[其他]控制可調(diào)速水力發(fā)電系統(tǒng)的方法及裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 85101368
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85101368B
• 公開（公告）日: 1988-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 桑原尚夫
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會社日立制作所
• 主分類號: F03B15/16
• 分類號: F03B15/16;F03B15/08;H02P9/04
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會專利代理部
• 代理人: 趙蓉民,吳增勇

本發(fā)明是關(guān)于一種控制可調(diào)速水力發(fā)電系統(tǒng)的方法及裝置，這個發(fā)電系統(tǒng)對與其聯(lián)接的電力系統(tǒng)的頻率或功率的變化，具有快速響應(yīng)能力。

一種通常采用的常規(guī)可調(diào)速水力發(fā)電系統(tǒng)是以這樣方式運(yùn)行的，即根據(jù)發(fā)電機(jī)或發(fā)電機(jī)-電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，來提供一個理想頻率下的交流電流給發(fā)電機(jī)二次繞組以維持發(fā)電機(jī)的輸出頻率為一常量。具體地說，一種結(jié)構(gòu)如圖4所示的水力發(fā)電系統(tǒng)，其運(yùn)行方式如下所述。一種轉(zhuǎn)子繞線式感應(yīng)發(fā)電機(jī)1、其轉(zhuǎn)子與水輪機(jī)2相聯(lián)，二次繞組1A由一個頻率變換器（cyclo-converter）3勵磁，從而，達(dá)到變速運(yùn)行的效果。在這種變速運(yùn)行中，函數(shù)發(fā)生器4將產(chǎn)生最佳旋轉(zhuǎn)速度的指令值Nx和最佳導(dǎo)葉開度指令值yx。該函數(shù)發(fā)生器4根據(jù)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(zhuǎn)速的大小。從而滿足電力系統(tǒng)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(jī)控制導(dǎo)葉11。

在本系統(tǒng)中，如果水輪機(jī)能以如下方式控制，即水經(jīng)過導(dǎo)葉11所產(chǎn)生的機(jī)械輸入轉(zhuǎn)矩與電負(fù)荷對發(fā)電機(jī)所要求的轉(zhuǎn)矩一致，兩者平衡，則感應(yīng)發(fā)電機(jī)1將以與最佳轉(zhuǎn)速指令值Nx相一致的速度連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，在該系統(tǒng)中，控制電負(fù)載轉(zhuǎn)矩使之符合機(jī)械輸入轉(zhuǎn)矩的要求。那么，這個系統(tǒng)的一個非常重要的任務(wù)是怎樣控制機(jī)械輸入轉(zhuǎn)矩，或者怎樣控制對應(yīng)最佳導(dǎo)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(nèi)不會有很大變化。因此，在該系統(tǒng)中，函數(shù)發(fā)生器4產(chǎn)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(tǒng)中一個中心控制站內(nèi)的遙控給定裝置。根據(jù)常規(guī)的技術(shù)，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(jī)械轉(zhuǎn)矩也保持不變。相應(yīng)地，電負(fù)載轉(zhuǎn)矩也保持不變。但圖4所示的系統(tǒng)有很大缺點(diǎn)，現(xiàn)通過與圖5中所示的帶有同步發(fā)電機(jī)或其旋轉(zhuǎn)速度保持不變的發(fā)電機(jī)-電動機(jī)的系統(tǒng)比較便可以說明。在圖5中，標(biāo)號21表示一個與水輪機(jī)22機(jī)械連接的同步發(fā)電機(jī)。標(biāo)號23是水輪機(jī)22的導(dǎo)葉，標(biāo)號24是檢測水輪機(jī)22速度的檢速裝置。標(biāo)號25是檢測導(dǎo)葉23開度的檢測裝置。標(biāo)號26是控制調(diào)節(jié)裝置，它是根據(jù)檢速裝置24所檢測的旋轉(zhuǎn)速度N和輸出給定裝置27產(chǎn)生的輸出信號P來產(chǎn)生控制導(dǎo)葉開度的指令值yx。標(biāo)號28表示一比較器，用于比較導(dǎo)葉開度指令值yx與由導(dǎo)葉開度檢測裝置25檢測出的實(shí)際開度值yz，并產(chǎn)生兩者間誤差值。標(biāo)號29表示一個放大器，用于進(jìn)行積分及放大運(yùn)算。因此，檢測裝置25，比較器28，放大器29和導(dǎo)葉23，其中，導(dǎo)葉還包括一個與其機(jī)械連接的伺服電機(jī)（未示），此伺服電機(jī)在放大器29的作用下，用于調(diào)節(jié)導(dǎo)葉23，這些構(gòu)成一閉環(huán)系統(tǒng)，從而使誤差值減為零。

參考圖5，由于發(fā)電機(jī)21是同步機(jī)，水輪機(jī)22的轉(zhuǎn)速N₀與電力系統(tǒng)5的頻率f成比例，并由等式給出：

Nc＝120f/Pτpm（P極數(shù)）。因此，可見，在發(fā)電運(yùn)行時，檢速裝置24可以認(rèn)為是檢測電力系統(tǒng)5本身的頻率。具體地說，在圖5所示的系統(tǒng)中，對于電力系統(tǒng)5的頻率，哪怕有微小的降低，指令值yx即被增加來加大導(dǎo)葉23的開度，從而水輪機(jī)22的輸出增加。另一方面，當(dāng)電力系統(tǒng)頻率升高時，指令值yx被減小來關(guān)小導(dǎo)葉23的開度，從而水輪機(jī)22輸出減小。這種調(diào)節(jié)功能是很重要的，而且勢必會改善電力系統(tǒng)5的動態(tài)穩(wěn)定性。而在圖4所示的系統(tǒng)中，則缺乏水輪機(jī)的功率隨著電力系統(tǒng)5的負(fù)荷要求及供電平衡狀況的變化自動調(diào)節(jié)的功能。

這里所關(guān)心的是電力系統(tǒng)所具有補(bǔ)償多余或補(bǔ)缺的功率的自動自抑制能力，該電力系統(tǒng)本身帶有可調(diào)速水力發(fā)電系統(tǒng)。

誠然，本發(fā)明即使對于圖4所示的傳統(tǒng)可調(diào)速發(fā)電系統(tǒng)，也能很容易地被應(yīng)用。只需提供一個電力系統(tǒng)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(yùn)算放大器，并將此運(yùn)算放大器輸出的信號送到輸出給定裝置8。

本發(fā)明的目的是要克服上述先有技術(shù)中的缺點(diǎn)，并提供一種控制可調(diào)速水力發(fā)電系統(tǒng)的方法和裝置。在該系統(tǒng)中，當(dāng)電力系統(tǒng)頻率上升或電力系統(tǒng)發(fā)電功率減負(fù)載功率之差變?yōu)檎禃r，通過減小導(dǎo)葉開度來減小水力機(jī)械輸出。當(dāng)電力系統(tǒng)頻率下降或電力系統(tǒng)發(fā)電功率減負(fù)載功率之差變?yōu)樨?fù)值時，通過增大導(dǎo)葉開度來加大水力機(jī)械輸出。因此，限制了電力系統(tǒng)頻率的變化及發(fā)電功率減負(fù)載功率差值的變化。從而，改善了與使用感應(yīng)發(fā)電機(jī)的可調(diào)速水力發(fā)電系統(tǒng)相聯(lián)的電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性。