[发明专利]稳定涡轮模式中的液压机器的旋转速度的方法和系统

说明书

用于稳定具有S特性且包括分配器(9)的液压机器的旋转速度的该方法适于变更水流，使得机器可耦合到电网。方法包括如下步骤：计算分配器(9)的定向；以及根据计算的定向来使分配器定向。方法还包括向机器提供电转矩以便达到目标速度的步骤。

技术领域

本发明涉及一种用于稳定带有S特性的液压机器的旋转速度的方法。带有S特性的典型液压机器为具有在涡轮操作区域中显示出S形特性的泵-涡轮的水电设备。本发明还涉及一种用于将液压能转换成电能的装置或设备，其中可实现该方法。

背景技术

在处于涡轮模式中的泵-涡轮的启动期间，必须稳定机器的旋转速度，使得机器可耦合到电网。耦合典型地通过闭合主电路断路器来实现。理想地，机器的旋转速度与电网频率同步。此外，引导泵-涡轮以便作用在空载操作点处，在该空载操作点处由水流对转轮施加的液压转矩为零。

因为“S区”的存在，可难以达到旋转速度稳定。“S区”为表示对于若干等开度(例如，水力涡轮的引导静叶的位置)的机器的相对于单位旋转速度的单位转矩的图中的区。在该类图上，可看到的是，关于单位旋转速度绘制的单位转矩的等开度曲线可为“S形”，由此指示空载操作点是不稳定的。“S区”限定为曲线的斜率反向处的所有操作点。这意味着机器的旋转速度相对于标称速度操作点的略微变化导致对泵-涡轮的转轮施加的转矩的显著增加。这显著地增加或降低机器的旋转速度。在这些情况下，不可能利用常规的比例积分微分(PID)回路来稳定液压机器的旋转速度。

普遍认为，S区是由于机器的液压部分的形状造成的。相应地，提出了完全重新设计机器的液压部分，诸如转轮或引导静叶。特别地，机器的液压部分重新设计成避免在处于涡轮模式中的泵-涡轮的操作范围内存在S区。机器的操作范围对应于将并入机器的装置的最小总水头与最大总水头之间的间隔。然而，该解决方案实施非常昂贵且可降低泵-涡轮的性能。

另一种解决方案在于，使泵-涡轮配备有不同步的引导静叶。这意味着一些引导静叶可独立于其它引导静叶定向。结果，在机器启动时，引导静叶中的一些比其它开放得更多，这暂时地变更(modify)机器特性。这避免在将机器耦合到电网之前在机器的操作范围内存在S区。不过，该解决方案生成不需要的振动，振动具有对机器的行为的负面影响。

公开号为EP 2 818 692 A1的欧洲专利申请公开了一种其中将泵-涡轮的旋转速度与可选的旋转速度比较的系统。该系统布置成使引导静叶定向，使得实际旋转速度变更成对应于最佳旋转速度。然而，EP 2 818 692 A1的系统不能够将定子绕组直接地连接到电网以便在发电模式中向电网提供功率或在泵模式中从电网存储功率。

在现有技术中描述了用于稳定液压机器的旋转速度的另外的方法。方法包括使用具有引导静叶控制器的控制回路反馈系统，该引导静叶控制器根据液压机器的旋转速度与目标旋转速度之间的速度差来调节引导静叶的定向。此类方法使用迭代方法来用于连续生成调节参数，以稳定旋转速度。可参照WO 2016/087458，其公开了此类方法。

还可参照WO 2016/016149，其中引导静叶的开度通过取决于目标旋转速度与实际旋转速度之间的速度差计算对于引导静叶的设定点开度来调整。计算还取决于净水头条件(通过计算目标净水头与实际净水头之间的高度差)。

WO 2016/087458和WO 2016/016149中公开的方法允许减小由于S特性造成的速度振荡的幅度。

发明内容

因此，本发明意在通过提出一种方法和设备来解决与现有技术相关联的问题，以在机器的整个运行范围内稳定机器的旋转速度。本发明布置成一旦实现稳定就将机器连接到电网。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于稳定带有S特性的液压机器的旋转速度的方法。方法优选地适合于将机器耦合到电网。机器优选地包括适于变更水流的分配器。方法优选地包括如下步骤：计算分配器的定向和/或根据计算的定向来使分配器定向。