[其他]控制可调速水力发电系统的方法及装置

说明书

本发明揭示了一种采用转子绕线式感应发电机来控制可调速水力发电系统的方法和装置，其中，测得与水力发电系统相联的电力系统频率变化，或负载对电力系统的要求量的变化，并将检测值送到一个控制装置来控制驱动发电机的水力机械导叶的开度，从而限制系统频率或系统功率平衡发生变化。

本发明是关于一种控制可调速水力发电系统的方法及装置，这个发电系统对与其联接的电力系统的频率或功率的变化，具有快速响应能力。

一种通常采用的常规可调速水力发电系统是以这样方式运行的，即根据发电机或发电机-电动机的转速，来提供一个理想频率下的交流电流给发电机二次绕组以维持发电机的输出频率为一常量。具体地说，一种结构如图4所示的水力发电系统，其运行方式如下所述。一种转子绕线式感应发电机1、其转子与水轮机2相联，二次绕组1A由一个频率变换器（cyclo-converter）3励磁，从而，达到变速运行的效果。在这种变速运行中，函数发生器4将产生最佳旋转速度的指令值Nx和最佳导叶开度指令值yx。该函数发生器4根据检速装置6，水头检测装置7和输出给定装置8的输出，来决定最佳励磁电流和最佳转速的大小。从而满足电力系统5所需的有功功率和无功功率的要求。因此，一方面要通过放大器9控制频率变换器3，另一方面要通过放大器10和一个未在图中示出的伺服电机控制导叶11。

在本系统中，如果水轮机能以如下方式控制，即水经过导叶11所产生的机械输入转矩与电负荷对发电机所要求的转矩一致，两者平衡，则感应发电机1将以与最佳转速指令值Nx相一致的速度连续运转。因此，在该系统中，控制电负载转矩使之符合机械输入转矩的要求。那么，这个系统的一个非常重要的任务是怎样控制机械输入转矩，或者怎样控制对应最佳导叶开度的指令值yx。由于在通常情况下，水位或水头在短时间内不会有很大变化。因此，在该系统中，函数发生器4产生的指令值，主要由输出给定装置8的输出信号决定。该输出给定装置可以是就地的给定装置，也可以是在本电力系统中一个中心控制站内的遥控给定装置。根据常规的技术，只要使输出给定装置8的给定值保持常量，指令值yz即保持常量，则机械转矩也保持不变。相应地，电负载转矩也保持不变。但图4所示的系统有很大缺点，现通过与图5中所示的带有同步发电机或其旋转速度保持不变的发电机-电动机的系统比较便可以说明。在图5中，标号21表示一个与水轮机22机械连接的同步发电机。标号23是水轮机22的导叶，标号24是检测水轮机22速度的检速装置。标号25是检测导叶23开度的检测装置。标号26是控制调节装置，它是根据检速装置24所检测的旋转速度N和输出给定装置27产生的输出信号P来产生控制导叶开度的指令值yx。标号28表示一比较器，用于比较导叶开度指令值yx与由导叶开度检测装置25检测出的实际开度值yz，并产生两者间误差值。标号29表示一个放大器，用于进行积分及放大运算。因此，检测装置25，比较器28，放大器29和导叶23，其中，导叶还包括一个与其机械连接的伺服电机（未示），此伺服电机在放大器29的作用下，用于调节导叶23，这些构成一闭环系统，从而使误差值减为零。

参考图5，由于发电机21是同步机，水轮机22的转速N₀与电力系统5的频率f成比例，并由等式给出：

Nc＝120f/Pτpm（P极数）。因此，可见，在发电运行时，检速装置24可以认为是检测电力系统5本身的频率。具体地说，在图5所示的系统中，对于电力系统5的频率，哪怕有微小的降低，指令值yx即被增加来加大导叶23的开度，从而水轮机22的输出增加。另一方面，当电力系统频率升高时，指令值yx被减小来关小导叶23的开度，从而水轮机22输出减小。这种调节功能是很重要的，而且势必会改善电力系统5的动态稳定性。而在图4所示的系统中，则缺乏水轮机的功率随着电力系统5的负荷要求及供电平衡状况的变化自动调节的功能。

这里所关心的是电力系统所具有补偿多余或补缺的功率的自动自抑制能力，该电力系统本身带有可调速水力发电系统。

诚然，本发明即使对于图4所示的传统可调速发电系统，也能很容易地被应用。只需提供一个电力系统频率检测装置，或一个功率检测装置和一个与其连接的用于处理检测信号的运算放大器，并将此运算放大器输出的信号送到输出给定装置8。