[实用新型]可变速水电站

说明书

本实用新型涉及一种可变速水电站，该可变速水电站，包括水轮机，水轮机与可变速机组连接，实现电力转换；可变速机组一路通过机侧断路器、主变器和高压断路器与交流母线连接，另一路通过机侧变流器和网侧变流器与交流母线连接。本实用新型在原有的老旧水电站的基础上，将原有的同步发电机组替换为可变速机组，利用可变速机组将老旧水电站改造，既提高水电站的发电效率，同时利用水电站的可变速机组为平抑风电、光伏出力波动，辅助风电、光伏消纳提供服务。本实用新型充分结合了水电站水‑机‑电系统的特点与可变速机组的优势，在实现风光水互补的动态调节的过程中，既满足了水电机组实时动态调节的要求，又减少了对水电站设备运维的压力。

技术领域

本实用新型涉及水电技术领域，尤其是涉及一种可变速水电站。

背景技术

我国拥有丰富的小水电资源，技术可开发容量为128GW。在过去的70年里，中国政府大力发展小水电，用以改善广大农村地区的电力供应和支持农村经济发展。截至2016年，全国已建成47000多家小水电站，总装机容量为77.91GW。我国大约有3亿农村居民生活在广大的农村地区，随着国家整体电力的建设，小水电、风电、光伏等可再生能源在改善农村电气化和减少农村贫困方面取得了巨大成功。然而，近些年，中国的小水电产业却陷入了困境；一些省份已决定暂停所有新建小水电项目的开发，目前也不知何时能够重启。我国2017年发布的可再生能源发展第十三个五年计划中也明确指出，新建小水电的发展应受到严格的控制。值得注意的是，在技术层面上可开发的128GW小水电产能中，截止2016年仍有超过50GW的小水电资源尚未开发。更糟糕的是，许多已建的小水电站被要求关闭，甚至被拆除。小水电在中国的可持续发展受到严重影响。

与此同时，面对风电和光伏消纳难这一问题，我国很多省份都从政策层面出台了新能源电站必须配套建设一定规模储能的解决方法。由于气象条件不稳定、昼夜更替等诸多不确定因素，风电和光伏输出具有随机性和间歇性。如果将风电和光伏直接与电力系统相连，将对系统的稳定运行产生不利影响，电力系统的旋转备用容量也将因此增加。水电具有启停快、调节灵活等优点，可以看作是一种具备互补能力的电源。如果在水电站周边配套建设一定规模的风电和光伏电站，三者以互补模式运行，既可以提高风电和光伏的电能质量，又可以减少弃电率和电力系统所需的旋转备用容量。

实用新型内容

为解决以上问题，本实用新型提供一种可变速水电站，充分结合了水电站水-机-电系统的特点与可变速机组的优势，在实现风光水互补的动态调节的过程中，既满足了水电机组实时动态调节的要求，又减少了对水电站设备运维的压力，还可以最大可能地增大互补系统的整体发电量。

本实用新型采用的技术方案是：一种可变速水电站，包括水轮机，其特征在于：所述水轮机与可变速机组连接，实现电力转换；所述可变速机组一路通过机侧断路器、主变器和高压断路器与交流母线连接，另一路通过机侧变流器和网侧变流器与交流母线连接。

作为优选，所述交流母线为10kV交流母线。

作为优选，所述可变速机组包括两组三相绕组：一组三相绕组为定子绕组，放在定子中；另一组三相绕组为转子绕组，放在转子中。

进一步的，两组所述三相绕组需独立供电，且两个绕组都能够双向供电。

进一步的，所述可变速机组的同步速度n_s

其中：fs为给定子绕组供电的平衡三相电压的供电频率，p为电机的极对数。

进一步的，所述可变速机组的转子绕组感应电压和电流的角频率ω_r

ω_r＝ω_s-ω_m

其中：ω_r为转子绕组电压和电流的角频率，ω_s为定子绕组电压和电流的角频率，ω_m为转子的机械转动角频率。