[发明专利]一种水力发电机组的变速恒频发电系统及控制方法

权利要求书

1.一种水力发电机组的变速恒频发电系统，其特征在于：所述系统包括：

发电单元（12），发电单元（12）包括水轮机（4）以及由水轮机（4）驱动的发电机（3）；发电机（3）的输出端通过单元开关（11）连接电网，变频器（8）通过发电机（3）输出端电流变化调整发电机（3）控制绕组电流频率；

辅助转换装置（7），辅助转换装置（7）包括整流器（10）和逆变器（9），整流器（10）的输出端与逆变器（9）的输入端电性连接，逆变器（9）的输出端与电网电性连接，发电机（4）的输出端通过辅助开关（13）与整流器（10）电性连接；

单元控制模块（16），单元控制模块（16）包括流量传感器（5）、流量控制器（2）和导叶控制器（14）；流量传感器（5）安装在水轮机（4）的尾水管上，水轮机（4）的进水端通过进水通道（1）供水，流量控制器（2）安装在进水通道（1）向水轮机（4）供水位置处，导叶控制器（14）用于控制水轮机（4）的导叶开度；

总控制装置（6），总控制装置（6）包括中央控制器（15）、与中央控制器（15）进行数据交换的数据存储器（19），中央控制器（15）用于电性连接并控制辅助转换装置（7）、单元控制模块（16）、单元开关（11）和辅助开关（13）。

2.根据权利要求1所述的一种水力发电机组的变速恒频发电系统，其特征在于：发电机（3）为无刷双馈发电机，变频器（8）为密闭式IP65型变频器。

3.根据权利要求1所述的一种水力发电机组的变速恒频发电系统，其特征在于：中央控制器（15）为PLC控制器或者工控机，流量控制器（2）为采用液压驱动控制开闭的闸板阀。

4.根据权利要求1所述的一种水力发电机组的变速恒频发电系统，其特征在于：数据存储器（19）通过键盘或人机交互设备录入数据，水库中安装有能够监测水库状态并将检测数据通过数据线传送至数据存储器（19）的水库监控模块（18）。

5.如权利要求1所述的一种水力发电机组的变速恒频发电系统的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括：

S1、初始化任务；首先由操作人员将各个水轮机（4）所对应的单元开关（11）关闭，同时打开相应的辅助开关（13），随后将水轮机（4）作业所需的数据存入数据存储器（19）内，并向中央控制器（15）内发送待执行计划；

S2、应用参数设置；当中央控制器（15）接收到待执行计划后，中央控制器（15）开始调取数据存储器（19）中存储的任务数据，随后根据数据中水库的水头高度、发电系统所需输出的总功率以及指定需要开启的水轮机（4）来设定每个水轮机（4）的运行参数，此时每个需要工作的水轮机（4）所对应的导叶控制器（14）将根据中央控制器（15）提供的数据来调整相应水轮机（4）的导叶开度，随后中央控制器（15）打开需要作业的水轮机（4）所对应的流量控制器（2），从而使水流开始流过需要作业的水轮机（4）内；

S3、通过调整参数实现初期并网；

S4、同步并网：操作人员通过安装在相应发电机（3）功率绕组和电网之间的同步表来判断发电机（3）产生电流与电网中电流之间的频率和相位是否同步，当同步时，操作人员首先打开相应的单元开关（11），然后关闭相应的辅助开关（13），此时该发电单元（12）便处于同步并网状态。

6.根据权利要求5所述的一种水力发电机组的变速恒频发电系统的控制方法，其特征在于：S3所述通过调整参数实现初期并网的方法为：当相应水轮机（4）开始工作后，中央控制器（15）将每个水轮机（4）所对应的转速传感器（17）和流量传感器（5）传输的数据作为变量，利用PID算法对相应的导叶控制器（14）进行负反馈控制，从而利用导叶控制器（14）调整相应水轮机（4）的导叶开度来使该水轮机（4）输出的转速维持在额定转速，随后变频器（8）根据发电机（3）输出的电流频率来改变发电机（3）内控制绕组的频率从而使发电机（3）的输出电流频率稳定在设定频率，在发电机（3）调整的过程中发电机（3）的输出电流将由辅助转换装置（7）内部的整流器（10）和逆变器（9）经过整流和逆变后并入电网，实现初期并网。