專利名稱：泵水輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種泵水輪機(jī)，通過改變轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向使泵或者水輪機(jī)進(jìn)行操作。
按照這種方式設(shè)計(jì)的泵水輪機(jī)可以象泵或者水輪機(jī)那樣進(jìn)行操作，并且能夠在泵送操作中令人滿意地表現(xiàn)出用于泵送作用的離心力，從而得到一個預(yù)定的高泵送水頭。但是，為泵送操作進(jìn)行的設(shè)計(jì)對水輪機(jī)操作有負(fù)面影響，也就是說，輸出特性叫做S-特性。在適用于高泵送水頭的泵水輪機(jī)內(nèi)的S-特性是很突出的。
泵水輪機(jī)的輸量特性通常由一組用導(dǎo)葉開口量作參數(shù)、表示單位速度 和單位排量 之間關(guān)系的特性曲線表示。水輪機(jī)操作的區(qū)域包括值N1增大時值Q1減小的部分(第一部分)，和值N1減小時值Q1減小的另一部分(第二部分)。而且，第一部分分成當(dāng)值N1增大時值Q1相對緩慢較小的一個分段(在第一部分中緩慢變化分段)，和值N1增大時值Q1相對迅速減小的另一分段(在第一部分中迅速變化分段)。在第一部分和第二部分內(nèi)的迅速變化分段構(gòu)成S-特性分段。
在泵水輪機(jī)的發(fā)電模式中，在第一部分的緩慢變化分段完成正常的操作。但是，因?yàn)樵陂_始時導(dǎo)葉開口量大約是一個無負(fù)載開口量，其比帶有負(fù)載正常操作的開口量小，同時值N1表現(xiàn)的S-特性也變小，操作點(diǎn)不僅相對接近S-特性分段，而且有時會硬擠入S-特性分段的第一部分的迅速變化分段。特別是，當(dāng)要求帶有動力線的泵送-發(fā)電站的同步和平行操作在最低水頭處單位速度N1變?yōu)樽罡邥r，這種情況變得最嚴(yán)重。不用說，因?yàn)椴僮鏖_始的開始速度低，單位速度也低，因此，單位速度大大地遠(yuǎn)離S-特性分段，因而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的加速。當(dāng)速度接近額定速度時，速度開始受到S-特性的影響。當(dāng)單位速度N1落到S-特性分段的第一部分內(nèi)時，梯度Q1/N1變得猛然陡峭起來，因此，相對速度振動的排量振動變大，也就是說，水錘變大，因而，破壞了由控制器控制的速度穩(wěn)定性。而且，因?yàn)樵陂_始時水輪機(jī)排量從零增大到無負(fù)載排量，其情況受到瞬時水錘合力逐漸嚴(yán)重的影響。結(jié)果，圍繞最低水頭的速度振動根本得不到抑制，因此，電站在某些時候不能同步或者裝上動力線。電站不能同時或者裝上動力線的情況表示出電站在那一水頭下不能工作，因此造成巨大的損失。在使用泵水輪機(jī)的情況下，當(dāng)水頭變大時，轉(zhuǎn)子必須變成平錘形并具有加大的直徑，以表現(xiàn)出理想的泵送特性。因此，單位速度N1表現(xiàn)的S-特性在同樣的導(dǎo)葉開口量下變得較低，因而使上述問題更嚴(yán)重。
發(fā)明概述本發(fā)明意在解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題。因此，本發(fā)明的目的是提供一種泵水輪機(jī)，其可以增強(qiáng)水輪機(jī)開始時的速度穩(wěn)定性并且可以擴(kuò)大同步水頭的范圍。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用直接轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)子的方向，從而使泵水輪機(jī)既能夠在泵送模式下也能在發(fā)電模式下操作；傳感轉(zhuǎn)子的速度；利用控制排量的方式，根據(jù)傳感到的速度，使速度接近一個目標(biāo)速度；在動力發(fā)電開始時，暫時將目標(biāo)速度設(shè)定為一個與額定速度不同的速度；并且在速度到達(dá)目標(biāo)速度之后而不是速度到達(dá)目標(biāo)速度之前，通過將排量調(diào)整到一個較低值，對速度控制的響應(yīng)速度進(jìn)行控制。
再者，為了達(dá)到上述目的本發(fā)明的泵水輪機(jī)包含一控制器，該控制器以這樣的方式控制排量調(diào)整裝置將轉(zhuǎn)子的速度穩(wěn)定地設(shè)定為一個命令值，同時傳感在發(fā)電模式下轉(zhuǎn)子的速度，其中，控制器的轉(zhuǎn)化功能按照這樣的方向轉(zhuǎn)換控制器在速度增大到接近額定速度的暫時目標(biāo)值之后改善的程度比速度增大到暫時目標(biāo)速度之前(此時泵水輪機(jī)至少在比發(fā)電模式的預(yù)定水頭小的水頭處開始)的改善程度大。
因此，本發(fā)明的泵水輪機(jī)包含一控制器，該控制器以這樣的方式控制排量調(diào)整裝置將轉(zhuǎn)子的速度穩(wěn)定地設(shè)定為一個命令值，同時傳感在發(fā)電模式下的轉(zhuǎn)子的速度，當(dāng)泵水輪機(jī)至少在水頭小于發(fā)電模式預(yù)定水頭的情況下開始時，速度命令值暫時設(shè)定為一個比額定速度低的第一命令值，因此暫時穩(wěn)定速度并等待解決例如水錘的暫時現(xiàn)象，速度命令值逐漸增大，因而，使速度達(dá)到與動力線頻率等同的同步速度。
下一步，命令值暫時設(shè)定為第一命令值，因此，暫時穩(wěn)定速度并等待解決例如水錘的瞬時現(xiàn)象，速度命令值慢慢地增大到與額定速度對應(yīng)的值，該額定速度能夠防止任何有害水錘發(fā)生，這樣，速度就被慢慢地引導(dǎo)到與動力線頻率等同的同步速度。
再者，控制器內(nèi)計(jì)算單元的轉(zhuǎn)化作用是在速度增大到大約額定速度之后、泵水輪機(jī)至少在比發(fā)電模式內(nèi)的預(yù)定水頭小的情況下轉(zhuǎn)換，控制器的穩(wěn)定性在速度增大到大約額定速度之后比速度增大到大約額定速度之前得到更好的改善。
下一步，在控制器內(nèi)的計(jì)算單元具有三個元件，即一比例元件、一整體元件和一導(dǎo)數(shù)單元的情況下，在速度增大到大約額定速度之前或者之后，至少對整體元件的設(shè)定值進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
再次，根據(jù)速度猛然上升的增大量、在梯度|δQ/δN|或者|δQ1/δN1|或者等同狀態(tài)之前，將第一命令值立即設(shè)定為某一速度。
下一步，本發(fā)明的泵水輪機(jī)包含一控制器，該控制器以這樣的方式控制排量調(diào)整裝置將轉(zhuǎn)子的速度穩(wěn)定地設(shè)定為一個命令值，同時傳感在發(fā)電模式下的轉(zhuǎn)子的速度，暫時將命令值設(shè)定為比額定速度低的第一命令值，因而暫時穩(wěn)定速度并等待解決例如水錘的瞬時現(xiàn)象，之后，命令值逐漸增大，這樣速度就和動力線頻率等同的速度同步，同時控制器的轉(zhuǎn)化功能按照這樣的方向轉(zhuǎn)換控制器的穩(wěn)定性在速度增大到大約額定速度、泵水輪機(jī)至少在水頭小于發(fā)動模式下的預(yù)定水頭時開始驅(qū)動的情況下得到更大的改善。
再次，本發(fā)明的泵水輪機(jī)包含一控制器，該控制器以這樣的方式控制排量調(diào)整裝置將轉(zhuǎn)子的速度穩(wěn)定地設(shè)定為一個命令值，同時傳感在發(fā)電模式下的轉(zhuǎn)子的速度，控制器的轉(zhuǎn)化功能按照這樣的方向轉(zhuǎn)換當(dāng)速度大約到達(dá)或者高于同步速度、泵水輪機(jī)至少在小于發(fā)動模式下的第二預(yù)定水頭的水頭處開始操作時進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而且，命令值暫時設(shè)定為高于額定速度的第四命令值，隨后暫時穩(wěn)定速度并等待解決例如水錘的瞬時現(xiàn)象，之后，命令值逐漸減小，這樣將速度逐漸引導(dǎo)到與動力線頻率等同的同步速度(此時泵水輪機(jī)至少在小于第三預(yù)定水頭的水頭處開始)。
下一步，將命令值暫時設(shè)定為第四命令值，速度暫時穩(wěn)定并等待解決例如水錘的瞬時現(xiàn)象，之后，速度命令值逐漸減小到不會再出現(xiàn)有害水錘的速度值，這樣，速度就會被慢慢地引導(dǎo)到與動力線頻率等同的同步速度。
本發(fā)明能夠提高水輪機(jī)開始工作時的速度穩(wěn)定性。特別是，當(dāng)水輪機(jī)在低水頭條件下啟動時，能夠更可靠地穩(wěn)定速度控制，從而進(jìn)一步增大泵水輪機(jī)朝著低水頭的操作范圍。按照這種方式，能夠迅速地實(shí)現(xiàn)泵水輪機(jī)內(nèi)的泵性能和水輪機(jī)性能，從而提高泵水輪機(jī)的性能。


圖1表示本發(fā)明中泵水輪機(jī)內(nèi)整個速度控制系統(tǒng)的方框圖；圖2表示本發(fā)明人提出的泵水輪機(jī)的線性模型；圖3表示本發(fā)明中泵水輪機(jī)啟動時變速器操作示例1的示意圖；圖4表示本發(fā)明中泵水輪機(jī)啟動時變速器操作示例2的示意圖；圖5表示通過泵水輪機(jī)示例操作變速器的方法的示意圖；圖6表示本發(fā)明中用于啟動泵水輪機(jī)的方法中操作點(diǎn)軌跡的示例1的曲線圖；圖7表示本發(fā)明中用于啟動泵水輪機(jī)的方法中操作點(diǎn)軌跡的示例2的曲線圖；圖8表示利用泵水輪機(jī)示例的啟動方法中的操作點(diǎn)軌跡的曲線圖；圖9表示利用一個示例啟動泵水輪機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)的示意圖(在一個低水頭的情況下)；圖10表示通過圖9所示的技術(shù)泵水輪機(jī)啟動時、在模型水輪機(jī)逆轉(zhuǎn)平面上的操作點(diǎn)軌跡的示意圖；
圖11表示通過圖9所示的技術(shù)泵水輪機(jī)啟動時每個模型水輪機(jī)逆轉(zhuǎn)變化的響應(yīng)性曲線圖；圖12A和12B表示變速器功能和由控制器得到的速度衰減的曲線圖；圖13表示本發(fā)明中泵水輪機(jī)啟動時變速器的操作示例3的示意圖；圖14A和14B表示泵水輪機(jī)特性的曲線圖；圖15表示本發(fā)明中泵水輪機(jī)啟動時的運(yùn)行狀態(tài)的示意圖(在低水頭情況下)；圖16表示圖15所示的泵水輪機(jī)啟動時、在模型水輪機(jī)逆轉(zhuǎn)平面上的操作點(diǎn)的軌跡的示意圖；圖17表示圖15所示的泵水輪機(jī)啟動時每個模型水輪機(jī)逆轉(zhuǎn)變化的響應(yīng)性的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
首先，下面將在本發(fā)明的概念下進(jìn)行說明。在解釋完概念后，將詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例．通常在泵水輪機(jī)，特別是在具有高泵送水頭的泵水輪機(jī)中，將轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)為能夠呈現(xiàn)出令人滿意的用于泵送操作的離心力動作，從而在泵送操作中獲得高泵送水頭。
但是，這種設(shè)計(jì)在泵水輪機(jī)進(jìn)行水輪機(jī)操作當(dāng)中有反面影響。在此，首先說明S-特性。被稱作S-特性的特性會或多或少地出現(xiàn)。完全避免S-特性出現(xiàn)是很困難的。泵水輪機(jī)的排量特性通常用導(dǎo)葉開口量作為參數(shù)、由一組表示一單位速度 和一單位排量(Q1 之間關(guān)系的特性曲線來表示。相反，泵水輪機(jī)的扭矩特性用導(dǎo)葉開口量作參數(shù)、由一組表示單位速度 和單位扭矩(T1＝T/H)之間關(guān)系的特性曲線表示。在此，這類特性曲線通常稱作泵水輪機(jī)的性能曲線。
在上述排量特性曲線中，水輪機(jī)操作區(qū)域包括第一部分和第二部分，其中，在第一部分中當(dāng)值N1增大時，值Q1減?。辉诘诙糠种挟?dāng)值N1減小時，值Q1減小。而且，第一部分包含一個分段(該分段可以看作是在第一部分的緩慢變化分段)，在該分段中當(dāng)值N1增大時，值Q1相對緩慢地減??；以及另一分段(該分段可以看作是在第一部分的迅速變化分段)，在該分段中當(dāng)值N1增大時，值Q1相對迅速地減小。在本說明書中，第二部分和第一部分的迅速變化分段看作是便于解釋的S-特性分段。當(dāng)水輪機(jī)在S-特性分段操作當(dāng)中，單位扭矩(T1)與單位排量Q1的方式一樣，也包含第一部分和第二部分，其中，在第一部分中，當(dāng)單位速度(N1)增大時，扭矩減?。辉诘诙糠种?，當(dāng)單位速度(N1)減小時，扭矩減小。
泵水輪機(jī)發(fā)電模式的正常操作狀態(tài)是在第一部分的緩慢變化部分內(nèi)完成的。但是，當(dāng)水輪機(jī)即使在同樣的有效水頭，也就是即使在同樣的單位速度N1下，其在正常操作當(dāng)中的輸出變得較小時，S-特性分段接近單位速度N1的范圍。因此，機(jī)械的單位速度N1在最接近S-特性的最低有效水頭的無負(fù)載處操作，這樣，操作點(diǎn)會硬擠入S-特性分段，總是落在第一部分的迅速變化部分。特別是，泵水輪機(jī)在發(fā)電模式下啟動的情況下，必須將排量至少從零增大到等于無負(fù)載狀態(tài)的排量。因?yàn)榕帕孔兓殡S著一些水錘現(xiàn)象，因此，操作點(diǎn)在瞬時狀態(tài)更可能深深地?cái)D入S-特性分段內(nèi)。
圖14A和14B表示在水輪機(jī)操作區(qū)域內(nèi)具有S-特性的泵水輪機(jī)特性。在圖14A中，泵水輪機(jī)特性是通過用導(dǎo)葉開口量作參數(shù)、表示單位速度(N1)和單位排量(Q1)之間關(guān)系來說明的。相反，在圖14B中，泵水輪機(jī)的特性是通過用同樣的參數(shù)、表示單位速度(N1)和單位扭矩(T1)之間關(guān)系來說明的。
在上面的說明中，符號N、Q、H和T分別代表泵水輪機(jī)的速度、排量、有效水頭和扭矩。
特性曲線1和1’是在一預(yù)定的相對大的導(dǎo)葉開口量下得到的；特性曲線2和2’是在導(dǎo)葉開口量比上述導(dǎo)葉開口量小的位置得到；特性曲線3和3’是在導(dǎo)葉開口量比上述導(dǎo)葉開口量更小的位置得到的。
在特性曲線1的第二分段，即由曲線a-d-h表示的分段處，當(dāng)值N1減小時，值Q1減小。同樣，在由曲線b-e-i表示的分段，即特性曲線2的第二分段處，當(dāng)值N1減小時，值Q1減小。再者，在由曲線c-f-j表示的分段，即特性曲線3的第二分段處，當(dāng)值N1以同樣的方式減小時，值Q1減小。粗略地觀察可以看出，特性曲線1的第二分段a-d-h比特性曲線2的第二分段b-e-i長，而且比特性曲線3的第二分段c-f-j更長。這表示當(dāng)導(dǎo)葉開口量變小時，S-特性分段變短。
與圖14A一樣，在圖14B中，曲線a’-d’-h’、b’-e’-i’和c’-f’-j’分別表示特性曲線1’、2’、3’的第二分段。
圖14B與圖14A有密切關(guān)系。例如，在圖14A內(nèi)曲線3上的滿足Q1＝Q1x和N1＝N1x的點(diǎn)x與圖14B中曲線3’上的點(diǎn)x’對應(yīng)。點(diǎn)x’滿足T1＝T1x’和N1＝N1x’(＝N1x)。同樣，圖14A內(nèi)的a、b、c、d、e、f、h、i和j分別對應(yīng)于圖14B內(nèi)的a’、b’、c’、d’、e’、f’、h′、i’和j’。曲線NR是一條無負(fù)載操作曲線，其中，單位排量Q1對應(yīng)于無負(fù)載操作所需的排量，曲線NR背對著對應(yīng)于給定速度的單位速度N1繪制。曲線1、2和3與曲線NR的相交點(diǎn)α、β和γ分別對應(yīng)于曲線1′、2′和3′和T1＝0的直線的相交點(diǎn)α′、β′和γ′對應(yīng)。
假設(shè)在發(fā)電模式啟動時，需要將速度從0增大到發(fā)電機(jī)負(fù)載(水輪機(jī)輸出值)保持為0時的額定速度N0。這表示工作點(diǎn)從在停止階段原點(diǎn)(N1＝0，T1＝0)向左轉(zhuǎn)換到上述N1-T1特性的水平線T1＝0與垂直線 的相交點(diǎn)。例如，在水平線T1＝0與垂直線 的相交點(diǎn)由H確定的情況下，當(dāng)單位速度N增大到N0時，相交點(diǎn)落在點(diǎn)α′和β′之間，導(dǎo)葉開口量需要在曲線1和2之間打開。同時，在觀察上述水輪機(jī)從N1-Q1特性的觀察點(diǎn)啟動時，操作點(diǎn)從原點(diǎn)(N1＝0，Q1＝0)轉(zhuǎn)移到在線NR上的點(diǎn)α和點(diǎn)β之間的中問點(diǎn)。也就是說，需要將Q1從0增大到在點(diǎn)α的Q1和點(diǎn)β的Q1之間的一個值，并且，需要將排量Q增大到對應(yīng)值。此時，在直接與水輪機(jī)連接的發(fā)電機(jī)是一個同步發(fā)電機(jī)的情況下，將發(fā)電機(jī)裝到動力線上的速度，即額定速度N0不會變化，同時單位速度N1根據(jù)水頭變得較大或者較小。
換句話說，在最低水頭的情況下，要求速度與在最大單位速度N1處的動力線的頻率同步。此時，操作點(diǎn)從排量特性曲線上的第一部分的中間變化分段偏離，因而，操作點(diǎn)處于第一部分的迅速變化分段內(nèi)。此時，因?yàn)楫?dāng)設(shè)計(jì)水頭變高時泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)子必須形成為平錘形，必然使S-特性呈向下轉(zhuǎn)換為N1較低值的趨勢。因此，操作點(diǎn)會硬擠入或者不正常地接近高水頭泵水輪機(jī)在最低水頭啟動的S-特性分段內(nèi)。
結(jié)果，即使速度增大到大約額定值，脈動現(xiàn)象會反復(fù)進(jìn)行，因此，提出了發(fā)電機(jī)不能平穩(wěn)同步的問題。發(fā)電機(jī)不能同步的狀況表示發(fā)電機(jī)不能用作發(fā)電設(shè)備，因而造成巨大的損失。
圖8表示在現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)電模式啟動的泵水輪機(jī)操作點(diǎn)軌跡的示意圖，其中，Y2表示無負(fù)載時的速度正好增大到額定速度的導(dǎo)葉開口量處獲得的N1-Q1特性，即，在無負(fù)載開口量處的特性曲線；Y3表示比無負(fù)載略微小一點(diǎn)的導(dǎo)葉開口量處得到的N1-Q1特性；以及Y1表示比無負(fù)載略微大一點(diǎn)的導(dǎo)葉開口量處得到的N1-Q1特性。啟動前的操作點(diǎn)在N1＝0和Q1＝0的點(diǎn)①處。通過給控制器一個啟動命令，導(dǎo)葉開始打開，然后，通過打開一個負(fù)載限制裝置，限制從控制器輸出的導(dǎo)葉開口量命令信號的上限。然而，此時水輪機(jī)還沒有啟動，因此，泵水輪機(jī)的操作點(diǎn)從圖8的點(diǎn)①轉(zhuǎn)移到點(diǎn)②。當(dāng)操作點(diǎn)到達(dá)點(diǎn)②時，速度開始增大。之后，速度在控制器的控制之下不斷增大。在這一階段，泵水輪機(jī)的操作點(diǎn)從點(diǎn)②轉(zhuǎn)移到點(diǎn)③。更詳細(xì)地講，將產(chǎn)生脈沖信號和對控制器內(nèi)變速器進(jìn)行控制的同步器打開，同時，在N1到達(dá)等于額定速度的N1P之前(即，從略低于N1P的N1)，將泵水輪機(jī)的實(shí)際速度立即與等于動力線頻率的同步速度進(jìn)行比較。此后，速度通過雙重控制同步進(jìn)行，即，通過將速度控制為一個給定的變速器設(shè)定值的控制器和將變速器設(shè)定值控制為同步速度的同步器進(jìn)行控制。
但是，在圖8所示的點(diǎn)③不正常地接近或者硬擠入在低水頭啟動的S-特性分段的情況下，就不會實(shí)現(xiàn)同步。產(chǎn)生這種情況的原因是只有控制對操作點(diǎn)接近點(diǎn)③作出響應(yīng)，而沒有設(shè)置準(zhǔn)確地抑制由水錘引起的脈動的裝置。
因?yàn)樘荻泉酫1/N1迅速上升接近點(diǎn)③，排量的變化相當(dāng)迅速，并且即使通過調(diào)節(jié)控制器使速度慢慢地接近同步速度，水錘也會有的靈敏反應(yīng)的可能性。
采用速度控制器控制泵水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)。本發(fā)明人已經(jīng)說明，假設(shè)在初始條件附近具有細(xì)小的變化，機(jī)器可以受到圖2所示的具有足夠精確度的線性模型控制。在圖2中，參數(shù)y表示作為被控制機(jī)械輸入量的導(dǎo)葉開口量(p.u.)；pt是水輪機(jī)的輸出量(p.u.)；以及n是被控制機(jī)械的輸出速度(p.u.)。而且，參數(shù)Tm表示旋轉(zhuǎn)部件的機(jī)械啟動時間(sec)，其等于I(2π/60)2N02/P0；Tw表示水管中水的啟動時間(sec)，其等于∑(Li.Vi)/(g.H)，其中，參數(shù)I代表慣量的第二扭矩；P0是水輪機(jī)的額定輸出量；Li是每個水管的長度；Vi是在額定輸出量時的每個水管內(nèi)的流量；g是重力加速度；以及S是一個拉普拉斯操縱器。而且，希臘字母α、β、γ、ε和δ分別限定為對在圖2的附加表示。在此，希臘字母Ψ代表水輪機(jī)的效率。另外，注腳r代表額定值；以及注腳0代表受到線性模型作用的點(diǎn)的初始值。
本發(fā)明者還揭示了下述事實(shí)即使當(dāng)操作點(diǎn)落在N1-Q1特性曲線上的第一部分處的緩慢變化分段，操作點(diǎn)接近S-特性分段，因?yàn)槊總€αβ和γ都是正值，通過控制器的速度控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性不會被明顯地?fù)p壞；相反，在N1略微變大的第一部分的迅速變化分段處，β迅速轉(zhuǎn)化為負(fù)值，因而，減少了導(dǎo)致通過控制器的速度控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性被快速損壞的趨勢。借助特殊實(shí)施例，在圖6中β在操作點(diǎn) 處為正值；相反，其在操作點(diǎn)③處是一個負(fù)值。考慮到這種趨勢，如果N1變高，即N變高，上述泵水輪機(jī)的特性變壞的部分就可以由控制器設(shè)定值給予補(bǔ)償，從而，進(jìn)一步提高了控制器的穩(wěn)定性。
再者，考慮到圖6所示的情況，速度暫時穩(wěn)定在這樣一個階段，即N1大約增大到β具有一個未變化標(biāo)記處的N1Q(即圍繞著操作點(diǎn) )，因此，水錘的瞬時現(xiàn)象基本上得到解決。之后，按比例地相當(dāng)緩慢地增大速度(即N1)，直到到達(dá)操作點(diǎn)③都不會產(chǎn)生任何有害的水錘。按照這種方法，在操作點(diǎn)③處，速度可以相當(dāng)平穩(wěn)地與動力線頻率同步。
而且，通過緩慢地提升控制器內(nèi)的變速器，可以實(shí)現(xiàn)從操作點(diǎn) 到操作點(diǎn)③的操作過程。當(dāng)速度接近同步速度時，同步器在運(yùn)行中的某一位置打開，然后，變速器通過同步器轉(zhuǎn)入同步控制模型。此時，在考慮到上述事實(shí)的情況下，可以按照這種方式對同步器進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便相當(dāng)緩慢地進(jìn)行操作。
通常，在發(fā)電模式啟動的同步操作的操作點(diǎn)只是在相當(dāng)?shù)偷乃^處不正常地接近S-特性。因此，速度增大到大約額定值時實(shí)現(xiàn)的控制器穩(wěn)定性的增強(qiáng)，是通過賦予一個預(yù)定水頭或者進(jìn)入較低條件而轉(zhuǎn)換的。
另外，只有整體元件的增量被轉(zhuǎn)換，從而避免了在控制器的計(jì)算單元是PID型時轉(zhuǎn)換當(dāng)中出現(xiàn)的任何泵送現(xiàn)象．盡管在比例元件的增量下的轉(zhuǎn)換時間內(nèi)會出現(xiàn)輕微的泵現(xiàn)象，但是通常是在一個允許的范圍。再者，正如圖6所示的上述操作點(diǎn) ，在操作點(diǎn)接近S-特性分段、但β標(biāo)識保持正值的區(qū)域，是一個在排量減少梯度|Q/N|或|Q1/N1|或者一個根據(jù)速度迅速上升的增長量的等同總量之前的一個緊接著的區(qū)域。因此，可以按比例設(shè)定接近上述區(qū)域的第一速度命令值。
另外，在低水頭啟動的較有效的方法，可以通過將上述增大接近額定速度的控制器穩(wěn)定性的想法與在增大過程中將速度暫時設(shè)定為第一命令值、然后緩慢增大的想法相結(jié)合而獲得。
而且，如圖7所示，操作點(diǎn)從點(diǎn)②移動到點(diǎn) ，在此，速度高于額定速度，同時增大速度，然后，速度暫時保持在這一位置。在這種情況下，通過采用上述增大接近額定速度控制器的穩(wěn)定性的想法，控制器暫時保持穩(wěn)定。另外，操作點(diǎn)從 向③變形地移動，同時速度足夠慢地減小，然后，操作點(diǎn)可平穩(wěn)地同步。也是在這樣的情況下，不只是控制器在同步操作之前迅速地響應(yīng)排量。換句話說，因?yàn)榕帕孔兓俣仁强梢哉{(diào)節(jié)的，在柔性移動到操作點(diǎn)③方面，這一想法是非常出色的。
再者，因?yàn)樗N在操作點(diǎn) 暫時受到抑制，由控制器控制的速度變化的減小量用這樣的方法得到充分抑制，從而可以防止在操作點(diǎn)從 移動到③的階段內(nèi)，出現(xiàn)任何有害的水錘，因而獲得平穩(wěn)的同步操作。在這種情況下，用于控制控制器內(nèi)變速器的同步器設(shè)計(jì)成不是在從點(diǎn)②到 的速度增大過程啟動，而是在從點(diǎn) 到③的速度減小過程中啟動，以使泵水輪機(jī)的速度與動力線的頻率同步。不用說，也是在此的情況下，根據(jù)需要提出限制，通過控制器內(nèi)變速器產(chǎn)生的減小的速度不會變得過大。
在說明本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例之前，一個模擬分析示例性地說明圖8所示發(fā)電模式中泵水輪機(jī)的啟動狀況。
圖9表示由模擬分析得到的一個曲線圖，是一個N、Y、Q和Pt與時問對應(yīng)的曲線圖。此時，在啟動之前，控制器內(nèi)的變速器設(shè)定為與額定速度257rmp等同的1.0(p.u.)，如圖5中實(shí)線或者點(diǎn)劃線所示。再者，在啟動操作之前，導(dǎo)葉極限也設(shè)定為一個比無負(fù)載開口量(大約0.28)略高一點(diǎn)預(yù)定值(0.4)。而且，假設(shè)泵水輪機(jī)在導(dǎo)葉開口量到達(dá)0.29(p.u.)時開始旋轉(zhuǎn)．順便說一下，控制器的增益Kp、Ki和Kd分別設(shè)定為1.07、0.0743和0.924。在此，Tw是2.88(sec)，Tm是10.3(sec)。結(jié)果，盡管N表現(xiàn)出平滑地會聚在額定速度上，排量大量向上，之后，該排量有相當(dāng)大的脈動。因此，值得考慮的是脈動會與明顯的水錘一起令人害怕的同時發(fā)生。換句話說，這是因?yàn)樵谠撃M分析中，盡管有水錘引起的脈動，也假設(shè)泵水輪機(jī)的特性曲線不會產(chǎn)生脈動，即，所提供的條件比實(shí)際的溫和。圖10是該模擬分析得到的另一個曲線圖，并且表示出在轉(zhuǎn)化為一模型水輪機(jī)的平面N1-Q1上的操作點(diǎn)的軌跡。從該曲線可以明顯地看出，當(dāng)N接近額定速度時，速度控制器系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到很大程度的破壞也就是說，即使N1很難變化，Q1也會產(chǎn)生很大的脈動。圖11是對圖10提供額外信息的曲線圖，表示處每個N1、Q1和T1轉(zhuǎn)化為模型水輪機(jī)的響應(yīng)性。
下面，說明對泵水輪機(jī)的構(gòu)成。圖1是表示本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例內(nèi)泵水輪機(jī)的方框圖。附圖標(biāo)記1表示傳感水輪機(jī)速度N的速度傳感器；Xn表示來自速度傳感器的速度傳感信號輸出值；2表示設(shè)定速度參考值的變速器；以及X0是由變速器2設(shè)定的設(shè)定值。附圖標(biāo)記3代表一個加法器，該加法器用于將變速器2設(shè)定的設(shè)定值X0和速度傳感信號Xn之間的差值，即速度偏離信號X0-Xn與從速度下降給定器輸出的存儲信號Xσ進(jìn)行對比。將合成控制偏離信號Xε輸入PID計(jì)算回路，該計(jì)算回路構(gòu)成速度控制器內(nèi)的一個主要計(jì)算單元。
一比例元件(p元件)4a設(shè)定為一個相對高的增益，以獲得控制器相對快的響應(yīng)，該增益用在發(fā)電模式啟動的前半階段，即在中止之后、直到速度增大到第一命令值為止；同時，另一個比例元件(p元件)4b設(shè)定為相對低的增益以提高穩(wěn)定性，當(dāng)速度超過第一命令值時使用該增益。一對觸點(diǎn)19a和19b用于轉(zhuǎn)換增益，并且它們中的每一個都是某種速度延遲觸點(diǎn)。自然，前面的比例元件的增益kpa比后面的比例元件的增益kpb大。同樣，另一對觸點(diǎn)19a和19b在中止之后、直到速度增大到第一命令值時打開一個整體元件(I元件)5a，在速度超過第一命令值的條件下使用另一個整體元件(I元件)5b。此時，前面整體元件的增益kia比后面整體元件的增益kib大。順便說以下，觸點(diǎn)19a和19b同時擺動，打開較低觸點(diǎn)，同時關(guān)閉較高觸點(diǎn)。設(shè)置兩對觸點(diǎn)的原因是比例元件和整體元件同時轉(zhuǎn)換。
一輸出信號zd是從導(dǎo)數(shù)元件6(D元件)輸出的。而且，比例元件的輸出信號Zp和整體元件的輸出信號Zi分別從觸點(diǎn)19b輸出。
這三個輸出信號由加法器7相加，合成輸出值Z表示由速度控制器內(nèi)的主要計(jì)算單元確定的導(dǎo)葉開口量命令。附圖標(biāo)記23表示一低值導(dǎo)葉(此后簡稱為LVG)，即一低值選擇回路，它將兩個輸入值Z和GL進(jìn)行比較，以便輸出一個作為最后的導(dǎo)葉開口量命令Zz的較低信號。附圖標(biāo)記22代表一導(dǎo)葉極限或者一負(fù)載極限。附圖標(biāo)記GL代表由導(dǎo)葉極限或者負(fù)載極限設(shè)定的導(dǎo)葉開口量的上極限值。也就是說，上面所給出的名稱是因?yàn)閺腖VG22來的輸出值限制為GL，但是從控制器的主要計(jì)算單元輸出的大的導(dǎo)葉開口量命令Zz。
同時，實(shí)際的導(dǎo)葉開口量由信號Y表示的。另一個加法器8、一限制器9和一導(dǎo)葉伺服馬達(dá)10構(gòu)成一種液壓放大器。因此，加法器8、限制器9和導(dǎo)葉伺服馬達(dá)10提供了一個伴隨響應(yīng)速度限制器的第一順序滯后功能，這是一個用于放大最后的導(dǎo)葉開口量命令Zz的放大器，以將該命令轉(zhuǎn)化為導(dǎo)葉開口量Y，該導(dǎo)葉開口量帶有一個沖程和足以直接啟動作為排量調(diào)節(jié)裝置的導(dǎo)葉的操作力。Yε1代表最后導(dǎo)葉開口量命令Zz和限制器9的實(shí)際導(dǎo)葉開口量Y.θR之間的偏差，該偏差用于將導(dǎo)葉的開口速度限制為θR.Cy；θL將關(guān)閉速度限制為θL.Cy。Yε2代表一個考慮上述打開/關(guān)閉速度極限值的限制偏差信號Yε1而得到的信號。盡管上面已經(jīng)借助于方塊圖中的圖象說明了信號Yε1和Yε2以及限制器9，可以假設(shè)在特殊產(chǎn)品圖象中，Yε1是在給出位移極限值之前，分配閥活塞的位移；Yε2是在給出位移極限值之后，分配閥活塞的位移。
此時，動力變化器13給定一個導(dǎo)葉開口量設(shè)定信號Ya輸入加法器11，其中，Ya是一個在發(fā)電模式啟動時等于負(fù)載開口量的信號。在實(shí)際導(dǎo)葉開口量Y小于Ya時，開口信號σ(Ya-Y)不斷地送入控制器內(nèi)的PID計(jì)算單元，直到二者之間的差值變?yōu)榱銥橹?，最后，?dāng)開口量在該階段確定時，Y等于Ya。速度下降給定器12是一個設(shè)定上述系數(shù)σ的單元。換句話說，σ是一個確定導(dǎo)葉開口量Y內(nèi)的變化相對于速度傳感信號Xn內(nèi)的變化比例的增益值，通常，該增益值一旦在考慮動力線內(nèi)的電站的功能，即負(fù)載分享率的情況下被確定之后，就不會變化。而且，附圖標(biāo)記14代表一個電站，其中水輪機(jī)包括一個水塔系統(tǒng)和彼此形成整體的發(fā)電機(jī)。
下面，參照附圖12A、12B說明變速器2、動力變化器13和速度下降給定器12的功能。此時，在無負(fù)載時的導(dǎo)葉開口量假設(shè)為0.2(p.u.)。圖12A所示的向右下降的實(shí)線代表在相關(guān)的電站連接到動力線之前的瞬時狀態(tài)。也就是說，代表額定值N(同步速度)的線與代表導(dǎo)葉開口量的實(shí)線的相交點(diǎn)，表示的正是無負(fù)載開口量0.2的位置。順便說一下，在水輪機(jī)啟動之前，實(shí)線設(shè)定在低于該位置處例如其設(shè)定在圖12A所示的點(diǎn)劃線的位置。在這種方式中，圖12A中的變速器2垂直地在實(shí)線下方平行地移動實(shí)線。變速器2的命名是因?yàn)楫?dāng)實(shí)線被平行地垂直移動時，在無負(fù)載開口量0.2的線上的相交點(diǎn)就垂直地移動。比較起見，下面參照附圖12B說明電站連接到動力線之后的狀況。此時，實(shí)線與額定速度的相交點(diǎn)標(biāo)識為Y＝1.0即在100％負(fù)載下操作。當(dāng)電站裝上動力線時的圖12A中的實(shí)線對應(yīng)于圖12B中的點(diǎn)劃線。動力變化器13按照上述方式平行移動動力線，以改變導(dǎo)葉開口量。動力調(diào)節(jié)器3的命名是因?yàn)槠溲厮椒较蚱叫械囊苿訉?shí)線，盡管因?yàn)樗俣裙潭?.0，事實(shí)上處于與無限動力線連接的狀態(tài)下，在N＝1.0線上的交叉點(diǎn)與實(shí)線的水平軸共同地橫向移動。在圖12B中設(shè)定的實(shí)線的情況下，盡管正常操作是在N為1.0和Y為1.0處完成，如果動力線的頻率增大到3％，Y變?yōu)?.2，這樣N變?yōu)?.03。如果動力線的頻率增長寬度是1.5％，Y接近0.6。速度下降給定器12按照這種方法給出了頻率變化寬度和導(dǎo)葉位移寬度之間的比例關(guān)系。當(dāng)速度下降給定器12的增益增大時，圖12B中向右下降的實(shí)線的梯度變得陡峭，因此，導(dǎo)葉開口量的響應(yīng)寬度的增益相對頻率的變化減小。
圖6表示本發(fā)明中泵水輪機(jī)在發(fā)電模式下啟動的操作點(diǎn)的軌跡。啟動前的操作點(diǎn)標(biāo)識為①，其坐標(biāo)為N1＝0和Q1＝0。在這一階段，控制器內(nèi)的變速器設(shè)定為等于N1＝N1Q的第一命令值，其中N1＝N1Q明顯地比等于額定速度(例如0.95N1P)的N1＝N1P低。特別需要指出的是，變速器設(shè)定為圖3中所示的實(shí)線或者點(diǎn)劃線。在這種情況下，導(dǎo)葉極限22的開口逐漸打開。在這一階段，控制器的導(dǎo)葉開口量命令Z由其自身給出，而完全打開導(dǎo)葉，也就是說，如圖12A所示，將其設(shè)定為1.0(p.u.)，設(shè)定值GL(在從0到大于無負(fù)載開口量的起始開口量例如0.4的打開操作當(dāng)中)從導(dǎo)葉極限22變得更小些．因此，GL是最后的導(dǎo)葉開口量命令Zz時輸出。因此，導(dǎo)葉極限22的開口量打開到比分離開口量寬的0.4，因此，速度增大是在這一階段開始的，其中，水輪機(jī)的發(fā)電扭矩超過例如轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)部件的靜態(tài)摩擦扭矩。此時的操作點(diǎn)用②表示。此時，設(shè)定值GL一直保持著，直到在設(shè)定值GL從導(dǎo)葉極限22到達(dá)啟動的預(yù)定開口量(例如0.4)之后，將電站連接到動力線，以開始固有的發(fā)電操作。按照這種方法，在圖6中，電站的操作點(diǎn)從②移動到 ，在此，當(dāng)速度增大時，速度N1＝N1Q。此時，當(dāng)N1接近N1Q時，S-特性的影響小且梯度Q1/N1或T1/N1還是很緩慢，因此，上述線性模式的系數(shù)β還保持為正數(shù)。因此，由控制器控制速度相當(dāng)?shù)胤€(wěn)定，因而能迅速地完成啟動操作。即使操作點(diǎn)可以在相對短的時間內(nèi)從①移動到 ，不難暫時使點(diǎn) 的速度穩(wěn)定，以解決水錘問題。而且，通過在操作點(diǎn)到達(dá) 之前使用速度延遲19的觸點(diǎn)，控制器的增益在穩(wěn)定側(cè)從Kpa和Kia分別轉(zhuǎn)換到Kpb和Kib是非常有效的。
因此，如圖3所示，控制器內(nèi)的變速器設(shè)定的相當(dāng)緩和(或者超靜態(tài)(meta-statically))，其從等于N1＝N1Q的值上升到等于N1＝N1P的值。特別是，操作變速器要足夠緩和，以防止水錘受到激勵而在此達(dá)到有害值，這種現(xiàn)象在操作點(diǎn) 處一次得到解決。在這種情況下，如圖6所示，操作點(diǎn)沿著NR線(一條跑遠(yuǎn)的速度線)從點(diǎn) 逐漸移動到點(diǎn)③。
在最后速度增大階段，打開同步器25。此時開始自動速度連接，同時將速度與動力線的頻率比較，在這種方法中，當(dāng)速度響應(yīng)不能抵消上述超靜態(tài)移動的主要部分時，速度響應(yīng)必須受到充分的抑制。
圖15到17表示本發(fā)明上述實(shí)施例中泵水輪機(jī)啟動的模擬分析示例的示意圖，并且，它們分別與圖9到11所示的現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)對應(yīng)。在這些示例中，速度的目標(biāo)值設(shè)定為0.95(p.u.)一直到100sec，這樣，瞬時響應(yīng)暫時被穩(wěn)定住。之后，在40sec、100sec之后，速度目標(biāo)值從0.95(p.u.)上升到1.0(p.u.)。此時，當(dāng)速度到達(dá)0.94(p.u.)或者更多時，控制器的增益Kp和Ki設(shè)計(jì)成分別自動從1.07轉(zhuǎn)換到0.503，并從0.0743轉(zhuǎn)換到0.0372。圖15可以清楚地看出，啟動之后的瞬時響應(yīng)可以被全部解決，直到100sec的時間為止，因此，在100sec時間之后，N可以按照設(shè)想超靜態(tài)地增大。順便說一句，盡管因?yàn)閳D15所示的示例中啟動時的目標(biāo)速度從1.0(p.u.)下降到0.95(p.u.)，負(fù)載極限設(shè)定值還可以自然地下降到0.4(p.u.)或者更少，保持設(shè)定在0.4(p.u.)，以便如圖9所示更好地準(zhǔn)備在啟動時誘發(fā)同樣的瞬時現(xiàn)象。
圖7表示本發(fā)明另一個優(yōu)選實(shí)施例的示意圖。在本實(shí)施例中，變速器按如圖4所示進(jìn)行調(diào)整，操作點(diǎn)N1從在點(diǎn)②的零正好上升到超過等于額定速度的N1P的點(diǎn) 處的N1P。在點(diǎn) 處，操作點(diǎn)暫時保持，直到N足夠穩(wěn)定且水錘現(xiàn)象得到滿意的解決。當(dāng)操作點(diǎn)從②移動到 時，特別是在后半程中時，通過由S-特性引起的排量的減小量，加速了點(diǎn) 的穩(wěn)定性。即，由梯度Q1/N1的升高引起的排量的減小，利用由導(dǎo)葉開口操作引起的排量增大(即由(Q1/Y)ΔY引起的排量增大)抵消上述減小。圖13是一個實(shí)現(xiàn)上述迅速穩(wěn)定目的控制變速器的方案的示例。在增速過程中，當(dāng)速度接近額定速度時，控制器的增益Kpa和Kia借助速度延遲19的觸點(diǎn)分別自動地轉(zhuǎn)換為Kpb和Kib，因此，提高了速度控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
此后，操作點(diǎn)慢慢轉(zhuǎn)換到點(diǎn)③，同時通過在圖4的后半部分所示的變速器、在超靜態(tài)的減小操作當(dāng)中，操作點(diǎn)基本上保持在點(diǎn) 得到的穩(wěn)定狀態(tài)。在這種情況下，因?yàn)樗俣扰c緩慢的減小同步，同步器在從點(diǎn) 移動到點(diǎn)③的后半部分內(nèi)打開。
可以理解，本發(fā)明不局限于上面給出的特殊實(shí)施例，所增加的各種改進(jìn)和變形都不偏離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種通過轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向在泵模式或者發(fā)電模式工作的泵水輪機(jī)，包含排量調(diào)節(jié)器，用于調(diào)節(jié)穿過轉(zhuǎn)子的水排量，以及一速度控制器，用于控制排量調(diào)節(jié)器，從而控制速度；其特征是當(dāng)速度增大到啟動時的額定速度時，對速度控制器進(jìn)行控制，這樣在速度達(dá)到低于額定速度的第一預(yù)定速度之后，速度變化梯度比速度到達(dá)第一預(yù)定速度之前的速度上升梯度小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泵水輪機(jī)，其特征是速度變化梯度在某一階段暫時降低或者基本保持為零，在該某一階段速度到達(dá)第一預(yù)定速度，在此階段之后，速度繼續(xù)增大。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的泵水輪機(jī)，其特征是速度變化梯度下降到這樣的程度在速度從第一預(yù)定速度繼續(xù)增大的過程中，當(dāng)速度保持在第一預(yù)定速度的時中，能夠防止暫時減震的泵水輪機(jī)的壓力水管或者尾水管內(nèi)再出現(xiàn)水錘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泵水輪機(jī)，其特征是還包含將水頭與第六預(yù)定水頭比較的比較裝置，從而在水頭小于第六水頭時的第一預(yù)定速度之前和之后改變速度變化梯度。
5.一種泵水輪機(jī)，設(shè)置有一個轉(zhuǎn)子和用于調(diào)節(jié)通過轉(zhuǎn)子的水排量的排量調(diào)節(jié)器，并且可以通過轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向在泵模式或者發(fā)電模式下操作，包含比較器，將一水頭與一第二預(yù)定水頭比較；速度傳感器，用于傳感轉(zhuǎn)子的速度；以及一速度控制器，按照根據(jù)傳感的速度使速度會聚在一給定命令值上來控制排量調(diào)節(jié)器；其特征是速度控制器的響應(yīng)速度至少在同步階段下降，其中，根據(jù)比較器在速度增長到啟動時的額定速度過程中所獲得的比較結(jié)果，相比于水頭大于第二水頭的情況，在水頭小于第二水頭的情況下將速度引導(dǎo)到額定速度。
6.一種泵水輪機(jī)，設(shè)置有一個轉(zhuǎn)子和用于調(diào)節(jié)通過轉(zhuǎn)子的水排量的排量調(diào)節(jié)器，并且可以通過轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向在泵模式或者發(fā)電模式下操作，包含比較器，將一水頭與一第三預(yù)定水頭比較；一速度控制器，用于控制排量調(diào)節(jié)器，以控制速度；其特征是速度增大梯度設(shè)計(jì)為至少在同步階段變小，其中，根據(jù)在速度增長到啟動時額定速度過程中所獲得的比較結(jié)果，相比于水頭大于第三預(yù)定水頭的情況，在水頭小于第三水頭的情況下將速度引導(dǎo)到額定速度。
7.一種通過轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向在泵模式或者發(fā)電模式上工作的泵水輪機(jī)，包含排量調(diào)節(jié)器，用于調(diào)節(jié)通過轉(zhuǎn)子的水排量；以及一速度控制器，用于控制排量調(diào)節(jié)器，以控制速度；其特征是對速度控制器進(jìn)行控制，從而將速度暫時引導(dǎo)到高于額定速度的第四預(yù)定速度，之后到達(dá)額定速度，因此，速度減小梯度在速度到達(dá)第四預(yù)定速度之后變得比速度增大梯度小，直到速度達(dá)到第四預(yù)定速度，以使速度變?yōu)閱訒r的額定速度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所示的泵水輪機(jī)，其特征是速度變化梯度在速度達(dá)到第四預(yù)定速度的階段中暫時下降或者基本保持為零，之后，速度開始達(dá)到額定速度，同時速度下降。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所示的泵水輪機(jī)，其特征是速度減小梯度充分地下降到這樣的程度，即在速度從第四預(yù)定速度下降的過程中，速度保持在第四預(yù)定速度時，能夠防止在暫時減震的泵水輪機(jī)壓力水管或者尾水管的內(nèi)部再出現(xiàn)水錘現(xiàn)象。
10.一種泵水輪機(jī)，設(shè)置有一個轉(zhuǎn)子和用于調(diào)節(jié)通過轉(zhuǎn)子的水排量的排量調(diào)節(jié)器，并且可以通過轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向在泵模式或者發(fā)電模式下操作，包含速度傳感器，用于傳感轉(zhuǎn)子的速度；以及一速度控制器，根據(jù)傳感的速度使速度會聚在一給定的命令值上來對控制器的排量進(jìn)行控制；其特征是速度控制器的響應(yīng)速度在速度到達(dá)與額定速度不同的第五預(yù)定速度之后的降低狀況，比在啟動時速度增長到額定速度的過程中速度到達(dá)第五預(yù)定速度之前大。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所示的泵水輪機(jī)，還包含比較裝置，這些比較裝置將一水頭與第二預(yù)定水頭比較，從而，只有在水頭小于第二水頭的情況下，改變在第五預(yù)定速度下的速度控制器的響應(yīng)速度。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所示的泵水輪機(jī)，其特征是目標(biāo)速度和傳感速度之間的偏差受到整體計(jì)算結(jié)果的支配，跟隨有基于整體結(jié)果的控制，而且，速度控制器的響應(yīng)性通過在整體控制條件下改變整體常數(shù)而轉(zhuǎn)換。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所示的泵水輪機(jī)，其特征是目標(biāo)速度和傳感速度之間的偏差也受到比例計(jì)算結(jié)果的支配，也跟隨有基于比例結(jié)果的控制，從而，按照使速度接近目標(biāo)速度的方式控制速度，而且，速度控制器的響應(yīng)性也通過改變比例計(jì)算結(jié)果控制的常數(shù)而轉(zhuǎn)換。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所示的泵水輪機(jī)，其特征是對排量調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，這樣在速度到達(dá)一預(yù)定的暫時目標(biāo)速度之后，速度基本上沿著一條遠(yuǎn)離速度線到達(dá)額定速度。
15.一種控制泵水輪機(jī)的方法，包含下列步驟轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向，從而使泵水輪機(jī)在泵模式或者發(fā)電模式下工作；傳感動力發(fā)電啟動時轉(zhuǎn)子的速度；按照這樣的方式控制排量調(diào)節(jié)裝置，使速度暫時接近目標(biāo)速度，該目標(biāo)速度基于傳感到的速度設(shè)定為與額定速度不同的值；以及將排量調(diào)節(jié)裝置的響應(yīng)速度控制為低于速度到達(dá)目標(biāo)速度之前的一個水平，在這一階段，速度到達(dá)目標(biāo)速度之后，將速度引導(dǎo)向額定速度。
16.一種通過轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向在泵模式或者發(fā)電模式下工作的泵水輪機(jī)，包含一軸，將轉(zhuǎn)子的扭矩傳輸給發(fā)電機(jī)；排量調(diào)節(jié)器，用于調(diào)節(jié)通過轉(zhuǎn)子的水排量；以及一控制器，用于傳感發(fā)電模式下轉(zhuǎn)子的速度，從而按照轉(zhuǎn)子速度變成一命令值的方式控制調(diào)節(jié)器排量；其特征是控制器的傳輸功能按照這樣的方向轉(zhuǎn)換控制器的穩(wěn)定性在速度增大到大約額定速度之后比速度增大到大約額定速度之前有較大的改善，其中，泵水輪機(jī)至少在水頭小于發(fā)電模式下的預(yù)定水頭處啟動。
17.一種通過轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向在泵模式或者發(fā)電模式下工作的泵水輪機(jī)，包含一軸，將轉(zhuǎn)子的扭矩傳輸給發(fā)電機(jī)；排量調(diào)節(jié)器，用于調(diào)節(jié)通過轉(zhuǎn)子的水排量；以及一控制器，用于傳感發(fā)電模式下轉(zhuǎn)子的速度，從而按照轉(zhuǎn)子速度變成一命令值的方式控制調(diào)節(jié)器排量；其特征是在泵水輪機(jī)至少在水頭小于發(fā)電模式下的預(yù)定水頭啟動時，速度命令值暫時設(shè)定為低于額定速度的第一命令值，然后，速度暫時保持在第一命令值附近，之后，速度命令值逐漸增大，使速度到達(dá)與動力線頻率等同的同步速度。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的泵水輪機(jī)，其特征是控制器計(jì)算單元的傳輸功能設(shè)計(jì)為在速度增大到額定速度之前或者之后轉(zhuǎn)換，在這種情況下，泵水輪機(jī)至少在水頭小于發(fā)電模式下的預(yù)定水頭處啟動，控制器的穩(wěn)定性在速度增大到大約額定速度之后比速度增大到大約額定速度之前改善很多。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所示的泵水輪機(jī)，其特征是控制器內(nèi)的計(jì)算單元具有三個元件，即一比例元件，一整體元件和一導(dǎo)數(shù)元件，以及整體元件的設(shè)定值在速度增大到大約額定速度的速度之前或者之后轉(zhuǎn)換。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所示的泵水輪機(jī)，其特征是緊接在排量下降梯度|Q/N|或者|Q1/N1|或者按照速度迅速上升的增長量的等同狀態(tài)的排量之前，第一命令值設(shè)定為一個速度。
21.一種通過轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向在泵模式或者發(fā)電模式下工作的泵水輪機(jī)，包含一軸，將轉(zhuǎn)子的扭矩傳輸給發(fā)電機(jī)；排量調(diào)節(jié)器，用于調(diào)節(jié)通過轉(zhuǎn)子的水排量；以及一控制器，用于傳感發(fā)電模式下轉(zhuǎn)子的速度，從而按照轉(zhuǎn)子速度變成一命令值的方式控制排量調(diào)節(jié)器；其特征是命令值暫時設(shè)定為低于額定速度的第一命令值，跟隨有暫時保持的速度，之后，命令值逐漸增大，這樣速度與等于動力線頻率的速度同步，這樣，控制器的傳輸功能沿該方向轉(zhuǎn)換，其中，在泵水輪機(jī)至少在小于發(fā)電模式的預(yù)定水頭的一水頭處啟動的情況下，當(dāng)速度增大到大約額定速度時，控制器的穩(wěn)定性得到較大的改善。
22.一種通過轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向在泵模式或者發(fā)電模式下工作的泵水輪機(jī)，包含一軸，將轉(zhuǎn)子的扭矩傳輸給發(fā)電機(jī)；排量調(diào)節(jié)器，用于調(diào)節(jié)通過轉(zhuǎn)子的水排量；以及一控制器，用于傳感發(fā)電模式下轉(zhuǎn)子的速度，從而按照感應(yīng)的轉(zhuǎn)子速度變成一命令值的方式控制排量調(diào)節(jié)器；其特征是控制器的傳送功能沿這樣方向轉(zhuǎn)換，即在速度到達(dá)或者高于一個同步速度時，控制器的穩(wěn)定性得到改善，其中泵水輪機(jī)至少在小于一發(fā)電模式下的第二預(yù)定水頭的水頭處啟動，而且，命令值暫時設(shè)定為高于額定速度的第四命令值，跟隨有暫時保持的速度，之后，命令值逐漸降低，這樣，速度逐漸被引導(dǎo)到等于動力線的頻率的同步速度，此時，泵水輪機(jī)至少在小于第三預(yù)定水頭的水頭處啟動。
23.一種通過轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向在泵模式或者發(fā)電模式下工作的泵水輪機(jī)，包含一軸，將轉(zhuǎn)子的扭矩傳輸給發(fā)電機(jī)；排量調(diào)節(jié)器，用于調(diào)節(jié)通過轉(zhuǎn)子的水排量；以及一控制器，用于傳感發(fā)電模式下轉(zhuǎn)子的速度，從而按照轉(zhuǎn)子速度變成一命令值的方式控制排量調(diào)節(jié)器；其特征是命令值暫時設(shè)定為低于額定速度的第一命令值，跟隨有暫時保持的速度，因此，暫時穩(wěn)定速度并等待例如水錘的瞬時現(xiàn)象的解決，之后，速度命令值按照不出現(xiàn)有害水錘的比例逐漸增大，因而，使速度到達(dá)等于動力線頻率的同步速度，在泵水輪機(jī)至少在小于發(fā)電模式下的預(yù)定水頭處啟動。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所示的泵水輪機(jī)，其特征是命令值暫時設(shè)定為第四命令值，將速度暫時穩(wěn)定，并等待例如水錘的瞬時現(xiàn)象的解決，之后，速度命令值以沒有有害水錘的比例降低，這樣，速度被引導(dǎo)到一個等于動力線頻率的同步速度。
全文摘要
一種通過轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向、能夠在泵送模式或者發(fā)電模式下工作的泵水輪機(jī),在導(dǎo)葉開口量的基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)通過轉(zhuǎn)子的排量;傳感轉(zhuǎn)子的速度;將一目標(biāo)速度暫時設(shè)定為一個與發(fā)電啟動狀態(tài)的額定速度不同的第一速度;一通過排量調(diào)節(jié)裝置控制速度的速度響應(yīng)性被控制為一個在速度到達(dá)目標(biāo)速度之后比速度到達(dá)目標(biāo)值之前低的值;最后,當(dāng)將水輪機(jī)啟動并增大水頭范圍,在這一過程中實(shí)現(xiàn)同步時,提高了速度的穩(wěn)定性。
文檔編號H02P9/04GK1379175SQ0210544
公開日2002年11月13日 申請日期2002年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月5日
發(fā)明者桑原尚夫 申請人:株式會社日立制作所