CN101139971A - 小水电水情运行系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小水电水情运行系统。包括前池水情测量、水轮机控制。方法是系统测量前池入水流量减少或水位降低，达到事先设定的数值时，调减其中一台或几台水轮机工作流量，或关闭其中一台或几台水轮机，将前池水位保持在一个较高的水平；系统测量前池入水流量增加或水位升高，达到事先设定的数值时，调增其中一台或几台水轮机工作流量，或另外启动一台或几台水轮机，避免溢水。从而减轻了人员劳动强度，减少水头损失，提高净水头，有效增加同样水量的发电量。

Description

小水电水情运行系统

技术领域

本发明涉及自动控制领域，尤其涉及小水电水情运行领域。

背景技术

水力发电是利用水的势能转换为电能的一种发电方式。水电站利用拦水坝、引水渠等建筑物集中天然水流的落差形成水头，汇集、调节天然水流的流量，并将它输向水轮机，经水轮机与发电机的联合运转，将集中的水能转换为电能，再经变压器、开关站和输电线路等将电能输入电网。水电站上游引水进口断面和下游尾水出口断面之间的水位差值称为水电站的毛水头，从毛水头中扣除引水系统各项水头损失后，即得水电站的净水头。水电站的进水口拦污栅锈蚀和堵塞严重、水流通过引水渠与管道的摩擦等都会造成水头的损失。小水电，尤其是径流式小水电，受自然地形、投资情况等限制，一般没有库容，只有一个较小的前池，水由拦水坝从径流处截流通过引水渠注入前池，并通过压力管道引入到站房。如果前池水位较低，则由引水渠注入前池就会存在较大的落差，引水渠出口处水的势能将转化为冲进前池的动能，在与前池底部、前池水的碰撞、摩擦过程中转变为热能，这部分势能不能够得到充分的利用，造成额外的水头损失。

传统上，小水电一般依靠运行人员值班，观察水情，控制发电机组启停。由于人工限制，对引水渠到前池的水头损失重视程度较低，存在控制精度不够，水轮机组未能处于最佳工作状态，弃水浪费、机组低效率运行等情况。目前国内外尚没有很好的解决办法。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种自动化控制技术，根据小水电站前池水位的高低，启停并调节发电机组，从而改进小水电运行模式。

由于小水电的水情受降雨、地形等的因素制约，导致小水电的可发电功率会随时改变。小水电设计功率是尽量满足一年最大可能负荷，这样就导致了大部分时间水流量是不足以让机组满负荷持续发电的，或者说一般情况下，小水电满负荷发电需要的水量是超过水源的水量的。如果水轮机的工作水流量超过电站前池入水流量，则前池水位会下降；反之前池水位就会上升。对于水力发电，同样的水量，损失的水头越少，所做的功越多，发电量也就越大。因此，通过适当调节水轮机工作水流量，使得电站前池水位稳定在较高的水平，就能够减少引水渠到前池的水头损失，取得较高的发电效益。

通过水电站水轮机的调速机构——例如轴流式水轮机的开度、斜击式水轮机的针阀——调节水轮机的入水流量，可以调整水轮机的出力，进而调整水轮发电机的转速和功率。在发电机未并网发电时，入水流量增加，则水轮机的出力增加，发电机转速上升；入水流量减少，则水轮机的出力减少，发电机转速下降。在发电机并网运行的时候，入水流量增加，则水轮发电机的发电功率增加；入水流量减少，则水轮发电机的发电功率减少。

本发明所说的“水情运行”就是指：根据前池的水情，以及预先的设定，进行伺服控制，合理调节水轮机运行，从而减少水头损失，提高净水头，增加同样水量的发电量。

当系统测量前池入水流量减少或水位降低，达到事先设定的数值时，则调减其中一台或几台水轮机工作流量，以减少总的工作流量，将前池水位保持在一个较高的水平；当系统测量前池入水流量增加或前池水位升高，达到事先设定的数值时，则调增其中一台或几台水轮机工作流量，以增加总的工作水流量，避免溢水。

当进一步调减水轮机工作流量，水轮发电机工作效率低于事先设定的数值时，导致低效率运行，则关闭其中一台或几台水轮机；当进一步调增水轮机工作流量，水轮发电机功率大于额定功率，此时存在过载现象，则启动另外一台或几台水轮机。

需要说明的是，本发明的小水电水情运行系统仅是整个小水电运行系统的一部分，不可能把该系统从整个系统割裂出来。

有益效果

与现有技术相比，采用本技术方案，根据水情进行侍服控制，有效地提高小水电发电效率，减轻工作人员劳动强度，增强小水电安全性，改善小水电电能质量，最大化地实现对绿色可再生能源的利用，有力地支持了工农业生产与生活对电能的需求。

附图说明

图1是系统流程图。

具体实施例

实施例1：某一小水电站，发电机有二台分别为250kw、320kw，装机容量共为570kw，前池溢出水位为3米，落差90米。

在夏季暴雨过后，系统开始检测到前池的水位增加，高于设定值(2.7米)时，此时前池入水功率较大，待前池水满时，为了避免水浪费，则启动320kw发电机，如果系统检测到水位还是上升，则适当增加该台水轮机的工作流量；当320kw发电机的功率大于额定功率时，系统启动另外一台250kw发电机，并可根据检测到的水位上升情况调增250kw水轮机的工作流量，以避免发生水流溢出。

随着时间的推迟，径流水逐渐减少，系统检测到前池的水位开始下降，根据事前的设定适当逐步减少水轮机工作流量，则250KW发电机功率逐渐减至100KW，水位回复至高水位；随着径流水进一步减少，系统检测到前池的水位进一步下降，250KW的发电机功率进一步逐渐减至50KW，按照事前的设定，控制系统判断发电机处于低效率运行阶段，则关闭250KW发电机，以保持前池水位。

如发电机组处于检修状态，两台发电机只有一台可用，可根据具体设定数值直接启动该台发电机运行，进行伺候服务并适当调节水轮机工作流量使得前池水位保持在较高的水平。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种小水电水情运行系统，包括前池水情测量、水轮机控制，方法如下：

(1)当系统测量前池入水流量减少或水位降低，达到事先设定的数值时，调减其中一台或儿台水轮机工作流量，或关闭其中一台或几台水轮机，将前池水位保持在一个较高的水平；

(2)当系统测量前池入水流量增加或水位升高，达到事先设定的数值时，调增其中一台或儿台水轮机工作流量，或启动另外一台或几台水轮机，以避免溢水。

2.根据权利要求1所述的一种小水电水情运行系统，其特征在于：

(1)当进一步调减水轮机工作流量，水轮发电机工作效率低于事先设定的数值时，则关闭其中一台或几台水轮发电机；

(2)当进一步调增水轮机工作流量，水轮发电机功率将高于额定功率时，则启动另外一台或几台水轮发电机。

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