考虑水泵水轮机三维瞬态流动的抽蓄电站水力系统过渡过程预测方法研究

近年来，为适应核电等低碳能源的大力发展和电网系统调峰填谷的迫切需求，抽水蓄能电站得到了迅猛发展。不同于单独的泵和水轮机，抽水蓄能电站的核心装备- - 可逆式水泵水轮机工况变换频繁，存在多种类型的过渡过程。机组在频繁的工况变换过程中会引起较大的高频压力脉动，严重地影响了机组的运行安全。但是目前工程中应用的一维特征线法却只能预测时均的压力脉动。为准确预测高频的压力脉动，本项目在已有水力调保计算方法基础上，充分考虑水泵水轮机内部的瞬态流动，研究基于一维特征线法与三维湍流计算耦合的水力预测方法；在三维流动计算中，充分考虑水体在大惯性条件下的可压缩性，建立水体弱可压缩的理论物理模型；并开展相应的模型试验研究，验证数值计算方法的可靠性,从而揭示过渡过程水泵水轮机的高频压力脉动的内部流动机理，为机组工程设计和稳定运行提供可靠的指导。

抽水蓄能电站是世界公认的可靠调峰电源，可以起到优化电源结构、确保电网安全、改善电力服务质量、实现电力系统节能减排和提高总体经济效益、环境保护和资源节约利用的作用。随着抽蓄机组向高水头、大容量的发展，水泵水轮机工况频繁变动的特性引起的过渡过程安全问题也日益引起人们的重视。本项目根据原定研究计划，对抽蓄电站水力系统过渡过程一维和三维耦合的预测方法进行了研究。具体包括：对水泵水轮机的多种工况、压力脉动、水弹性等进行了研究，与国内龙头企业通过项目合作的形式，对水泵水轮机模型机和原型机进行了试验研究，利用自有试验台，针对泵进行了瞬态研究，以对耦合方法进行验证。最后开发了考虑水力机械三维流动的瞬态耦合计算方法。