專利名稱：水泵水輪機(jī)及其控制方法和使其停止的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用一轉(zhuǎn)子的水泵水輪及其控制方法和使其停止的方法，通過改變轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向使轉(zhuǎn)子作為水泵和水輪機(jī)而進(jìn)行工作。
一般地，一水泵水輪機(jī)、尤其是高壓頭的水泵水輪機(jī)的轉(zhuǎn)子是如此設(shè)計(jì)的，以致于可實(shí)現(xiàn)足夠離心的泵作用，從而可在泵運(yùn)轉(zhuǎn)期間得到較高的壓頭。
但是，這種設(shè)計(jì)對水泵水輪機(jī)的水輪機(jī)工作產(chǎn)生了不良的影響。例如尤其當(dāng)所謂的S特性出現(xiàn)時(shí)，要完全避免這種影響是很困難的。
人們認(rèn)為，在上游側(cè)和下游側(cè)水道、水泵水輪機(jī)的安裝上升高度等的民用設(shè)計(jì)中，S特性尤其是高壓頭水泵水輪機(jī)的難關(guān)。因此，提出各種各樣的建議來控制這種S特性。例如，日本未審查的專利公開S53-143842(1988)提出了這樣一種方法暫時(shí)打開水泵水輪機(jī)的導(dǎo)向葉片，同時(shí)水泵水輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)在負(fù)荷衰減之后沿著S特性的流量減少方向移動，并且在水泵水輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)沿著S特性的流量增加方向移動時(shí)或者當(dāng)流量幾乎變成0時(shí)，很快關(guān)閉導(dǎo)向葉片，如附

圖1所示一樣。
但是，這個建議被設(shè)計(jì)來把旋轉(zhuǎn)速度(該旋轉(zhuǎn)速度在負(fù)荷衰減之后增加)直接減少到預(yù)定的旋轉(zhuǎn)速度或者其附近，而該預(yù)定的旋轉(zhuǎn)速度由控制器設(shè)置來決定。為此，暫時(shí)打開的導(dǎo)向葉片與負(fù)荷衰減之后的突然關(guān)閉一樣快地被關(guān)閉，而不是使用所謂的彎曲的方式，在導(dǎo)向葉片的開度Y比Ya小時(shí)，該方式改變了從“最快”速度到“慢”速度的導(dǎo)向葉片的關(guān)閉速度的限制。在S特性控制裝置失敗的情況下，這是非常危險(xiǎn)的。此外，這種建議假設(shè)，當(dāng)流量開始增加(從減少結(jié)束開始)或者當(dāng)流量幾乎變成0時(shí)，暫時(shí)打開的導(dǎo)向葉片開始關(guān)閉。但是，在水泵水輪機(jī)的瞬態(tài)時(shí)精確(以較高的分辨率)而又及時(shí)地探測流量是非常困難的。即使探測到高分辨率流量，但是也很難突然使導(dǎo)向葉片反向工作，從而可以容易地推知導(dǎo)向葉片打開得太多。尤其是，即使在S特性上的運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)結(jié)束了沿著流量減少方向的移動并且開始沿著流量增加的方向進(jìn)行移動時(shí)，仍可持續(xù)使導(dǎo)向葉片工作，此時(shí)S特性的影響將更大。
從上面進(jìn)行判斷，可以推出，在若干水泵水輪機(jī)共用同一輸水管的情況下，或者尤其是，不僅通過它自己的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)而且還通過其它水泵水輪機(jī)的相互錘擊使水泵水輪機(jī)的流量進(jìn)行各種變化時(shí)，根據(jù)日本未審查的專利公開S53-143842(1988)的方法不能確保穩(wěn)定性能。
本發(fā)明的目的是提供一種穩(wěn)定的水泵水輪機(jī)，它可以抑制負(fù)荷衰減時(shí)的水錘現(xiàn)象和來自S特性的其它瞬時(shí)影響，而這些是傳統(tǒng)水泵水輪機(jī)所不能解決的。
本發(fā)明的特征在于水泵水輪機(jī)解決了上面的問題。本發(fā)明的特征還在于控制控制器，從而在負(fù)荷衰減之后增加轉(zhuǎn)子的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度，而該負(fù)荷衰減關(guān)閉了由發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)馬達(dá)所產(chǎn)生的動力。
本發(fā)明的特征還在于提供控制器，該控制器設(shè)計(jì)來探測轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度并且控制排量調(diào)節(jié)器如導(dǎo)向葉片，從而使轉(zhuǎn)子的預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度恒定；并且控制該控制器，從而使得只在緊接負(fù)荷衰減之后的瞬態(tài)時(shí)的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度基本上比關(guān)閉由發(fā)動機(jī)馬達(dá)所產(chǎn)生的動力的、在產(chǎn)生負(fù)荷衰減的情況下的穩(wěn)定狀態(tài)狀態(tài)下的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度大。
本發(fā)明的特征還在于形成一種系統(tǒng)，從而增加和校正緊接在負(fù)荷衰減之后的瞬態(tài)時(shí)的控制器的預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度。
此外，本發(fā)明的特征在于形成一種系統(tǒng)，從而緊接在負(fù)荷衰減之后旋轉(zhuǎn)速度增加時(shí)，增加和校正控制器的預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)速度。
此外，本發(fā)明的特征在于形成一種系統(tǒng)，從而緊接在負(fù)荷衰減之后旋轉(zhuǎn)速度增加時(shí)，增加和校正目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度，從而在旋轉(zhuǎn)速度開始下降之后逐漸地釋放(或者減少)校正控制，并且在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)基本上全部釋放校正控制。
此外，本發(fā)明的特征在于形成一種系統(tǒng)，從而在增加速度曲線稍下方并且沿著增加速度曲線增加預(yù)定的旋轉(zhuǎn)速度，同時(shí)緊接在負(fù)荷衰減之后旋轉(zhuǎn)速度增加。
本發(fā)明的水泵水輪機(jī)的控制器包括關(guān)閉速度限制器，該限制器根據(jù)排量調(diào)節(jié)器的開度來限制排量調(diào)節(jié)器的關(guān)閉速度。如果關(guān)閉速度限制器設(shè)計(jì)成在排量調(diào)節(jié)器的開度比第一預(yù)定值大時(shí)把排量調(diào)節(jié)器的關(guān)閉速度限制到相對較大的第二預(yù)定值或者更小，并且在排量調(diào)節(jié)器的開度小于第一預(yù)定值之后，把排量調(diào)節(jié)器的關(guān)閉速度限制到相對較小的第三預(yù)定值或者更小，那么通過控制器，校正控制一定不能阻止排量調(diào)節(jié)器的自然關(guān)閉作用，直到至少在緊接負(fù)荷衰減之后排量調(diào)節(jié)器的開度大于第一預(yù)定值為止。
在負(fù)荷衰減之后，當(dāng)排量調(diào)節(jié)器的開度大于第一預(yù)定值時(shí)，本發(fā)明關(guān)閉排量調(diào)節(jié)器，并且不管控制器所產(chǎn)生的關(guān)閉命令，一旦在排量調(diào)節(jié)器的關(guān)閉速度轉(zhuǎn)移到小于第三預(yù)定值時(shí)，就暫時(shí)打開排量調(diào)節(jié)器。
本發(fā)明的特征還在于負(fù)荷衰減之后，當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度停止增加并開始減少時(shí)，通過校正控制來暫時(shí)打開排量調(diào)節(jié)器。(在該點(diǎn)上的旋轉(zhuǎn)速度值稱為第一尖峰值)。
在本發(fā)明中，負(fù)荷衰減之后，當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度開始下降到這個尖峰的上方時(shí)，借助于校正控制使排量調(diào)節(jié)器的開度暫時(shí)形成得更大，因此旋轉(zhuǎn)速度停止減少，并且在比控制器所產(chǎn)生的穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的正常目標(biāo)值還高的值處開始增加。(在該點(diǎn)上的旋轉(zhuǎn)速度值稱為第一底部值。)換句話說，在本發(fā)明中，負(fù)荷衰減之后，當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度開始下降到第一尖峰的上方時(shí)，借助于校正控制使排量調(diào)節(jié)器的開度暫時(shí)形成得更大。這種暫時(shí)開度工作持續(xù)到彎曲點(diǎn)，在該彎曲點(diǎn)處，旋轉(zhuǎn)速度曲線從凸形曲線變成了凹形曲線。其結(jié)果是，在比控制器所產(chǎn)生的穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的正常目標(biāo)值還高得多的這個值處，旋轉(zhuǎn)速度停止下降并且開始上升。(在這個點(diǎn)上的旋轉(zhuǎn)速度值稱為第一底部值)。
本發(fā)明的特征在于負(fù)荷衰減之后，在旋轉(zhuǎn)速度到達(dá)第一尖峰值之前，通過校正控制起動排量調(diào)節(jié)器的暫時(shí)打開工作，從而使該工作持續(xù)到彎曲點(diǎn)上，而在第一尖峰之后，在該彎曲點(diǎn)處，旋轉(zhuǎn)速度曲線從凸形曲線變成了凹形曲線，因此使旋轉(zhuǎn)速度停止減少并且在比控制器所產(chǎn)生的穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的正常目標(biāo)值高得多的值處重新開始增加。(在該點(diǎn)處的旋轉(zhuǎn)速度值稱為第一底部值)。
在第一尖峰值之后，旋轉(zhuǎn)速度再一次增加，然后停止增加，并且再一次減少。(在該點(diǎn)處的旋轉(zhuǎn)速度值稱為第二尖峰值。)本發(fā)明的特征在于設(shè)置校正控制釋放速度，從而第二尖峰值可以小于第一尖峰值。
在第二尖峰值之后，旋轉(zhuǎn)速度再一次減少，然后停止減少，并且再一次增加。(在該點(diǎn)處的旋轉(zhuǎn)速度值稱為第二底部值。)本發(fā)明的特征在于設(shè)置校正控制釋放速度，從而第二底部值可以小于第一底部值。
本發(fā)明的特征還在于校正控制該控制器，從而實(shí)際上根據(jù)緊接在負(fù)荷衰減之后的旋轉(zhuǎn)速度的增加來增加目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度，并且在第一尖峰之后旋轉(zhuǎn)速度開始下降時(shí)，逐漸釋放校正控制(或者減少旋轉(zhuǎn)速度)，而且在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)基本上全部釋放校正控制。
本發(fā)明的水泵水輪機(jī)的控制器包括用來探測旋轉(zhuǎn)速度的裝置；用來設(shè)置目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度的裝置；計(jì)算裝置，它用來輸入來自目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度設(shè)置裝置的目標(biāo)速度信號和來自旋轉(zhuǎn)速度探測裝置的實(shí)際速度信號之間的差值的信號(它稱為速度差值信號)，并且把打開命令信號輸出到排量調(diào)節(jié)器中；及用來放大來自計(jì)算裝置的信號，并且控制排量調(diào)節(jié)器的裝置。該控制器還包括用來輸入一速度信號并輸出一個基本上對輸入給控制器的目標(biāo)速度命令信號進(jìn)行校正的信號裝置(它稱為校正器)。
本發(fā)明的特征在于包括一個只有當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度超過第四預(yù)定值時(shí)才通過旋轉(zhuǎn)速度信號的第一計(jì)算元件；一個第二計(jì)算元件，該第二計(jì)算元件接受從第一計(jì)算元件中輸出的一信號并且輸出一個信號(目標(biāo)信號)，當(dāng)所接受到的信號以相對較快地響應(yīng)所接受到的信號增加時(shí)，該信號(目標(biāo)信號)增加，并且當(dāng)所接受到的信號以相對較慢地響應(yīng)所接受到的信號而開始減少時(shí)，該信號(目標(biāo)信號)慢慢減少；一個校正器，該校正器接受來自第二計(jì)算元件的信號(目標(biāo)信號)并且把信號輸出到控制器中，從而基本上校正目標(biāo)速度命令信號。
本發(fā)明的特征在于第四預(yù)定值比最大旋轉(zhuǎn)速度大得多，而在發(fā)電機(jī)連接到其中的電力系統(tǒng)的正常工作中可以得到該最大旋轉(zhuǎn)速度。
在本發(fā)明中，第二計(jì)算元件在從第一計(jì)算元件所輸出的信號正在增加時(shí)產(chǎn)生相對較短時(shí)間常數(shù)的第一級滯后響應(yīng)，和／或在從第一計(jì)算元件所輸出的信號正在減少時(shí)產(chǎn)生相對較長時(shí)間常數(shù)的第一級滯后響應(yīng)。
在本發(fā)明中，第二計(jì)算元件在從第一計(jì)算元件所輸出的信號正在增加時(shí)產(chǎn)生相對較短時(shí)間常數(shù)的第一級滯后響應(yīng)，和／或在從第一計(jì)算元件所輸出的信號正在減少時(shí)產(chǎn)生時(shí)間常數(shù)(該時(shí)間常數(shù)比該信號開始減少之前的信號的時(shí)間常數(shù)大)的衰減響應(yīng)。
在控制器的計(jì)算裝置屬于PID計(jì)算型(P表示比例、I表示積分和D表示微分)的情況下，本發(fā)明的特征還在于在所有的P、I和D工作之前加入校正信號。
此外，在控制器的計(jì)算裝置屬于PID計(jì)算型(P表示比例、I表示積分和D表示微分)的情況下，本發(fā)明的特征在于加入只在P和I工作時(shí)產(chǎn)生作用的校正信號。
此外，本發(fā)明的特征在于調(diào)整校正信號大小，因此，盡管來自控制器的關(guān)閉命令信號比緊接在負(fù)荷衰減之后的旋轉(zhuǎn)速度增加的停止要早，但是排量調(diào)節(jié)器的暫時(shí)打開可以開始。
此外，本發(fā)明的水泵水輪機(jī)包括一第一控制器，該控制器監(jiān)控發(fā)電模式中的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，并且控制排量調(diào)節(jié)器，從而在任何穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)把轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度設(shè)置成預(yù)定值；及一第二控制器，該控制器在發(fā)電機(jī)的負(fù)荷衰減時(shí)，取代第一控制器用來控制排量調(diào)節(jié)器。本發(fā)明的特征在于，至少剛好在負(fù)荷衰減之后，把第二控制器的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度設(shè)置成比瞬態(tài)時(shí)的第一控制器的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度高很多。
本發(fā)明的特征在于抑制負(fù)荷衰減時(shí)的反向水流，而該負(fù)荷衰減切斷了由發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電力。
本發(fā)明的特征在于，在負(fù)荷衰減之后的瞬態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度不會象傳統(tǒng)控制器一樣快地下降到由控制器預(yù)定的值，而該負(fù)荷衰減切斷了由發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電力。
本發(fā)明的特征在于，在負(fù)荷衰減時(shí)，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度不會下降到由控制器預(yù)定的值，而該負(fù)荷衰減關(guān)閉了由發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電力。
本發(fā)明的特征在于，在負(fù)荷衰減之后的瞬態(tài)時(shí)，抑制反向水流，而該負(fù)荷衰減關(guān)閉了由發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電力。
本發(fā)明的水泵水輪機(jī)的特征在于，在負(fù)荷衰減時(shí)，抑制反向水流，而該負(fù)荷衰減關(guān)閉了由發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電力。
本發(fā)明的水泵水輪機(jī)的特征在于，在這樣的短時(shí)間內(nèi)，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度不會下降到由控制器預(yù)定的值，從而在負(fù)荷衰減之后或者類似情況下，使旋轉(zhuǎn)速度增加到第一尖峰值。
此外，本發(fā)明的特征在于，提供校正控制裝置，剛好在發(fā)電模式的負(fù)荷衰減之后，在旋轉(zhuǎn)速度快速增加之后，當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度開始下降到尖峰時(shí)，通過排量調(diào)節(jié)器上的控制器，該控制裝置中斷了控制，從而暫時(shí)使排量調(diào)節(jié)器打開，同時(shí)控制器關(guān)閉控制處于進(jìn)行中；并且調(diào)整校正控制，從而暫時(shí)增加旋轉(zhuǎn)速度，因此至少在全負(fù)荷衰減時(shí)，旋轉(zhuǎn)速度不會直接從尖峰值下降到由控制器所預(yù)定的值或者其附近。
本發(fā)明的特征還在于，在旋轉(zhuǎn)速度開始增加的最新時(shí)間時(shí)停止校正控制，并且使控制返回到控制器從而調(diào)整排量調(diào)節(jié)器。
當(dāng)負(fù)荷衰減之后的旋轉(zhuǎn)速度開始減少時(shí)，暫時(shí)打開排量調(diào)節(jié)器的校正控制開始，并且持續(xù)到旋轉(zhuǎn)速度曲線從凸形曲線變化到凹形曲線的點(diǎn)(彎曲點(diǎn))處。
接下來，在負(fù)荷衰減之后，剛好在旋轉(zhuǎn)速度開始減少之前，暫時(shí)打開排量調(diào)節(jié)器的校正控制開始，并且持續(xù)到在旋轉(zhuǎn)速度減少階段中旋轉(zhuǎn)速度曲線從凸形曲線變化到凹形曲線的點(diǎn)(彎曲點(diǎn))處。
在本發(fā)明中，在旋轉(zhuǎn)速度點(diǎn)上，校正控制使全負(fù)荷衰減之后的旋轉(zhuǎn)速度停止第一次減少，并且代之而起的是從這里開始增加該旋轉(zhuǎn)速度，該旋轉(zhuǎn)速度點(diǎn)位于額定旋轉(zhuǎn)速度(或者控制器的正常目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度)和尖峰旋轉(zhuǎn)速度值之間的差值的1／3的上方。
此外，在本發(fā)明中，在全負(fù)荷衰減之后的旋轉(zhuǎn)速度下降到由控制器所預(yù)設(shè)的值(控制器的正常目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度)之前，校正控制使旋轉(zhuǎn)速度的減少、停止和增加的設(shè)置重復(fù)許多次。
本發(fā)明的控制器包括關(guān)閉速度限制器，該限制器根據(jù)排量調(diào)節(jié)器的開度限制關(guān)閉排量調(diào)節(jié)器的速度。在這樣的情況下當(dāng)排量調(diào)節(jié)器的開度是第一預(yù)定值或者大于第一預(yù)定值時(shí)，關(guān)閉速度限制器設(shè)計(jì)來把排量調(diào)節(jié)器的關(guān)閉速度限制到相對較高的第二預(yù)定值或者更小，或者，當(dāng)排量調(diào)節(jié)器的開度是第一預(yù)定值或者小于第一預(yù)定值時(shí)，關(guān)閉速度限制器設(shè)計(jì)來把排量調(diào)節(jié)器的關(guān)閉速度限制到相對較小的第三預(yù)定值或者更小，只要排量調(diào)節(jié)器的開度大于第一預(yù)定值，則校正控制失去作用。
在負(fù)荷衰減之后，旋轉(zhuǎn)速度第一次減少，然后在一點(diǎn)(第一底部速度值)處通過校正控制變成增加，并且然后在另一點(diǎn)處(第二尖峰速度值)變成減少。校正控制進(jìn)行調(diào)整從而使第二尖峰值小于第一尖峰值。
接下來，在第二尖峰值之后，旋轉(zhuǎn)速度減少，然后逐漸停止減少，并且在一點(diǎn)處(第二底部速度值)變成增加。校正控制進(jìn)行調(diào)整從而使第二底部值小于第一底部值。
本發(fā)明的水泵水輪機(jī)的控制器包括用于探測旋轉(zhuǎn)速度的裝置；用于設(shè)置目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度的裝置；用于至少輸入來自目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度設(shè)置裝置的目標(biāo)速度命令信號和來自旋轉(zhuǎn)速度探測裝置的實(shí)際速度信號之間的差值的信號(該信號稱為速度差值信號)，并且把開度命令信號輸出到排量調(diào)節(jié)器中的計(jì)算裝置；和一個放大來自計(jì)算裝置的信號并且控制排量調(diào)節(jié)器的裝置。該控制器還包括至少輸入旋轉(zhuǎn)速度信號的裝置(它稱為校正控制裝置)和基本上校正來自計(jì)算裝置的信號的裝置。
該校正控制裝置還包括一個只有當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度超過第四預(yù)定值時(shí)才允許旋轉(zhuǎn)速度信號通過的第一計(jì)算元件；一個第二計(jì)算元件，該第二計(jì)算元件接受從第一計(jì)算元件輸出的一信號，并且輸出一信號(目標(biāo)信號)，在所接受到的信號增加的同時(shí)，該信號(目標(biāo)信號)以相對較快地響應(yīng)所接受到的信號快速增加，并且當(dāng)接受到的信號開始減少時(shí)，該信號(目標(biāo)信號)以相對較慢地響應(yīng)所接受到的信號慢慢減少；一個比較目標(biāo)信號和從第一計(jì)算元件中輸出的信號，并且輸出結(jié)果(差)的比較器；一個限制從比較器中輸出信號的正成分的第一限制元件；一個不完全微分從第一限制元件輸出來的信號的微分元件；及一個阻止從微分元件所輸出的信號的負(fù)成分，并且以預(yù)定值限制信號的正成分的第二限制元件。
在本發(fā)明中，第四預(yù)定值比最大旋轉(zhuǎn)速度大得多，而該最大旋轉(zhuǎn)速度可以在發(fā)電機(jī)連接到其中的電力系統(tǒng)的正常工作中得到。
本發(fā)明的特征還在于，提供一第二計(jì)算元件，該第二計(jì)算元件在從第一計(jì)算元件輸出的信號正在增加時(shí)產(chǎn)生相對較短時(shí)間常數(shù)的第一級滯后響應(yīng)，或者在信號開始減少之前，在從第一計(jì)算元件輸出的信號重新減少時(shí)，產(chǎn)生比信號的還長的時(shí)間常數(shù)的衰減響應(yīng)。
本發(fā)明的特征還在于，提供校正控制，該校正控制設(shè)計(jì)成根據(jù)旋轉(zhuǎn)速度的實(shí)際過渡期來決定信號輸出正時(shí)，并且在開始和重新設(shè)置之間保持輸出值不變。
此外本發(fā)明的校正控制設(shè)計(jì)成只工作在旋轉(zhuǎn)速度大于第五預(yù)定值時(shí)，而該第五預(yù)定值比穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的目標(biāo)值大，且在其它狀態(tài)時(shí)不起作用。
在緊急情況下，為了使處于發(fā)電模式中的水泵水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)立即停止，因此至少在緊急停止過程的初始時(shí)，通過控制器和校正控制這兩者的工作，本發(fā)明的水泵水輪機(jī)完全關(guān)閉排量調(diào)節(jié)器，并且使水泵水輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)停止。
此外，在緊急情況下，為了使處于發(fā)電模式中的水泵水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)立即停止，因此在緊急停止過程的初始時(shí)，通過控制器和校正控制這兩者的工作，本發(fā)明的水泵水輪機(jī)首先減少S特性的不良影響，完全關(guān)閉排量調(diào)節(jié)器，并且使水泵水輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)停止。
為了解決上述問題，本發(fā)明使排量調(diào)節(jié)器多次重復(fù)關(guān)閉和打開工作，從而使水停止流過轉(zhuǎn)子。
在本發(fā)明中，負(fù)荷衰減之后，在排量調(diào)節(jié)器的重復(fù)關(guān)閉和打開工作時(shí)，一步一步地進(jìn)行排量調(diào)節(jié)器的關(guān)閉。
此外，在負(fù)荷衰減時(shí)的第一尖峰之后，在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度的減少比例變得最大之前，使排量調(diào)節(jié)器至少暫時(shí)打開一次?？刂瓶刂破?，從而在負(fù)荷衰減之后的瞬態(tài)時(shí)抑制水的反流。
同樣地，在負(fù)荷衰減時(shí)的第一尖峰之后，在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度的減少比例變得最大之前，使排量調(diào)節(jié)器至少暫時(shí)打開一次?？刂瓶刂破?，從而使轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度的減少比例比增加比例小得多。
此外，同樣地，在負(fù)荷衰減時(shí)的第一尖峰之后，在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度的減少比例變得最大之前，使排量調(diào)節(jié)器至少暫時(shí)打開一次?？刂瓶刂破?，從而消除水輪機(jī)的上游側(cè)處的第二水錘尖峰，而根據(jù)傳統(tǒng)控制器，剛好在負(fù)荷衰減時(shí)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度開始減少之后，可以觀察到該水錘尖峰。
校正信號發(fā)生器被設(shè)置來把校正值供給到控制器中，從而在負(fù)荷衰減之后使轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度的減少比例比旋轉(zhuǎn)速度的增加比例小得多。
校正信號發(fā)生器被設(shè)置來把校正值供給到控制器中，從而消除水輪機(jī)的上游側(cè)的第二水錘尖峰，而在負(fù)荷衰減之后，緊接在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度開始減少之后，可以觀察到該第二水錘尖峰。
校正信號產(chǎn)生器被設(shè)置來把校正值供給到控制器中，從而消除水輪機(jī)的上游側(cè)的第二水錘尖峰，而在負(fù)荷衰減之后，緊接在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度開始減少之后，可以觀察到該第二水錘尖峰。
此外，在負(fù)荷衰減時(shí)的第一尖峰之后，在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度的減少比例變得最大之前，使排量調(diào)節(jié)器至少暫時(shí)打開一次?？刂瓶刂破?，從而調(diào)整校正控制，因此在旋轉(zhuǎn)速度的第一尖峰的周圍，上游管子內(nèi)的最大水壓被限制成接近不變。
一校正信號產(chǎn)生器被設(shè)置來把校正值供給到控制器中，從而校正控制器的輸出信號。在負(fù)荷衰減時(shí)，校正信號產(chǎn)生器輸出校正值，從而使轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度的減少比例比旋轉(zhuǎn)速度的增加比例小得多。
一校正信號產(chǎn)生器被設(shè)置來把校正值供給到控制器中，從而校正控制器的輸出信號。校正信號產(chǎn)生器校正控制器的信號，從而消除了水輪機(jī)的上游側(cè)內(nèi)的第二水錘尖峰，而在負(fù)荷衰減之后，緊接在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度開始減少之后，可以觀察到該第二水錘尖峰。
一校正信號產(chǎn)生器被設(shè)置來把校正值供給到控制器中，從而校正控制器的輸出信號。校正信號產(chǎn)生器校正控制器的輸出信號，從而消除了水輪機(jī)的上游側(cè)內(nèi)的第二水錘尖峰，而在負(fù)荷衰減之后，緊接在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度開始減少之后，可以觀察到該第二水錘尖峰。
圖1表示傳統(tǒng)控制的示意圖。
圖2是具有3個水泵水輪機(jī)的整個動力設(shè)備的示意圖。
圖3表示解釋S特性的兩個圖。
圖4是由S特性所引起的正反饋?zhàn)饔玫牧鞒虉D。
圖5是由S特性所引起的正反饋?zhàn)饔玫牧鞒虉D。
圖6是解釋導(dǎo)向葉片的關(guān)閉模式和水錘之間關(guān)系的圖。
圖7是解釋相互水錘干擾的圖。
圖8是解釋相互水錘干擾的圖。
圖9是解釋相互水錘干擾的圖。
圖10是根據(jù)傳統(tǒng)控制解釋負(fù)荷衰減時(shí)水泵水輪機(jī)的瞬時(shí)現(xiàn)象的一個典型示圖。
圖11是根據(jù)傳統(tǒng)控制解釋負(fù)荷衰減時(shí)水泵水輪機(jī)的單位排量對單位速度軌跡的圖。
圖12是本發(fā)明控制器的示意性方塊圖。
圖13是解釋速度控制的14是解釋速度控制的圖。
圖15是解釋導(dǎo)向葉片的關(guān)閉速度的局限性的圖。
圖16是解釋導(dǎo)向葉片的打開速度的局限性的圖。
圖17是校正限制電路的示意性方塊圖。
圖18是解釋校正限制電路工作的圖。
圖19是整個控制器的工作圖。
圖20是PID控制裝置的工作圖。
圖21是本發(fā)明的第二實(shí)施例的控制器的示意性方塊圖。
圖22是本發(fā)明的整個系統(tǒng)的工作圖。
圖23是解釋根據(jù)圖22的單位排量對單位速度軌跡的圖。
圖24是本發(fā)明的第三實(shí)施例的控制器的示意性方塊圖。
圖25是本發(fā)明的第三實(shí)施例的校正限制電路的詳細(xì)方塊圖。
圖26是本發(fā)明的第三實(shí)施例的校正限制電路的工作圖。
圖27是本發(fā)明的第三實(shí)施例的校正限制電路的工作圖。
圖28是本發(fā)明的第三實(shí)施例的校正限制電路的工作圖。
圖29是本發(fā)明的第三實(shí)施例的校正限制電路的工作圖。
圖30是本發(fā)明的第三實(shí)施例的校正限制電路的工作圖。
圖31是本發(fā)明的第三實(shí)施例的校正限制電路的工作圖。
圖32是本發(fā)明的第三實(shí)施例的整個系統(tǒng)的工作圖。
圖33是本發(fā)明的第三實(shí)施例的、負(fù)荷衰減時(shí)的時(shí)間響應(yīng)圖。
圖34是解釋本發(fā)明的第三實(shí)施例的水泵水輪機(jī)的單位排量對單位速度軌跡的圖。
下面參照附圖來解釋本發(fā)明的一些實(shí)施例。
參照附圖2來解釋本發(fā)明的水泵水輪機(jī)的整個形狀。把儲存在上部容器101中的水導(dǎo)入到輸水管102中，然后借助于輸水管103α-103γ分別分流到水泵水輪機(jī)14α-14γ中。
從輸水管103α-103γ進(jìn)入到水泵水輪機(jī)14α-14γ的轉(zhuǎn)子114α-114γ中的水量由導(dǎo)向閥113α-113γ來控制，而這些導(dǎo)向閥各自由控制器110α-110γ來控制。使水慢下來的力使轉(zhuǎn)子114α-114γ旋轉(zhuǎn)，這些轉(zhuǎn)子的動力被傳遞到動力發(fā)生器111α-111γ中。由發(fā)生器111α-111γ所產(chǎn)生的電力供給到動力系統(tǒng)中。
通過水泵水輪機(jī)14α-14γ的水由水道104α-104γ導(dǎo)入到緩沖罐105中，從而進(jìn)行減震。然后，通過水道106把水導(dǎo)入到下部的容器107中。在具有很多剩余未用的電力的情況下如在晚上，水泵水輪機(jī)14α-14γ被反向旋轉(zhuǎn)，從而把水從下部容器向上泵到上部容器中。就這而言，該系統(tǒng)現(xiàn)在已準(zhǔn)備好為下一次發(fā)電，從而為緊急需要電的時(shí)候作好準(zhǔn)備。
下面解釋使用并聯(lián)的三個水泵水輪機(jī)的例子。具有S特性的水泵水輪機(jī)的上游側(cè)、下游側(cè)即兩側(cè)被連接起來，如圖15所示一樣。
S特性下面將解釋這種設(shè)備的特定S特性。
一般地，水泵水輪機(jī)的排出特性用一組特性曲線來表示，而特性曲線表示每單位壓頭的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)(N1=N／H1／2)和每單位壓頭的排量(Q1=N／H1／2)之間的關(guān)系，使用導(dǎo)向葉片的開度作為特征數(shù)據(jù)。另一方面，水泵水輪機(jī)的扭矩特性用一組特性曲線來表示，而特性曲線表示每單位壓頭的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)(N1=N／H1／2)和每單位壓頭的扭矩(T1=T／H)之間的關(guān)系，使用導(dǎo)向葉片的開度作為特征數(shù)據(jù)。這兩種特性曲線通常稱之為完美的特性。
在水輪機(jī)工作的范圍內(nèi)，排量特性曲線具有一第一區(qū)域和一第二區(qū)域。在第一區(qū)域內(nèi)，當(dāng)N1值增加時(shí)，Q1值減??；在第二區(qū)域內(nèi)，當(dāng)N1值減少時(shí)，Q1值減少。為更容易理解，第二區(qū)域在本說明書中稱為S特性區(qū)域。
此外，在S特性區(qū)域內(nèi)的水泵水輪機(jī)的特性在下文中稱為S特性。就S特性區(qū)域內(nèi)的水輪機(jī)的工作而言，當(dāng)每單位壓頭的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)(N1)減少時(shí)，每單位壓頭的扭矩(T1)也減少了。
在第一區(qū)域內(nèi)完成以水輪機(jī)模式進(jìn)行的正常水泵水輪機(jī)工作。然而，由于負(fù)荷衰減使得每單位壓頭的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)(N1)突然增加時(shí)，該水泵水輪機(jī)的工作就處于S特性區(qū)域內(nèi)。
當(dāng)水泵水輪機(jī)的工作開始于S特性區(qū)域內(nèi)的一點(diǎn)時(shí)，水泵水輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)沿著S特性區(qū)域內(nèi)的曲線從一端移到另一端。最初，每單位壓頭的排量(Q1)和每單位壓頭的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)(N1)減少。然后，水泵水輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)沿著S特性區(qū)域內(nèi)的曲線擺回(象擺錘)。自然地，每單位壓頭的排量(Q1)和每單位壓頭的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)(N1)這兩者增加。在S特性區(qū)域內(nèi)的這種往復(fù)運(yùn)動無窮地繼續(xù)下去，除非導(dǎo)向葉片被關(guān)閉為止。同時(shí)，每單位壓頭的扭矩(T1)還在減少和增加之間擺動。這種擺動現(xiàn)象落在這樣的區(qū)域內(nèi)，在該區(qū)域內(nèi)，當(dāng)N1值增加時(shí)，Q1值(或者T1值)增加。但是，特性Q1到N1是垂直的水泵水輪機(jī)也具有這種現(xiàn)象。這是因?yàn)?，?dāng)比降δQ1／δN1或者δT1／δN1變大(變陡)時(shí)，控制器的速度控制系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。該S特性不僅含有這樣的區(qū)域在該區(qū)域內(nèi)，當(dāng)N1值增加時(shí)，Q1值(或者T1值)增加，而且還含有這樣的區(qū)域在該區(qū)域內(nèi)，即使當(dāng)比降δQ1／δN1(或者δT1／δN1)比0還小時(shí)，比降δQ1／N1(或者δT1／δN1)變大(變陡)。因此，不需要說明，本發(fā)明還可應(yīng)用到具有這種陡比降的水泵水輪機(jī)中。
在水輪機(jī)工作區(qū)域內(nèi)具有S特性的水泵水輪機(jī)的特性示出在圖3(A)和圖3(B)中。圖3(A)的水泵水輪機(jī)特性表明了每單位壓頭的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)(N1)和每單位壓頭的排量(Q1)之間的關(guān)系，使用導(dǎo)向葉片開度作為參數(shù)。同樣地，圖3(B)的水泵水輪機(jī)特性表明了每單位壓頭的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)(N1)和每單位壓頭的扭矩(T1)之間的關(guān)系，使用導(dǎo)向葉片開度作為參數(shù)。
在上面的描述中，符號N、Q、H和T各自表示旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)、排量、有效壓頭和水泵水輪機(jī)的扭矩。
當(dāng)導(dǎo)向葉片的開度相對較大并且被預(yù)定時(shí)，可得到特性曲線1和1’。當(dāng)導(dǎo)向葉片的開度較小時(shí)，可得到特性曲線2和2’。當(dāng)導(dǎo)向葉片的開度很小時(shí)，可得到特性曲線3和3’。
在特性曲線1的線段a-d-h中，當(dāng)N1值減小時(shí)，Q1值減小。該線段在本說明書中被稱為S特性區(qū)域。同樣地，線段b-e-i被稱為特性曲線2的S特性區(qū)域，線段c-f-j被稱為特性曲線3的S特性區(qū)域。如初看去的一樣，特性曲線1的線段a-d-h比線段b-e-i長，線段b-e-i比線段c-f-j長。這意味著，當(dāng)導(dǎo)向葉片的開度變得更小時(shí)，S特性的線段變得更短。
在與圖3(A)一樣的圖3(B)中，線段a’-d-h’、b’-e’-i’和c’-f’-j’是特性曲線1’、2’和3’的S特性區(qū)域。
圖3(B)與圖3(A)緊密相關(guān)。例如，圖3(A)的曲線3上的點(diǎn)x(該點(diǎn)滿足Q1=Q1x和N1=N1x)與圖3(B)的曲線3’上的點(diǎn)x’相對應(yīng)。點(diǎn)x’滿足T1=T1r和N1=N1r(=N1x)。同樣地，圖3(A)上的點(diǎn)a，b，c，d，e，f，h，i和j分別與圖3(B)上的點(diǎn)a’，b’，c’，d’，e’，f’，h’，i’，和j’相對應(yīng)。
曲線nr是無負(fù)荷的排量曲線。曲線nr和曲線1、2和3的交點(diǎn)α、β和γ與直線T1=0和曲線1’、2’和3’的交點(diǎn)α’、β’和γ’相對應(yīng)。
下面將參照特性曲線1和1’來解釋水泵水輪機(jī)的水輪機(jī)工作(用來產(chǎn)生動力)。如上所述，當(dāng)導(dǎo)向葉片的開度相對較大時(shí)，可得到特性曲線1與特性曲線1’相對應(yīng)的特性。常常地，水泵水輪機(jī)的水輪機(jī)工作于特性曲線1的上方，這就是說，工作于S特性區(qū)域的線段a-d-h上方的曲線上。但是，例如，當(dāng)水泵水輪機(jī)上的負(fù)荷突然減少時(shí)，水泵水輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)(N)急劇增大，N1值也急劇增大。水泵水輪機(jī)開始在S特性區(qū)域進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)進(jìn)入S特性區(qū)域時(shí)，水泵水輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)(N)減少并且N1值和Q1值減少。因此，水泵排量(Q)減少了。圖4詳細(xì)地解釋了這一點(diǎn)。相反，當(dāng)排量Q減少時(shí)，水泵水輪機(jī)的進(jìn)入口和出口之間的壓頭(H值)增加。一旦N1值減少，那么排量Q減少。排量Q的減少引起了水泵水輪機(jī)的有效壓頭H增加。另外，有效壓頭H的增加使得N1減少，而N1的減少使得Q1減少。在這種方法中，一旦水泵水輪機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)在S特性區(qū)域中，那么隨著速度從點(diǎn)a增加到點(diǎn)b(從而減少了S特性區(qū)域的Q1值)，Q1和N1減少。無需說明，變小的力如輸水管的磨擦及類似情況壓抑了Q的減少過程。無論如何，除了它們處于正的反饋電路之外，隨著速度的增加，Q1和N1容易減少。
當(dāng)水泵水輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)到達(dá)S特性區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)h(離開點(diǎn)a)時(shí)，上面現(xiàn)象逐漸減少并處于負(fù)的反饋電路中。該運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)開始從點(diǎn)h稍后處向上移動(從而增加Q1)到S特性區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)a上。以與正反饋電路中一樣的方式產(chǎn)生運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)的這種反向移動。圖5解釋了這種擺回。
如上所述，當(dāng)水泵水輪機(jī)的導(dǎo)向葉片在負(fù)載減少之后保持打開時(shí)，水泵水輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)在與導(dǎo)向葉片相對應(yīng)的S特性曲線上擺動。因此，根據(jù)水泵水輪機(jī)特性進(jìn)行工作在一些情況下是有害的并且危險(xiǎn)。因?yàn)樗盟啓C(jī)的排量反復(fù)地增加和減少，強(qiáng)烈的水錘反復(fù)地產(chǎn)生于水電站的輸水管中。
當(dāng)S特性區(qū)域變得較短時(shí)，工作在S特性區(qū)域期間所形成的這種不良影響減少了。例如，在水泵水輪機(jī)沿著含有線段b-e-i(該線段隨著導(dǎo)向葉片的開度減少而變得更短)的特性曲線2進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，可以減少這種影響。
在S特性區(qū)域內(nèi)的水泵水輪機(jī)工作還反向影響水泵水輪機(jī)的扭矩。如圖3(B)所示一樣，當(dāng)N1值在S特性區(qū)域內(nèi)減少時(shí)，T1值減少。這里，注意到，圖3(A)所示的特性曲線1上的點(diǎn)a和h各自與圖3(B)所示的特性曲線1’上的點(diǎn)a’和h’相對應(yīng)。
假設(shè)有效壓頭H不變，減少T1意味著減少水泵水輪機(jī)的扭矩T。此外，下面這些是顯而易見的減少水泵水輪機(jī)的扭矩T可以引起水泵水輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)N的減少。當(dāng)水泵水輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)N減少時(shí)，N1和T1順序地減少了。在實(shí)際工作中，如上所述，當(dāng)有效壓頭增加時(shí)，這種減少隨著速度的增加而進(jìn)行。因此，水泵水輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)沿著特性曲線1’從點(diǎn)a’移動到點(diǎn)h’上，同時(shí)沿著特性曲線1移向較小的Q1值。這種移動與正反饋電路相同。在S特性區(qū)域內(nèi)反向地進(jìn)行這種移動時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)從特性曲線1上的點(diǎn)h’移回到點(diǎn)a’上。從上面可以看出這些是顯而易見的扭矩波動是不可接受的。
負(fù)荷衰減之后水泵水輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)沿著S特性曲線向下移動時(shí)，很快地關(guān)閉導(dǎo)向葉片是危險(xiǎn)的。這是因?yàn)榇偈筃1減少的這種作用發(fā)揮影響了。
共同水錘(mutual hammer)的干擾在水輪機(jī)模式中，S特性的影響可以借助下面方法來抑制例如當(dāng)導(dǎo)向葉片的開度小于80％時(shí)，設(shè)置上部葉片的關(guān)閉速率，或者，在導(dǎo)向葉片的開度是80％或者更大時(shí)，把值設(shè)置得比上部葉片關(guān)閉速率還小。負(fù)荷衰減時(shí)，恰好在運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)進(jìn)入S特性區(qū)域之前，葉片關(guān)閉速率由“快”變成“慢”。這里在關(guān)閉特性曲線中形成了彎曲。參照圖6，讓我們假設(shè)，例如，當(dāng)導(dǎo)向葉片的開度差不多是100％時(shí)，形成負(fù)荷衰減(在時(shí)間t0處)。最初，導(dǎo)向葉片關(guān)閉得相對較快。當(dāng)導(dǎo)向葉片的開度到達(dá)開度值Ya時(shí)，可以選擇較小的關(guān)閉速率范圍。
因此，當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)進(jìn)入到S特性區(qū)域(在該區(qū)域內(nèi)，在最大值上方處水泵水輪機(jī)的速度開始減少并且移向較小排量)時(shí)，葉片關(guān)閉速率被限制成相對較慢的速率。N1的過度正反饋現(xiàn)象的抑制加速減少了，因此可以防止過度的水錘尖峰。
圖6表示葉片關(guān)閉模式和水錘尖峰之間的關(guān)系，尤其地，在負(fù)荷衰減時(shí)，上部容器側(cè)的輸水管壓力Hp的升高依賴于根據(jù)導(dǎo)向葉片關(guān)閉而進(jìn)行的葉片關(guān)閉速率的轉(zhuǎn)換。換句話，當(dāng)增加導(dǎo)向葉片的開度Ya(在該開度時(shí)，葉片關(guān)閉速率從“快”轉(zhuǎn)換到“慢”)時(shí)，上部容器側(cè)上的第一尖峰輸水管水壓Hpx下降到Hpx1，但是第二尖峰輸水管水壓Hpy上升到Hpy1。下部容器側(cè)的輸水管水壓Hd的波形剛好象波型Hp的顛倒圖像(盡管它不能在圖6中看到)，并且第二尖峰的減少量Hy1比Hdy小。換句話說，當(dāng)梯度被限制成較小值時(shí)，第一尖峰值Hpx下降，而第二尖峰值Hpy上升。最典型的例子是這樣的情況在彎曲點(diǎn)下方，快速關(guān)閉速率變得等于慢速關(guān)閉速率。
因此，只依賴于導(dǎo)向葉片關(guān)閉模式的彎曲來確定葉片關(guān)閉模式，因此上部容器側(cè)的輸水管水壓的尖峰值Hpx(該值出現(xiàn)在緊接負(fù)荷衰減之后的快速葉片關(guān)閉期間)接近等于上部容器側(cè)的尖峰輸水管水壓值Hpy(在速度開始減少之后，該值出現(xiàn)在S特性曲線的旁邊)。實(shí)際上，這一點(diǎn)是通過調(diào)整彎曲開度Ya、快速葉片關(guān)閉速度范圍(當(dāng)Y＞Ya時(shí))及慢速葉片關(guān)閉速度范圍(當(dāng)Y＜Ya時(shí))來實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)識到只依賴葉片關(guān)閉模式的彎曲是不夠的。例如，在這樣的情況下具有S特性的若干水泵水輪機(jī)被聯(lián)接在上游側(cè)、下游側(cè)或者在兩側(cè)上，如圖2所示，那么這些是公知的相互水錘干擾將會使上游側(cè)的水壓產(chǎn)生不正常上升，或者使下游側(cè)水壓產(chǎn)生不正常下降。假設(shè)水泵水輪機(jī)具有相同的技術(shù)要求，那么就有各種問題。其中的一個問題是，負(fù)荷連續(xù)衰減時(shí)(這種衰減一個接一個地減少水泵水輪機(jī)的負(fù)荷)的最大上游側(cè)水壓比自動負(fù)荷衰減時(shí)的最大上游側(cè)水壓高。另一個問題是，負(fù)荷連續(xù)衰減時(shí)(這種衰減一個接一個地減少水泵水輪機(jī)的負(fù)荷)的最小下游側(cè)水壓比自動負(fù)荷衰減時(shí)的最小下游側(cè)水壓低，并且分開的水柱是在極端的情況下產(chǎn)生的。更糟的是，使情況變得更壞的條件如時(shí)差難以預(yù)先知道，因?yàn)檫@些不正常的錘擊現(xiàn)象與沿著S特性的軌跡的精確正時(shí)密切相關(guān)。圖7、8和9是解釋在連續(xù)負(fù)荷衰減時(shí)為什么這些條件難以預(yù)先知道的圖。這些附圖假設(shè)三個水泵水輪機(jī)一起被連接到一個上游側(cè)輸水管上和一個下游側(cè)輸水管上。在這個例子中，水泵水輪機(jī)#1在20秒的時(shí)間點(diǎn)處被全負(fù)荷衰減。在全負(fù)荷衰減后的Td1秒之后，水泵水輪機(jī)#2被全負(fù)荷衰減。在第二個全負(fù)荷衰減后的Td2秒之后，水泵水輪機(jī)#3被全負(fù)荷衰減。其結(jié)果是，在負(fù)荷衰減后的33．6秒或者13．6秒的時(shí)間點(diǎn)處，水泵水輪機(jī)#1的下游側(cè)水壓下降很快。
這種相互水錘干擾產(chǎn)生了突變的尖峰脈沖形下游側(cè)水壓降。盡管如此，為了抑制水泵水輪機(jī)的下游側(cè)輸水管處的水柱分離，水泵水輪機(jī)一定得安裝得盡可能的低，并且確保在下部容器上方具有足夠的水位差。一般地，這就增加了安裝水泵水輪機(jī)要挖的土的數(shù)量，并且增加了施工費(fèi)用。
在這種情況下，它不是如此明顯，以致由于相互干擾所引起的不正常水錘出現(xiàn)上游側(cè)，因?yàn)楫?dāng)每個水泵水輪機(jī)全負(fù)荷衰減(參見圖10)時(shí)，葉片關(guān)閉模式設(shè)置成使葉片關(guān)閉期間的上游輸水管水壓尖峰Hpx比上游輸水管水壓尖峰Hpy(該尖峰出現(xiàn)在旋轉(zhuǎn)速度開始減少之后的S特性旁邊)高。換句話說，這種情況假設(shè)，Hpx設(shè)置成全部比Hpy高，并且使所設(shè)計(jì)的上游水壓全部形成得較高，因此減少了上游結(jié)構(gòu)／施工費(fèi)用。當(dāng)然，Hpx必須更小，從而減少上游側(cè)結(jié)構(gòu)費(fèi)用。為此，一定得消除上游側(cè)輸水管內(nèi)的相互水錘干擾。即使通過使用圖10的葉片關(guān)閉模式來消除由于上游側(cè)輸水管內(nèi)的相互水錘干擾而引起的不正常壓力上升時(shí)，但是由于下游側(cè)輸水管內(nèi)的相互干擾所引起的尖峰脈沖仍然存在。(參見圖7、圖8和圖9。)S特性的影響和水錘抑制的原理在詳細(xì)解釋控制電路之前，為了容易理解，下面將解釋控制原理。
盡管這里對它們作了解釋，但是在控制電路中省去了一些部分。但是，它們可以裝在控制電路的軟件中，使用者可以選擇使用。
緊接著在水泵水輪機(jī)上的負(fù)荷減少時(shí)，發(fā)電輸出變成0，但是在水輪機(jī)輸出變成0之前有時(shí)間延遲，而該時(shí)間延遲期間，轉(zhuǎn)數(shù)增加。當(dāng)然，這種輸出差所引起的剩余能量借助于慣性作用而暫時(shí)儲存在轉(zhuǎn)子中，這是本發(fā)明的意圖。剛好在開始減少之后使旋轉(zhuǎn)速度直接減少到額定旋轉(zhuǎn)速度或者其附近意味著立即釋放所儲存的能量。突然從轉(zhuǎn)子中釋放慣性能量是一種問題，因?yàn)榇嬖谝恍〇|西來接受這種突然從轉(zhuǎn)子中釋放的能量。它就是水泵水輪機(jī)的上游側(cè)和下游側(cè)處的長水柱。這種突然的能量釋放將使水柱大大減速，并且進(jìn)一步產(chǎn)生水泵工作流量。負(fù)荷衰減之后的目標(biāo)水排量是無負(fù)荷排量。理想地，希望從負(fù)荷衰減之前的輸出當(dāng)量的排量平滑地移動到無負(fù)荷排量上。但是，實(shí)際排量暫時(shí)直接到水泵區(qū)域中。不用說，水柱的這種不正常加速產(chǎn)生了反作用力。即，能量釋放產(chǎn)生了過量的水輪機(jī)工作流量，該工作流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了來自水泵工作流量的無負(fù)荷排量。這個時(shí)候，轉(zhuǎn)子借助于慣性作用接受水柱能量，因此旋轉(zhuǎn)速度又增加了。在這種方法中，這種過量剩余能量在轉(zhuǎn)子的慣性作用和水柱之間變動，并且引起水泵水輪機(jī)排量過度變動。這在水泵水輪機(jī)的上游側(cè)和下游側(cè)的輸水管處形成了劇烈的水錘尖峰。圖11表示與圖10所示一樣的、在負(fù)荷衰減時(shí)水泵水輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)移動的一個例子?？刂菩D(zhuǎn)速度的控制器需要負(fù)荷衰減之后的旋轉(zhuǎn)速度第一次突然減少，而問題產(chǎn)生于該負(fù)荷衰減。對控制器而言，這是必然要求。換句話說，對具有S特性的水泵水輪機(jī)而言，根據(jù)排量控制和錘擊控制來判斷，它是不旋轉(zhuǎn)的，從而在負(fù)荷衰減時(shí)只根據(jù)控制器的要求來控制。因此，最重要的事情是施加校正控制，從而暫時(shí)使由控制器來認(rèn)知的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度基本上比處于穩(wěn)態(tài)時(shí)的目標(biāo)值大，并且在負(fù)荷衰減之后使第一次速度減少直接達(dá)到額定旋轉(zhuǎn)速度或者其附近。
實(shí)際上，負(fù)荷衰減之后馬上使控制器的速度設(shè)置暫時(shí)增加從而進(jìn)行校正時(shí)，控制器假定在速度充分減少之前得到所期望旋轉(zhuǎn)速度，控制器開始打開關(guān)閉的導(dǎo)向葉片。
在負(fù)荷衰減之后，剛剛在旋轉(zhuǎn)速度增加之后，急忙增加控制器的速度設(shè)置從而進(jìn)行校正，然后開始減少，這些都太晚了。因此，建議根據(jù)旋轉(zhuǎn)速度的增加而增加控制器的速度設(shè)置，同時(shí)緊接在負(fù)荷衰減之后增加旋轉(zhuǎn)速度。當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度平滑增加時(shí)，可以平滑地增加速度設(shè)置。
在這樣做之后，一定要盡可能快地取消上面目標(biāo)速度校正。否則，在負(fù)荷衰減之后，可以使速度減少降慢。因此，在速度開始減少之后需要逐漸地取消(減少)校正控制，并且在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)基本上完全取消。
在緊接在負(fù)荷衰減(該負(fù)荷衰減位于沖入S特性區(qū)域內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)之前)之后的第一速度增加中，應(yīng)該盡可能快地關(guān)閉導(dǎo)向葉片，直到上游側(cè)和下游側(cè)的錘擊允許為止。在運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)沖入S特性區(qū)域之前，這使得沿S特性運(yùn)行的距離盡可能小。因此，這里，只要它不阻塞第一葉片關(guān)閉，需要在負(fù)荷衰減之后的第一速度增加期間抑制增加速度設(shè)置。換句話說，建議使運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)跟著在它們之間具有預(yù)設(shè)距離的速度增加曲線的下方，并且沿著該曲線運(yùn)行。
換句話說，調(diào)整校正控制，因此在負(fù)荷衰減之后，在排量控制裝置或者導(dǎo)向葉片的開度降落到小于第一預(yù)定值之前，控制器所需要的排量控制裝置的關(guān)閉工作可以不被阻塞。
更加詳細(xì)地說，在負(fù)荷衰減之后，在排量控制裝置的開度降落到小于第一預(yù)定值之前，應(yīng)該使校正控制可以暫時(shí)打開排量控制，而與來自控制器的連續(xù)關(guān)閉命令信號無關(guān)，且排量控制裝置的關(guān)閉速率小于第三預(yù)定值。
在負(fù)荷衰減時(shí)第一速度上升停止于一點(diǎn)(該點(diǎn)被稱為第一速度尖峰)并且運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)開始沿著S特性曲線向著較小排量下降之后，校正控制應(yīng)該被調(diào)整來暫時(shí)打開排量控制裝置。這可以消除S特性的振動。
其結(jié)果是，在第一速度減少時(shí)，在比在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)由控制器給定的正常目標(biāo)速度值(該值稱為第一底部值)還高得多的點(diǎn)處，旋轉(zhuǎn)速度停止減少并且開始增加。其結(jié)果是，第一速度減少限制了由水泵水輪機(jī)的上游側(cè)輸水管和下游側(cè)輸水管內(nèi)的水柱接受的能量。
盡管它依賴于水泵水輪機(jī)的特性，但是水泵水輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)沿著S特性曲線向著較小排量移動的時(shí)期相當(dāng)于彎曲點(diǎn)或者彎曲點(diǎn)附近，而在該彎曲點(diǎn)或者彎曲點(diǎn)附近，速度曲線從“減小”(一個尖峰)變成“增加”(一個底部)。相應(yīng)地，該排量控制裝置因校正控制而進(jìn)行的暫時(shí)打開應(yīng)從負(fù)荷衰減之后的旋轉(zhuǎn)速度開始在第一尖峰的上方減少的一個時(shí)間點(diǎn)最晚持續(xù)到在速度曲線從“尖峰”變到“底部”的一時(shí)間點(diǎn)。
更加有效的是，在旋轉(zhuǎn)速度到達(dá)第一尖峰之前的一會兒，校正控制應(yīng)該開始。(這沒有時(shí)間延遲)換句話說，下面是有效的在速度到達(dá)第一尖峰并且使它繼續(xù)到達(dá)彎曲點(diǎn)(在該彎曲點(diǎn)處速度減少曲線從“尖峰”變成“底部”)之前的一會兒，校正控制開始使排量控制裝置暫時(shí)打開。因此，在比正常目標(biāo)速度值高得多的點(diǎn)處，旋轉(zhuǎn)速度停止減少并且開始增加，而該目標(biāo)速度值(該值被稱為第一底部值)在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)由控制器來給定。還是在這種情況下，第一速度尖峰幾乎保持不變。對于具有S特性的水泵水輪機(jī)而言，在排量控制裝置或者導(dǎo)向葉片的當(dāng)前開度時(shí)，第一速度尖峰依賴于水泵水輪機(jī)的S特性的開始點(diǎn)(N1)。N1的變化幾乎不受導(dǎo)向葉片開度的影響。
當(dāng)然，需要時(shí)可以進(jìn)行校正控制，但是在使用之后應(yīng)該盡可能快地取消這種校正控制。否則，負(fù)荷衰減后的旋轉(zhuǎn)速度永遠(yuǎn)不會返回到控制器所需要的預(yù)定值了。在這種情況下，旋轉(zhuǎn)速度開始增加，再一次通過第一底部，然后停止增加，并且再一次在一點(diǎn)處(該點(diǎn)稱為第二尖峰)開始減少。取消校正控制的速率被設(shè)置得便于使第二尖峰低于第一尖峰。
在第二尖峰之后，旋轉(zhuǎn)速度開始再一次減少，然后停止減少，并且在一點(diǎn)處(該點(diǎn)稱為第二底部)開始再一次增加。同樣地，取消校正控制的速率設(shè)置得便于使第二底部低于第一底部。
在同樣意義上，當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度在負(fù)荷衰減之后增加時(shí)，控制器被進(jìn)行校正控制，從而使目標(biāo)速度基本增加。校正控制在速度再一次開始減少之后被逐步取消(減少)，并且在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)基本上完全被取消。
對于具有控制器的傳統(tǒng)水泵水輪機(jī)而言，該控制器包括探測旋轉(zhuǎn)速度的裝置、設(shè)置目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度的裝置、計(jì)算裝置，該計(jì)算裝置輸入來自旋轉(zhuǎn)速度探測裝置的目標(biāo)速度命令信號和來自旋轉(zhuǎn)速度探測裝置的實(shí)際速度信號之間的差值的信號(該信號稱為速度差值信號)，并且把開度命令信號輸出到排量調(diào)節(jié)器中，和一個放大來自計(jì)算裝置的信號并且控制排量控制裝置(排量調(diào)節(jié)器)的裝置，當(dāng)該控制器還包括輸入一速度信號并且把用來基本上校正所述目標(biāo)速度命令信號的一輸出信號輸出到控制器中的裝置(校正器)時(shí)，可以采用本發(fā)明。
下面將解釋所述校正控制裝置的實(shí)施例。所提出的校正控制裝置包括一第一計(jì)算元件，當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度通過第四預(yù)定值時(shí)，該元件只通過旋轉(zhuǎn)速度信號；及一第二計(jì)算元件，該元件接受從所述第一計(jì)算元件輸出的信號，并且輸出一信號(目標(biāo)信號)，在所接受到的信號增加的同時(shí)，該輸出信號以相對較快地響應(yīng)所接受到的信號而增加，并且當(dāng)接受到的信號開始減少時(shí)，該輸出信號以相對較慢地響應(yīng)所接受到的信號而慢慢減少，并且校正控制裝置把所述第二計(jì)算元件的輸出或者所述目標(biāo)信號供給到所述控制器，從而基本上校正所述目標(biāo)速度命令信號。
在發(fā)電機(jī)連接到電力系統(tǒng)中的同時(shí)，在水泵水輪機(jī)的正常工作期間，所述校正控制裝置應(yīng)該保持不工作。相應(yīng)地，所述第四預(yù)定值一定設(shè)置得比在正常工作中，在發(fā)電機(jī)連接到電力系統(tǒng)中時(shí)產(chǎn)生的最大速度高得多。
所述第二計(jì)算元件的優(yōu)選實(shí)施例在從所述第一計(jì)算元件輸出的信號正在增加時(shí)產(chǎn)生相對較短時(shí)間常數(shù)的第一級滯后響應(yīng)，或者在從所述第一計(jì)算元件輸出的信號正在減少時(shí)產(chǎn)生相對較長時(shí)間常數(shù)的第一級滯后響應(yīng)。
所述第二計(jì)算元件的另一個優(yōu)選實(shí)施例在從所述第一計(jì)算元件所輸出的信號正在增加時(shí)產(chǎn)生相對較短時(shí)間常數(shù)的第一級滯后響應(yīng)，或者一旦速度開始減少，就產(chǎn)生相對較長時(shí)間常數(shù)的衰減響應(yīng)，在減少之前作為開始點(diǎn)，該衰減響應(yīng)沿著具有輸出的衰減曲線進(jìn)行衰減。
下面將解釋把所述校正控制信號施加到所述控制器上的一些具體方法。其中的一個方法是在控制器的計(jì)算裝置屬于PID計(jì)算型的情況下，在所有的P、I和D(P表示比例、I表示積分及D表示微分)工作之前施加所述校正信號。
另一個方法是在控制器的計(jì)算裝置屬于PID計(jì)算型的情況下(P表示比例、I表示積分及D表示微分)，把所述校正信號施加到控制器上，從而只具有P和I工作時(shí)的效果。
此外，通過使所述校正控制裝置開始暫時(shí)打開所述排量控制裝置(與來自所述控制器的連續(xù)關(guān)閉命令信號無關(guān))的時(shí)間點(diǎn)比緊接在負(fù)荷衰減之后的旋轉(zhuǎn)速度停止增加的時(shí)間點(diǎn)早一些，從而消除了校正控制的延遲。
還可通過設(shè)置一第二控制器來使本發(fā)明獲得相同的效果，該第二控制器構(gòu)成得用來在負(fù)荷衰減之后取代所述第一控制器控制該排量控制裝置，使所述控制器的目標(biāo)速度大大高于緊接一負(fù)荷衰減之后臨時(shí)狀態(tài)下所述第一控制器的目標(biāo)速度來得到本發(fā)明的相同效果，該排量控制裝置切斷所述發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的動力。
在負(fù)荷衰減后的速度減少的同時(shí)，校正控制應(yīng)該施加到從控制器輸出的命令信號中，從而暫時(shí)打開關(guān)閉的導(dǎo)向葉片并且減緩或者阻止由于S特性所引起的N1減少。因此，這抑制了排量的過度減少或者過度調(diào)節(jié)。
當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度開始反向增加時(shí)，控制器上輸出來打開導(dǎo)向葉片的校正控制應(yīng)該停止。這是因?yàn)?，隨著在這個時(shí)期內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)沿著S特性曲線向著較高排量移動，導(dǎo)向葉片的開度變得更大，S特性的影響被加強(qiáng)了。
此外，當(dāng)速度減少曲線沿著S特性曲線向著更小的排量減少到彎曲點(diǎn)并且在該點(diǎn)反向向上移動到較大排量時(shí)，通過所輸出的控制器的校正控制使所述排量控制裝置暫時(shí)打開應(yīng)該繼續(xù)下去，直到運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)到達(dá)彎曲點(diǎn)(在該點(diǎn)處，速度曲線從“尖峰”變成“底部”)為止。
更加有效的，在旋轉(zhuǎn)速度開始減少之前的一會兒而不是在旋轉(zhuǎn)速度開始減少之后，通過控制器的輸出控制使所述排量控制裝置開始暫時(shí)打開。(這樣沒有時(shí)間延遲)也就在這種情況下，第一速度尖峰幾乎保持不變。
對于具有S特性的水泵水輪機(jī)而言，在排量控制裝置或者導(dǎo)向葉片的目前開度下，該第一速度尖峰依賴于水泵水輪機(jī)的S特性的開始點(diǎn)(N1)。N1的變化幾乎不受導(dǎo)向葉片開度的影響。
接下來，如果所述校正控制效果太小，那么負(fù)荷衰減之后的第一排量減少變得太大，并且允許水反向流動。通過實(shí)驗(yàn)，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)知道，第一排量減少應(yīng)該是大約2／3的第一速度減少(ΔN)或者更少。
也就是說，所述校正控制應(yīng)該設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)值，以致第一速度減少量可以是額定的旋轉(zhuǎn)速度(或者控制器的正常目標(biāo)速度)加上大約1／3的ΔN。
校正控制只使一種速度從減少變化到增加是優(yōu)選的，從而把全負(fù)荷衰減之后的旋轉(zhuǎn)速度調(diào)整為由控制器預(yù)定的值上(或者控制器的正常目標(biāo)速度)。但是，在一些情況下，由于轉(zhuǎn)子的慣性作用所儲存的能量逐漸釋放出來，因此所述校正控制最好使后續(xù)速度反復(fù)變化。
在本發(fā)明中，所述控制器應(yīng)該包括一個根據(jù)排量調(diào)節(jié)器的開度限制關(guān)閉排量控制裝置的速度的關(guān)閉速度限制器。如果當(dāng)排量調(diào)節(jié)器的開度是第一預(yù)定值或者高于第一預(yù)定值時(shí)，關(guān)閉速度限制器設(shè)計(jì)成把排量控制裝置的關(guān)閉速度限制到相對較高的第二預(yù)定值上或者小于該第二預(yù)定值，或者，當(dāng)排量調(diào)節(jié)器的開度是第一預(yù)定值或者低于第一預(yù)定值時(shí)，把排量調(diào)節(jié)器的關(guān)閉速度限制到相對較小的第三預(yù)定值上或者小于第三預(yù)定值，換句話說，如果所述速度限制器具有彎曲功能的話，即使所述校正控制失敗了，但因該彎曲功能產(chǎn)生的保護(hù)仍可得到保證。在這個意義上，在所述排量控制裝置的開度超過了所述第一預(yù)定值時(shí)，控制器輸出的校正控制應(yīng)該是不起作用的。
在負(fù)荷衰減之后，通過校正控制，旋轉(zhuǎn)速度首先減少，并在一點(diǎn)處(第一底部速度值)轉(zhuǎn)變成增加，然后在另一點(diǎn)(第二尖峰速度值)轉(zhuǎn)變成減少。所述校正控制應(yīng)該調(diào)整成使所述第二尖峰低于所述尖峰值(或者第一尖峰值)，并且逐漸地釋放儲存在轉(zhuǎn)子的慣性作用中的能量。
接下來，在第二尖峰值之后，旋轉(zhuǎn)速度減少，然后逐漸停止減少，并且在一點(diǎn)處(第二底部速度值)轉(zhuǎn)變成增加。同樣地，校正控制應(yīng)該調(diào)整成使第二底部值小于第一底部值。
旋轉(zhuǎn)速度的工況是最優(yōu)選的，從而觀察負(fù)荷衰減時(shí)的水泵水輪機(jī)的臨時(shí)現(xiàn)象，尤其是S特性區(qū)域內(nèi)的水泵水輪機(jī)的工況。它不僅反映了現(xiàn)象，而且顯示了光滑、穩(wěn)定和無噪聲的曲線。因此，所述控制器輸出校正控制裝置應(yīng)該是這樣設(shè)置，以致于至少輸入旋轉(zhuǎn)速度信號，并且校正所述控制器的所述計(jì)算元件的輸出，從而打開排量控制裝置。
在發(fā)電機(jī)連接到發(fā)電系統(tǒng)上且速度變化非常小時(shí)，在水泵水輪機(jī)的正常工作中不需要所述校正控制。因此，只有當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度是第四預(yù)定值或者更大時(shí)，信號才應(yīng)該輸入到所述控制器輸出校正控制裝置中。由于本發(fā)明的效果是為了逐漸減少負(fù)荷衰減之后的旋轉(zhuǎn)速度，因此建議根據(jù)負(fù)荷衰減的情況為相應(yīng)的負(fù)荷衰減選擇速度減少模式(模式曲線)，并且與速度減少模式相比控制實(shí)際旋轉(zhuǎn)速度。所述控制器輸出校正控制裝置的第二計(jì)算元件產(chǎn)生了這種速度減少模式(模式曲線)。通常，如果只根據(jù)實(shí)際旋轉(zhuǎn)速度和速度減少模式之間的差形成所述校正控制，那么實(shí)際控制正時(shí)將延遲。為了防止這一缺陷，需要進(jìn)行微分。為產(chǎn)生校正信號，進(jìn)行不完全微分非常方便，因?yàn)榉€(wěn)定狀態(tài)的不完全微分總是0?？紤]到這些，可以設(shè)計(jì)出控制器輸出信號校正控制裝置。實(shí)際上，本發(fā)明的水泵水輪機(jī)的校正控制裝置包括一第一計(jì)算元件，只有在旋轉(zhuǎn)速度超過第四預(yù)定值時(shí)，該計(jì)算元件允許旋轉(zhuǎn)速度信號通過；一第二計(jì)算元件，該計(jì)算元件接受從第一計(jì)算元件輸出的信號并且輸出一信號(目標(biāo)信號)，該信號(目標(biāo)信號)在所接受到的信號正在增加時(shí)，以相對較快地響應(yīng)所接受到的信號而增加很快，并且當(dāng)接受到的信號開始減少時(shí)，以相對較慢地響應(yīng)所接受到的信號慢慢減少；一比較器，該比較器比較目標(biāo)信號和從第一計(jì)算元件中輸出的信號，并且輸出一結(jié)果(差值)；一個限制從比較器中輸出來的信號的正成分的第一限制元件；一個對從第一限制元件中輸出來的信號進(jìn)行不完全地微分的微分元件；及一個阻塞從微分元件中輸出的信號的負(fù)成分且以預(yù)定值限制信號的正成分的第二限制元件。
當(dāng)控制器輸出校正控制裝置被設(shè)置成只工作在負(fù)荷衰減時(shí)，需要使所述第四預(yù)定值充分比產(chǎn)生于正常工作期間的最大值還高，同時(shí)所述發(fā)電機(jī)連接到電力系統(tǒng)中。
在從第一計(jì)算元件所輸出的信號正在增加(因?yàn)樾枰刂俣仍黾忧€進(jìn)行快速移動)時(shí)，所述第二計(jì)算元件被形成來產(chǎn)生相對較短時(shí)間常數(shù)的第一級滯后響應(yīng)，或者形成一相對較長的時(shí)間常數(shù)的響應(yīng)，從而在旋轉(zhuǎn)速度開始再一次減少之后，逐漸減少旋轉(zhuǎn)速度。
請注意到，當(dāng)所述控制器輸出校正控制裝置和所述控制器這兩者同時(shí)工作時(shí)，會產(chǎn)生有害的干擾。為了防止這種干擾并且主要使具有控制器輸出校正控制的控制器控制最小化，控制器輸出校正控制裝置的輸出應(yīng)該被控制成具有梯形波形，或者被控制成變化得如此慢以致于不能阻塞控制器工作。
當(dāng)所述控制器輸出校正控制裝置工作主要用來增加旋轉(zhuǎn)速度時(shí)，在一些情況下，校正控制的工作與控制器的旋轉(zhuǎn)速度的恢復(fù)相反。綜合考慮的結(jié)果是，有時(shí)會發(fā)生旋轉(zhuǎn)速度不會到達(dá)預(yù)定值。為了防止這個，應(yīng)該限制被校正控制過的旋轉(zhuǎn)速度。這就是為什么只有當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度處于比穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的目標(biāo)值更高的第五預(yù)定值時(shí)或者更大時(shí)，使所述控制器輸出校正控制裝置工作的原因。
在緊急情況下在發(fā)電模式時(shí)突然停止水泵水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，需要打開電路開關(guān)來保護(hù)電裝置如發(fā)電機(jī)。但是，所述排出控制裝置一定不能很快關(guān)閉，而要用控制器控制。如果所述排量控制裝置很快關(guān)閉，那么使得本發(fā)明的S特性控制沒有用處，從而失去了本發(fā)明的極好效果。因此，需要保持控制器和所述校正控制裝置兩者工作在緊急停止過程的早期階段，該早期階段至少伴隨著速度升高并且需要工作在S特性區(qū)域內(nèi)，以便抑制S特性的影響、執(zhí)行正常緊急工作(即充分關(guān)閉所述排量控制裝置)并停止水泵水輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。
控制電路12是水泵水輪機(jī)的控制器的示意性方塊圖。這種方塊圖具有一速度探測器1，它用來探測水泵水輪機(jī)100的旋轉(zhuǎn)速度N；一速度探測信號Xn；一速度控制裝置2，它用來設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)速度；一個來自速度控制裝置2的設(shè)定值X0；一加法器3；一個來自速度控制速度設(shè)定元件的恢復(fù)信號Xσ；一個從加法器3中輸出的信號Xε；一個來自校正控制電路200的校正控制信號X200。通過用校正控制信號X200來校正Xε所得到的信號X20A供給剛好在該信號下方的PID工作電路中。一比例元件4a(P元件)用在正常發(fā)電模式中，在該模式中發(fā)電機(jī)連接到較大的動力系統(tǒng)中。一比例元件4b(P元件)用于負(fù)荷衰減之后的無負(fù)荷工作中。該比例元件4a的放大系數(shù)KPa比比例元件4b的放大系數(shù)KPb大。
一積分元件5a(I元件)用在正常的發(fā)電模式中。一積分元件5b(I元件)用于負(fù)荷衰減之后的無負(fù)荷工作中。該積分元件5a的放大系數(shù)Kia比積分元件5b的放大系數(shù)Kib大。接觸點(diǎn)19a和19b直接或者間接地探測發(fā)電機(jī)的電路開關(guān)的關(guān)／開狀態(tài)(發(fā)電機(jī)不能在圖12看到)。當(dāng)電路開關(guān)打開時(shí)，接觸點(diǎn)19a和19b同時(shí)擺動從而打開下部接觸點(diǎn)和關(guān)閉上部接觸點(diǎn)。在每側(cè)19a或者19b上的兩個接觸點(diǎn)要求使P和I元件同時(shí)切換。
微分元件6(D元件)輸出一信號Zd。接觸點(diǎn)19b輸出來自比例元件的一信號Zp和來自積分元件的一信號Zi。
加法器7加入這些信號。信號Z是比例元件的輸出Zp、積分元件的輸出Zi和微分元件的輸出Zp的總和。信號Z是葉片開度命令信號。實(shí)際葉片開度用信號Y來表示。加法器8、限制器9和油壓伺服馬達(dá)10構(gòu)成了一種油壓放大器。它構(gòu)成了作為輸送功能的、具有限制器的第一級滯后元件，并且把葉片開度信號Z放大到葉片開度Y中，該葉片開度Y具有一行程和一個足夠強(qiáng)大的工作力，從而直接使作為排量控制裝置工作的導(dǎo)向葉片進(jìn)行工作。信號Yε1表示葉片開度命令信號Z和實(shí)際葉片開度Y之間的差值。限制器9含有θR，而θR把葉片開度比限制到θR·Cy；把葉片關(guān)閉速度限制到θ1。Cy的θL。考慮到所述葉片開度和關(guān)閉速度限制，信號Yε2通過限制差值信號Yε1來得到。理想的葉片開度設(shè)置Ya從輸出控制裝置13輸出到加法器11中。如果實(shí)際葉片開度Y比Ya小(或者Y＜Ya)，那么打開信號σ(Ya-Y)連續(xù)地供給到PID工作元件中，直到差值Ya-Y變成0為止。最后，實(shí)際葉片開度Y等于葉片開度設(shè)置信號Ya，并且打開信號σ(Ya-Y)停止。速度控制速率設(shè)置塊12設(shè)定上述系數(shù)σ。換句話說，系數(shù)σ是放大系數(shù)，該放大系數(shù)決定葉片開度Y的變化與速度探測信號Xn的變化之比值?？傊鶕?jù)動力系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備的作用或者分擔(dān)的負(fù)荷比例來確定它。一旦它被確定，那么它永遠(yuǎn)不改變。水泵水輪機(jī)的控制器還包括具有輸水管系統(tǒng)的水輪機(jī)14的元件。相關(guān)設(shè)備的負(fù)荷電力L供給到發(fā)電機(jī)中，而該發(fā)電機(jī)直接連接到水輪機(jī)的軸上。從電力系統(tǒng)中供給負(fù)荷電力RL。信號Pg是負(fù)荷電力L和RL的結(jié)合或者發(fā)電機(jī)的負(fù)荷。從電力系統(tǒng)中給出負(fù)荷特性17b。水輪機(jī)100的自控制能力塊17a是機(jī)械損失總和的特性塊，這些機(jī)械損失根據(jù)速度的增加、效率的減少等等而增加。相應(yīng)地，信號RT表示了由于自控能力伴隨著旋轉(zhuǎn)速度的改變而引起的水輪機(jī)輸出損失。因此，當(dāng)從水輪機(jī)看去時(shí)，RT和Pg可以被認(rèn)為是一種負(fù)荷。換句話說，它們的總和可以被假設(shè)是消耗水輪機(jī)的輸出Pt的負(fù)荷L∑=Pg+RT的總和。信號(Pt-L∑)被供給到轉(zhuǎn)子的慣性作用部分16上，并且轉(zhuǎn)子的慣性作用部分16的輸出變成旋轉(zhuǎn)速度N。在負(fù)荷衰減之后，信號P變得等于信號L。
接下來，參照圖13和圖14來解釋速度控制裝置2、輸出控制裝置13和速度控制速率設(shè)置塊12的作用，假設(shè)無負(fù)荷葉片開度是0．2(pu)。實(shí)線向著圖13的右邊向下延伸，該實(shí)線表示剛好在動力設(shè)備連接到電力系統(tǒng)之前的導(dǎo)向葉片開度。換句話說，這種實(shí)線和額定速度N(同步速度)線的交點(diǎn)表示導(dǎo)向葉片的開度。目前無負(fù)荷葉片開度是0．2。在水輪機(jī)開始之前，該實(shí)線設(shè)置得較低，例如，該線設(shè)置在圖13的虛線上。如在該圖中所看到的一樣，在圖13的實(shí)線下方，速度控制裝置2平行地上下移動實(shí)線。當(dāng)交點(diǎn)(無負(fù)荷葉片開度02)上下垂直移動時(shí)，出現(xiàn)了名稱“速度控制裝置”。接下來參照圖14解釋在動力設(shè)備連接到電力系統(tǒng)之后的交點(diǎn)的情況。最初，實(shí)線和額定速度線的交點(diǎn)是Y=1．0。這表明了“運(yùn)轉(zhuǎn)在100％的負(fù)荷”，該線在圖13中用虛線表示。在這種方法中，借助于平行地向左或者向右移動實(shí)線，輸出控制裝置13控制導(dǎo)向葉片的開度。當(dāng)動力設(shè)備連接到無限制電力系統(tǒng)中，旋轉(zhuǎn)速度基本上定位在1．0處。當(dāng)線N=1．0上的交點(diǎn)根據(jù)實(shí)線的水平移動而左右移動時(shí)，得出了名稱“速度控制裝置”。在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，水泵水輪機(jī)工作在點(diǎn)(N=0．1，Y=1．0)上，如圖14的實(shí)線所示一樣。假設(shè)動力系統(tǒng)的頻率增加3％，并且額定速度N移動到1．03處。葉片開度Y到達(dá)0．2處。同樣地，假設(shè)動力系統(tǒng)的頻率增加1．5％，那么葉片開度Y設(shè)置成0．6。在這種方法中，速度控制速率設(shè)置塊12在頻率變化寬度和葉片開度寬度之間成正比關(guān)系。當(dāng)速度控制速率設(shè)置塊12的放大系數(shù)增加時(shí)，圖14的實(shí)線向著右邊更加急劇減少。與頻率變化寬度相一致的葉片開度的放大系數(shù)減少了。因此，如果產(chǎn)生了負(fù)荷衰減，同時(shí)水泵水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)在額定速度(N=1．0)和全負(fù)荷(100％)(在圖14的實(shí)線上)，那么控制器進(jìn)行工作從而最后把旋轉(zhuǎn)速度N設(shè)置成1．03(通過所控制的速度增加量使之比額定值高)。
圖15是表示水泵水輪機(jī)的葉片關(guān)閉速度范圍的典型例子。
傳統(tǒng)地，水泵水輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度被限制，因此，如果葉片開度Y比葉片開度Ya大，該線的斜率就不比θ1a大，或者如果葉片開度Y比葉片開度Ya小，該線的斜率就不比θ1b(θ1b比θ1a小)大。換句話說，圖24所示元件9的θL設(shè)置成正切(θ1a)／Cy，如果葉片開度Y比葉片開度Ya大，那么該正切tan(θ1a)／Cy相對較大，或者如果葉片開度Y比葉片開度Ya小，該正切tan(θ1a)／Cy相對較小。另一方面，如在葉片關(guān)閉工作一樣，當(dāng)葉片開度工作不受S特性影響時(shí)，元件9的θL設(shè)置成θ2，該θ2滿足｜θ1a｜＞｜θ2｜＞｜θ1b｜，而與葉片開度無關(guān)。
圖17表示本發(fā)明控制器的校正控制電路200的示意性方塊圖。校正控制電路接受Xn速度探測信號并輸出X200。校正控制電路200具有加法器209和積分器210。在負(fù)荷衰減開始時(shí)，積分器210具有初始值1．0，該初始值1．0等于額定旋轉(zhuǎn)速度。加法器209的輸出X209是Xn的不完全微分?？梢酝ㄟ^X209來區(qū)別dN／dt是正的(增加速度)還是負(fù)的(減少速度)。
當(dāng)X209是正的時(shí)開關(guān)電路211輸出1．0，當(dāng)X209是負(fù)的時(shí)輸出0。電路201用作一個只通過比該值Xc1大的Xn的被動元件。值Xc1應(yīng)該比等于額定速度的Xn=0．1大，并且在發(fā)電機(jī)連接到電力系統(tǒng)中的正常工作中不能得到該值，而只有在衰減負(fù)荷時(shí)可以得到該值。例如，所設(shè)置的值Xc1是1．04到1．05。當(dāng)開關(guān)211的輸出X211是正的時(shí)，繼電器元件203輸出來自加法器202的信號X202，當(dāng)開關(guān)211的輸出X211是負(fù)的時(shí)，輸出為0。積分器204接受從繼電器元件203中輸出的信號X203。就這些而言，信號X204對信號X201的響應(yīng)是時(shí)間常數(shù)1／Kc1(放大系數(shù)1)的第一級滯后響應(yīng)，同時(shí)旋轉(zhuǎn)速度增加，或者在該值上保持不變(它剛好在速度開始減少之前)，同時(shí)速度減少。時(shí)間常數(shù)1／KC1比時(shí)間常數(shù)1／Kc3小得多(后面將作解釋)。加法器205從信號204中去掉信號207(后面將作解釋)，并且產(chǎn)生信號X205。當(dāng)開關(guān)211的輸出211是負(fù)的時(shí)，斷電器元件206輸出來自加法器205中的信號X206，或者當(dāng)開關(guān)211的輸出211是正的時(shí)，輸出為0。積分器207接受來自斷電器元件206中的信號X206。
就這些而言，信號X205對信號X204的響應(yīng)是不完全微分，該不完全微分按指數(shù)律地慢慢減少信號X204，同時(shí)速度減少。它的時(shí)間常數(shù)是1／KC3，并且放大系數(shù)是1。另一方面，當(dāng)信號X204的值增加時(shí)，同時(shí)速度增加并且剛好在速度開始增加之前信號X207保持為一個值，信號205的值增加。換句話說，當(dāng)速度增加時(shí)，信號X205的值增加，并且當(dāng)速度開始減少時(shí)，它按指數(shù)律地慢慢減少。這等效于負(fù)荷衰減時(shí)的速度變化模式曲線。
參照附圖，下面將解釋校正控制電路200的工作。在圖18中，曲線X201表示通過使速度探測信號Xn通過被動元件(1．04到1．05)所得到的信號X201的情況。放大系數(shù)Kc4與信號201的第一級滯后信號(1／Kc1的時(shí)間常數(shù))的積作為校正信號X200而輸出。相應(yīng)地，校正信號X200的變化接近與信號X201相同，直到時(shí)間點(diǎn)X201為止。因此，實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)Xn增加，直到時(shí)間點(diǎn)201A為止，并且校正控制信號X200以第一級時(shí)間滯后的方式而增加。
然后，實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)Xn減少到時(shí)間點(diǎn)X202A。在這個時(shí)期內(nèi)，信號X204保持借助于繼電器元件203(虛線部分)所設(shè)置的時(shí)間點(diǎn)X201A的值。含有積分器207的不完全微分電路接受信號X204、產(chǎn)生相對較長的時(shí)間常數(shù)(1／KC3的時(shí)間常數(shù))的不完全微分響應(yīng)和產(chǎn)生是信號X204的減少信號的信號X207。該信號作為校正控制信號X200輸出。換句話說，逐漸從時(shí)間點(diǎn)X201A的值減少的值作為時(shí)間點(diǎn)X201A和X202A之間的校正控制信號X200而輸出。
接下來，參照圖12、圖19和圖21來解釋考慮到具有校正控制信號X200的葉片開度信號Z的情況。來自加法器3的信號Xε和校正控制信號X200加到輸入信號X20A(或者X20B)中。對這種輸入信號X20A進(jìn)行PID處理(或者對輸入信號X20B進(jìn)行PI處理)，并且其結(jié)果作為葉片開度指令Z輸出。
圖21是圖12的實(shí)施例的改進(jìn)后的控制電路的示意性方塊圖。微分元件6(D元件)輸入Xε。PI工作電路的輸入X20B通過校正具有校正控制信號X200的信號Xε來得到。即，校正控制電路只對比例元件(P元件)和積分元件(I元件)直接具有影響。其它電路結(jié)構(gòu)與圖12的一樣。這里省去它們的細(xì)節(jié)。
圖22表示水泵水輪機(jī)的時(shí)間響應(yīng)，該水泵水輪機(jī)在負(fù)荷衰減時(shí)采用了圖21和圖17所示的上述實(shí)施例。圖22表示水輪機(jī)的葉片開度Y、旋轉(zhuǎn)速度N、排量Q、進(jìn)水壓力Hp和負(fù)荷衰減時(shí)水輪機(jī)的出水壓力Hp的過渡時(shí)期。
當(dāng)校正控制工作在導(dǎo)向葉片上進(jìn)行從而打開它們時(shí)，同時(shí)旋轉(zhuǎn)速度減少時(shí)，在第一次速度減少階段不會發(fā)生旋轉(zhuǎn)速度垂直降到由控制器所預(yù)定的值上(額定速度加上速度控制速度)。同樣地，水排量也向著無負(fù)荷排量平滑減少，而沒有暫時(shí)的反流(水泵運(yùn)轉(zhuǎn)流動)。圖23表示在負(fù)荷衰減時(shí)水泵水輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)如何工作在N1-VS-Q1完整特性上。從這種移動(軌跡)來看，容易理解專門由S特性所引起的振動(它使排量在無負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)前后擺動)被大大地抑制了。與圖17的曲線圖相比，其效果更加顯而易見。圖18和圖19表示圖17的葉片校正控制電路的每個元件的情況，圖17分離出圖22和圖23的響應(yīng)曲線。圖20表示處于這種狀態(tài)時(shí)的PID控制器的每個工作元件的輸出。
就這而言，最后的葉片開度指令的情況用圖19的曲線圖Z來表示。無需說明，本發(fā)明可以應(yīng)用到采用了傳統(tǒng)同步機(jī)器的泵送動力系統(tǒng)中。
但是，應(yīng)當(dāng)清楚地明白，上面實(shí)施例只是起著易于理解的作用而不是用來限制本發(fā)明的范圍。
從上面的描述可知本發(fā)明的效果是顯而易見的。即如圖22所示一樣，在負(fù)荷衰減時(shí)排量可以光滑地集中到無負(fù)荷排量上，而不會有任何過度排量波動。為此，上游側(cè)水壓增加量、尤其是第二尖峰Hpy形成得很小或者在極端情況下幾乎消除了。盡管存在傳統(tǒng)控制的局限性在任何條件下，第一尖峰Hpx一定得比第二尖峰Hpy小，但是這種效果可以大大地減少第一尖峰Hpx。其結(jié)果是，可以大大地減少上游側(cè)輸水管和水泵水輪機(jī)本身內(nèi)的設(shè)計(jì)水壓。同樣地，可以大大地減少由于S特性所引起的下游側(cè)輸水管的水壓降范圍。尤其地，可以消除由水泵水輪機(jī)的相互干擾所引起的不正常尖峰脈沖，而這些不正常尖峰脈沖共同作用于下游側(cè)輸水管中。就這個而言，水泵水輪機(jī)可以安裝得比下部容器的上述高度還高，從而減少了要挖的土量(在地下動力站的情況下)。
此外，本發(fā)明的效果可以大大地減少由于S特性所引起的反常排量波動的范圍。這可以大大地減少作用在水泵水輪機(jī)上的暫時(shí)水推力波動，這可以導(dǎo)致止推軸的合理化設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)地，為了抑制共同作用在上游側(cè)輸水管或者下游側(cè)輸水管內(nèi)的、水泵水輪機(jī)的反常錘擊干擾，因此限制水泵水輪機(jī)的工作。本發(fā)明的效果可以使水泵水輪機(jī)擺脫這些局限性，并且允許水泵水輪機(jī)在沒有限制的情況下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。
此外，在負(fù)荷衰減時(shí)，本發(fā)明的效果可以抑制不良的排量波動，而這可以減少振動和噪聲，并且進(jìn)一步提高水泵水輪機(jī)的使用壽命。上述的所有效果有利于泵送動力設(shè)備的結(jié)構(gòu)費(fèi)用的減少，這是顯而易見的。此外，只是通過把校正控制電路加入到水泵水輪機(jī)的控制器中來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。尤其地，對于可以從外部裝載運(yùn)轉(zhuǎn)程序的微型計(jì)算機(jī)型的控制器而言，只是通過修改運(yùn)轉(zhuǎn)程序來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
在負(fù)荷衰減時(shí)，本發(fā)明可以減少上游側(cè)水壓的升高，這減少了上游側(cè)輸水管和水泵水輪機(jī)內(nèi)的設(shè)計(jì)水壓，因此減少了氣密設(shè)計(jì)的費(fèi)用。此外，在負(fù)荷衰減時(shí)，本發(fā)明的效果可以減少下游側(cè)水壓降的大小時(shí)，水泵水輪機(jī)可以安裝在較淺的位置上，這可以減少要挖的土量(在地下動力站的情況下)并減少由此而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)費(fèi)用。
此外，本發(fā)明的效果可以抑制共同作用在上游側(cè)或者下游側(cè)輸水管中的、水泵水輪機(jī)之中的不良相互水錘干擾。因此，消除了水泵水輪機(jī)的傳統(tǒng)工作局限性。
在負(fù)荷衰減時(shí)，本發(fā)明的效果可以抑制排量波動，這使得止推金屬的設(shè)計(jì)合理，而該止推金屬可以消除在瞬態(tài)時(shí)水推力。
在負(fù)荷衰減時(shí)，本發(fā)明的效果使得水泵水輪機(jī)的工作穩(wěn)定。參照附圖，下面將解釋本發(fā)明的第三實(shí)施例。圖24是本發(fā)明第三實(shí)施例的水泵水輪機(jī)的控制器的示意性方塊圖。這個方塊圖具有速度探測器1，它用來探測水泵水輪機(jī)100的旋轉(zhuǎn)速度N；速度探測信號Xn；速度控制裝置302，它用來設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)速度；來自速度控制裝置302的設(shè)定值X0；加法器303；來自速度控制速度設(shè)置元件的恢復(fù)信號Xσ；從加法器303中輸出的信號Xε；和來自校正控制電路500的校正控制信號X500。這種校正控制信號校正了控制器的PID工作電路的輸出Z1，并且最后變成控制器的輸出。比例元件304a(P元件)用在正常的發(fā)電模式中，在該模式中，發(fā)電機(jī)連接到較大的動力系統(tǒng)中。比例元件304b(P元件)用于負(fù)荷衰減之后的無負(fù)荷工作中。比例元件304a的放大系數(shù)KPa比比例元件304b的放大系數(shù)KPb的大。積分元件305a(I元件)用于正常的發(fā)電模式中。積分元件305b(I元件)用在負(fù)荷衰減之后的無負(fù)荷工作中。積分元件305a放大系數(shù)Kia比積分元件305b的放大系數(shù)Kib大。接觸點(diǎn)319a和319b直接或者間接地探測發(fā)電機(jī)的電路開關(guān)的開／關(guān)狀態(tài)(它在圖24中不能看見)。當(dāng)電路開關(guān)打開時(shí)，接觸點(diǎn)319a和319b同時(shí)擺動，從而打開下部接觸點(diǎn)并且關(guān)閉上部接觸點(diǎn)。需要每側(cè)319a或者319b上的兩個接觸點(diǎn)同時(shí)撥動P和I元件。
微分元件6(D元件)輸出信號Zd。接觸點(diǎn)319b輸出來自比例元件的信號Zp和來自積分元件的信號Zi。這些信號通過加法器7輸入。在校正控制和比例元件的輸出Zp、積分元件的輸出Zi和微分元件的輸出Zd的總和之前，信號Z1是葉片開度命令信號。在校正控制用信號Y來表示之后，實(shí)際的葉片開度通過放大葉片開度命令信號Z2來得到。
加法器308、限制器309和油壓伺服馬達(dá)310構(gòu)成了一種油壓放大器。它包括作為轉(zhuǎn)移功能元件的、具有限制器的第一級滯后元件，并且把葉片開度信號Z2放大到葉片開度Y中，而該葉片開度Y具有一個沖程，并且工作力足夠強(qiáng)大從而可以直接使作為排量控制裝置而工作的導(dǎo)向葉片工作。信號Yε1表示了葉片開度命令信號Z2和實(shí)際葉片開度Y之間的差值。限制器309具有θR和θL，該θR把葉片打開速度限制到θR．Cy，而θL把葉片關(guān)閉速度限制到θL．Cy。通過限制考慮了所述葉片打開和關(guān)閉速度限制的差值信號Yε1來得到信號Yε2。
理想的葉片開度設(shè)置信號Ya從輸出控制裝置13輸出到加法器11中。如果實(shí)際葉片開度Y比Ya小(即Y＜Ya)，那么打開信號σ(Ya-Y)連續(xù)地供給到PID工作元件中，直到差值Ya-Y變成0為止。最后，實(shí)際葉片開度Y等于葉片開度設(shè)置信號Ya，并且開度信號σ(Ya-Y)停止。速度控制速率設(shè)置塊312設(shè)置上述系數(shù)σ。換句話說，系數(shù)σ是決定葉片開度Y的變化和速度探測信號Xn的變化的比的放大系數(shù)?？傊?，考慮到動力系統(tǒng)上的相關(guān)設(shè)備的作用或者共有負(fù)荷比來決定它。一旦它被決定，那么它將永不改變。水泵水輪機(jī)的控制器還包括具有輸水管系統(tǒng)的水輪機(jī)314的一些元件。相關(guān)設(shè)備的負(fù)荷電力L供給到發(fā)動機(jī)馬達(dá)上，而該發(fā)電機(jī)直接連接到水輪機(jī)的軸上。從電力系統(tǒng)中供給負(fù)荷電力RL。信號Pg是負(fù)荷電力L和RL的結(jié)合或者是發(fā)電機(jī)的負(fù)荷。從電力系統(tǒng)中產(chǎn)生負(fù)荷特性317b。水輪機(jī)14的自控能力塊317a是總計(jì)根據(jù)速度增加、效率減少等等而增加的機(jī)器損失的特性塊。相應(yīng)地，信號RT表示由于伴隨有旋轉(zhuǎn)速度變化的自控能力而引起的水輪機(jī)輸出損失。因此，當(dāng)從水輪機(jī)看去時(shí)，RT和Pg可以被認(rèn)為是一種負(fù)荷。換句話說，它們的總和可以被假設(shè)成消耗水輪機(jī)的輸出Pt的負(fù)荷總和L∑=Pg+RT。信號(Pt-L∑)被供給到轉(zhuǎn)子的慣性作用部分316中，而轉(zhuǎn)子的慣性作用部分316的輸出變成了旋轉(zhuǎn)速度N。在負(fù)荷衰減之后，信號P變成與信號L相等了。
接下來，這里省略了速度控制裝置302、輸出控制裝置312和速度控制速率設(shè)置塊312的作用，因?yàn)樗鼈兣c圖13和圖14的第一實(shí)施例的這些相同。同樣地，這里將不解釋水泵水輪機(jī)的葉片關(guān)閉速度和葉片打開速度的局限性，因?yàn)樗鼈兣c圖15和圖16的第一實(shí)施例的這些相同。
圖25表示圖24的控制器中的校正控制裝置500的實(shí)施例的示意性方塊圖。
校正控制電路接受Xn速度探測信號和輸出Y500。校正控制電路500具有加法器509和積分器510。在負(fù)荷衰減開始時(shí)，積分器510具有等于額定旋轉(zhuǎn)速度的1．0的初始值。加法器509的輸出X509是Xn的不完全微分。通過X509可以知道dN／dt是正的(增加速度)還是負(fù)的(減少速度)。
當(dāng)X509是正的時(shí)，開關(guān)電路511輸出1．0，當(dāng)X509是負(fù)的時(shí)，輸出0。電路501作為只通過Xn的被動元件而工作，而該Xn比預(yù)定值Xc1大。值Xc1應(yīng)該比等于額定速度的Xn=0．1大并且不會在正常工作中得到，而在正常工作時(shí)發(fā)電機(jī)連接到電力系統(tǒng)中，值Xc1只有在負(fù)荷衰減時(shí)可以得到。例如，要設(shè)置的值Xc1是1．04到1．05。加法器502把信號X504加入到信號X501中。當(dāng)開關(guān)511的輸出X511是正的時(shí)，繼電器元件503輸出來自加法器502的信號X502，或者當(dāng)開關(guān)511的輸出X511是負(fù)的時(shí)，輸出是0。積分器504接受從繼電器元件503中輸出的信號X503。就這些而言，信號X504對信號X501的響應(yīng)是時(shí)間常數(shù)1／KC1(和放大系數(shù)1)的第一級滯后響應(yīng)，同時(shí)旋轉(zhuǎn)速度增加或者保持在一個值(該值剛好處于速度開始減少之前)上不變，同時(shí)速度減少。
電路205是加法器。當(dāng)開關(guān)511的輸出X511是負(fù)的時(shí)，繼電器元件506輸出來自加法器505的信號X505，當(dāng)開關(guān)511的輸出X511是正的時(shí)，輸出0。積分器507接受來自繼電器元件506的信號X506。就這些而言，信號X505對信號X504的響應(yīng)是不完全微分，而該不完全微分按指數(shù)律地慢慢減少了信號X504，同時(shí)速度減少。它的時(shí)間常數(shù)是1／KC3，并且放大系數(shù)是1。另一方面，當(dāng)信號X504的值增加時(shí)，同時(shí)速度增加并且信號X507保持在剛好位于速度開始增加之前的一個值時(shí)，信號505的值增加。換句話說，當(dāng)速度增加時(shí)，信號X505的值增加，當(dāng)速度開始減少時(shí)，信號X505按指數(shù)律地慢慢減少。這等于負(fù)荷衰減時(shí)的速度變化模式曲線。
比較器508比較信號X505(模式曲線)和信號X501(實(shí)際速度曲線)。如果信號I小于-Kc5并且超過+Kc4，那么飽和元件512使信號X508飽和。加法器513、比例元件514和積分元件515構(gòu)成了時(shí)間常數(shù)1／(KC6、KC7)和放大系數(shù)KC6的不完全微分電路。換句話說，如果負(fù)荷衰減時(shí)的速度變化模式曲線和實(shí)際速度曲線之間的差值超過了預(yù)定值，那么就產(chǎn)生了信號X514。第一級滯后元件516接受這個信號X514，截去它的頂端，并且把它作為信號X516來輸出。飽和元件517接受第一級滯后元件516的輸出X516，并且在信號X516的值小于0時(shí)，使信號X516停止，或者在信號X516的值是KC10或者更大時(shí)，把信號限制在KX10上。形成“在信號X516的值小于0時(shí)使信號X516停止”，是因?yàn)樨?fù)荷衰減時(shí)的葉片開度校正只在信號的正側(cè)上有效。實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)知道，正側(cè)上的葉片開度校正應(yīng)該盡可能的最小化，并且應(yīng)該盡可能多地使用控制器的正?？刂苼肀苊獠涣几蓴_。
因此，飽和元件還使信號的正側(cè)飽和。當(dāng)值Xn比值XC2大時(shí)(Xn＞Xc2)，開關(guān)電路518輸出1，或者當(dāng)值Xn比值XC2小(Xn＜Xc2)時(shí)，開關(guān)電路518輸出0。電路519是一種繼電器，只有當(dāng)開關(guān)518的輸出是1(Xn＞Xc2)時(shí)，該繼電器提取信號X517并且校正葉片開度，當(dāng)Xn＜Xc2時(shí)，提取0并且停止葉片開度的校正。葉片開度校正控制進(jìn)行工作只是打開導(dǎo)向葉片。但是，在一些情況下，控制器關(guān)閉葉片被延遲，因此，延遲了速度減少。設(shè)置開關(guān)518和繼電器519來防止這種延遲。
圖33表示采用了圖24和圖25的控制器的水泵水輪機(jī)的時(shí)間響應(yīng)。圖33中的符號Y、N、Q、Hp和Hd以那種順序分別表示葉片開度、旋轉(zhuǎn)速度、排量、水輪機(jī)進(jìn)水壓和水輪機(jī)的出水壓。在速度減少期間，導(dǎo)向葉片被校正控制成打開。即使在負(fù)荷衰減之后的第一次速度減少時(shí)，旋轉(zhuǎn)速度不會直接下降到由控制器所設(shè)定的速度值(即額定速度和速度控制速度的總和)。同時(shí)，該排量向著無負(fù)荷排量光滑地減少，而沒有暫時(shí)反流(水泵運(yùn)轉(zhuǎn)流)。圖34表示水泵水輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)如何工作在負(fù)荷衰減時(shí)的N1-VS-Q1全特性上。從這種移動(軌跡)中容易理解，大大地抑制了S特性所特有的振動(該振動使得排量在無負(fù)荷工作前后擺動)。圖26到圖31表示圖25的葉片校正控制電路的每個元件的情況，而圖25分出相應(yīng)的圖33和圖34。圖32表示在這種狀態(tài)時(shí)PID控制器的每個工作元件的輸出。換句話說，最后的葉片開度命令信號是圖31的每個工作元件的輸出和校正控制信號Y500的總和。
在緊急停止的情況下，由于速度充分升高而引起的在S特性區(qū)域內(nèi)的工作收斂之后，控制器很快地關(guān)閉具有無條件地設(shè)置成-θL或者更小的Yε1的導(dǎo)向葉片，而這個在圖24中不能看出來。
“由于速度充分升高而引起的在S特性區(qū)域內(nèi)的工作之后”基本上被認(rèn)為旋轉(zhuǎn)速度小于預(yù)定值或者葉片開度小于預(yù)定值。
在每個上述實(shí)施例中，調(diào)整導(dǎo)向葉片從而光滑地打開快速關(guān)閉的導(dǎo)向葉片是優(yōu)選的，從而借助于由于速度升高和葉片開度效果所引起的水壓增加效果來減少上游側(cè)輸水管水壓(該水壓在緊接負(fù)荷衰減之后的快速葉片關(guān)閉期間升高)，因此把速度保持在接近相同的速度值上。這種方法可以是一個減少上游側(cè)輸水管水壓的最合理的方法。
有兩種方法使導(dǎo)向葉片(這些導(dǎo)向葉片在負(fù)荷衰減之后的速度升高期間處于關(guān)閉狀態(tài))停止關(guān)閉并且在最佳時(shí)間開始打開一種方法是增加控制器的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度，另一種方法是減少PID工作塊的積分或者比例放大系數(shù)。每個上述實(shí)施例可以單獨(dú)使用這些方法或者結(jié)合使用這些方法。
權(quán)利要求
1．一種水泵水輪機(jī)，包括一個連接到發(fā)電機(jī)上的轉(zhuǎn)子；一個調(diào)整通過所述轉(zhuǎn)子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，并且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉(zhuǎn)子的預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度；其特征于在關(guān)閉電力系統(tǒng)的所述發(fā)電機(jī)的負(fù)荷衰減時(shí)，控制所述控制器，從而使負(fù)荷衰減后的所述轉(zhuǎn)子的目標(biāo)速度值比負(fù)荷衰減前的目標(biāo)值大。
2．一種水泵水輪機(jī)，包括一個轉(zhuǎn)子；一個將所述轉(zhuǎn)子的力矩傳遞到一發(fā)電機(jī)上的軸；一個調(diào)整通過所述轉(zhuǎn)子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，并且控制所述水排量控制裝置，從而把所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度設(shè)置成穩(wěn)定狀態(tài)條件下的預(yù)定值；其特征于在關(guān)閉電力系統(tǒng)的所述發(fā)電機(jī)的負(fù)荷衰減時(shí)，控制所述控制器，從而只使緊接負(fù)荷衰減后的瞬態(tài)時(shí)的所述轉(zhuǎn)子的目標(biāo)速度值比穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的目標(biāo)值大。
3．如權(quán)利要求2所述的水泵水輪機(jī)，其特征在于控制所述控制器，從而在緊接負(fù)荷衰減之后的瞬態(tài)時(shí)增加所述控制器的預(yù)定速度。
4．如權(quán)利要求2所述的水泵水輪機(jī)，其特征在于控制所述控制器，從而在緊接負(fù)荷衰減之后速度增加時(shí)，增加所述控制器的預(yù)定速度。
5．如權(quán)利要求2所述的水泵水輪機(jī)，其特征在于所述水泵水輪機(jī)校正控制所述控制器，從而緊接負(fù)荷衰減之后速度增加時(shí)，基本上增加目標(biāo)速度值，在該速度變成減少之后逐漸取消所述校正控制，并且當(dāng)速度處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)基本上完全取消所述校正控制。
6．如權(quán)利要求4所述的水泵水輪機(jī)，其特征在于在速度增加曲線稍下方并且沿著該速度增加曲線增加預(yù)定的速度值，同時(shí)緊接在負(fù)荷衰減之后使速度增加。
7．如權(quán)利要求5所述的水泵水輪機(jī)，其特征在于根據(jù)所述水排量控制裝置的開度，所述控制器限制所述水排量控制裝置的關(guān)閉速度，把所述水排量控制裝置的所述關(guān)閉速度限制到相對較大的第二預(yù)定值或者更小，同時(shí)所述水排量控制裝置的所述開度處于第一預(yù)定值或者大于第一預(yù)定值，并且在所述水排量控制裝置的所述開度小于所述第一預(yù)定值之后，把所述關(guān)閉速度限制到相對較小的第三預(yù)定值或者更小，其中所述校正控制不會妨礙所述控制器的正常作用，從而至少關(guān)閉所述排量控制裝置，直到所述排量控制裝置的開度到達(dá)所述第一預(yù)定值或者小于第一預(yù)定值為止。
8．如權(quán)利要求7所述的水泵水輪機(jī)，其特征在于在負(fù)荷衰減之后的所述排量控制裝置關(guān)閉到所述第一預(yù)定值或者小于第一預(yù)定值之后，所述校正控制裝置暫時(shí)打開所述排量控制裝置，并且所述排量控制裝置的速度變成了所述第三預(yù)定值或者小于第三預(yù)定值。
9．如權(quán)利要求2所述的水泵水輪機(jī)，其特征在于緊接負(fù)荷衰減之后，當(dāng)速度增加時(shí)，所述控制器進(jìn)行校正控制，從而基本上增加目標(biāo)速度值，在第一尖峰上方速度變成減少之后，逐漸取消所述校正控制，并且當(dāng)速度處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)基本上完全取消所述校正控制。
10．如權(quán)利要求2所述的水泵水輪機(jī)，其特征在于包括探測旋轉(zhuǎn)速度的裝置；設(shè)置目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度的裝置；計(jì)算裝置，該計(jì)算裝置輸入來自目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度設(shè)置裝置的目標(biāo)速度命令信號和來自旋轉(zhuǎn)速度探測裝置的實(shí)際速度信號之間的差值的信號(它稱為速度差值信號)，并且把打開命令信號輸出到所述排量控制裝置中；放大裝置，根據(jù)所述計(jì)算裝置的輸出，該放大裝置使所述排量控制裝置進(jìn)行工作；及校正控制裝置，該校正裝置輸入一速度信號和輸出一信號，從而基本上校正所述目標(biāo)速度命令信號。
11．如權(quán)利要求10所述的水泵水輪機(jī)，其特征在于還包括一個當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度超過預(yù)定值時(shí)通過／發(fā)生一旋轉(zhuǎn)速度信號的第一計(jì)算元件；一個第二計(jì)算元件，該第二計(jì)算元件接受從所述第一計(jì)算元件中輸出的信號并且輸出一信號，在所接受到的信號以相對較快地響應(yīng)所接受到的信號而增加時(shí)，該信號增加，并且當(dāng)所接受到的信號以相對較慢地響應(yīng)所接受到的信號而開始減少時(shí)，該信號慢慢減少；及所述校正器，根據(jù)所述第二計(jì)算元件的輸出，校正所述目標(biāo)速度命令信號。
12．如權(quán)利要求11所述的水泵水輪機(jī)，其特征在于所述預(yù)定速度值設(shè)置得比最大速度值大，該最大速度值產(chǎn)生于所述水泵水輪機(jī)的正常工作中，而在該水泵水輪機(jī)中，所述發(fā)電機(jī)連接到電力系統(tǒng)中。
13．如權(quán)利要求11所述的水泵水輪機(jī)，其特征在于在從第一計(jì)算元件所輸出的信號正在增加時(shí)，所述第二計(jì)算元件產(chǎn)生相對較短時(shí)間常數(shù)的第一級滯后響應(yīng)，或者在從第一計(jì)算元件所輸出的信號正在減少時(shí)產(chǎn)生相對較長時(shí)間常數(shù)的第一級滯后響應(yīng)。
14．如權(quán)利要求10所述的水泵水輪機(jī)，其特征在于在從第一計(jì)算元件所輸出的信號正在增加時(shí)，所述第二計(jì)算元件產(chǎn)生相對較短時(shí)間常數(shù)的第一級滯后響應(yīng)，或者在速度開始減少之后，產(chǎn)生一響應(yīng)，相對于該速度開始減少之前的輸出，該響應(yīng)沿著相對較長時(shí)間常數(shù)的衰減曲線減少。
15．如權(quán)利要求10所述的水泵水輪機(jī)，其特征在于在所有的P、I和D工作之前，PID計(jì)算型(P表示比例、I表示積分和D表示微分)的所述計(jì)算裝置加入所述校正信號。
16．如權(quán)利要求10所述的水泵水輪機(jī)，其特征在于PID計(jì)算型(P表示比例、I表示積分和D表示微分)的所述計(jì)算裝置加入所述校正信號從而只在P和I工作時(shí)產(chǎn)生作用。
17．如權(quán)利要求8所述的水泵水輪機(jī)，其特征在于調(diào)整所述校正信號，因此，排量控制裝置的暫時(shí)打開可以開始得比停止緊接在負(fù)荷衰減之后的旋轉(zhuǎn)速度增加要早。
18．一種水泵水輪機(jī)，包括一個轉(zhuǎn)子；一個把所述轉(zhuǎn)子的扭矩傳遞到發(fā)電機(jī)上的軸；及一個控制通過所述轉(zhuǎn)子的水量并且通過改變所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向可以工作在泵送和發(fā)電模式這兩者上的排量控制裝置；其特征在于所述水泵水輪機(jī)還包括一第一控制器，該控制器探測處于發(fā)電模式中的所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，并且控制排量控制裝置，從而把轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度設(shè)置成穩(wěn)定狀態(tài)條件下的預(yù)定值；及一第二控制器，在關(guān)閉電力系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)的負(fù)荷衰減時(shí)，該第二控制器取代所述第一控制器控制排量控制裝置，其中，至少剛好在負(fù)荷衰減之后，所述第二控制器的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度大大高于瞬態(tài)時(shí)所述第一控制器的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度。
19．一種水泵水輪機(jī)，包括一個連接到發(fā)電機(jī)上的轉(zhuǎn)子；一個調(diào)整通過所述轉(zhuǎn)子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，并且控制所述排量控制裝置，從而把所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度設(shè)置成預(yù)定值；其特征于控制通過所述轉(zhuǎn)子的水量，因此在關(guān)閉電力系統(tǒng)的所述發(fā)電機(jī)的負(fù)荷衰減時(shí)，不會發(fā)生逆行水。
20．如權(quán)利要求19所述的水泵水輪機(jī)，其特征在于控制通過所述轉(zhuǎn)子的水量，因此，在負(fù)荷衰減之后或者類似情況下，所述旋轉(zhuǎn)速度不會在這么短的時(shí)間內(nèi)下降到由所述控制器預(yù)定的速度，從而使旋轉(zhuǎn)速度增加到第一尖峰值。
21．一種水泵水輪機(jī)，包括一個連接到發(fā)電機(jī)上的轉(zhuǎn)子；一個調(diào)整通過所述轉(zhuǎn)子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器控制通過所述轉(zhuǎn)子的水量；及控制器，它探測所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，并且控制所述排量控制裝置，從而把所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度設(shè)置成預(yù)定值；其特征于控制通過所述轉(zhuǎn)子的水量，因此在關(guān)閉電力系統(tǒng)的所述發(fā)電機(jī)的負(fù)荷衰減時(shí)，所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度不會在這么短的時(shí)間內(nèi)下降到由所述控制器預(yù)定的速度，從而在所述負(fù)荷衰減之后或者類似情況下使旋轉(zhuǎn)速度上升到第一尖峰值。
22．一種水泵水輪機(jī)，包括一個連接到發(fā)電機(jī)上的轉(zhuǎn)子；一個調(diào)整通過所述轉(zhuǎn)子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，且控制所述排量控制裝置，從而把所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度設(shè)置成預(yù)定值；其特征于所述水泵水輪機(jī)還包括一個用來打開所述排量控制裝置的校正控制裝置，同時(shí)在發(fā)電模式時(shí)，緊接在負(fù)荷衰減之后，該速度減少到尖峰的上方，該排量控制裝置通過所述控制器控制關(guān)閉。
23．如權(quán)利要求22所述的水泵水輪機(jī)，其特征在于當(dāng)速度變成增加時(shí)，所述校正控制裝置的打開工作停止，并且所述控制器開始基本上控制所述排量控制裝置。
24．如權(quán)利要求22所述的水泵水輪機(jī)，其特征在于在負(fù)荷衰減之后，當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度變成減少時(shí)，暫時(shí)打開排量控制裝置的所述校正控制啟動，且持續(xù)到旋轉(zhuǎn)速度曲線從凸形曲線變化到凹形曲線的點(diǎn)(彎曲點(diǎn))。
25．如權(quán)利要求22所述的水泵水輪機(jī)，其特征在于在負(fù)荷衰減之后，剛好在旋轉(zhuǎn)速度變成減少之前，打開排量控制裝置的所述校正控制啟動，且持續(xù)到旋轉(zhuǎn)速度曲線從凸形曲線變化到凹形曲線的彎曲點(diǎn)。
26．如權(quán)利要求22所述的水泵水輪機(jī)，其特征在于在額定旋轉(zhuǎn)速度和尖峰旋轉(zhuǎn)速度之間的差值的1／3的上方的旋轉(zhuǎn)速度點(diǎn)處，在全負(fù)荷衰減之后所述校正控制使第一速度減少停止，并且從此使該旋轉(zhuǎn)速度增加。
27．如權(quán)利要求23所述的水泵水輪機(jī)，其特征在于在全負(fù)荷衰減之后的旋轉(zhuǎn)速度到達(dá)由控制器所預(yù)設(shè)的值之前，所述校正控制重復(fù)旋轉(zhuǎn)速度的減少、停止和增加的設(shè)置許多次。
28．如權(quán)利要求22所述的水泵水輪機(jī)，其特征在于所述控制器包括一關(guān)閉速度限制器，當(dāng)所述排量控制裝置的開度處于第一預(yù)定值時(shí)或者大于第一預(yù)定值時(shí)，該限制器根據(jù)所述排量控制裝置的開度把關(guān)閉所述排量控制裝置的速度限制到相對較高的第二預(yù)定值或者小于第二預(yù)定值，或者，在所述排量控制裝置的開度處于第一預(yù)定值或者小于第一預(yù)定值時(shí)，該關(guān)閉速度限制器把關(guān)閉所述排量控制裝置的速度限制到相對較小的第三預(yù)定值或者小于第三預(yù)定值；其中在所述排量控制裝置的開度處于所述第一預(yù)定值或者大于第一預(yù)定值時(shí)所述校正控制失去作用。
29．如權(quán)利要求23所述的水泵水輪機(jī)，其特征在于包括一校正控制裝置，在負(fù)荷衰減時(shí)，在旋轉(zhuǎn)速度的第一尖峰之后，在減速階段，第一次減少旋轉(zhuǎn)速度的該校正控制裝置，使速度停止在第一底部處，并使速度轉(zhuǎn)而增加；使速度停止在第二底部處，并使速度轉(zhuǎn)而減少；其中校正控制進(jìn)行調(diào)整從而使所述第二尖峰值小于所述第一尖峰值。
30．如權(quán)利要求22所述的水泵水輪機(jī)，其特征在于所述校正控制進(jìn)行調(diào)整，從而至少使負(fù)荷衰減之后正在減少的速度暫時(shí)變成增加至少一次，故旋轉(zhuǎn)速度不會從所述尖峰值直接減少到由所述控制器所預(yù)定的值。
31．如權(quán)利要求22所述的水泵水輪機(jī)，其特征在于包括探測旋轉(zhuǎn)速度的裝置；設(shè)置目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度的裝置；計(jì)算裝置，該計(jì)算裝置輸入來自所述目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度設(shè)置裝置的目標(biāo)速度命令信號和來自所述旋轉(zhuǎn)速度探測裝置的實(shí)際速度信號之間的差值的信號，并且把開度命令信號輸出到所述排量控制裝置中；放大裝置，根據(jù)所述計(jì)算裝置的輸出，該放大裝置使所述排量控制裝置進(jìn)行工作；及校正控制裝置，該校正控制裝置至少輸入一速度信號并根據(jù)所述計(jì)算裝置的所述輸出執(zhí)行校正控制。
32．如權(quán)利要求31所述的水泵水輪機(jī)，其特征在于包括所述校正控制裝置；其中校正控制裝置還包括一第一計(jì)算元件，只有當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度超過預(yù)定值時(shí)，該第一計(jì)算元件輸出旋轉(zhuǎn)速度信號；第二計(jì)算元件，該第二計(jì)算元件接受從第一計(jì)算元件輸出的信號，并且輸出目標(biāo)信號，在所接受到的信號增加的同時(shí)，該目標(biāo)信號以相對較快地響應(yīng)所接受到的信號快速增加，并且當(dāng)接受到的信號開始減少時(shí)，該目標(biāo)信號以相對較慢地響應(yīng)所接受到的信號慢慢減少；一個比較目標(biāo)信號和從第一計(jì)算元件中輸出的信號且輸出一結(jié)果(差值)的比較器；一個限制從該比較器中所輸出的信號的正成分的第一限制元件；一個不完全微分從第一限制元件所輸出來的信號的微分元件；及一個阻止從微分元件所輸出的信號的負(fù)成分且以預(yù)定值限制信號的正成分的第二限制元件。
33．如權(quán)利要求32所述的水泵水輪機(jī)，其特征在于所述預(yù)定速度值設(shè)置得比最大速度大，而該最大速度產(chǎn)生在所述發(fā)電機(jī)連接到電力系統(tǒng)中的所述水泵水輪機(jī)的正常工作中。
34．如權(quán)利要求32所述的水泵水輪機(jī)，其特征在于在從所述第一計(jì)算元件所輸出的信號正在增加時(shí)，所述第二計(jì)算元件產(chǎn)生相對較短時(shí)間常數(shù)的第一級滯后響應(yīng)，或者在速度開始減少之后，產(chǎn)生一響應(yīng)，相對于速度開始減少之前的輸出，該響應(yīng)沿著相對較長時(shí)間常數(shù)的減少曲線而減少。
35．如權(quán)利要求32所述的水泵水輪機(jī)，其特征在于在開始和重新設(shè)置之間的單個工作循環(huán)中，所述第二計(jì)算元件的輸出接近常數(shù)。
36．一種在緊急情況下使工作在發(fā)電模式中的水泵水輪機(jī)立即停止的方法，其特征在于所述方法包括這樣一些步驟，至少使控制器和校正控制裝置這兩者保持工作在緊急停止過程的初始時(shí)，完全關(guān)閉所述排量控制裝置，并且使水泵水輪機(jī)停止旋轉(zhuǎn)。
37．一種在緊急情況下使工作在發(fā)電模式中的水泵水輪機(jī)立即停止的方法，其特征在于所述方法包括這樣一些步驟，至少使控制器和校正控制裝置這兩者保持工作在緊急停止過程的初始時(shí)，減少S特性的不良影響，完全關(guān)閉所述排量控制裝置，并且使水泵水輪機(jī)停止旋轉(zhuǎn)。
38．一種水泵水輪機(jī)，包括一個連接到發(fā)電機(jī)上的轉(zhuǎn)子；一個調(diào)整通過所述轉(zhuǎn)子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，并且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉(zhuǎn)子的預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度；其特征在于，在負(fù)荷衰減之后的瞬態(tài)時(shí)，關(guān)閉和打開所述排量控制裝置的一系列工作重復(fù)許多次。
39．如權(quán)利要求38所述的水泵水輪機(jī)，其特征在于每次在所述排量控制裝置的開度形成得比較小時(shí)，執(zhí)行關(guān)閉和打開所述排量控制裝置的一系列工作。
40．一種水泵水輪機(jī)，包括一個連接到發(fā)電機(jī)上的轉(zhuǎn)子；一個調(diào)整通過所述轉(zhuǎn)子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，并且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉(zhuǎn)子的預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度；其特征在于，控制所述控制器，從而在關(guān)閉電力系統(tǒng)的所述發(fā)電機(jī)的負(fù)荷衰減之后減少所述排量減少速度。
41．一種控制水泵水輪機(jī)的方法，其特征在于，所述方法包括這些步驟通過排量控制裝置控制通過連接到發(fā)電機(jī)上的轉(zhuǎn)子的水量，探測所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度；通過控制器控制所述排量控制裝置，從而把所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度設(shè)置成預(yù)定值，并且在關(guān)閉電力系統(tǒng)的所述發(fā)電機(jī)的負(fù)荷衰減之后減少降低排量的速度。
42．一種水泵水輪機(jī)，包括一個連接到發(fā)電機(jī)上的轉(zhuǎn)子；一個調(diào)整通過所述轉(zhuǎn)子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，并且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉(zhuǎn)子的預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度；其特征在于，控制所述控制器，從而在關(guān)閉電力系統(tǒng)的所述發(fā)電機(jī)的負(fù)荷衰減之后減少旋轉(zhuǎn)速度的減少速度。
43．一種水泵水輪機(jī)，包括一個連接到發(fā)電機(jī)上的轉(zhuǎn)子；一個調(diào)整通過所述轉(zhuǎn)子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，并且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉(zhuǎn)子的預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度；其特征在于，控制所述控制器，從而在關(guān)閉電力系統(tǒng)的所述發(fā)電機(jī)的負(fù)荷衰減時(shí)的所述速度減少步驟中，使目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度比實(shí)際旋轉(zhuǎn)速度高。
44．一種水泵水輪機(jī)，包括一個連接到發(fā)電機(jī)上的轉(zhuǎn)子；一個調(diào)整通過所述轉(zhuǎn)子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，并且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉(zhuǎn)子的預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度；其特征在于，控制所述控制器，從而在關(guān)閉電力系統(tǒng)的所述發(fā)電機(jī)的負(fù)荷衰減時(shí)，所述旋轉(zhuǎn)圈數(shù)減少時(shí)，使目標(biāo)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)設(shè)置得比實(shí)際旋轉(zhuǎn)圈數(shù)大。
45．一種水泵水輪機(jī)，包括一個連接到發(fā)電機(jī)上的轉(zhuǎn)子；一個調(diào)整通過所述轉(zhuǎn)子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，并且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉(zhuǎn)子的預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度；其特征在于，控制所述控制器，從而在關(guān)閉電力系統(tǒng)的所述發(fā)電機(jī)的負(fù)荷衰減時(shí)，當(dāng)所述旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到第一尖峰或者尖峰附近時(shí)，至少使所述排量控制裝置的開度運(yùn)動靠近凸形曲線。
46．一種水泵水輪機(jī)，包括一個連接到發(fā)電機(jī)上的轉(zhuǎn)子；一個調(diào)整通過所述轉(zhuǎn)子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，并且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉(zhuǎn)子的預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度；其特征在于，控制所述控制器，從而在關(guān)閉電力系統(tǒng)的所述發(fā)電機(jī)的負(fù)荷衰減時(shí)，在所述旋轉(zhuǎn)速度的凸形曲線或者它附近上，至少使所述排量減少速度較小。
47．一種水泵水輪機(jī)，包括一個連接到發(fā)電機(jī)上的轉(zhuǎn)子；一個調(diào)整通過所述轉(zhuǎn)子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，并且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉(zhuǎn)子的預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度；其特征在于，控制所述控制器，從而通過在所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到一點(diǎn)或者它的附近時(shí)至少暫時(shí)打開所述排量控制裝置一次，在負(fù)荷衰減之后，抑制瞬時(shí)的反向流動，而在該點(diǎn)或者它附近處，在關(guān)閉電力系統(tǒng)的所述發(fā)電機(jī)的負(fù)荷衰減之后，速度減少量增加到第一尖峰之上。
48．一種水泵水輪機(jī)，包括一個連接到發(fā)電機(jī)上的轉(zhuǎn)子；一個調(diào)整通過所述轉(zhuǎn)子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，并且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉(zhuǎn)子的預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度；其特征在于，控制所述控制器，從而通過在所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到一點(diǎn)或者它的附近時(shí)至少暫時(shí)打開所述排量控制裝置一次，在負(fù)荷衰減之后，使所述轉(zhuǎn)子的速度減少量比速度升高量小，而在該點(diǎn)或者它附近處，在關(guān)閉電力系統(tǒng)的所述發(fā)電機(jī)的負(fù)荷衰減之后，速度減少量增加到第一尖峰之上。
49．一種水泵水輪機(jī)，包括一個連接到發(fā)電機(jī)上的轉(zhuǎn)子；一個調(diào)整通過所述轉(zhuǎn)子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，并且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉(zhuǎn)子的預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度；其特征在于，控制所述控制器，從而通過在所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到一點(diǎn)或者它的附近時(shí)至少暫時(shí)打開所述排量控制裝置一次，消除產(chǎn)生于緊接在所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度變成減少之后的第二上游水錘尖峰，而在該點(diǎn)或者它附近處，在關(guān)閉電力系統(tǒng)的所述發(fā)電機(jī)的負(fù)荷衰減之后，速度減少量增加到第一尖峰之上。
50．一種水泵水輪機(jī)，包括一個連接到發(fā)電機(jī)上的轉(zhuǎn)子；一個調(diào)整通過所述轉(zhuǎn)子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，并且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉(zhuǎn)子的預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度；其特征在于，所述控制器還包括把校正值供給到所述控制器中的校正信號發(fā)生器，并且所述校正信號發(fā)生器把校正值供給到所述控制器中，因此在負(fù)荷衰減之后使所述轉(zhuǎn)子的速度減少量比速度增加量小得多。
51．一種水泵水輪機(jī)，包括一個連接到發(fā)電機(jī)上的轉(zhuǎn)子；一個調(diào)整通過所述轉(zhuǎn)子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，并且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉(zhuǎn)子的預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度；其特征在于，所述控制器還包括把校正值供給到所述控制器中的校正信號發(fā)生器，并且所述校正信號發(fā)生器把校正值供給到所述控制器中，從而在關(guān)閉電力系統(tǒng)的所述發(fā)電機(jī)的負(fù)荷衰減之后，消除產(chǎn)生于緊接在所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度變成減少之后的第二上游水錘尖峰。
52．一種水泵水輪機(jī)，包括一個連接到發(fā)電機(jī)上的轉(zhuǎn)子；一個調(diào)整通過所述轉(zhuǎn)子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，并且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉(zhuǎn)子的預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度；其特征在于，所述控制器還包括把校正值供給到所述控制器中的校正信號發(fā)生器，并且所述校正信號發(fā)生器把校正值供給到所述控制器中，從而在關(guān)閉電力系統(tǒng)的所述發(fā)電機(jī)的負(fù)荷衰減時(shí)，消除產(chǎn)生于緊接在所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度變成減少之后的第二上游水錘尖峰。
53．一種水泵水輪機(jī)，包括一個連接到發(fā)電機(jī)上的轉(zhuǎn)子；一個調(diào)整通過所述轉(zhuǎn)子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，并且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉(zhuǎn)子的預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度；其特征在于，控制所述控制器，因此，通過在所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到一點(diǎn)或者它的附近時(shí)至少暫時(shí)打開所述排量控制裝置一次，使出現(xiàn)在第一速度尖峰附近的最大上游輸水管壓力被限制到接近常值上，而在該點(diǎn)或者它附近處，在關(guān)閉電力系統(tǒng)的所述發(fā)電機(jī)的負(fù)荷衰減之后，速度減少量增加到第一尖峰之上。
54．一種水泵水輪機(jī)，包括一個連接到發(fā)電機(jī)上的轉(zhuǎn)子；一個調(diào)整通過所述轉(zhuǎn)子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，并且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉(zhuǎn)子的預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度；其特征在于，所述控制器還包括輸出值從而校正從所述控制器中輸出的信號的校正信號發(fā)生器，并且所述校正信號發(fā)生器輸出校正值從而在負(fù)荷衰減之后使速度減少量比速度增加量小得多。
55．一種水泵水輪機(jī)，包括一個連接到發(fā)電機(jī)上的轉(zhuǎn)子；一個調(diào)整通過所述轉(zhuǎn)子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，并且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉(zhuǎn)子的預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度；其特征在于，所述控制器還包括輸出一值從而校正從所述控制器中輸出的信號的校正信號發(fā)生器，并且所述校正信號發(fā)生器輸出校正值，從而在關(guān)閉電力系統(tǒng)的所述發(fā)電機(jī)的負(fù)荷衰減時(shí)，消除產(chǎn)生于緊接在所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度變成減少之后的第二上游水錘尖峰。
56．一種水泵水輪機(jī)，包括一個連接到發(fā)電機(jī)上的轉(zhuǎn)子；一個調(diào)整通過所述轉(zhuǎn)子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，并且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉(zhuǎn)子的預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度；其特征在于，所述控制器還包括輸出一值從而校正從所述控制器中輸出的信號的校正信號發(fā)生器，并且所述校正信號發(fā)生器輸出校正值，從而在關(guān)閉電力系統(tǒng)的所述發(fā)電機(jī)的負(fù)荷衰減時(shí)，消除產(chǎn)生于緊接在所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度變成減少之后的第二上游水錘尖峰。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種在負(fù)荷衰減時(shí)抑制不良的水錘和其它瞬時(shí)現(xiàn)象的水泵水輪機(jī)。為此,本發(fā)明進(jìn)行校正控制從而暫時(shí)打開排量控制裝置,而與通過控制器關(guān)閉排量控制裝置是否處于進(jìn)行之中無關(guān)。這種校正控制可以抑制負(fù)荷衰減時(shí)的突然排量變化。
文檔編號F03B3/10GK1295189SQ0013662
公開日2001年5月16日 申請日期2000年10月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月29日
發(fā)明者桑原尚夫, 片山慶, 中川博人, 萩原春樹 申請人:株式會社日立制作所, 關(guān)西電力株式會社