CN108590945B - 一种定水头调节抽蓄机组运行功率的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种定水头调节抽蓄机组运行功率的系统及方法。可变速抽蓄发电装置分别与高压缓冲池和低压水池连接，同时可变速抽蓄发电装置也与电网相连，势能转换装置的第一个液压缸分别与高压缓冲池和低压水池相连，第二个液压缸分别与高压水池和低压水池连接，可变速抽蓄发电装置也可通过阀门切换直接连至高压水池。可变速抽蓄发电装置机组转速根据其高压侧管道口压强调整，从而改变机组运行功率，势能转换装置活塞运动实现能量转换。本发明通过设置不同压强的各高压缓冲池和高压水池，使得抽蓄机组转速可以调整，从而有效地参与电力系统调频，势能转换装置实现能量转换，高压缓冲池容量较小，节约成本。

Description

一种定水头调节抽蓄机组运行功率的系统及方法
技术领域
本发明涉及电力储能技术领域，特别是涉及一种定水头调节抽蓄机组运行功率的系统及方法。
背景技术
伴随着社会发展水平的进步以及科学技术的不断发展,人们对再生能源发电的需求越发强烈,随着大量间歇性、随机性可再生能源发电的并网运行，以往自动频率控制手段显得力不从心，储能系统由于其输出外特性具有响应速度快、精确控制、双向调节的特点，能够快速、精确地控制功率输出，非常符合电网调频的需求，基于储能技术的电力平衡控制已成为电网运行与控制的迫切需求。
抽水蓄能是目前应用最为成熟的储能技术之一，抽蓄机组的输入功率与回转速度的三次幂成正比，即转速有一些变化时，输入功率会有很大幅度变化，通过速度调节可以实现功率大幅度地调整，但抽蓄机组水头固定，转速不能大范围变化，不利于电力系统调频。
因此希望有一种定水头调节抽蓄机组运行功率的系统及方法来解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种借助压缩空气改变水头调节抽蓄机组运行功率的系统及方法，以克服现有技术中抽水蓄能技术转速不能大范围变化，不利于电力系统调频的问题。
本发明提供一种定水头调节抽蓄机组运行功率的系统，其包括:势能转换装置A、可变速抽蓄发电装置B、低压水池C、高压水池D、高压缓冲池E、管道和阀门；
其中，所述势能转换装置A、所述可变速抽蓄发电装置B、所述低压水池C、所述高压水池D和所述高压缓冲池E之间通过所述管道进行连接；
所述可变速抽蓄发电装置B的一端通过可切换的阀门直接连接所述高压水池D或是所述高压缓冲池E，所述可变速抽蓄发电装置B的另一端直接连接所述低压水池C；同时，所述可变速抽蓄发电装置B与电网连接；
所述势能转换装置A由第一个液压缸和第二个液压缸组成，所述势能转换装置A的第一个液压缸的一端与所述高压缓冲池E连接，所述势能转换装置A的第一个液压缸的另一端与所述低压水池C相连；所述势能转换装置A的第二个液压缸的一端与所述高压水池D连接，所述势能转换装置A的第二个液压缸的另一端与所述低压水池C连接；势能转换装置A包括的两个液压缸的截面积不同且两个液压缸的面积比根据高压缓冲池E相对于所述低压水池C势能差和高压水池D相对于所述低压水池C势能差配置。
优选地，第一个液压缸中的活塞和第二个液压缸中的活塞通过活塞杆互相串连，所述活塞杆的末端与电机相连。
优选地，所述可变速抽蓄发电装置B为带变频调速装置的抽蓄发电机组，通过调节变频调速装置的频率，改变抽蓄发电机组的转速。
优选地，所述高压水池D和所述高压缓冲池E为与所述低压水池C具有一定落差的水池或山体，或所述高压水池D和所述高压缓冲池E为基于重物增压技术的活塞。
优选地，所述势能转换装置A与所述高压缓冲池E设置有若干组，不同组的所述高压缓冲池E压强固定且各不相同，每组所述势能转换装置A的两个液压缸的面积比根据该组的高压缓冲池E相对于所述低压水池C势能差和该组的高压水池D相对于所述低压水池C势能差配置。
一种应用上述定水头调节抽蓄机组运行功率的系统的功率调节方法，其包括：
当电网频率变化时，所述可变速抽蓄发电装置B根据电网频率偏离情况选择连接至所述高压水池D或连接至相应的所述高压缓冲池E；
所述可变速抽蓄发电装置B的抽蓄发电机组的转速根据其高压侧管道口压强调整，从而改变所述可变速抽蓄发电装置B的抽蓄发电机组的运行功率；
当所述可变速抽蓄发电装置B连接至所述高压缓冲池E时，控制单位时间内所述高压缓冲池E的进出水量一致，通过所述势能转换装置A的第一个液压缸中的活塞和第二个液压缸中的活塞的活塞运动，实现所述高压缓冲池E和所述低压水池C组成的势能源与所述高压水池D和所述低压水池C组成的势能源之间的能量转换。
本发明的有益效果为：
1.本发明可采用多组高压缓冲池和势能转换装置，可变速抽蓄发电装置可根据频率偏离情况选择直接连接至高压水池或连接至相应的高压缓冲池，高压水池和各高压缓冲池压强各不相同，使得抽蓄发电装置转速可以变化，从而可以有效地参与电力系统调频。
2.本发明采用势能转换装置，通过活塞运动实现高压缓冲池与低压水池构成的势能源与高压水池与低压水池构成的势能源间能量的转换，使得高压缓冲池容量较小，节约成本。
附图说明
图1为本发明的一种定水头调节抽蓄机组运行功率系统的结构示意图；
图2为本发明的一种定水头调节抽蓄机组运行功率系统的高压水池和高压缓冲池均采用基于重物增压技术的活塞的实现方案图。
图中标记：
A-势能转换装置，B-可变速抽蓄发电装置，C-低压水池，D-高压水池，E-高压缓冲池。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将结合本发明实施例中的附图1-2，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
图1为本发明一种定水头调节抽蓄机组运行功率的系统结构示意图。所述可变速抽蓄发电装置B的一端通过可切换的阀门直接连接所述高压水池D或是所述高压缓冲池E，所述可变速抽蓄发电装置B的另一端直接连接所述低压水池C，同时，所述可变速抽蓄发电装置B与电网连接；所述势能转换装置A的第一个液压缸的一端与所述高压缓冲池E连接，所述势能转换装置A的第一个液压缸的另一端与所述低压水池C相连，所述势能转换装置A的第二个液压缸的一端与所述高压水池D连接，所述势能转换装置A的第二个液压缸的另一端与所述低压水池C连接。
所述势能转换装置A与所述高压缓冲池E设置有若干组，所述势能转换装置A包括截面积不同的两个液压缸，第一个液压缸中的活塞和第二个液压缸中的活塞通过活塞杆互相串连，所述活塞杆的末端与电机相连，每组所述势能转换装置A的两个液压缸的面积比根据该组的高压缓冲池E相对于所述低压水池C势能差和该组的高压水池D相对于所述低压水池C势能差配置，不同组所述势能转换装置A两个液压缸面积比不同；所述可变速抽蓄发电装置B为带变频调速装置的抽蓄发电机组，抽蓄发电装置可以是可逆式水轮发电机组，或者采用水泵，或者同时采用水轮发电机组和水泵，或者采用液压马达，变速装置可以是变频器；所述高压水池D和所述高压缓冲池E为与所述低压水池C具有一定落差的水池或山体，或所述高压水池D和所述高压缓冲池E为基于重物增压技术的活塞。
图2为本发明一种定水头调节抽蓄机组运行功率的系统高压水池D及高压缓冲池E采用基于重物增压技术的活塞的实现方案图，图1中高压水池D和高压缓冲池E均采用与低压水池C具有一定落差的水池或山体的形式。
由流体力学，抽蓄发电装置的轴功率P与流量Q、水头H、效率η的关系为P＝9.81QHη，其中流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比，功率P与转速N的立方成正比，若效率一定，当要求压力H下降时，转速N可成比例的下降，而此时轴输出功率P成立方关系下降，即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系，通过速度调节可以实现功率调整。可变速抽蓄发电装置B可选择直接连接至高压水池D或连接至相应的高压缓冲池E，高压水池D和各高压缓冲池E压强各不相同，使得抽蓄机组转速可以变化，从而可以有效地参与电力系统调频。
系统功率调节方式为电网频率变化时，所述可变速抽蓄发电装置B根据电网频率偏离情况选择连接至所述高压水池D或连接至相应的所述高压缓冲池E，所述可变速抽蓄发电装置B的抽蓄发电机组的转速根据其高压侧管道口压强调整，从而改变所述可变速抽蓄发电装置B的抽蓄发电机组的运行功率；当所述可变速抽蓄发电装置B连接至所述高压缓冲池E时，控制单位时间内所述高压缓冲池E的进、出水量一致，通过所述势能装换装置B的第一个液压缸中的活塞和第二个液压缸中的活塞的活塞运动，实现所述高压缓冲池E和所述低压水池C组成的势能源与所述高压水池D和所述低压水池C组成的势能源之间的能量转换。
以上配置中，势能转换装置和高压缓冲池只有一组，但这仅仅是为说明本发明技术方案的一个示例，实际上，可以设置多组势能转换装置和高压缓冲池来实施本发明的技术方案。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种定水头调节抽蓄机组运行功率的系统，其特征在于包括:势能转换装置、可变速抽蓄发电装置、低压水池、高压水池、高压缓冲池、管道和阀门；
其中，所述势能转换装置、所述可变速抽蓄发电装置、所述低压水池、所述高压水池和所述高压缓冲池之间通过所述管道进行连接；
所述可变速抽蓄发电装置的一端通过可切换的阀门直接连接所述高压水池或是所述高压缓冲池，所述可变速抽蓄发电装置的另一端直接连接所述低压水池；同时，所述可变速抽蓄发电装置与电网连接；
所述势能转换装置由第一个液压缸和第二个液压缸组成，所述势能转换装置的第一个液压缸的一端与所述高压缓冲池连接，所述势能转换装置的第一个液压缸的另一端与所述低压水池相连；所述势能转换装置的第二个液压缸的一端与所述高压水池连接，所述势能转换装置的第二个液压缸的另一端与所述低压水池连接；
势能转换装置包括的两个液压缸的截面积不同且两个液压缸的面积比根据高压缓冲池相对于所述低压水池势能差和高压水池相对于所述低压水池势能差配置。
2.根据权利要求1所述的定水头调节抽蓄机组运行功率的系统，其特征在于：第一个液压缸中的活塞和第二个液压缸中的活塞通过活塞杆互相串连，所述活塞杆的末端与电机相连。
3.根据权利要求1所述的定水头调节抽蓄机组运行功率的系统，其特征在于：所述可变速抽蓄发电装置为带变频调速装置的抽蓄发电机组，通过调节变频调速装置的频率，改变抽蓄发电机组的转速。
4.根据权利要求1所述的定水头调节抽蓄机组运行功率的系统，其特征在于：所述高压水池和所述高压缓冲池为与所述低压水池具有一定落差的水池或山体，或所述高压水池和所述高压缓冲池为基于重物增压技术的活塞。
5.根据权利要求1所述的定水头调节抽蓄机组运行功率的系统，其特征在于：所述势能转换装置与所述高压缓冲池设置有若干组，不同组的所述高压缓冲池压强固定且各不相同，每组所述势能转换装置的两个液压缸的面积比根据该组的高压缓冲池相对于所述低压水池势能差和该组的高压水池相对于所述低压水池势能差配置。
6.一种应用上述权利要求1-5之一的所述定水头调节抽蓄机组运行功率的系统的功率调节方法，其特征在于包括：
当电网频率变化时，所述可变速抽蓄发电装置根据电网频率偏离情况选择连接至所述高压水池或连接至相应的所述高压缓冲池；
所述可变速抽蓄发电装置的抽蓄发电机组的转速根据其高压侧管道口压强调整，从而改变所述可变速抽水蓄能装置的抽蓄发电机组的运行功率；
当所述可变速抽蓄发电装置连接至所述高压缓冲池时，控制单位时间内所述高压缓冲池的进出水量一致，通过所述势能转换装置的第一个液压缸中的活塞和第二个液压缸中的活塞的活塞运动，实现所述高压缓冲池和所述低压水池组成的势能源与所述高压水池和所述低压水池组成的势能源之间的能量转换。
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