[其他]控制可調速水力發電系統的方法及裝置

在審

• 申請號: 101985000001368
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85101368B
• 公開（公告）日: 1988-03-30
• 發明（設計）人: 桑原尚夫
• 申請（專利權）人: 株式會社日立制作所
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 趙蓉民;吳增勇

本發明揭示了一種采用轉子繞線式感應發電機來控制可調速水力發電系統的方法和裝置，其中，測得與水力發電系統相聯的電力系統頻率變化，或負載對電力系統的要求量的變化，并將檢測值送到一個控制裝置來控制驅動發電機的水力機械導葉的開度，從而限制系統頻率或系統功率平衡發生變化。

本發明是關于一種控制可調速水力發電系統的方法及裝置，這個發電系統對與其聯接的電力系統的頻率或功率的變化，具有快速響應能力。

一種通常采用的常規可調速水力發電系統是以這樣方式運行的，即根據發電機或發電機-電動機的轉速，來提供一個理想頻率下的交流電流給發電機二次繞組以維持發電機的輸出頻率為一常量。具體地說，一種結構如圖4所示的水力發電系統，其運行方式如下所述。一種轉子繞線式感應發電機1、其轉子與水輪機2相聯，二次繞組1A由一個頻率變換器（cyclo-converter）3勵磁，從而，達到變速運行的效果。在這種變速運行中，函數發生器4將產生最佳旋轉速度的指令值Nx和最佳導葉開度指令值yx。該函數發生器4根據檢速裝置6，水頭檢測裝置7和輸出給定裝置8的輸出，來決定最佳勵磁電流和最佳轉速的大小。從而滿足電力系統5所需的有功功率和無功功率的要求。因此，一方面要通過放大器9控制頻率變換器3，另一方面要通過放大器10和一個未在圖中示出的伺服電機控制導葉11。

在本系統中，如果水輪機能以如下方式控制，即水經過導葉11所產生的機械輸入轉矩與電負荷對發電機所要求的轉矩一致，兩者平衡，則感應發電機1將以與最佳轉速指令值Nx相一致的速度連續運轉。因此，在該系統中，控制電負載轉矩使之符合機械輸入轉矩的要求。那么，這個系統的一個非常重要的任務是怎樣控制機械輸入轉矩，或者怎樣控制對應最佳導葉開度的指令值yx。由于在通常情況下，水位或水頭在短時間內不會有很大變化。因此，在該系統中，函數發生器4產生的指令值，主要由輸出給定裝置8的輸出信號決定。該輸出給定裝置可以是就地的給定裝置，也可以是在本電力系統中一個中心控制站內的遙控給定裝置。根據常規的技術，只要使輸出給定裝置8的給定值保持常量，指令值yz即保持常量，則機械轉矩也保持不變。相應地，電負載轉矩也保持不變。但圖4所示的系統有很大缺點，現通過與圖5中所示的帶有同步發電機或其旋轉速度保持不變的發電機-電動機的系統比較便可以說明。在圖5中，標號21表示一個與水輪機22機械連接的同步發電機。標號23是水輪機22的導葉，標號24是檢測水輪機22速度的檢速裝置。標號25是檢測導葉23開度的檢測裝置。標號26是控制調節裝置，它是根據檢速裝置24所檢測的旋轉速度N和輸出給定裝置27產生的輸出信號P來產生控制導葉開度的指令值yx。標號28表示一比較器，用于比較導葉開度指令值yx與由導葉開度檢測裝置25檢測出的實際開度值yz，并產生兩者間誤差值。標號29表示一個放大器，用于進行積分及放大運算。因此，檢測裝置25，比較器28，放大器29和導葉23，其中，導葉還包括一個與其機械連接的伺服電機（未示），此伺服電機在放大器29的作用下，用于調節導葉23，這些構成一閉環系統，從而使誤差值減為零。

參考圖5，由于發電機21是同步機，水輪機22的轉速N₀與電力系統5的頻率f成比例，并由等式給出：

Nc＝120f/Pτpm（P極數）。因此，可見，在發電運行時，檢速裝置24可以認為是檢測電力系統5本身的頻率。具體地說，在圖5所示的系統中，對于電力系統5的頻率，哪怕有微小的降低，指令值yx即被增加來加大導葉23的開度，從而水輪機22的輸出增加。另一方面，當電力系統頻率升高時，指令值yx被減小來關小導葉23的開度，從而水輪機22輸出減小。這種調節功能是很重要的，而且勢必會改善電力系統5的動態穩定性。而在圖4所示的系統中，則缺乏水輪機的功率隨著電力系統5的負荷要求及供電平衡狀況的變化自動調節的功能。

這里所關心的是電力系統所具有補償多余或補缺的功率的自動自抑制能力，該電力系統本身帶有可調速水力發電系統。

誠然，本發明即使對于圖4所示的傳統可調速發電系統，也能很容易地被應用。只需提供一個電力系統頻率檢測裝置，或一個功率檢測裝置和一個與其連接的用于處理檢測信號的運算放大器，并將此運算放大器輸出的信號送到輸出給定裝置8。