曹林宁完成单位河海大学

项目名称：抽水蓄能电站水力系统优化布置与过渡过程控制理论及技术
完成人：徐辉张健俞晓东周建旭蔡付林陈青生陈胜杨校礼贺蔚董壮曹林宁
完成单位：河海大学
成果类别：应用类
项目简介：
本项目属于水利工程学科。

抽水蓄能电站是国际公认唯一可大规模储能的措施，不仅是“源-网-荷”系统的核心支撑，更是衡量国家电网建设、运行、管理水平的标杆。

我国抽水蓄能电站装机容量位居世界第一，其中江苏省投产3座（260万kW）、在建1座（135万kW），国内占比不到1/10。

抽水蓄能电站在电网中发挥着调峰填谷、调频、调相、事故备用、黑启动多重作用，频繁的机组启停与工况转换诱发的安全隐患远多于常规水电站。

抽水蓄能电站水力系统优化布置与过渡过程控制关乎整个电站安全，水道布置不佳，将导致水头损失增加，水力振动加剧，机组难以正常工作；过渡过程控制不当，将导致压力超标、机组损毁等严重事故。

对抽水蓄能电站水力系统优化布置与过渡过程控制的研究涉及水力、机械、电力等多系统交叉，是抽水蓄能电站工程建设中亟待解决的难题。

针对于国家重大需求的抽水蓄能电站安全高效运行关键理论技术问题，在江苏省及国内抽水蓄能电站建设工程的重大科研项目与国家自然科学基金支持下，项目团队历经十余年科研攻关，形成了抽水蓄能电站水力系统优化布置及过渡过程控制的理论与技术体系，取得如下创新性成果：
1、搭建了抽水蓄能电站全流道水力优化实验平台，建立了上、下库进/出水口扩散角、分流墩和防涡梁优化设计准则；探明了进/出水口最小临界淹没深度和水库库盆冲刷防护范围；构建了调压室稳态、瞬态水力损失计算公式，提出了多工况运行、水力性能整体较优“卜”型分岔管体型，为抽水蓄能电站水道优化设计与经济运行奠定了理论基础。

2、研发了抽水蓄能电站水力瞬变高精度仿真平台，解决了抽水蓄能电站输水发电系统水机电多场耦合难题；发明了基于转速反馈信号及球阀导叶联动的事故关机方法；提出了电站相继甩负荷事故工况的控制技术；确立了“一洞多机”流道
布置原则与尾水调压室设置条件，大幅降低了水锤压力，实现了抽水蓄能电站过渡过程安全控制。

3、首次开展了抽水蓄能电站输水发电系统自激振动反演分析，建立了抽水蓄能电站一洞多机系统自激振动解析模型和随机分析模型；揭示了自激振动的振源与幅频特性，提出了可逆式机组自激振动判别条件与稳定运行区域；建立了模块化的小波动稳定性分析方法，实现了抽水蓄能电站稳定性分析由孤网假设向局域网并联的突破，保障了抽水蓄能电站安全稳定运行。

4、提出了抽水蓄能电站蜗壳压力、转速上升、调压室涌浪等关键安全指标的控制工况；建立了水力干扰下的机组超出力计算公式与组合工况下的调压室涌浪极值的判断公式，丰富了抽水蓄能电站安全稳定运行理论与控制策略。

项目成果达到国际领先水平，被4部国家行业规范及1部行业设计手册采用，获授权发明专利13 项、软件著作权11 项，出版专著及教材4部，在Energy、Renewable Energy、Journal of Hydraulic Engineering、水利学报等国内外期刊发表论文124篇。

成果全面应用于江苏省所有抽水蓄能电站工程的建设与运行中，并推广于国内2/3以上抽水蓄能电站工程，产生了重大的经济社会与环境效益。

主要知识产权目录：
代表性论文论著目录：
经济社会效益：
抽水蓄能电站水力系统优化布置与过渡过程控制理论及技术立足于国家重大需求的抽水蓄能电站工程建设实践，构建了抽水蓄能电站水力系统优化布置与过渡过程控制理论及技术体系，保障了电站安全、稳定运行，为江苏省乃至华东电网优化调度奠定了科学基础；成果写入行业设计规范，促进了我国抽水蓄能电站系统水力设计的标准化和规范化，推动了行业科技进步；培养了富有活力的研发团队及大批行业技术骨干与博、硕士，为相关领域不同层次科学技术人才的涌现做出了重要贡献，取得了重大的社会效益。

项目成果是抽水蓄能电站工程的基础性成果，全面应用于华东宜兴抽水蓄能电站、江苏国信溧阳抽水蓄能电站、江苏沙河抽水蓄能电站、江苏句容抽水蓄能电站、河南宝泉、河北丰宁等36座抽水蓄能电站中，为电站安全运行奠定了坚实基础，产生了重大的经济社会与环境效益。

近两年江苏省内溧阳、宜兴、沙河抽水蓄能电站应用单位实现利润5.90亿元，新增税收6831万元。