專利名稱：一種水輪機(jī)組變速運(yùn)行方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)的水輪機(jī)組運(yùn)行方法，更具體涉及一種水輪機(jī)組變速運(yùn)行方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
當(dāng)前的水輪發(fā)電機(jī)絕大多數(shù)均為同步發(fā)動機(jī)，受交流電網(wǎng)頻率固定的限制使得水輪發(fā)電機(jī)組的工作轉(zhuǎn)速為固定值，但是由于水輪機(jī)在正常工作時，其水頭、出力以及流量等參數(shù)往往偏離水輪機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，使得水輪機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率比較低，進(jìn)而使水輪機(jī)的工作條件惡化，引起振動、空化等一系列問題，也影響了水電廠的經(jīng)濟(jì)性
發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀和存在的問題，本發(fā)明的目的在于，提供一種水輪機(jī)組變速運(yùn)行方法及系統(tǒng)，通過水輪機(jī)組工作轉(zhuǎn)速的調(diào)整，使水輪機(jī)在當(dāng)前工況下的工作效率達(dá)到最高，以改善水輪機(jī)的工作條件并提高水電廠的經(jīng)濟(jì)性。本發(fā)明還可以兼容交直流電網(wǎng)及用電設(shè)備，具體技術(shù)方案如下。一種水輪機(jī)組變速運(yùn)行方法，具體是水輪機(jī)組在正常工作時，其轉(zhuǎn)速隨工作水頭、出力和流量參數(shù)調(diào)整，使水輪機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到最高，水輪機(jī)的最優(yōu)工作轉(zhuǎn)速由水輪機(jī)調(diào)速器進(jìn)行調(diào)節(jié)；水輪發(fā)電機(jī)輸出的交流電經(jīng)變壓、整流后變成直流電；所述直流電經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)換成工頻交流電輸送到電網(wǎng)，供用戶使用；或所述直流電直接輸送到用戶端，在用戶端進(jìn)行電壓級別調(diào)整后供直流用戶使用或經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換為交流供交流用戶使用。進(jìn)一步優(yōu)化的，水輪機(jī)在不同工作水頭、出力和流量參數(shù)對應(yīng)的最優(yōu)工作轉(zhuǎn)速通過模型水輪機(jī)與原型水輪機(jī)效率試驗(yàn)聯(lián)合確定。進(jìn)一步優(yōu)化的，水輪機(jī)正常工作時其轉(zhuǎn)速在允許的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之間連續(xù)變化；或?qū)⑺啓C(jī)允許運(yùn)行條件下的最優(yōu)轉(zhuǎn)速分成若干組，水輪機(jī)正常工作時根據(jù)水頭、出力、流量參數(shù)按最接近最優(yōu)轉(zhuǎn)速所在組的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。本發(fā)明還提供一種水輪機(jī)組變速運(yùn)行系統(tǒng)，包括
水輪機(jī)調(diào)速器，用于根據(jù)運(yùn)行條件控制水輪機(jī)的最優(yōu)轉(zhuǎn)速，所述運(yùn)行條件包括工作水頭、出力和流量參數(shù)；
水輪機(jī)，用于將水能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能并驅(qū)動水輪發(fā)電機(jī)；
水輪發(fā)電機(jī)，用于將水輪機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能；
第一變壓器，用于將水輪發(fā)電機(jī)輸出的交流電進(jìn)行升壓；
整流模塊，用于將變壓器輸出的交流電整流成直流；
直流-交流逆變器，用于將整流模塊輸出的直流電轉(zhuǎn)換為工頻交流電。進(jìn)一步優(yōu)化的，還包括交流電網(wǎng)，用于將直流-交流逆變器輸出的交流電輸送到用戶端。進(jìn)一步優(yōu)化的，還包括第二變壓器，用于將交流電網(wǎng)輸送的交流電進(jìn)行電壓級別的轉(zhuǎn)換。進(jìn)一步優(yōu)化的，還包括直流電網(wǎng)，用于將整流模塊輸出的直流電輸送到用戶端。進(jìn)一步優(yōu)化的，還包括直流-直流轉(zhuǎn)換模塊，用于將直流電網(wǎng)輸送的直流電進(jìn)行直流-直流轉(zhuǎn)換，調(diào)整直流電壓供直流用戶使用。進(jìn)一步優(yōu)化的，還包括直流-交流轉(zhuǎn)換模塊，用于將直流電網(wǎng)輸送的直流電進(jìn)行直流-交流轉(zhuǎn)換，供交流用戶使用。進(jìn)一步優(yōu)化的，所述水輪機(jī)調(diào)速器內(nèi)部存儲有多種工作水頭、流量以及出力參數(shù)所對應(yīng)的最優(yōu)工作轉(zhuǎn)速或最優(yōu)工作轉(zhuǎn)速分組，用于根據(jù)運(yùn)行工況控制水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果本發(fā)明通過水輪機(jī)組工作轉(zhuǎn)速的調(diào)整，使水輪機(jī)的工作效率達(dá)到最高，提高水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行效率，以改善水輪機(jī)的工作條件，節(jié)約耗水量，并提高水電廠的經(jīng)濟(jì)性；本發(fā)還能提高輸電及用電效率，為直流用 戶或交流用戶提供電能。


圖I為水輪機(jī)變速運(yùn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為實(shí)例中水輪機(jī)轉(zhuǎn)速圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步說明。如圖I所示，為水輪機(jī)組變速運(yùn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其中I為水輪機(jī)調(diào)速器，其內(nèi)部存儲有各種工作水頭、流量以及出力等參數(shù)所對應(yīng)的最優(yōu)工作轉(zhuǎn)速或最優(yōu)工作轉(zhuǎn)速分組，用于根據(jù)運(yùn)行工況控制水輪機(jī)2的轉(zhuǎn)速；2為水輪機(jī)，用于將水能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能并驅(qū)動水輪發(fā)電機(jī)3 ;水輪發(fā)電機(jī)3,用于將水輪機(jī)2輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能；4為第一變壓器,用于將水輪發(fā)電機(jī)3輸出的交流電進(jìn)行升壓；5為整流模塊，用于將變壓器4輸出的交流電整流成直流；6為直流-交流逆變器，用于將直流電轉(zhuǎn)換為工頻交流電；7為交流電網(wǎng)，用于將逆變器6輸出的交流電輸送到用戶端；8為第二變壓器，用于將交流電網(wǎng)7輸送的交流電進(jìn)行電壓級別的轉(zhuǎn)換；9為直流電網(wǎng)，用于將整流模塊5輸出的直流電輸送到用戶端；10為直流-直流轉(zhuǎn)換模塊，用于將直流電網(wǎng)輸送的直流電進(jìn)行直流-直流轉(zhuǎn)換，調(diào)整直流電壓供直流用戶使用；11為直流-交流轉(zhuǎn)換模塊，用于將直流電網(wǎng)輸送的直流電進(jìn)行直流-交流轉(zhuǎn)換，供交流用戶使用。本水輪機(jī)組變速運(yùn)行系統(tǒng)中，水輪機(jī)組在正常工作時，其轉(zhuǎn)速隨工作水頭、出力、流量等參數(shù)調(diào)整，使水輪機(jī)在所在工況下的能源轉(zhuǎn)換效率達(dá)到最高，水輪機(jī)的最優(yōu)工作轉(zhuǎn)速通過模型水輪機(jī)與原型水輪機(jī)效率試驗(yàn)聯(lián)合確定，并由水輪機(jī)調(diào)速器進(jìn)行調(diào)節(jié)；或者為了降低復(fù)雜度，將水輪機(jī)允許運(yùn)行條件下的最優(yōu)轉(zhuǎn)速分成若干組，水輪機(jī)正常工作時根據(jù)水頭、出力、流量等參數(shù)按最接近最優(yōu)轉(zhuǎn)速所在組的轉(zhuǎn)速運(yùn)行；水輪發(fā)電機(jī)輸出的交流電經(jīng)變壓、整流后變成直流，再經(jīng)過逆變器將直流轉(zhuǎn)換成工頻交流電輸送到電網(wǎng)，供用戶使用；也可將直流電直接輸送到用戶端，在用戶端，直流用戶調(diào)整電壓級別后使用，交流用戶采用逆變器將直流轉(zhuǎn)換為交流使用。水輪機(jī)變速運(yùn)行的轉(zhuǎn)速示意如圖2所示。本發(fā)明的水輪機(jī)轉(zhuǎn)速圖中，縱軸為水輪機(jī)轉(zhuǎn)速，橫軸為根據(jù)水頭、出力、流量等參數(shù)決定的工況，根據(jù)水輪機(jī)理論，相似工況下水輪機(jī)轉(zhuǎn)速n、工作水頭H、流量Q、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑D、水輪機(jī)出力P有以下關(guān)系
權(quán)利要求
1.ー種水輪機(jī)組變速運(yùn)行方法，其特征在干，水輪機(jī)組在正常工作吋，其轉(zhuǎn)速隨工作水頭、出力和流量參數(shù)調(diào)整，使水輪機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到最高，水輪機(jī)的最優(yōu)工作轉(zhuǎn)速由水輪機(jī)調(diào)速器進(jìn)行調(diào)節(jié)；水輪發(fā)電機(jī)輸出的交流電經(jīng)變壓、整流后變成直流電；所述直流電經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)換成エ頻交流電輸送到電網(wǎng)，供用戶使用；或所述直流電直接輸送到用戶端，在用戶端進(jìn)行電壓級別調(diào)整后供直流用戶使用或經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換為交流供交流用戶使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水輪機(jī)組變速運(yùn)行方法，其特征在于水輪機(jī)在不同工作水頭、出力和流量參數(shù)對應(yīng)的最優(yōu)工作轉(zhuǎn)速通過模型水輪機(jī)與原型水輪機(jī)效率試驗(yàn)聯(lián)合確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水輪機(jī)組變速運(yùn)行方法，其特征在于水輪機(jī)正常工作時其轉(zhuǎn)速在允許的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之間連續(xù)變化；或?qū)⑺啓C(jī)允許運(yùn)行條件下的最優(yōu)轉(zhuǎn)速分成若干組，水輪機(jī)正常工作時根據(jù)水頭、出力、流量參數(shù)按最接近最優(yōu)轉(zhuǎn)速所在組的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。
4.ー種水輪機(jī)組變速運(yùn)行系統(tǒng)，其特征在于包括 水輪機(jī)調(diào)速器，用于根據(jù)運(yùn)行條件控制水輪機(jī)的最優(yōu)轉(zhuǎn)速，所述運(yùn)行條件包括工作水頭、出力和流量參數(shù)； 水輪機(jī)，用于將水能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能并驅(qū)動水輪發(fā)電機(jī)； 水輪發(fā)電機(jī)，用于將水輪機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能； 第一變壓器，用于將水輪發(fā)電機(jī)輸出的交流電進(jìn)行升壓； 整流模塊，用于將變壓器輸出的交流電整流成直流； 直流-交流逆變器，用于將整流模塊輸出的直流電轉(zhuǎn)換為エ頻交流電。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水輪機(jī)組變速運(yùn)行系統(tǒng)，其特征在于還包括交流電網(wǎng)，用于將直流-交流逆變器輸出的交流電輸送到用戶端。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水輪機(jī)組變速運(yùn)行系統(tǒng)，其特征在于還包括第二變壓器，用于將交流電網(wǎng)輸送的交流電進(jìn)行電壓級別的轉(zhuǎn)換。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水輪機(jī)組變速運(yùn)行系統(tǒng)，其特征在于還包括直流電網(wǎng)，用于將整流模塊輸出的直流電輸送到用戶端。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的水輪機(jī)組變速運(yùn)行系統(tǒng)，其特征在于還包括直流-直流轉(zhuǎn)換模塊，用于將直流電網(wǎng)輸送的直流電進(jìn)行直流-直流轉(zhuǎn)換，調(diào)整直流電壓供直流用戶使用。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的水輪機(jī)組變速運(yùn)行系統(tǒng)，其特征在于還包括直流-交流轉(zhuǎn)換模塊，用于將直流電網(wǎng)輸送的直流電進(jìn)行直流-交流轉(zhuǎn)換，供交流用戶使用。
10.根據(jù)權(quán)利要求4、任一項(xiàng)所述的水輪機(jī)組變速運(yùn)行系統(tǒng)，其特征在于所述水輪機(jī)調(diào)速器內(nèi)部存儲有多種工作水頭、流量以及出力參數(shù)所對應(yīng)的最優(yōu)工作轉(zhuǎn)速或最優(yōu)工作轉(zhuǎn)速分組，用于根據(jù)運(yùn)行エ況控制水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水輪機(jī)組變速運(yùn)行方法及系統(tǒng)，水輪機(jī)組正常工作時其轉(zhuǎn)速根據(jù)水頭、流量、出力等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使水輪機(jī)組的能量轉(zhuǎn)換效率在所處工況達(dá)到最高，水輪發(fā)電機(jī)輸出的交流電經(jīng)變壓、整流后變成直流，再經(jīng)過逆變器將直流轉(zhuǎn)換成工頻交流電輸送到電網(wǎng)，供用戶使用；也可將直流電直接輸送到用戶端，在用戶端，直流用戶經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換后使用，交流用戶采用逆變器將直流轉(zhuǎn)換為交流使用。本發(fā)明可以提高水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行效率，改善水輪機(jī)的運(yùn)行工況，節(jié)約耗水量，并提高輸電及用電效率。
文檔編號H02J3/38GK102705151SQ201210218090
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月28日
發(fā)明者謝寶忠, 陳鐵群 申請人:謝寶忠