[发明专利]可变速控制的泵系统

说明书

本发明一般涉及一种泵系统，该系统包含由频率变换器和电动旋转机构组成的可变速驱动单元和一通过该可变速驱动单元可进行变速运行（变速操作）并至少具有一泵功能的水力机械（泵、水泵-水轮机等），本发明尤其涉及一种能迅速响应外部指令、通过可变速控制可以适用于改进电力系统的电力的供需平衡的泵系统。

在传统的抽水蓄能发电厂中，通常是用旋转速度为定值的水泵-水轮机进行发电或抽吸操作的，而在抽吸操作期间，则按照预定的落差函数来对水泵-水轮机的导流叶片的开口量（开度）进行线性调节。

然而，从电力系统的观点看，上述传统发电厂在泵送操作期间仅能作为不可调节的负荷运行，以致不能通过调节来改进电力系统的电力供需平衡。

为此目的，新近提出了可变速泵系统，在这系统中，水泵-水轮机的旋转速度是可变的，以便与泵送运转期间的电力系统相对应。

例如，日本专利公开刊物1984年第203883号揭示了一种运行方法，在这方法中，如果当泵运转时从系统发出了一个减少系统泵功率输入的请求时，则仅在泵功率输入减少期间，在感应发电机-电动机的速度控制单元的速度控制之前，通过控制导流叶片的开口量（开度）使泵旋转速度下降且不产生振动或噪声。

此外，在日本已公开专利1985年第128886号中揭示了另一种运转方法，在该方法中，当泵运转时，如果从系统发出一个增加泵功率输入的请求时，仅在增加泵功率输入期间，在控制导流叶片打开以调节水流量之前，通过控制感应发电机-电机机的速度变化使泵旋转速度增加且不会产生振动或噪声。

然而，这两种已有的运转方法的主要目的在于泵的稳定运转并在泵可稳定运转的范围内改变泵的旋转速度来满足电力系统的请求。因为这样做不必要地延长了系统的总响应时间，所以不可能快速响应电力系统的快速波动变化。

为了解决这一问题，日本公开专利1988年第212774号提出了一种解决方案，揭示了一种控制变速泵送发电机以快速响应电力系统的波动的技术概念。

上述日本专利第212774号中提到的这种变速泵系统显示在附图17中，它包含：由频率变换器3和电动机2组成的变速驱动单元;由该变速驱动单元操作的变速泵4;和控制上述可变速驱动单元和泵4的控制系统。

这种已有技术的泵系统的控制系统设有旋转速度控制电路、电力控制电路和导流叶片控制电路。

旋转速度控制电路包括：最佳旋转速度函数发生器12，它接收来自外部的电力指令信号P_O和那时的静态落差H_ST（仅表示泵的上下蓄水池的水位差），然后根据这些输入计算出那时的最佳旋转速度N_OPT;一个加法器，它用来把函数发生器12的输出信号N_OPT实际旋转速度N进行比较并构成一个负反馈电路;和电力控制校正信号发生器16，它至少具有一个积分元件以消除输出信号N_OPT和实际旋转速度N之间的差值。因此该旋转速度控制电路输出校正信号ε。

电力控制电路包括：加法器19，用于将电力指令信号P_O和它的校正信号ε相加以获得复合信号P_O+ε;加法器20，它用于将该复合信号与实际功率输出P_M作比较并构成一负反馈电路;和电力控制器7，它至少设有一个积分元件以消除复合信号和实际功率输入P_M之间的差。因此，电动机2的功率输入P_M受频率变换器3的控制，该频率变换器3受到复合信号P_O+ε的作用以用于提供交流驱动电源。

导流叶片控制电路包括：最佳导流叶片开口量信号发生器13，它接收来自外部的负载指令信号P_O和静态差H_ST，然后计算出那时的导流叶片开口量的最佳值Y_OPT;加法电路21，它将信号发生器13的输出信号Y_OPT与导流叶片实际开口量Y相比较并构成一负反馈电路;和导流叶片控制器9，它通过设在控制器9中的积分元件来消除输出信号Y_OPT和导流叶片实际开口量之间的差值。