抽水蓄能电站瞬态分析中的水泵水轮机模型重构：实验验证与数值性能提升

本文针对抽水蓄能电站（PSHSs）安全运行需求，提出通过融合现场数据重构水泵水轮机特性曲线（PTCCs）的创新方法。研究通过特征点调整构建点分布模型（PDMs），结合瞬态/稳态实测数据优化PTCCs，实验验证显示重构模型显著提升低水头大导叶开度工况下的模拟精度，为数字孪生系统校准提供关键技术支撑。

亮点

（1）特性：本方法聚焦PTCCs重构，尤其针对"S形"特性区（S-shaped zone），采用融合瞬态与稳态数据的驱动策略。PTCCs劣化被假定为静态过程（直至下次大修），因模型重构数据均来自维护后/投运前的现场测试。核心创新在于通过特征点变形构建PDMs，实现高精度动态模拟。

实验验证：单机抽蓄实验平台

图5所示变速抽蓄实验平台（参数见表A1）验证了方法有效性。平台包含管道系统、变速水泵水轮机、循环水系统及测量系统，通过低水头大导叶开度工况的甩负荷实验证明：重构PTCCs使转速预测误差从12.3%降至2.1%，水锤压力模拟吻合度提升67%。

数值性能分析：双机并联场景

假设两台水泵水轮机具有相同初始PTCCs，图9展示通过正交试验（表4）生成的4类典型PTCCs变形组合。数值研究表明：重构模型在并联系统甩负荷工况下仍保持鲁棒性，对效率特性（η）和单位流量Q₁₁的敏感性分别降低41%和38%。

讨论

• 跨学科价值：重构模型为电力系统（频率调节）与水力机械（水锤防护）提供协同优化接口

• 局限性：当前未考虑长期运行中的动态磨损效应，未来拟结合在线监测数据迭代更新PDMs

结论

1. 1.

   实验突破：首次实现甩负荷瞬态过程中S形区特性的高保真模拟

2. 2.

   工程意义：为PSHSs数字孪生系统提供核心算法，支撑"双碳"目标下电网灵活调控

（注：翻译严格保留n₁₁/Q₁₁等专业符号，省略文献[10][15]等引用标识）