(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111496169.7 (22)申请日 2021.12.09 (71)申请人 华中科技大 学 地址 430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路 1037号 (72)发明人 郭文成　吴福林　刘杨　曹锐　 王乐　陈姿　白齐健　 (74)专利代理 机构 华中科技大 学专利中心 42201 代理人 尚威　孔娜 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/13(2006.01) G06Q 50/06(2012.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 一洞双机上下游双调压室水电站水力振动 分析方法 (57)摘要 本发明属于水电站水力振动相关技术领域， 并公开了一种一洞双机上下游双调压室水电站 水力振动分析方法。 该方法包括下列步骤： S1建 立该单管单机上下游双调压室水电站的数学模 型， 并构建其相应的状态方程； S2求解所述水轮 机调节系统的稳定域， 并以此 获得水轮机调节系 统M1产生水力共振的共振区； S3构建对水轮机调 节系统的总体传递矩阵获得状态方程， 求解该状 态方程对应的各阶复频率； S4取各阶复频率中衰 减因子中最大值为零时对应的调速器参数， 以此 绘制不同负荷阶跃值对应的关于调速器参数的 稳定域图， 绘制不同调速器参数与衰减因子的关 系图， 以此 实现水轮机调节系统的水力振动特性 分析。 通过本发明， 保证电站安全及稳定高效运 行。 权利要求书4页 说明书14页 附图3页 CN 114186409 A 2022.03.15 CN 114186409 A 1.一洞双机上下游双调压室水电站水力振动分析方法， 其特征在于， 该方法包括下列 步骤： S1将一洞双机上下游双调压室的水轮机调节系统M简化为单管单机上下游双调压室水 轮机调节系统M1， 建立该单管单机上下游双调压室水电站M1的数学模型， 并构建其相应的 状态方程； S2利用所述状态方程求解所述水轮机调节系统M1关于上游调压室断面放大系数和下 游调压室断面放大系数的稳定域， 并以此获得所述水轮机调节系统M1产生水力共振的共振 区； S3根据水轮机调节系 统M1的数学模型构建对水轮机调节系统M的总体传递矩阵， 并以 此获得总体传递矩阵对应的状态方程， 求 解该状态方程对应的各阶复频率； S4根据步骤S3中获得的各阶复频率获得该各阶复频率对应的衰减因子σ， 取各阶复频 率中衰减因子中最大值σmax为零时对 应的调速器 参数Kp和Ki， 并以此绘制不同负荷阶跃值对 应的水轮机调节系统M关于调速器 参数的稳定 域图， 根据该稳定域图绘制不同Kp下对应的Ki 与衰减因子σ 的关系图， 以此实现水轮机调节系统M的水力振动特性分析。 2.如权利要求1所述的一洞双机上下游双调压室水电站水力振动分析方法， 其特征在 于， 在步骤S1中， 所述数 学模型按照下列关系式进行： (1)引水/尾水隧洞数 学模型： 引水隧洞： 尾水隧洞： (2)上、 下游调压室数 学模型： 上游： 下游： (3)压力管道数 学模型： (4)水轮机数 学模型： (5)发电机数 学模型： 权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114186409 A 2(6)调速器数 学模型： 其中， z1、 z2分别为上、 下游调压室水位的相对偏差值， qH1、 qH2分别为引水隧洞和尾水隧 洞流量的相对偏差值， qP为机组引用流量的相对偏差值， hfH10、 hfH20分别为引水隧洞和尾水 隧洞单位质量水体的能量损失， hfP0为压力管道单位质量水体的能量损失， TwH1、 TwH2分别为 引水隧洞和尾水隧洞水流惯性时间常数， TwP为压力管道水流惯性时间常数， TF1、 TF2分别为 上、 下游调压室时间常数， H0为机组初始时刻的工作水头， t为时间， h为机组工作水头的相 对偏差值， x为机组转速的相对偏差值， y为水轮机导叶开度的相对偏差值， mt为水轮机力 矩 的相对偏差值， eh、 ex、 ey为水轮机力矩传递系数， eqh、 eqy、 eqx为水轮机流量传递系数， Ta为水 轮机组惯性时间常数， mg为外界负荷扰动的相 对偏差值， eg为负荷自调节系数， Kp为比例增 益， Ki为积分增益。 3.如权利要求2所述的一洞双机上下游双调压室水电站水力振动分析方法， 其特征在 于， 在步骤S1中， 所述状态方程按照下列关系式进行： 4.如权利要求1所述的一洞双机上下游双调压室水电站水力振动分析方法， 其特征在 于， 在步骤S2中， 所述稳定域按照下列步骤获得： S21将水轮机调节系统M1的状态方程进行Laplace变换， 以此获得到7阶线性常系数齐 次微分方程； S22然后利用Routh ‑Hurwitz稳定判据得到关于n1、 n2的水轮机调节系统M1的稳定域。 5.如权利要求4所述的一洞双机上下游双调压室水电站水力振动分析方法， 其特征在权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114186409 A 3