具体实施方式

为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方向，通过具体实施例对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，具体实施方法的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，所用到的术语仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明涉及一种全功率变频水轮机工况快速有功功率运行方法、系统和可读介质，包括：根据水轮机模型综合特性曲线，确定水轮机导叶开度值；获得水轮机在选定的导叶开度下机组转速变化限定范围；根据转速限定范围，确定水轮机功率限定变化幅值。通过全功率变频器输出功率阶跃变化，使机组转速发生相应快速变化，从而引起机组转动部分储存能量和水轮机有功功率输出能量相对电网而言发生同向增减的快速改变，实现有功功率快速响应。其解决了现有抽水蓄能机组水轮机工况和常规水轮机组发电运行方法之不足，为电力系统提供了一种具有毫秒级快速有功功率响应能力的水电机组运行方法。下面结合附图，通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例一

本实施例公开了一种全功率变频水轮机工况快速有功功率运行方法，包括以下步骤：

1、根据水轮机模型综合特性曲线，确定导叶开度。

获取水轮机模型综合特性曲线，如图1所示，水轮机模型综合特性曲线是以单位转速为纵坐标，以单位流量为横坐标而绘制的若干组等值曲线，其中包括(但不限于)等效率线，等开度线，等压力脉动线等。图中，等导叶开度线的开度a_oM1＜a_oM2＜a_oM3＜...＜a_oMn，等效率线中模型效率：η_M*1＞η_M*2＞η_M*3...＞η_M*n，等压力脉动线ΔH₁/H_M＜ΔH₂/H_M＜ΔH₃/H_M，A是飞逸特性曲线，η_M*＝0；B是允许的最大压力脉动幅值。在水轮机模型综合特性曲线上标注允许的最低等效率线、允许的最大等压力脉动线。找出各等开度线上与允许的最低等效率线和允许的最大等压力脉动线的交点，如图1中与最优导叶开度a_0-opt对应的三个标注点所示，其中一个●表示等开度线与允许的最低等效率线的交点，两个▲表示等开度线与允许的最大等压力脉动线的交点，选取其中两个既不低于最低水轮机模型效率和也不大于最大压力脉动幅值的交点，即●及其下方的▲，将单位转速较小值(对应于下方的▲)作为这个开度的最低单位转速n_11min，单位转速较大值(对应于●)作为这个开度的最高单位转速n_11，max。计算不同导叶开度对应的最低单位转速n_11，min和最高单位转速n_11，max分别对应的单位流量Q₁₁与模型效率η_M*乘积的差值，即计算|(Q₁₁×η_M*)_n11，min-(Q₁₁×η_M*)_n11，max|值，选择二者差值最大的等开度线对应的导叶开度，该导叶开度即为最终确定的导叶开度a_0T。

2、保持导叶开度a_0T不变，确定水轮机转速变化的限定范围，根据限定范围，确定水轮机功率限定变化幅值，用于全功率变频器输出功率阶跃变化。

在导叶开度为a_0T的等值线上，选择最小出力工况点(Q₁₁*η_M*)_n11min，和最大出力工况点(Q₁₁*η_M*)_n11max，从而获得变速运行时最低单位转速和最高单位转速，再根据变速运行时最低单位转速和最高单位转速获得转速变化限定范围。转速变化限定范围的计算公式为：

其中，n_P，max是选定导叶开度下原型转速变化上限，单位(r/min)；n_P，min是选定导叶开度下原型转速变化下限，单位(r/min)；n_11，max是选定导叶开度下变速运行时最高单位转速，单位(r/min)；n_11，min是选定导叶开度下变速运行时最低单位转速，单位(r/min)；D_P是转轮名义直径，H_P是运行水头。

最大水轮机功率限定变化幅值ΔP_Pmax的计算方法为：计算选定导叶开度a_0T下，变速运行时最低单位转速和最高单位转速分别对应的Q₁₁和η_M*值，并根据Q₁₁和η_M*值，分别计算变速运行时最低单位转速和最高单位转速分别对应的原型水轮机功率P_Pn11，min和P_Pn11，max，水轮机功率限定变化幅值ΔP_Pmax最大等于二者的差值。即：

其中，

其中，P_P是水轮机功率，γ_P是水的重度，η_P是水轮机原型效率，η_P＝η_M*+Δη_M*→P，Δη_M*→P为一常数，是模型换算至原型的效率修正值，H_P是运行水头，Q₁₁是单位流量。

全功率变频器输出功率的阶跃变化有单向调节模式和双向调节模式。在单向调节模式下，水轮机运行转速n_P选择在选定导叶开度a_0T下转速变化限定范围的上限n_P，max(或下限n_P，min)，此时全功率变频器输出功率阶跃变化幅值为ΔP_P，max(或-ΔP_P，max)；在双向调节模式下，水轮机运行转速n_P选择在选定导叶开度a_0T下，转速变化限定范围中水轮机功率平均值所对应的转速，阶跃变化的幅值大于等于负的水轮机功率限定变化幅值的一半，小于等于正的水轮机功率限定变化幅值的一半，即-1/2ΔP_P，max≤ΔP_P，≤1/2ΔP_Pmax。

3、在全功率变频器输出功率发生阶跃变化时机组转速快速变化，从而引起机组转动部分储存能量变化，同时水轮机相对电网而言产生与转动部分储存能量同向变化的功率快速变化，从而实现有功功率快速响应。

转动部分储存能量E的公式是：

其中，J是机组转动惯量，ω是机组运行角速度；

有功功率快速响应最终使有功功率的变化幅值等于选定导叶开度下，且在限定水轮机转速变化的范围内，水轮机实际转速变化引起的水轮机功率的变化幅值。

实施例二

基于相同的发明构思，本实施例公开了一种全功率变频水轮机工况快速有功功率运行系统，包括：

导叶开度选定模块，用于根据水轮机模型综合特性曲线，确定导叶开度；

阶跃变化模块，用于保持导叶开度不变，确定水轮机转速变化的限定范围，根据限定范围，确定水轮机功率限定变化幅值；

快速响应模块，用于使全功率变频器输出功率在水轮机功率限定变化幅值内发生阶跃变化，使水轮机组转速快速变化，引起机组转动部分储存能量与水轮机有功功率发生同向增减的快速变化，从而实现有功功率快速响应。

实施例三

基于相同的发明构思，本实施例公开了一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于，一个或多个程序包括指令，指令当由计算设备执行时，使得计算设备执行根据上述任一项的全功率变频水轮机工况快速有功功率运行方法。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方法工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方法进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。上述内容仅为本申请的具体实施方法，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围。