CN112332723A - 一种抽水蓄能机组sfc启动时间预估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种抽水蓄能机组SFC启动时间预估方法，包括如下步骤：S1)在抽水蓄能机组空载额定转速N下，根据机组转速n、机组的水轮机损耗Ps、风阻损耗Pgm、轴承损耗Pzc、铁芯损耗PFe、机组转动惯量J，得到抗转矩TR；S2)根据抽水蓄能机组SFC的额定功率PSFC，计算得到启动过程中SFC的牵引转矩TSFC；S3)取计算间隔为1秒，从启动时间t＝0秒开始计算转速和抗转矩，直到t＝k+1秒；当转速nk+1大于额定转速N且nk小于额定转速N时，计算完毕，启动时间为k+1秒。本发明的优点为：所需参数少，计算准确度好，可通过编程或excel快速计算，能在电站建设初期计算SFC启动时间。

Description

一种抽水蓄能机组SFC启动时间预估方法
技术领域
本发明涉及发电机的控制与调节技术领域，具体涉及一种抽水蓄能机组SFC启动时间预估方法。
背景技术
利用静止变频启动装置(SFC)启动是大中型抽水蓄能机组优先采用的启动方式。
在抽水蓄能电站可行性研究阶段，当机组容量、转速、转动惯量、空载损耗等主要参数确定后，需要确定SFC容量。当SFC容量初步确定后，需要校验SFC启动时间是否能满足工程需要。
目前，SFC启动时间的研究大多在SFC装置及抽蓄机组所有参数都确定后，通过建立详细的机组、SFC动态模型，仿真计算得出机组的启动时间。这种计算方法虽然准确，但是需要的参数过多，无法在电站可行性研究阶段对SFC容量的初步选择提供依据，而SFC造价昂贵，且造价与容量相关度很高。因此研究一种能根据可研阶段机组参数计算出抽水蓄能机组SFC启动时间计算方法很有意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种所需参数少、准确度好的抽水蓄能机组SFC启动时间预估方法。为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
一种抽水蓄能机组SFC启动时间预估方法，包括如下步骤：
S1)在抽水蓄能机组空载额定转速N下，得到抗转矩TR为：
Figure BDA0002133643430000011
其中，Ps为机组的水轮机损耗，Pgm为风阻损耗，Pzc为轴承损耗，PFe为铁芯损耗，J为机组转动惯量，n为机组转速；
S2)根据抽水蓄能机组SFC的额定功率PSFC，计算得到启动过程中，SFC的牵引转矩TSFC为：
Figure BDA0002133643430000021
S3)取计算间隔为1秒，从启动时间t＝0秒开始计算如下：
t＝0秒时有：转速n0＝0，抗转矩TR0＝0；
t＝1秒时有：
转速n1：
Figure BDA0002133643430000022
抗转矩TR1为：
Figure BDA0002133643430000023
t＝2秒时有：
转速n2：
Figure BDA0002133643430000024
抗转矩TR2为：
Figure BDA0002133643430000025
t＝3秒时有：
转速n3：
Figure BDA0002133643430000026
抗转矩TR3为：
Figure BDA0002133643430000031
……
t＝k秒时有：
转速nk：
Figure BDA0002133643430000032
抗转矩TRk为：
Figure BDA0002133643430000033
t＝k+1秒时有：
转速nk+1：
Figure BDA0002133643430000034
当转速nk+1大于额定转速N且nk小于额定转速N时，则计算完毕，启动时间确定为k+1秒。
进一步地，所述轴承损耗Pzc包括机组推力轴承损耗、上导轴承损耗、下导轴承损耗和水导轴承损耗。
进一步地，所述铁芯损耗PFe包括发电机定子铁芯损耗和发电机转子铁芯损耗。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明一种抽水蓄能机组SFC启动时间预估方法，所需参数少，计算准确度好，可通过编程或excel快速计算预估，能在电站建设初期即预估出SFC启动时间。
附图说明
图1位某抽水蓄能机组实测的SFC启动过程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的实施例作进一步详细的描述。
一种抽水蓄能机组SFC启动时间预估方法，包括如下步骤：
S1)在抽水蓄能机组空载额定转速N(单位为r/min)下，得到抗转矩TR(单位为kN·m)为：
Figure BDA0002133643430000041
其中，Ps(单位为kW)为机组的水轮机损耗，Pgm(单位为kW)为风阻损耗，Pzc(单位为kW)为轴承损耗，PFe(单位为kW)为铁芯损耗，J(单位为t·m2)为机组转动惯量，n(单位为r/min)为机组转速；
S2)根据抽水蓄能机组SFC的额定功率PSFC(单位为kW)，计算得到启动过程中，SFC的牵引转矩TSFC(单位为kN·m)为：
Figure BDA0002133643430000042
S3)取计算间隔为1秒，从启动时间t＝0秒开始计算如下：
t＝0秒时有：转速n0＝0，抗转矩TR0＝0；
t＝1秒时有：
转速n1：
Figure BDA0002133643430000043
抗转矩TR1为：
Figure BDA0002133643430000044
t＝2秒时有：
转速n2：
Figure BDA0002133643430000045
抗转矩TR2为：
Figure BDA0002133643430000051
t＝3秒时有：
转速n3：
Figure BDA0002133643430000052
抗转矩TR3为：
Figure BDA0002133643430000053
……
t＝k秒时有：
转速nk：
Figure BDA0002133643430000054
抗转矩TRk为：
Figure BDA0002133643430000055
t＝k+1秒时有：
转速nk+1：
Figure BDA0002133643430000056
当转速nk+1大于额定转速N且nk小于额定转速N时，则计算完毕，启动时间确定为k+1秒。
所述轴承损耗Pzc包括机组推力轴承损耗、上导轴承损耗、下导轴承损耗和水导轴承损耗。
所述铁芯损耗PFe包括发电机定子铁芯损耗和发电机转子铁芯损耗。
以下通过抽水蓄能电站机组SFC启动时间的预估，验证本发明抽水蓄能机组SFC启动时间预估方法的可行性和效果。
S1)根据抽水蓄能机组空载额定转速333.3r/min，机组的水轮机损耗4000kW、风阻损耗1400kW、轴承损耗800kW、铁芯损耗800kW、机组转动惯量2250t·m2，得到机组转速为n(单位为r/min)时，抗转矩TR(单位为kN·m)如下：
Figure BDA0002133643430000061
S2)根据抽水蓄能机组SFC的额定功率为20000kW，计算得到启动过程中，SFC的牵引转矩TSFC(单位为kN·m)如下：
Figure BDA0002133643430000062
S3)取计算间隔为1秒，从启动时间t＝0秒开始计算如下：
t＝0秒时有：转速n0＝0，抗转矩TR0＝0；
t＝1秒时有：
转速n1：
Figure BDA0002133643430000063
抗转矩TR1为：
Figure BDA0002133643430000064
t＝2秒时有：
转速n2：
Figure BDA0002133643430000065
抗转矩TR2为：
Figure BDA0002133643430000071
t＝3秒时有：
转速n3：
Figure BDA0002133643430000072
抗转矩TR3为：
Figure BDA0002133643430000073
……
t＝161秒时有：
转速nk：
Figure BDA0002133643430000074
抗转矩TRk为：
Figure BDA0002133643430000075
t＝162秒时有：
转速nk+1：
Figure BDA0002133643430000076
t＝162秒时有：转速nk+1＝333.8(r/min)，nk+1大于额定转速333.3(r/min)，则计算完毕，确定启动时间为162秒。
图1为该抽水蓄能电站机组SFC启动时间的实测图，为在该机组生产车间内进行机组SFC启动试验的测量结果，2018年10月20日17时04分00秒，机组开始电动工况启动，至2018年10月20日17时06分34秒，机组达到额定转速，具备并网条件。整个启动过程历时154s。由此可见，本发明所预估的启动时间162s与实际相比，十分接近，可以作为工程设计、预判的依据。经分析，预估的启动时间比实际启动时间略长是因为所采用的各类损耗具有一定裕度，实际启动过程中的损耗稍小，从而产生的阻抗力矩稍小，启动过程稍快。
以上所述仅是本发明优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，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保护范围内。

Claims (3)

1.一种抽水蓄能机组SFC启动时间预估方法，其特征在于包括如下步骤：
S1)在抽水蓄能机组空载额定转速N下，得到抗转矩TR为：
Figure FDA0002133643420000011
其中，Ps为机组的水轮机损耗，Pgm为风阻损耗，Pzc为轴承损耗，PFe为铁芯损耗，J为机组转动惯量，n为机组转速；
S2)根据抽水蓄能机组SFC的额定功率PSFC，计算得到启动过程中，SFC的牵引转矩TSFC为：
Figure FDA0002133643420000012
S3)取计算间隔为1秒，从启动时间t＝0秒开始计算如下：
t＝0秒时有：转速n0＝0，抗转矩TR0＝0；
t＝1秒时有：
转速n1：
Figure FDA0002133643420000013
抗转矩TR1为：
Figure FDA0002133643420000014
t＝2秒时有：
转速n2：
Figure FDA0002133643420000015
抗转矩TR2为：
Figure FDA0002133643420000016
t＝3秒时有：
转速n3：
Figure FDA0002133643420000021
抗转矩TR3为：
Figure FDA0002133643420000022
……
t＝k秒时有：
转速nk：
Figure FDA0002133643420000023
抗转矩TRk为：
Figure FDA0002133643420000024
t＝k+1秒时有：
转速nk+1：
Figure FDA0002133643420000025
当转速nk+1大于额定转速N且nk小于额定转速N时，则计算完毕，启动时间确定为k+1秒。
2.根据权利要求1所述的一种抽水蓄能机组SFC启动时间预估方法，其特征在于：
所述轴承损耗Pzc包括机组推力轴承损耗、上导轴承损耗、下导轴承损耗和水导轴承损耗。
3.根据权利要求1所述的一种抽水蓄能机组SFC启动时间预估方法，其特征在于：所述铁芯损耗PFe包括发电机定子铁芯损耗和发电机转子铁芯损耗。
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