本發(fā)明屬于抽水蓄能電站工程設(shè)計領(lǐng)域，更具體地，涉及一種抽水蓄能電站地下廠房機組與調(diào)壓室設(shè)置智能計算的方法。

背景技術(shù)：

1、抽水蓄能電站是一種特殊形式的電站，它由上水庫、下水庫、輸水系統(tǒng)、廠房等組成。抽水蓄能電站的輸水系統(tǒng)通常具有高差大、輸水線路較長的特點。在電站機組負(fù)荷發(fā)生變化時，水泵輪機導(dǎo)葉自動啟閉將會導(dǎo)致水道內(nèi)發(fā)生水擊現(xiàn)象，由于水擊壓力主要是由壓力水道中水體慣性引起的，水道越長，水擊壓力越大。對于長輸水系統(tǒng)的抽水蓄能電站，常通過布置調(diào)壓室來減小水擊壓力。調(diào)壓室實際上是一個具有自由水面的筒式或井式建筑物，調(diào)壓室的設(shè)置可如水庫一樣造成水擊波的反射，防止過大的水擊壓力傳播到壓力輸水道中，減小高壓管道(尾水為壓力管道)中的水擊值，同時改善機組在負(fù)荷變化時的運行條件和供電質(zhì)量。抽水蓄能電站調(diào)壓室布置型式主要有不需設(shè)置調(diào)壓室、僅設(shè)置引水調(diào)壓室(100)、僅設(shè)置尾水調(diào)壓室(200)和設(shè)置引水和尾水雙調(diào)壓室四種，調(diào)壓室多采用阻抗式調(diào)壓室結(jié)構(gòu)型式。

2、盡管調(diào)壓室具有上述功用，但設(shè)置調(diào)壓室會增加較大工程投資。因此，在輸水系統(tǒng)中是否需要設(shè)置調(diào)壓室、設(shè)置何種調(diào)壓室需要根據(jù)電站壓力水道布置、地形地質(zhì)條件、機組運行參數(shù)等進行綜合考慮。另外，地下廠房也是輸水發(fā)電系統(tǒng)中的重要建筑物，按照地下廠房在輸水系統(tǒng)中的位置，可以分為首部式、中部式和尾部式三種，即在輸水線路上，地下廠房可布置在靠近上水庫的位置、位于上水庫和下水庫之間的中間部分的位置、靠近下水庫的位置。廠房型式和位置選擇與調(diào)壓室設(shè)置也有密切聯(lián)系，選擇合適的廠房位置對電站運行和工程造價有重大影響。

3、當(dāng)前，抽水蓄能電站輸水發(fā)電系統(tǒng)前期方案設(shè)計階段，往往是根據(jù)擬定的上、下水庫的庫壩址位置、電站特征水位以及機組參數(shù)等外部邊界參數(shù)，結(jié)合地形地質(zhì)條件，首先對上水庫進/出水口、下水庫進/出水口位置進行選擇，并在上水庫進/出水口、下水庫進/出水口之間擬定一條合適的平面輸水線路，并在平面線路上選擇廠房位置，進行輸水線路立面型式布置，再通過水力學(xué)條件計算該輸水系統(tǒng)是否需要設(shè)置調(diào)壓室以及設(shè)置何種調(diào)壓室。在布置過程中，為了實現(xiàn)既能滿足輸水系統(tǒng)水力學(xué)要求，工程造價又相對較優(yōu)的目的，通常需要手動調(diào)整選擇廠房位置和立面布置，反復(fù)試算調(diào)壓室布置型式，以確定最終的輸水發(fā)電系統(tǒng)布置，此種方式步驟繁瑣、效率較低。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中需要手動調(diào)整選擇廠房位置和立面布置，反復(fù)試算調(diào)壓室布置型式，以確定最終的輸水發(fā)電系統(tǒng)布置，使得步驟繁瑣、效率較低的問題，提供一種抽水蓄能電站地下廠房機組與調(diào)壓室設(shè)置可行性的計算方法。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種抽水蓄能電站地下廠房機組與調(diào)壓室設(shè)置可行性的計算方法；

3、構(gòu)建直角坐標(biāo)系(o,x,y)，該坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點為o，y軸方向為高度方向；定義x軸，使得相互平行的第一直線、第二直線與x軸分別具有第一交點、第二交點；第一交點、第二交點之間的間距為l，l為預(yù)設(shè)值，第一直線為穿過設(shè)定的上水庫進/出水口(10a)位置、且平行于y軸方向的直線，第二直線為穿過設(shè)定的下水庫進/出水口(20a)位置、且平行于y軸方向的直線；

4、所述方法包括：執(zhí)行第一判斷，所述第一判斷為判斷sy≥l-sw以及l(fā)-sz1≤0是否同時成立；

5、若第一判斷結(jié)果為是，則不設(shè)置調(diào)壓室，x_c的取值范圍為[l-sw，min(sy，l)]；

6、若第一判斷結(jié)果為否，則根據(jù)sy+syt≥l-sw是否成立、以及syt≥l-sz1是否成立，確定設(shè)置調(diào)壓室的類型、調(diào)壓室在x軸的布置位置范圍、以及x_c的取值范圍；

7、其中：

8、x_c為廠房機組(30)在x軸方向與第一交點之間間距；sy為上游自由液面到廠房機組(30)在x軸方向的最大間距；sz1為未設(shè)置尾水調(diào)壓室時上游自由液面到下游自由液面在x軸方向的最大間距；sw為允許不設(shè)尾水調(diào)壓室(200)時廠房機組(30)到下水庫進/出水口(20a)在x軸方向的最大間距；syt為若設(shè)置引水調(diào)壓室(100)時，引水調(diào)壓室(100)在x軸方向與第一交點之間間距的上限值。

9、通過采用上述技術(shù)方案，確定上水庫進/出水口(10a)位置與下水庫進/出水口(20a)位置在x軸方向上的間距，計算sy、sz1、sw的值，即可判斷是否需設(shè)置調(diào)壓室，且可得到不設(shè)置調(diào)壓室時廠房機組(30)在x軸方向與上水庫進/出水口(10a)之間的間距x_c的取值范圍，若需要設(shè)置調(diào)壓室，則根據(jù)計算得到的syt的值，根據(jù)sy+syt≥l-sw是否成立、以及syt≥l-sz1是否成立，即可確定需要設(shè)置的調(diào)壓室的類型、調(diào)壓室在x軸的布置位置范圍、以及廠房機組(30)在x軸方向與上水庫進/出水口(10a)之間的間距x_c的取值范圍。通過采用上述方案，可通過參數(shù)計算和大小值比較，即可確定是否需布置調(diào)壓室、需要設(shè)置何種調(diào)壓室，且可確定廠房的布置位置范圍，以及當(dāng)需要設(shè)置調(diào)壓室時，調(diào)壓室的布置位置范圍，從而快速確定調(diào)壓室設(shè)置型式，大大提高了設(shè)計工作效率和判別準(zhǔn)確性，從而高效、準(zhǔn)確地確定布置方案。

10、上述技術(shù)方案中，根據(jù)sy+syt≥l-sw是否成立、以及syt≥l-sz1是否成立，確定設(shè)置調(diào)壓室的類型、調(diào)壓室在x軸的布置位置范圍、以及x_c的取值范圍的具體方法包括：

11、若滿足sy+syt≥l-sw、且滿足syt≥l-sz1，則僅設(shè)置引水調(diào)壓室(100)，x_y的取值范圍為[l-sw-sy，syt]，x_c的取值范圍為[l-sw，min(l，syt+sy)]；

12、若sy+syt≥l-sw、syt≥l-sz1中任一個條件不滿足，則：

13、①當(dāng)x_c的取值范圍為(0，sy]時，則僅設(shè)置尾水調(diào)壓室(200)，其中，x_w的取值范圍為[x_c+150米，x_c+250米]，x_w≤sz2，其中sz2為設(shè)置尾水調(diào)壓室時上游自由液面到下游自由液面在x軸方向的最大間距；

14、②當(dāng)x_c的取值范圍為(sy，sy+syt]時，則設(shè)置引水調(diào)壓室(100)和尾水調(diào)壓室(200)，其中,x_y的取值范圍為(max(0，x_c-sy)，syt]，x_w的取值范圍為[x_c+150米，x_c+250米]，x_w-x_y≤sz2；

15、其中：x_y為引水調(diào)壓室(100)在x軸方向與第一交點之間間距，x_w為尾水調(diào)壓室(200)在x軸方向與第一交點之間間距。

16、在優(yōu)選實施方式中，若sy+syt≥l-sw、syt≥l-sz1中任一個條件不滿足，則所設(shè)置的尾水調(diào)壓室x_w的取值范圍為[x_c+200米，x_c+250米]。通過采用上述技術(shù)方案，根據(jù)計算得到的syt的值，根據(jù)sy+syt≥l-sw是否成立、以及syt≥l-sz1是否成立，即可確定需要布置哪種類型的調(diào)壓室，而且可相應(yīng)確定調(diào)壓室在x軸上的坐標(biāo)范圍以及廠房在x軸上的坐標(biāo)范圍。

17、上述技術(shù)方案中，sy、sw、sz1、sz2分別根據(jù)[l1]、[l4]、[l14]、[l15]得到；其中：[l1]為使得tw≤[tw]成立的壓力管道(1)的最大允許長度；

18、[l4]為使得tws≤[tws]成立的壓力尾水道(4)的最大允許長度；

19、[l14]為未設(shè)置尾水調(diào)壓室時使得tw1≤[tw1]成立的上游自由液面到下游自由液面之間管道的最大允許長度；

20、[l15]為設(shè)置尾水調(diào)壓室時使得tw1≤[tw1]成立的上游自由液面到下游自由液面之間管道的最大允許長度；

21、tw為壓力管道及機組蝸殼段的水流慣性時間常數(shù)，[tw]為tw的最大允許值；

22、tws為壓力尾水道及尾水管的水流慣性時間常數(shù)，[tws]為tws的最大允許值；

23、tw1為上游自由液面至下游自由液面之間管道中水流慣性時間常數(shù)，[tw1]為tw1的最大允許值。

24、通過采用上述技術(shù)方案，分別利用tw≤[tw]、tws≤[tws]、tw1≤[tw1]的要求計算[l1]、[l4]、[l14]，再計算得到sy、sw、sz1、sz2。本發(fā)明中，在計算最大間距sw、sy、sz1、sz2時，不考慮機組蝸殼段2、尾水管3在x軸方向的長度。

25、上述技術(shù)方案中：

26、sy≈[l1]-h1，h1為上水庫(10)正常蓄水位、廠房機組(30)安裝高程在y軸上的間距；

27、sw≈[l4]-h2，h2為下水庫(20)正常蓄水位、廠房機組(30)安裝高程在y軸上的間距；

28、sz1≈[l14]-h1-h2；

29、sz2≈[l15]-h1。

30、通過采用上述技術(shù)方案，采用估算的方式，即可分別利用[l1]、[l4]、[l14]、[l15]計算得到sy、sw、sz1、sz2的值。

31、上述技術(shù)方案中：

32、

33、

34、

35、其中，l1、l2、l3、l4、l4/5分別對應(yīng)為壓力管道(1)長度、機組蝸殼段(2)長度、尾水管(3)長度、壓力尾水道(4)長度、尾水管(3)末端至下游自由液面之間管道長度，v1、v2、v3、v4、v4/5分別對應(yīng)為壓力管道(1)內(nèi)平均流速、機組蝸殼段(2)內(nèi)平均流速、尾水管(3)內(nèi)平均流速、壓力尾水道(4)內(nèi)平均流速、尾水管(3)末端至下游自由液面之間管道內(nèi)平均流速；g為重力加速度；hp為設(shè)計水頭，hs為水輪機吸出高度；hp、hs、v1、v4、v4/5、l2v2、l3v3均為預(yù)設(shè)值；

36、當(dāng)未設(shè)置尾水調(diào)壓室(200)時，l4/5＝l4，v4/5＝v4；當(dāng)設(shè)置尾水調(diào)壓室(200)時，l4/5＝l5，v4/5＝v5；其中，l4、l5分別對應(yīng)為壓力尾水道(4)長度、尾水延伸管道(5)長度，v4、v5分別對應(yīng)為壓力尾水道(4)內(nèi)平均流速、尾水延伸管道(5)內(nèi)平均流速。

37、上述技術(shù)方案中：2s≤[tw]≤4s；[tws]＝4s；[tw1]利用下式計算：

38、

39、其中，ta為機組加速時間常數(shù)。

40、通過采用上述技術(shù)方案，即可得到[tw]、[tws]、[tw1]預(yù)設(shè)值。

41、上述技術(shù)方案中：

42、當(dāng)不設(shè)置引水調(diào)壓室(100)時，上水庫進/出水口(10a)位置為上游自由液面位置；當(dāng)設(shè)置引水調(diào)壓室(100)時，引水調(diào)壓室(100)所在位置為上游自由液面位置；

43、當(dāng)不設(shè)置尾水調(diào)壓室(200)時，下水庫進/出水口(20a)位置為下游自由液面位置；當(dāng)設(shè)置尾水調(diào)壓室(200)時，尾水調(diào)壓室(200)所在位置為下游自由液面位置。

44、上述技術(shù)方案中，syt的計算方法為：將第一虛擬平面與三維地形模型的地形線的交線中y軸坐標(biāo)為y＝hl+hu的點的x軸坐標(biāo)作為syt；

45、其中，所述第一虛擬平面為x軸、y軸構(gòu)成的平面；hl為考慮裕度的最高涌浪設(shè)定值，hu為上水庫(10)正常蓄水位。

46、通過采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明通過考慮一定裕度的最高涌浪與上水庫正常蓄水位之和來確定引水調(diào)壓室頂部高程，即引水調(diào)壓室頂部高程＝上水庫蓄水位+最高浪涌高度。通過引水調(diào)壓室頂部高程和地形線在縱剖面上的交點位置，即可確定出引水調(diào)壓室能設(shè)置的離上水庫進/出水口的最遠(yuǎn)距離syt。其中，引水調(diào)壓室可以看作是x軸上的一個點。

47、上述技術(shù)方案中，第一交點在x軸的坐標(biāo)為x＝0，第二交點在x軸的坐標(biāo)為x＝l。當(dāng)?shù)谝唤稽c在x軸的坐標(biāo)為x＝0時，x_c、x_y、x_w即分別對應(yīng)為廠房機組(30)、引水調(diào)壓室(100)、尾水調(diào)壓室(200)在x軸上的坐標(biāo)。

48、基于同一個發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種抽水蓄能電站地下廠房機組設(shè)置位置計算系統(tǒng)，其特征在于，包括處理器，所述處理器被配置為用于執(zhí)行上述抽水蓄能電站地下廠房機組與調(diào)壓室設(shè)置可行性的計算方法的步驟。

49、本發(fā)明的有益之處在于：在抽水蓄能電站輸水發(fā)電系統(tǒng)前期方案設(shè)計階段，通過擬定上水庫進/出水口、下水庫進/出水口之間的平面線路，結(jié)合水能規(guī)劃和機電參數(shù)，從水力學(xué)角度對輸水系統(tǒng)廠房位置和是否需要設(shè)置調(diào)壓室，需要設(shè)置何種調(diào)壓室進行智能判別，輔助設(shè)計人員快速確定廠房開發(fā)方式和調(diào)壓室設(shè)置型式，大大提高了設(shè)計工作效率和判別準(zhǔn)確性。在平面線路確定后，輸水系統(tǒng)布置中的廠房位置和調(diào)壓室布置型式進行自動判別，幫助設(shè)計人員高效、準(zhǔn)確地確定布置方案。