[發(fā)明專利]用于穩(wěn)定具有S特性的液壓機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度的方法以及用于將液壓能轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580064649.2
• 申請日: 2015-12-01
• 公開（公告）號: CN107110104B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: Q.阿約安;N.佩里辛-費(fèi)貝爾;R.紀(jì)堯姆
• 申請（專利權(quán)）人: 通用電氣再生能源技術(shù)公司
• 主分類號: F03B3/02
• 分類號: F03B3/02;F03B3/10;F03B15/00;F03B15/08
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 楊忠;劉林華

本發(fā)明涉及一種允許穩(wěn)定具有S特性的液壓機(jī)(20)的旋轉(zhuǎn)速度的方法。通過具有用于計算機(jī)器的導(dǎo)葉(206)受影響的定向(Yi)的控制器(C(s))的控制回路反饋系統(tǒng)(1)實施該方法。該方法包括每次迭代的以下步驟：計算與機(jī)器的操作點(diǎn)相關(guān)的一組內(nèi)部狀態(tài)(N11、Q11、C11、H、Q)；根據(jù)該組內(nèi)部狀態(tài)建立線性化轉(zhuǎn)換函數(shù)；根據(jù)所建立的轉(zhuǎn)換函數(shù)計算控制器的特征參數(shù)(Kp、Ti、Td)，以使控制回路反饋系統(tǒng)穩(wěn)定；測量液壓機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度(N)；比較測量旋轉(zhuǎn)速度(N)與目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度(Nc)；以及由此調(diào)整導(dǎo)葉受影響的定向。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于穩(wěn)定具有S特性的液壓機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度的方法。具有S特性的典型的液壓機(jī)是以渦輪機(jī)模式作用的泵渦輪機(jī) (pump-turbine)或設(shè)計用于高凈水頭狀態(tài)的弗朗西斯式渦輪機(jī)。本發(fā)明還涉及一種用于將液壓能轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備，上述方法可以基于該設(shè)備實施。

背景技術(shù)

在渦輪機(jī)模式中的泵渦輪機(jī)起動期間，其轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)速度必須穩(wěn)定并且與電網(wǎng)頻率同步，使得機(jī)器能夠與電網(wǎng)聯(lián)接。此外，通常當(dāng)泵渦輪機(jī)處于無載荷操作點(diǎn)時執(zhí)行聯(lián)接操作，在無載荷操作點(diǎn)處水流不在轉(zhuǎn)輪上施加任何力矩。該特定操作點(diǎn)是聯(lián)接點(diǎn)。

在低跌水狀態(tài)下，由于存在“S區(qū)域”，因此可能難以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)速度穩(wěn)定。“S區(qū)域”是不穩(wěn)定區(qū)域，其中機(jī)器對干擾敏感。因此，相對于聯(lián)接點(diǎn)的輕微旋轉(zhuǎn)速度變化導(dǎo)致通過水流施加在轉(zhuǎn)輪上的力矩的顯著增大，由此相當(dāng)大地增大或減小機(jī)器的旋轉(zhuǎn)速度。在這些條件下，不可能利用傳統(tǒng)PID回路穩(wěn)定機(jī)器旋轉(zhuǎn)速度。

為了解決該問題，已知完全重新設(shè)計了機(jī)器的液壓零件，比如轉(zhuǎn)輪或?qū)~。具體地，機(jī)器的液壓零件被重新設(shè)計以避免處于渦輪機(jī)模式的泵渦輪機(jī)的操作范圍中存在S區(qū)域。機(jī)器的操作范圍對應(yīng)于機(jī)器所承受的下部總水頭和上部總水頭之間的間隔。然而，該方案實施起來非常昂貴并且降低了泵渦輪機(jī)的性能。

另一個解決方案在于利用不同步導(dǎo)葉裝備泵渦輪機(jī)。這意味著一些導(dǎo)葉能夠獨(dú)立地定向。因此，在機(jī)器起動時，導(dǎo)葉中的一些比其他進(jìn)一步地打開，這臨時改變了機(jī)器特性。這允許在起動期間避免存在 S區(qū)域。然而，該方案產(chǎn)生影響機(jī)器的壽命的非意愿的振動。

最后，專利申請US-A-2004/0115048以不同的方式應(yīng)對S區(qū)域中的旋轉(zhuǎn)速度穩(wěn)定的問題。事實上，本公開提供一種用于在非常靠近S 特性部分的點(diǎn)處穩(wěn)定渦輪機(jī)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)速度而不存在進(jìn)入該不穩(wěn)定部分中的風(fēng)險的方法。S特性部分可被定義為在圖1A上施加的具有正斜率的曲線部分，曲線部分為NR曲線以下的部分。NR曲線是無力矩通過水流施加在渦輪葉輪上的曲線。該方法在于利用直接作用在機(jī)器的旋轉(zhuǎn)速度上的PID控制器。該P(yáng)ID控制器的特殊之處在于其特征參數(shù)可以根據(jù)機(jī)器的旋轉(zhuǎn)速度而改變。更確切地，當(dāng)機(jī)器旋轉(zhuǎn)速度從0增大至預(yù)定速度時，高增益受到PID控制器的比例和綜合要素系數(shù)的影響。然而，當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度超過預(yù)定速度時，低增益受到PID控制器的比例和綜合要素系數(shù)的影響。

在所說明的例子中，預(yù)定速度設(shè)置為目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度的80％。因此，當(dāng)機(jī)器操作點(diǎn)變得靠近聯(lián)接點(diǎn)時，朝向聯(lián)接點(diǎn)收斂的速度降低至以便避免激勵系統(tǒng)以及進(jìn)入不穩(wěn)定的S特性部分內(nèi)。利用一對開關(guān)在兩個值之間選擇PID控制器的特征參數(shù)。

該方法的主要缺點(diǎn)是當(dāng)聯(lián)接點(diǎn)精確地定位在S特性部分內(nèi)時其不允許穩(wěn)定機(jī)器的旋轉(zhuǎn)速度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在通過提出一種用于允許穩(wěn)定S特性部分中的旋轉(zhuǎn)速度的穩(wěn)定液壓機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度的方法來解決上述缺點(diǎn)。

至此，本發(fā)明涉及一種如第一技術(shù)方案中所限定的用于穩(wěn)定具有 S特性的液壓機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度的方法。

第一技術(shù)方案所限定的方法通過具有控制器C(s)的控制回路反饋系統(tǒng)實施，所述控制器用于計算影響液壓機(jī)導(dǎo)葉的定向Y；所述方法包括每次迭代的以下步驟：

a)計算與所述液壓機(jī)的操作點(diǎn)相關(guān)的一組內(nèi)部狀態(tài)N11、Q11、 C11、H、Q；