專利名稱：一種水電機(jī)組的水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及水電機(jī)組系統(tǒng)，尤其是涉及一種水電機(jī)組的水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)仿真模型是分析電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、研究機(jī)網(wǎng)交互影響、負(fù)荷-頻率控制(Load-Frequency Control,LFC)策略、評估和預(yù)測電力系統(tǒng)安全風(fēng)險、分析電力系統(tǒng)事故、建立電力系統(tǒng)安全預(yù)警機(jī)制、制訂安全控制預(yù)案等工作的基礎(chǔ)。我國電力建設(shè)的迅猛發(fā)展，大量超高壓輸電線路和大容量發(fā)電機(jī)組相繼投入運(yùn)行，電力系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜；燃料市場的開放，電力市場機(jī)制的建立，經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速推進(jìn)，電力生產(chǎn)和電力消耗的格局發(fā)生了很大變化，電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行正面臨新的、更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。建立符合實際的電力系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學(xué)模型及其參數(shù)，對于提高電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行水平具有重要意義。電力系統(tǒng)頻率是電能質(zhì)量的三大指標(biāo)之一，頻率反應(yīng)了發(fā)電和負(fù)荷之間的平衡關(guān)系，是電力系統(tǒng)運(yùn)行的重要控制參數(shù)。電力系統(tǒng)負(fù)荷變化是引起電力系統(tǒng)頻率波動的主要原因，保證電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定必須依賴于發(fā)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的正確響應(yīng)。作為電力系統(tǒng)重要組成部分的水電廠，由于其響應(yīng)速度快，是電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)的主要手段。水電站原動機(jī)為水輪機(jī)，通過水流帶動水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)將水的勢能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再通過發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。在水電機(jī)組中，發(fā)電機(jī)的響應(yīng)特性比水輪機(jī)的響應(yīng)特性快的多,水電機(jī)組的響應(yīng)特性主要取決于水輪機(jī)的響應(yīng)特性，而水輪機(jī)的響應(yīng)特性又與調(diào)速器的響應(yīng)特性密切相關(guān)，因此水電機(jī)組的響應(yīng)特性與水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)密切相關(guān)。對水電站而言，水輪機(jī)控制系統(tǒng)是電網(wǎng)負(fù)荷-頻率一次調(diào)節(jié)的主體，在電力系統(tǒng)中扮演著增大系統(tǒng)阻尼、維持頻率穩(wěn)定的重要角色。為了研究電網(wǎng)頻率變化下的水輪機(jī)功率輸出響應(yīng)動態(tài)特性數(shù)學(xué)模型，需要建立適合電網(wǎng)應(yīng)用的水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)模型，以研究水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)對電網(wǎng)頻率穩(wěn)定的影響。因此，研究水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在電網(wǎng)頻率變化下的功率輸出響應(yīng)特性，建立華東電網(wǎng)動態(tài)分析用水輪機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)模型，對于更加科學(xué)合理地運(yùn)行調(diào)度，充分挖掘和發(fā)揮電網(wǎng)供電潛力，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，具有極其重要和非常迫切的現(xiàn)實工程意義。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種用于電力系統(tǒng)穩(wěn)定計算用的水電機(jī)組的水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。本實用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):一種水電機(jī)組的水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)為由被控制單元和調(diào)速器組成的閉環(huán)系統(tǒng)，所述的被控制單元包括依次連接的引水和泄水管道、水輪發(fā)電機(jī)組及電網(wǎng)，所述的調(diào)速器包括測量元件、反饋元件、給定元件、放大校正元件及執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述的測量元件連接在水輪發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)之間的線路上，所述的反饋元件與水輪發(fā)電機(jī)組連接，所述的給定元件、測量元件及反饋元件均與放大校正元件連接，所述的放大校正元件與執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接，所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)與水輪發(fā)電機(jī)組連接。[0007]所述的水輪發(fā)電機(jī)組包括依次連接的水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)。所述的發(fā)電機(jī)上裝有電壓調(diào)節(jié)器。所述的測量元件為檢測水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速、功率、水頭及流量的檢測儀器。所述的反饋元件為反饋水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的組件。所述的給定元件為給定轉(zhuǎn)速的元件。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，本實用新型的系統(tǒng)為研究電網(wǎng)頻率變化下的水輪機(jī)功率輸出響應(yīng)動態(tài)特性提供了基礎(chǔ)條件。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，I為被控制單元，11為引水和泄水管道，12為水輪發(fā)電機(jī)組，13為電網(wǎng)，2為調(diào)速器，21為測量元件,22為反饋元件,23為給定元件,24為放大校正元件,25為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。實施例一種水電機(jī)組的水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，如圖1所示，該系統(tǒng)為由被控制單元I和調(diào)速器2組成的閉環(huán)系統(tǒng)，被控制單元I包括依次連接的引水和泄水管道11、水輪發(fā)電機(jī)組12及電網(wǎng)13。調(diào)速器2用來檢測水輪發(fā)電機(jī)組12的轉(zhuǎn)速偏差，并將它按一定特性轉(zhuǎn)換成主接力器行程偏差的一些裝置，調(diào)速器2包括測量元件21、反饋元件22、給定元件23、放大校正元件24及執(zhí)行機(jī)構(gòu)25，測量元件21連接在水輪發(fā)電機(jī)組12與電網(wǎng)13之間的線路上，反饋元件22與水輪發(fā)電機(jī)組12連接,給定元件23、測量元件21及反饋元件22均與放大校正元件24連接，放大校正元件24與執(zhí)行機(jī)構(gòu)25連接，執(zhí)行機(jī)構(gòu)25與水輪發(fā)電機(jī)組12連接。其中，水輪發(fā)電機(jī)組12包括依次連接的水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)上裝有電壓調(diào)節(jié)器。測量元件21為檢測水輪發(fā)電機(jī)組12轉(zhuǎn)速、功率、水頭及流量的檢測儀器。反饋元件22為反饋水輪發(fā)電機(jī)組12轉(zhuǎn)速的組件。給定元件23為給定轉(zhuǎn)速的元件。水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本任務(wù)是根據(jù)偏離額定值的轉(zhuǎn)速(頻率)偏差信號，調(diào)節(jié)水輪機(jī)的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)和輪葉機(jī)構(gòu)，維持水輪發(fā)電機(jī)組12功率與負(fù)荷功率的平衡。本實用新型的工作過程為:測量元件21把機(jī)組轉(zhuǎn)速(頻率)、功率、水頭、流量等參量測量出來，與給定元件23發(fā)出的信號和反饋元件22發(fā)出的信號綜合后，確定偏差及偏差的方向，并根據(jù)偏差情況按一定的調(diào)節(jié)規(guī)律發(fā)出調(diào)節(jié)命令。調(diào)節(jié)命令經(jīng)放大校正元件24放大后控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)25，執(zhí)行機(jī)構(gòu)25操作水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)和槳葉機(jī)構(gòu)，同時經(jīng)反饋元件22送回反饋信號至信號綜合點。本實用新型的水電機(jī)組的水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)有如下特點:(I)水輪發(fā)電機(jī)組是把水能變成電能的機(jī)械，而水能要受自然條件的限制，單位水體中所帶有的能量較小，與其他原動機(jī)相比，要發(fā)出相同的電功率就需要通過較大的流量，因而水輪機(jī)及其導(dǎo)水機(jī)構(gòu)也相應(yīng)較大。這就要求調(diào)速器設(shè)置一級或二級液壓放大元件。(2)水電站受自然條件的限制，常有較長的壓力引水管道。管道長，水流慣性大，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)開關(guān)時會在壓力管道內(nèi)引起水擊作用。水擊作用通常是與導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)作用相反。從自動控制理論的觀點來看，過水管道水流慣性使得水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)成為一個非最小相位系統(tǒng)，對系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定和響應(yīng)特性不利。為了限制壓力引水管道中水壓最大變化值，必須限制導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的運(yùn)動速度，這對調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性也將產(chǎn)生不利影響。(3)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個復(fù)雜的、非線性控制系統(tǒng):水輪機(jī)有混流式、軸流定槳式、軸流轉(zhuǎn)槳式、貫流式、沖擊式、水泵水輪機(jī)等多種型式；水輪機(jī)特性是非線性的；水輪發(fā)電機(jī)組有多種工作狀態(tài):機(jī)組開機(jī)、機(jī)組停機(jī)、同期并網(wǎng)前和從電網(wǎng)解列后的空載、孤立電網(wǎng)運(yùn)行、以轉(zhuǎn)速控制和功率控制并列于大電網(wǎng)運(yùn)行、水位和/或流量控制等。
權(quán)利要求1.一種水電機(jī)組的水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)為由被控制單元和調(diào)速器組成的閉環(huán)系統(tǒng)，所述的被控制單元包括依次連接的引水和泄水管道、水輪發(fā)電機(jī)組及電網(wǎng)，所述的調(diào)速器包括測量元件、反饋元件、給定元件、放大校正元件及執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述的測量元件連接在水輪發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)之間的線路上，所述的反饋元件與水輪發(fā)電機(jī)組連接，所述的給定元件、測量元件及反饋元件均與放大校正元件連接，所述的放大校正元件與執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接，所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)與水輪發(fā)電機(jī)組連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水電機(jī)組的水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于，所述的水輪發(fā)電機(jī)組包括依次連接的水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種水電機(jī)組的水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于，所述的發(fā)電機(jī)上裝有電壓調(diào)節(jié)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水電機(jī)組的水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于，所述的測量元件為檢測水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速、功率、水頭及流量的檢測儀器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水電機(jī)組的水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于，所述的反饋元件為反饋水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的 組件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水電機(jī)組的水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于，所述的給定元件為給定轉(zhuǎn)速的元件。
專利摘要本實用新型涉及一種水電機(jī)組的水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)為由被控制單元和調(diào)速器組成的閉環(huán)系統(tǒng)，被控制單元包括依次連接的引水和泄水管道、水輪發(fā)電機(jī)組及電網(wǎng)，調(diào)速器包括測量元件、反饋元件、給定元件、放大校正元件及執(zhí)行機(jī)構(gòu)，測量元件連接在水輪發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)之間的線路上，反饋元件與水輪發(fā)電機(jī)組連接，給定元件、測量元件及反饋元件均與放大校正元件連接，放大校正元件與執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接，執(zhí)行機(jī)構(gòu)與水輪發(fā)電機(jī)組連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，為研究電網(wǎng)頻率變化下的水輪機(jī)功率輸出響應(yīng)動態(tài)特性提供了基礎(chǔ)條件。
文檔編號F03B15/12GK203161430SQ20132014936
公開日2013年8月28日 申請日期2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月28日
發(fā)明者楊增輝, 郭強(qiáng), 馮煜堯 申請人:國家電網(wǎng)公司, 上海市電力公司, 華東電力試驗研究院有限公司