一種水電機組的水輪機調速系統的製作方法
2023-06-15 01:24:46
專利名稱：一種水電機組的水輪機調速系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及水電機組系統，尤其是涉及一種水電機組的水輪機調速系統。
背景技術：
電力系統仿真模型是分析電力系統穩定性、研究機網交互影響、負荷-頻率控制(Load-Frequency Control,LFC)策略、評估和預測電力系統安全風險、分析電力系統事故、建立電力系統安全預警機制、制訂安全控制預案等工作的基礎。我國電力建設的迅猛發展，大量超高壓輸電線路和大容量發電機組相繼投入運行，電力系統變得越來越複雜；燃料市場的開放，電力市場機制的建立，經濟建設的快速推進，電力生產和電力消耗的格局發生了很大變化，電力系統的安全穩定運行正面臨新的、更為嚴峻的挑戰。建立符合實際的電力系統動態數學模型及其參數，對於提高電網的安全穩定運行水平具有重要意義。電力系統頻率是電能質量的三大指標之一，頻率反應了發電和負荷之間的平衡關係，是電力系統運行的重要控制參數。電力系統負荷變化是引起電力系統頻率波動的主要原因，保證電網頻率的穩定必須依賴於發電機調速系統的正確響應。作為電力系統重要組成部分的水電廠，由於其響應速度快，是電網頻率調節的主要手段。水電站原動機為水輪機，通過水流帶動水輪機旋轉將水的勢能轉化為機械能，再通過發電機將機械能轉化為電能。在水電機組中，發電機的響應特性比水輪機的響應特性快的多,水電機組的響應特性主要取決於水輪機的響應特性，而水輪機的響應特性又與調速器的響應特性密切相關，因此水電機組的響應特性與水輪機調速系統密切相關。對水電站而言，水輪機控制系統是電網負荷-頻率一次調節的主體，在電力系統中扮演著增大系統阻尼、維持頻率穩定的重要角色。為了研究電網頻率變化下的水輪機功率輸出響應動態特性數學模型，需要建立適合電網應用的水輪機調速系統模型，以研究水輪機調速系統對電網頻率穩定的影響。因此，研究水輪機調速系統在電網頻率變化下的功率輸出響應特性，建立華東電網動態分析用水輪機組調速系統模型，對於更加科學合理地運行調度，充分挖掘和發揮電網供電潛力，確保電網安全穩定經濟運行，具有極其重要和非常迫切的現實工程意義。
實用新型內容本實用新型的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種用於電力系統穩定計算用的水電機組的水輪機調速系統。本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現:一種水電機組的水輪機調速系統，該系統為由被控制單元和調速器組成的閉環系統，所述的被控制單元包括依次連接的引水和洩水管道、水輪發電機組及電網，所述的調速器包括測量元件、反饋元件、給定元件、放大校正元件及執行機構，所述的測量元件連接在水輪發電機組與電網之間的線路上，所述的反饋元件與水輪發電機組連接，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行機構連接，所述的執行機構與水輪發電機組連接。[0007]所述的水輪發電機組包括依次連接的水輪機與發電機。所述的發電機上裝有電壓調節器。所述的測量元件為檢測水輪發電機組轉速、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電機組轉速的組件。所述的給定元件為給定轉速的元件。與現有技術相比，本實用新型結構設計合理，本實用新型的系統為研究電網頻率變化下的水輪機功率輸出響應動態特性提供了基礎條件。
圖1為本實用新型的結構示意圖。圖中，I為被控制單元，11為引水和洩水管道，12為水輪發電機組，13為電網，2為調速器，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為執行機構。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。實施例一種水電機組的水輪機調速系統，如圖1所示，該系統為由被控制單元I和調速器2組成的閉環系統，被控制單元I包括依次連接的引水和洩水管道11、水輪發電機組12及電網13。調速器2用來檢測水輪發電機組12的轉速偏差，並將它按一定特性轉換成主接力器行程偏差的一些裝置，調速器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及執行機構25，測量元件21連接在水輪發電機組12與電網13之間的線路上，反饋元件22與水輪發電機組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與執行機構25連接，執行機構25與水輪發電機組12連接。其中，水輪發電機組12包括依次連接的水輪機與發電機。發電機上裝有電壓調節器。測量元件21為檢測水輪發電機組12轉速、功率、水頭及流量的檢測儀器。反饋元件22為反饋水輪發電機組12轉速的組件。給定元件23為給定轉速的元件。水輪機調節的基本任務是根據偏離額定值的轉速(頻率)偏差信號，調節水輪機的導水機構和輪葉機構，維持水輪發電機組12功率與負荷功率的平衡。本實用新型的工作過程為:測量元件21把機組轉速(頻率)、功率、水頭、流量等參量測量出來，與給定元件23發出的信號和反饋元件22發出的信號綜合後，確定偏差及偏差的方向，並根據偏差情況按一定的調節規律發出調節命令。調節命令經放大校正元件24放大後控制執行機構25，執行機構25操作水輪機導水機構和槳葉機構，同時經反饋元件22送回反饋信號至信號綜合點。本實用新型的水電機組的水輪機調速系統有如下特點:(I)水輪發電機組是把水能變成電能的機械，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，與其他原動機相比，要發出相同的電功率就需要通過較大的流量，因而水輪機及其導水機構也相應較大。這就要求調速器設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，導水機構開關時會在壓力管道內引起水擊作用。水擊作用通常是與導水機構的調節作用相反。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調節系統成為一個非最小相位系統，對系統的動態穩定和響應特性不利。為了限制壓力引水管道中水壓最大變化值，必須限制導水機構的運動速度，這對調節系統動態特性也將產生不利影響。(3)水輪機調節系統是一個複雜的、非線性控制系統:水輪機有混流式、軸流定槳式、軸流轉槳式、貫流式、衝擊式、水泵水輪機等多種型式；水輪機特性是非線性的；水輪發電機組有多種工作狀態:機組開機、機組停機、同期併網前和從電網解列後的空載、孤立電網運行、以轉速控制和功率控制並列於大電網運行、水位和/或流量控制等。
權利要求1.一種水電機組的水輪機調速系統，其特徵在於，該系統為由被控制單元和調速器組成的閉環系統，所述的被控制單元包括依次連接的引水和洩水管道、水輪發電機組及電網，所述的調速器包括測量元件、反饋元件、給定元件、放大校正元件及執行機構，所述的測量元件連接在水輪發電機組與電網之間的線路上，所述的反饋元件與水輪發電機組連接，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行機構連接，所述的執行機構與水輪發電機組連接。
2.根據權利要求1所述的一種水電機組的水輪機調速系統，其特徵在於，所述的水輪發電機組包括依次連接的水輪機與發電機。
3.根據權利要求2所述的一種水電機組的水輪機調速系統，其特徵在於，所述的發電機上裝有電壓調節器。
4.根據權利要求1所述的一種水電機組的水輪機調速系統，其特徵在於，所述的測量元件為檢測水輪發電機組轉速、功率、水頭及流量的檢測儀器。
5.根據權利要求1所述的一種水電機組的水輪機調速系統，其特徵在於，所述的反饋元件為反饋水輪發電機組轉速的 組件。
6.根據權利要求1所述的一種水電機組的水輪機調速系統，其特徵在於，所述的給定元件為給定轉速的元件。
專利摘要本實用新型涉及一種水電機組的水輪機調速系統，該系統為由被控制單元和調速器組成的閉環系統，被控制單元包括依次連接的引水和洩水管道、水輪發電機組及電網，調速器包括測量元件、反饋元件、給定元件、放大校正元件及執行機構，測量元件連接在水輪發電機組與電網之間的線路上，反饋元件與水輪發電機組連接，給定元件、測量元件及反饋元件均與放大校正元件連接，放大校正元件與執行機構連接，執行機構與水輪發電機組連接。與現有技術相比，本實用新型結構設計合理，為研究電網頻率變化下的水輪機功率輸出響應動態特性提供了基礎條件。
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 優先權日2013年3月28日
發明者楊增輝, 郭強, 馮煜堯 申請人:國家電網公司, 上海市電力公司, 華東電力試驗研究院有限公司