[发明专利]一种恒流源励磁的变速恒频水力发电系统及其应用方法

权利要求书

1.一种恒流源励磁的变速恒频水力发电系统，其特征在于，包括励磁单元（1）、水轮机（2）、恒流源电励磁发电机（3）、双PWM变频器（4）以及控制单元（5），所述水轮机（2）与恒流源电励磁发电机（3）同轴连接，所述励磁单元（1）包括恒流源（11）和励磁功率单元（12），所述恒流源（11）的输出端与励磁功率单元（12）相连，所述励磁功率单元（12）与恒流源电励磁发电机（3）的励磁输入端相连，所述恒流源电励磁发电机（3）的输出端与双PWM变频器（4）相连，所述双PWM变频器（4）包括机侧整流器（41）和网侧逆变器（42），所述机侧整流器（41）和网侧逆变器（42）两者的直流侧之间相互连接且直流侧正负极之间并联有电容C，所述机侧整流器（41）的交流侧与恒流源电励磁发电机（3）的输出端相连，所述网侧逆变器（42）的交流侧用于将交流电力输出以用于经升压后送入电网，所述机侧整流器（41）和网侧逆变器（42）的控制端分别与控制单元（5）相连。

2.根据权利要求1所述的恒流源励磁的变速恒频水力发电系统，其特征在于，所述水轮机（2）包含用于控制导叶全开或全关的开合控制模块。

3.根据权利要求2所述的恒流源励磁的变速恒频水力发电系统，其特征在于，所述网侧逆变器（42）的交流侧每一相均串接有滤波电抗器。

4.一种权利要求1～3中任意一项所述的恒流源励磁的变速恒频水力发电系统的应用方法，其特征在于，包括控制单元（5）通过机侧整流器（41）控制水轮机（2）的转速的步骤：

1）检测水轮机的实际工作水头H；

2）根据水轮机的实际工作水头H进行水轮机最大功率捕获以获得实际最优转速n_op；

3）保持水轮机的导叶开度α全开，根据计算得到的实际最优转速n_op控制恒流源电励磁发电机组的输出功率使恒流源电励磁发电机组保持最优效率运行。

5.根据权利要求4所述的恒流源励磁的变速恒频水力发电系统的应用方法，其特征在于，步骤2）包括：

2.1）根据实际工作水头H以及网侧需求功率P计算水轮机单位出力P₁；

2.2）将水轮机单位出力P₁根据预设的最高出力曲线f₂得到对应的单位流量Q₁；所述最高出力曲线f₂包含水轮机单位出力P₁、及其对应的单位流量Q₁之间的映射关系；

2.3）将单位流量Q₁结合转速特性曲线f₃得到对应的单位转速n₁；

2.4）基于单位转速n₁计算实际最优转速n_op。