change with time (condition 1)

圖8 機(jī)組流量變化圖(工況二)Fig.8 Unit flow change with time (condition 2)

從綜合特性曲線圖中可以看出，該水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速較高，對(duì)于相同導(dǎo)葉開(kāi)度，單位轉(zhuǎn)速越大，單位流量越大，因此理論上適合采用先快后慢的關(guān)閉規(guī)律。而由兩個(gè)工況的流量變化圖可以看出，槳葉開(kāi)啟與槳葉關(guān)閉相比，其流量減小規(guī)律略微呈現(xiàn)出先慢后快的特點(diǎn)，這對(duì)蝸殼末端最大壓力不利。

綜上所述，在甩負(fù)荷過(guò)渡過(guò)程中，在導(dǎo)葉關(guān)閉的同時(shí)槳葉快速開(kāi)啟可以明顯降低機(jī)組轉(zhuǎn)速上升，而蝸殼末端最大壓力略微增加。通過(guò)選用合理的導(dǎo)葉關(guān)閉與槳葉開(kāi)啟規(guī)律，可以有效地平衡蝸殼末端最大壓力和機(jī)組最大轉(zhuǎn)速上升率，使兩者均有較大的安全裕量。

2 導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律優(yōu)化

機(jī)組導(dǎo)葉采用兩段折線關(guān)閉規(guī)律通常能夠同時(shí)降低甩負(fù)荷過(guò)程中的蝸殼末端最大壓力和機(jī)組最大轉(zhuǎn)速，但兩段折線關(guān)閉規(guī)律涉及的變量多，變量取值范圍廣。常規(guī)的優(yōu)化方法是隨機(jī)選擇幾組不同的關(guān)閉規(guī)律進(jìn)行仿真計(jì)算，然后選擇計(jì)算結(jié)果較好的那組關(guān)閉規(guī)律作為實(shí)際工程使用，這種方式無(wú)疑具有很大盲目性，選擇結(jié)果的優(yōu)良主要依賴于設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)。為了解決這一問(wèn)題，本節(jié)采用一種非線性的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律的優(yōu)化模型，通過(guò)一種智能優(yōu)化方法----模擬退火優(yōu)化算法，對(duì)上一節(jié)中初步計(jì)算得到的導(dǎo)葉-槳葉協(xié)聯(lián)動(dòng)作規(guī)律進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，得出符合調(diào)保計(jì)算的較優(yōu)動(dòng)作規(guī)律。

2.1 優(yōu)化模型

評(píng)價(jià)函數(shù)：

(1)

式中：Hv，con、Nt，con、Ht，con分別是機(jī)組蝸殼最大內(nèi)水壓力、機(jī)組轉(zhuǎn)速最大上升率、尾水管最小內(nèi)水壓力的控制值；Hmax、Nmax、Hmin分別是蝸殼最大內(nèi)水壓力、機(jī)組轉(zhuǎn)速最大上升率、尾水管最小內(nèi)水壓力的計(jì)算值；a，b，c分別3個(gè)調(diào)保參數(shù)的權(quán)重系數(shù)；k為評(píng)價(jià)值放大系數(shù)；E為關(guān)閉規(guī)律的評(píng)價(jià)值。

由于蝸殼末端最大壓力和機(jī)組轉(zhuǎn)速最大上升率可能發(fā)生在不同的工況中，所以優(yōu)化計(jì)算應(yīng)該采用可以進(jìn)行多工況計(jì)算的優(yōu)化模型：

Hmax=(Hmax,1,Hmax,2,…,Hmax,n)

Nmax=(Nmax,1,Nmax,2,…,Nmax,n)

Hmin=(Hmin,1,Hmin,2,…,Hmin,n)

(2)

式中：n是參與優(yōu)化計(jì)算的工況個(gè)數(shù)；Hmax，i，Nmax，i，Hmin，i分別是各個(gè)工況下計(jì)算出來(lái)調(diào)節(jié)保證計(jì)算指標(biāo)值(i的取值范圍為1～n)；Hmax，Nmax，Hmin分別是所有工況中相應(yīng)調(diào)節(jié)保證計(jì)算指標(biāo)的最大值[12]。

2.2 模擬退火算法

模擬退火算法是一種新型的多目標(biāo)優(yōu)化計(jì)算方法，在諸多領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用，其中水利領(lǐng)域中的水資源優(yōu)化配置[13]、梯級(jí)水電站調(diào)度[14]等復(fù)雜問(wèn)題的優(yōu)化計(jì)算有較好應(yīng)用效果。由于篇幅限制，算法的具體優(yōu)化原理和計(jì)算步驟可見(jiàn)參考文獻(xiàn)[12]，這里不再詳述。

2.3 優(yōu)化計(jì)算

下面基于水輪機(jī)導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律優(yōu)化模型和模擬退火算法，對(duì)兩段直線導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律進(jìn)行優(yōu)化(槳葉均采用30 s一段直線開(kāi)啟的動(dòng)作規(guī)律)。

優(yōu)化算法的參數(shù)設(shè)定為：初始溫度設(shè)置為1 000 ℃，每個(gè)溫度值下優(yōu)化3次，結(jié)束溫度設(shè)置為5 ℃。即初始狀態(tài)溫度設(shè)定為1 000 ℃，在該溫度下隨機(jī)給定一個(gè)兩段折線關(guān)閉規(guī)律，進(jìn)行過(guò)渡過(guò)程計(jì)算，并采用評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算評(píng)價(jià)值，作為初始條件。接著在當(dāng)前關(guān)閉規(guī)律的基礎(chǔ)之上，在一定范圍內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)新的兩段折線關(guān)閉規(guī)律，并進(jìn)行過(guò)渡過(guò)程計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果計(jì)算評(píng)價(jià)值，若新評(píng)價(jià)值比原評(píng)價(jià)值好，則接受新的兩段折線關(guān)閉規(guī)律為當(dāng)前溫度下的最優(yōu)解，否則按照一定概率拒絕接受新的兩段則先關(guān)閉規(guī)律(此概率與狀態(tài)溫度有關(guān)，溫度越高，此概率越大)。在該溫度下進(jìn)行3次優(yōu)化計(jì)算，然后根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的冷卻進(jìn)度表降低狀態(tài)溫度。在新?tīng)顟B(tài)溫度下進(jìn)行3次以上優(yōu)化過(guò)程，然后繼續(xù)降低狀態(tài)溫度，最終停止優(yōu)化的條件是狀態(tài)溫度降低至5 ℃。

根據(jù)2.2節(jié)的計(jì)算可知，由于該電站尾水管比較短，尾水管進(jìn)口最小壓力在導(dǎo)葉采用直線關(guān)閉規(guī)律時(shí)已經(jīng)滿足調(diào)節(jié)保證計(jì)算要求，所以優(yōu)化函數(shù)中可以剔除尾水管進(jìn)口最小壓力這一項(xiàng)。而此電站中的蝸殼末端最大壓力和機(jī)組最大轉(zhuǎn)速上升率均是比較重要的控制指標(biāo)，所以兩者的權(quán)重系數(shù)給相同大小。

為了保證優(yōu)化計(jì)算結(jié)果的可靠，分別采用3個(gè)不同的初始關(guān)閉規(guī)律U01=(7，8，0.4)、U02=(9，8，0.4)、U03=(8，8，0.7)進(jìn)行多次計(jì)算，優(yōu)化結(jié)果如圖9所示。

圖9 3次優(yōu)化計(jì)算得到的關(guān)閉規(guī)律示意圖Fig.9 Three closing laws obtained by optimization calculation

根據(jù)示意圖可知3個(gè)不同初始關(guān)閉規(guī)律優(yōu)化計(jì)算得到的結(jié)果基本一致：Ub1=(4.40，17.41，0.57)、Ub2=(4.71，16.28，0.57)、Ub3=(4.60，17.47，0.58)，說(shuō)明優(yōu)化計(jì)算是可靠和穩(wěn)定的。對(duì)比3個(gè)優(yōu)化計(jì)算結(jié)果，無(wú)論初始關(guān)閉規(guī)律給定的是一段直線關(guān)閉還是分段直線關(guān)閉，無(wú)論給定的初始折點(diǎn)開(kāi)度是多少，通過(guò)模擬退火算法計(jì)算，都可以優(yōu)化得到相近似的結(jié)果，這說(shuō)明優(yōu)化計(jì)算的過(guò)程是穩(wěn)定的。將Ub1、Ub2、Ub33種折線關(guān)閉規(guī)律分別帶入工況一和工況二中進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算，計(jì)算得到的結(jié)果如表2所示：

表2 不同關(guān)閉規(guī)律情況下的計(jì)算結(jié)果Tab.2 Calculation results under different closing laws

對(duì)比表2和表1可以看出，使用模擬退火算法優(yōu)化得到的導(dǎo)葉-槳葉協(xié)聯(lián)關(guān)閉規(guī)律，兩個(gè)控制工況下的蝸殼末端最大壓力與機(jī)組轉(zhuǎn)速最大上升率均有明顯下降，且安全裕量分配較為合理。從圖10中可以看出，導(dǎo)葉快關(guān)造成的第一波水錘壓力最大值和導(dǎo)葉慢關(guān)造成的第二波水錘壓力最大值基本接近，進(jìn)一步說(shuō)明優(yōu)化得到的關(guān)閉規(guī)律是合理的，能夠?qū)⒄麄€(gè)導(dǎo)葉關(guān)閉期間的蝸殼水錘壓力控制的較為平均。

圖10 蝸殼進(jìn)口壓力隨時(shí)間變化圖(工況一)Fig.10 Pressure change with time at the volute end (condition 1)

根據(jù)以上優(yōu)化計(jì)算過(guò)程可以得到適合該軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組的甩負(fù)荷協(xié)聯(lián)關(guān)閉規(guī)律，采用這種關(guān)閉規(guī)律，調(diào)保計(jì)算指標(biāo)能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)分析軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)飛逸曲線的特點(diǎn)，提出一種適合轉(zhuǎn)槳式機(jī)組的協(xié)聯(lián)關(guān)閉規(guī)律，并結(jié)合工程實(shí)例，采用數(shù)值模擬手段，證明了該關(guān)閉規(guī)律的可行性。最后，采用多工況非線性優(yōu)化模型和模擬退火智能算法對(duì)提出的協(xié)聯(lián)關(guān)閉規(guī)律進(jìn)行優(yōu)化，得到調(diào)節(jié)保證計(jì)算參數(shù)安全裕量分配較為合理協(xié)聯(lián)關(guān)閉規(guī)律。結(jié)果表明：

(1)轉(zhuǎn)槳式機(jī)組發(fā)生甩負(fù)荷時(shí)，槳葉開(kāi)啟、導(dǎo)葉關(guān)閉的協(xié)聯(lián)動(dòng)作方式可以大大降低機(jī)組轉(zhuǎn)速最大上升率，而蝸殼末端壓力會(huì)有略微上升，但上升幅度很小。

(2)通過(guò)非線性優(yōu)化模型，采用模擬退火算法可以對(duì)新型協(xié)聯(lián)關(guān)閉規(guī)律進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，優(yōu)化結(jié)果能夠很好地滿足調(diào)節(jié)保證計(jì)算的控制要求，且安全裕量分配較為合理。

此外，本文提出此種關(guān)閉規(guī)律僅考慮了蝸殼末端最大壓力、機(jī)組轉(zhuǎn)速最大上升率以及尾水管進(jìn)口最小壓力三項(xiàng)調(diào)保計(jì)算指標(biāo)，實(shí)際上，轉(zhuǎn)槳式機(jī)組的軸向水推力問(wèn)題也很重要，關(guān)于該關(guān)閉規(guī)律會(huì)對(duì)機(jī)組軸向水推力產(chǎn)生何種影響將會(huì)進(jìn)一步研究。

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