CN104410172A - 一种基于直流发电电动机的抽水蓄能系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于直流发电电动机的抽水蓄能系统，该系统包括：换流桥、交流电网、直流发电电动机；换流桥接入交流电网，并通过直流电缆连接直流发电电动机；其中，当进行抽水工况时，换流桥将交流电网的交流电整流为直流电，并通过直流电缆传输至直流发电电动机进行抽水；当进行发电工况时，利用直流发电电动机发电，并将发出的直流电传输至换流桥，换流桥将直流电逆变为交流电传输至交流电网。
Description
技术领域
本发明涉及水电领域，尤指一种基于直流发电电动机的抽水蓄能系统。
背景技术
抽水蓄能发电机/电动机组是一种双向可逆式水轮机组，在电网负荷过大时，为保障电能质量，采用发电工况，与传统常规水轮-发电机组功能一样，当夜间电网负荷小时，改为抽水，作为电动机，把下库的水抽至上库，转化为势能储备。
传统的抽水蓄能机组的单元接线是在发电机/发电机组出口装设GCB(generatorcircuit breaker)开关，即发电机出口断路器，用以同期并网和事故跳闸的功效。经主变压器升压后与系统并网运行，因GCB开关还兼做出口同期开关，加之一般容量较大，对此开关要求很高。一般它的造价都超高。在我国现有的开关很难满足其要求，一般依赖国外进口。
因此，在现有的抽水蓄能电厂中，发电机组运行在抽水工况下只能恒功率运行，负荷不可调整，使电网运行调度难度加大。
为了实现调速，在抽水蓄能中还会采用双馈感应电机技术，通过双向变频器进行控制，该技术具有灵活的运行方式，在抽水蓄能电动-发电机组的调速方面有着不定期下的优越性。但是双馈感应电机结构复杂，造价高，运行维护的量大，对于我国现在应用的抽水蓄能机组不适用。利用这种方案在电动机工况下，机组可调的余量相对较小，加之大功率变频器容量的限制，不可能做的很大。
发明内容
针对现有抽水蓄能电站中所存的不足，本发明采用直流发电机进行抽水蓄能，利用其优点省去发电机出口换流装置，利用直流电机实现了控制简单，变速调节便利等效果。
为实现上述目的，本发明提出了一种基于直流发电电动机的抽水蓄能系统，所述系统包括：换流桥、交流电网、直流发电电动机；所述换流桥接入交流电网，并通过直流电缆连接直流发电电动机；其中，当进行抽水工况时，所述换流桥将交流电网的交流电整流为直流电，并通过直流电缆传输至直流发电电动机进行抽水；当进行发电工况时，利用所述直流发电电动机发电，并将发出的直流电传输至换流桥，所述换流桥将直流电逆变为交流电传输至交流电网。
本发明提出的基于直流发电电动机的抽水蓄能系统利用直流发电机/电动机组，可省去机组出口换流桥、出口换相刀闸、GCB开关等器件，在实现抽水蓄能的同时可节省成本，并且使控制更加灵活方便，机组可调范围增大。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1为本发明一实施例的基于直流发电电动机的抽水蓄能系统结构示意图。
图2为本发明一具体实施例的抽水蓄能系统的电路结构示意图。
具体实施方式
以下配合图式及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。
图1为本发明一实施例的基于直流发电电动机的抽水蓄能系统结构示意图。如图1所示，该系统包括：换流桥1、交流电网2、直流发电电动机3；换流桥1接入交流电网2，并通过直流电缆连接直流发电电动机3；其中，
当进行抽水工况时，换流桥1将交流电网2的交流电整流为直流电，并通过直流电缆传输至直流发电电动机3进行抽水；
当进行发电工况时，利用直流发电电动机3发电，并将发出的直流电传输至换流桥1，换流桥1将直流电逆变为交流电传输至交流电网2。
上述系统可以替代传统意义上的GCB开关，实现抽水或发电工况的调整。
图2为本发明一具体实施例的抽水蓄能系统的电路结构示意图。如图2所示，换流桥1为电压源换流器，包括三相三桥臂电路；其中，
换流桥1的三桥臂的中点分别接入交流电网2，三桥臂的两端分别通过直流电缆连接直流发电电动机3。
在本实施例中，该系统包括：交流汇流母线4、换流电抗器5、交流滤波器6；其中，
换流桥1的三桥臂的中点接入交流汇流母线4；
换流电抗器5的一端连接交流汇流母线4，另一端接入交流电网2并连接交流滤波器6的一端，用于使电流的上升变的平滑，在一定程度上减少换流桥输出谐波分量；
交流滤波器6的另一端接地，用于滤除换流桥产生的谐波电流。
在本实施例中，该系统包括两根直流电缆；其中，
第一直流电缆7连接于换流桥1的三桥臂的一端及直流发电电动机3；
第二直流电缆8连接于换流桥1的三桥臂的另一端及直流发电电动机3。
在本实施例中，该系统包括四个直流侧电容，用于为直流电缆的传输提供稳定的直流电压，缓冲换流桥的桥臂在判断时刻产生的冲击电流，并且还能减少直流侧谐波分量；其中，
第一直流侧电容C1及第二直流侧电容C2串联，分别连接第一直流电缆7的一端及第二直流电缆8的一端，两个电容之间设置有一接地线；
第三直流侧电容C3及第四直流侧电容C4串联，分别连接第一直流电缆7的另一端及第二直流电缆8的另一端，两个电容之间设置有一接地线。
在本实施例中，当进行抽水工况或发电工况时，利用脉冲宽度调制技术控制第一换流桥或第二换流桥。
直流发电电动机3可采用大功率直流发电机/电动机组，出口经直流电缆与大功率整流/逆变桥相联，经变压器升压后与交流电网相联。因发电机引出线只有两根线(正电源线、负电源线)，从而取代了原交流系统的五相换相刀闸，保护配置按轻型输电系统进行配置，因变压器低压侧直流电经换流桥逆变为交流电，因而变压器保护仍按交流系统配置。
本发明提出的基于直流发电电动机的抽水蓄能系统利用直流发电机/电动机组，可省去机组出口换流桥、出口换相刀闸、GCB开关等器件，在实现抽水蓄能的同时可节省成本，并且使控制更加灵活方便，机组可调范围增大。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于直流发电电动机的抽水蓄能系统，其特征在于，所述系统包括：换流桥、交流电网、直流发电电动机；所述换流桥接入交流电网，并通过直流电缆连接直流发电电动机；其中，
当进行抽水工况时，所述换流桥将交流电网的交流电整流为直流电，并通过直流电缆传输至直流发电电动机进行抽水；
当进行发电工况时，利用所述直流发电电动机发电，并将发出的直流电传输至换流桥，所述换流桥将直流电逆变为交流电传输至交流电网。
2.根据权利要求1所述的基于直流发电电动机的抽水蓄能系统，其特征在于，所述换流桥为电压源换流器，包括三相三桥臂电路；其中，
所述换流桥的三桥臂的中点分别接入交流电网，三桥臂的两端分别通过直流电缆连接直流发电电动机。
3.根据权利要求2所述的基于直流发电电动机的抽水蓄能系统，其特征在于，所述系统包括：交流汇流母线、换流电抗器、交流滤波器；其中，
所述换流桥的三桥臂的中点接入交流汇流母线；
所述换流电抗器的一端连接交流汇流母线，另一端接入交流电网并连接交流滤波器的一端，用于使电流的上升变的平滑，在一定程度上减少换流桥输出谐波分量；
所述交流滤波器的另一端接地，用于滤除换流桥产生的谐波电流。
4.根据权利要求2所述的基于直流发电电动机的抽水蓄能系统，其特征在于，所述系统包括两根直流电缆；其中，
所述第一直流电缆连接于所述换流桥的三桥臂的一端及直流发电电动机；
所述第二直流电缆连接于所述换流桥的三桥臂的另一端及直流发电电动机。
5.根据权利要求4所述的基于直流发电电动机的抽水蓄能系统，其特征在于，所述系统包括四个直流侧电容，用于为直流电缆的传输提供稳定的直流电压，缓冲换流桥的桥臂在判断时刻产生的冲击电流，并且还能减少直流侧谐波分量；其中，
第一直流侧电容及第二直流侧电容串联，分别连接所述第一直流电缆的一端及第二直流电缆的一端，两个电容之间设置有一接地线；
第三直流侧电容及第四直流侧电容串联，分别连接所述第一直流电缆的另一端及第二直流电缆的另一端，两个电容之间设置有一接地线。
6.根据权利要求1所述的基于直流发电电动机的抽水蓄能系统，其特征在于，当进行抽水工况或发电工况时，利用脉冲宽度调制技术控制所述第一换流桥或第二换流桥。
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