[发明专利]利用调压井水位反馈的一管多机水轮发电系统调速控制回路及方法

说明书

本发明公开了利用调压井水位反馈的一管多机水轮发电系统调速控制回路及方法，涉及水轮发电系统的调速控制技术。本发明技术要点包括调压井水位反馈回路；调压井水位反馈回路用于当系统中出现较大水压扰动时，机组调速系统可以根据调压井中的水位反馈信号，对调速系统输出进行补偿控制；从而实现对系统水压波动的抑制，避免水压上升过快引起的系统震荡现象，增强系统的能控性，从而实现系统过渡过程的稳定。

技术领域

本发明涉及水轮发电技术领域，尤其是一管多机发电系统的控制方法。

背景技术

参见图1，一管多机(指一根引水总管分别给几台发电机组供水的水力发电系统，如附图1)水轮发电系统的工作原理是通过引水廊道、调压井将水库中水引入各个压力钢管，最后到达各个水轮发电机，水力推动水轮发电机的转子转动进而发电。各个发电机分别对应一台调速器，调速器接收控制信号并据其控制发电机导叶的开度进而改变推动发电机转子的水流量，最后达到控制发电机发电功率的目的。

在发电过程中，如果某个发电机出现甩负荷或者负荷大范围波动时，将会引起引水系统内水压出现大范围波动，由于一管多机系统通常具有较长的引水管道，从而产生较强的水击现象；当水击在引水系统中传播时，根据水轮机数学方程和水轮机转矩方程：

式中：J-机组转动部分的惯性矩(kg·m2)；

ω-机组转动角速度(rad/s)；

M_t-水轮机转矩(N·m)；

M_g-发电机负荷阻力矩(负载转矩)(N·m)；

Q-通过水轮机的流量(m3/s)；

H-水轮机净水头(m)；

η-水轮机效率；

ρ-水的密度(g/m3)。

机组甩负荷时会引起系统水压(对应式(2)中净水头H)的大范围波动甚至震荡，从式(2)可以看出水头H的大范围波动会引起水轮机转矩M_t出现大范围波动甚至震荡；而M_t的波动或震荡将直接引起机组负荷阻力矩M_g或者机组转速ω的波动和震荡，参见公式(1)，危害系统安全运行。

调压井在一定程度上可以抑制机组甩负荷来带的震荡，目前对于一管多机系统的调压井断面面积选择一般套用托马准则，即公式(3)，没有考虑其他机组对系统稳定的影响；所以现有的一管多机系统，调压井一般都需要很大的工程开挖量，会成比例的增加整个水电站的建设投资。

根据托马临界断面积公式：

式中：A_t-引水廊道断面积；

L_t-引水廊道长度；

H₀-净水头；

α-水库到调压井之间的水头损失系数；

h_t-引水廊道水头损失；

h_p-压力钢管水头损失；

g-重力加速度。

发明内容

本发明针对一管多机系统，如图1所示，在机组调速系统中引入调压井水位反馈，通过引入水位(水压)反馈，使系统在出现大幅水压波动时，系统中其他机组可以根据水压波动强度，对其调速系统输入的控制信号输出进行补偿，这时当一台机组甩负荷时，其他机组会对压力波动起到迅速疏导作用，抑制系统水压波动以及系统震荡；使系统可以稳定安全运行。