CN113738566B - 一种基于抽水蓄能电站的过速保护与流量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于抽水蓄能电站的过速保护与流量控制方法，该方法整体采用流量控制系统，所述流量控制系统包括航道分析模块、过速分析模块和抽水蓄电模块，所述航道分析模块用于观测抽水蓄能电站航道的通行船只，所述过速分析模块用于检测水轮机转速过快的异常升温情况，所述抽水蓄电模块用于通过水泵水轮机组从下游水库抽水到上游水库，以位能形式蓄存能量，所述航道分析模块包括图像收集模块、数据集比对模块和距离分析模块，所述过速分析模块包括温度检测模块和温差分析模块，所述抽水蓄电模块包括水轮机负荷模块和电力分配模块，所述温差分析模块与电力分配模块电连接；本发明，具有根据船只数量调节水电站抽水量的特点。

Description

一种基于抽水蓄能电站的过速保护与流量控制方法

技术领域

本发明涉及抽水蓄能技术领域，具体为一种基于抽水蓄能电站的过速保护与流量控制方法。

背景技术

抽水蓄能电站在电力系统负荷低于基本负荷时，电站的水泵水轮机可用作水泵，利用多余发电能力，从下游水库抽水到上游水库，以位能形式蓄存能量；在系统负荷高于基本负荷时，可用作水轮机，发出电力以调节高峰负荷。因此，纯抽水蓄能电站并不能增加电力系统的电量，但可以改善火力发电机组的运行经济性，提高电力系统的总效率，使得抽水蓄能机组在世界各国受到普遍重视并获得迅速发展。

但是在下游水库抽水时导致水位快速降低，下游航段由库区向自然航段转换时，通航环境渐趋复杂、回水末端航道变窄、水势流态渐趋紊乱、浅滩增多，水位下降时，船舶未充分掌握水位变动信息，未及时调整缆绳、锚链、跳板等诱发船舶缆绳断裂失控漂移、船舶走锚等事故，或者船员原先熟悉的两岸参照物发生变化，当船员对各水位的参照物不熟，或者对岸形、礁石疏于注意时，极易造成船舶触礁以及触岸险情。因此，设计根据下游航道船只控制抽水蓄能电站抽水流量的一种基于抽水蓄能电站的过速保护与流量控制方法是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于抽水蓄能电站的过速保护与流量控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于抽水蓄能电站的过速保护与流量控制方法，该方法整体采用流量控制系统，所述流量控制系统包括航道分析模块、过速分析模块和抽水蓄电模块，所述航道分析模块用于观测抽水蓄能电站航道的通行船只，所述过速分析模块用于检测水轮机转速过快的异常升温情况，所述抽水蓄电模块用于通过水泵水轮机组从下游水库抽水到上游水库，以位能形式蓄存能量。

根据上述技术方案，所述航道分析模块包括图像收集模块、数据集比对模块和距离分析模块，所述过速分析模块包括温度检测模块和温差分析模块，所述抽水蓄电模块包括水轮机负荷模块和电力分配模块，所述温差分析模块与电力分配模块电连接；

所述图像收集模块用于采集航道信息，所述数据集比对模块用于识别航道上的船只，所述数据集比对模块用于比对图像信息，识别图像中的通航船只，所述距离分析模块用于计算水库下游各通航船只与水电站距离，所述温度检测模块用于检测水泵水轮机负荷转动时的电机温度，所述温差分析模块用于判断电机的升温情况，所述水轮机负荷模块用于通过水泵水轮机从下游水库抽水到上游水库，所述电力分配模块用于根据水轮机的温度情况调节转速负荷达到对水轮机过速保护的效果。

根据上述技术方案，所述流量控制系统的具体工作过程包括以下步骤：

S1、图像收集模块收集下游船舶在河道航行时的图像信息，数据集比对模块识别图像中的船只信息并统计船只数量N，距离分析模块计算下游各通航船只与水电站距离D；

S2、抽水蓄电模块根据航道分析模块的计算结果，计算水轮机组所需要的总抽水电力负荷Y；

S3、温度检测模块检测各水轮机的电机转动温度t，温差分析模块分析分析各水轮机的升温情况T；

S4、在满足抽水流量的总功耗为Y的情况下，电力分配模块根据各水轮机的升温情况调节各水轮机的单机工作电流I。

根据上述技术方案，上述步骤S1中航道分析模块的具体工作过程包括以下步骤：

S1-1、图像收集模块安装于下游河道两岸，收集河道通航的船舶信息；

S1-2、数据集比对模块存储船只图像，数据集比对模块将图像中的船只信息与存储信息进行比对，识别河道通航的船舶，并统计船只数量N；

S1-3、距离分析模块分析河道通航图像中每一个船舶与下水库的距离D_i，其中i＝1,2,3,……,N。

根据上述技术方案，所述河道分析模块根据船舶数量和距离计算河道的船舶冗余度W，具体为：其中/>为各航运船只与下水库的平均距离。

根据上述技术方案，上述步骤S2中抽水蓄电模块的具体工作过程包括以下步骤：

S2-1、在电力系统负荷低于基本负荷时，抽水蓄能电站根据多余发电能力，水轮机组以功率Y₀从下游水库抽水到上游水库；

S2-2、抽水蓄电模块根据下游河道船舶冗余度调节水轮机组的总工作功率Y，具体为：

其中W为河道船舶的冗余程度，μ为负荷系数，与通过船舶冗余度调节水轮机组工作功率有关。

根据上述技术方案，上述步骤S3中过速分析模块的具体工作工程包括以下步骤：

S3-1、在水泵水轮机抽水时，温度检测模块检测各水轮机的电机工作温度t_i，i＝1,2,3,……,n，其中n为水轮机的工作数量；

S3-2、温差分析模块统计水轮机工作时的环境温度K，并计算电机的工作温度与环境温度的差值T_i＝t_i-K。

根据上述技术方案，上述步骤S4中电力分配模块的具体工作过程包括以下步骤：

S4-1、各水轮机负荷模块以初始电流I₀进行抽水蓄能工作，I₀需满足条件：其中R为水轮机负荷模块的负载电阻；

S4-2、温差分析模块判断电机是否升温过高，当差值T_i大于系统预设值T₀时，温差分析模块该电机是否升温过高，需要以低功率模式运行，当差值T_i小于系统预设值T₀时，温差分析模块该电机温度正常，需要以高功率模式运行弥补抽水量的不足；

S4-3、电力分配模块根据温差分析模块的结果调节各水轮机负荷模块的单机工作电流I。

根据上述技术方案，所述电力分配模块调节各水轮机负荷模块的单机工作电流I，具体为：

其中I_max为水轮机的最大工作电流，k₁，k₂均为流量系数，与根据温差计算水轮机工作电流有关，k₁，k₂需满足

根据上述技术方案，所述抽水蓄电模块包括手动控制单元，所述手动控制单元用于手动调节水轮机的抽水量。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明根据下水库至自然水道转换处的船只数量调节抽水蓄能的速度，使得船舶有较多的反应时间，避免水位下降过快给船只带来的风险，并根据水轮机的温度对水轮机进行过速保护，在满足流量需求下延长水轮机的使用寿命。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的系统模块示意图。

具体实施方式

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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

请参阅图1，本发明提供技术方案：一种基于抽水蓄能电站的过速保护与流量控制方法，该方法整体采用流量控制系统，流量控制系统包括航道分析模块、过速分析模块和抽水蓄电模块，航道分析模块用于观测抽水蓄能电站航道的通行船只，过速分析模块用于检测水轮机转速过快的异常升温情况，抽水蓄电模块用于通过水泵水轮机组从下游水库抽水到上游水库，以位能形式蓄存能量；

航道分析模块包括图像收集模块、数据集比对模块和距离分析模块，过速分析模块包括温度检测模块和温差分析模块，抽水蓄电模块包括水轮机负荷模块和电力分配模块，温差分析模块与电力分配模块电连接；

图像收集模块用于采集航道信息，数据集比对模块用于识别航道上的船只，数据集比对模块用于比对图像信息，识别图像中的通航船只，距离分析模块用于计算水库下游各通航船只与水电站距离，温度检测模块用于检测水泵水轮机负荷转动时的电机温度，温差分析模块用于判断电机的升温情况，水轮机负荷模块用于通过水泵水轮机从下游水库抽水到上游水库，电力分配模块用于根据水轮机的温度情况调节转速负荷达到对水轮机过速保护的效果；

流量控制系统的具体工作过程包括以下步骤：

S1、图像收集模块收集下游船舶在河道航行时的图像信息，数据集比对模块识别图像中的船只信息并统计船只数量N，距离分析模块计算下游各通航船只与水电站距离D，通过计算船只数量与船舶和下水库的距离分析抽水量对航行船只的影响；

S2、抽水蓄电模块根据航道分析模块的计算结果，计算水轮机组所需要的总抽水电力负荷Y，当船只数量越多距离越近，抽水量应越小，避免抽水量过大导致水位下降太快导致船舶未充分掌握水位变动信息，未及时调整船舶发声船舶走锚、触礁等事故；

S3、温度检测模块检测各水轮机的电机转动温度t，温差分析模块分析分析各水轮机的升温情况T，根据水轮机的升温情况分析水轮机是否转速过快，从而对转速过快的水轮机进行保护；

S4、在满足抽水流量的总功耗为Y的情况下，电力分配模块根据各水轮机的升温情况调节各水轮机的单机工作电流I，在满足总抽水量不变的情况下，调节各水轮机的工作电流，对转速过快的水轮机进行保护；

上述步骤S1中航道分析模块的具体工作过程包括以下步骤：

S1-1、图像收集模块安装于下游河道两岸，收集河道通航的船舶信息；

S1-2、数据集比对模块存储船只图像，数据集比对模块将图像中的船只信息与存储信息进行比对，识别河道通航的船舶，并统计船只数量N；

S1-3、距离分析模块分析河道通航图像中每一个船舶与下水库的距离D_i，其中i＝1,2,3,……,N；

河道分析模块根据船舶数量和距离计算河道的船舶冗余度W，具体为：其中/>为各航运船只与下水库的平均距离，通过计算船只数量与船舶和下水库的距离分析抽水量对航行船只的影响；

上述步骤S2中抽水蓄电模块的具体工作过程包括以下步骤：

S2-1、在电力系统负荷低于基本负荷时，抽水蓄能电站根据多余发电能力，水轮机组以功率Y₀从下游水库抽水到上游水库；

S2-2、抽水蓄电模块根据下游河道船舶冗余度调节水轮机组的总工作功率Y，具体为：

其中W为河道船舶的冗余程度，μ为负荷系数，与通过船舶冗余度调节水轮机组工作功率有关，当船只数量越多距离越近，抽水量应越小，避免抽水量过大导致水位下降太快导致船舶未充分掌握水位变动信息，未及时调整船舶发声船舶走锚、触礁等事故；

上述步骤S3中过速分析模块的具体工作工程包括以下步骤：

S3-1、在水泵水轮机抽水时，温度检测模块检测各水轮机的电机工作温度t_i，i＝1,2,3,……,n，其中n为水轮机的工作数量；

S3-2、温差分析模块统计水轮机工作时的环境温度K，并计算电机的工作温度与环境温度的差值T_i＝t_i-K，根据水轮机的升温情况分析水轮机是否转速过快，从而对转速过快的水轮机进行保护；

上述步骤S4中电力分配模块的具体工作过程包括以下步骤：

S4-1、各水轮机负荷模块以初始电流I₀进行抽水蓄能工作，I₀需满足条件：其中R为水轮机负荷模块的负载电阻；

S4-2、温差分析模块判断电机是否升温过高，当差值T_i大于系统预设值T₀时，温差分析模块该电机是否升温过高，需要以低功率模式运行，当差值T_i小于系统预设值T₀时，温差分析模块该电机温度正常，需要以高功率模式运行弥补抽水量的不足；

S4-3、电力分配模块根据温差分析模块的结果调节各水轮机负荷模块的单机工作电流I；

电力分配模块调节各水轮机负荷模块的单机工作电流I，具体为：

其中I_max为水轮机的最大工作电流，k₁，k₂均为流量系数，与根据温差计算水轮机工作电流有关，k₁，k₂需满足在满足总抽水量不变的情况下，调节各水轮机的工作电流，对转速过快的水轮机进行保护；

抽水蓄电模块包括手动控制单元，手动控制单元用于手动调节水轮机的抽水量。

实施例1：图像收集模块安装于下游河道两岸，收集河道通航的船舶信息，数据集比对模块识别河道通航的船舶，并统计出此时船只数量N＝10，距离分析模块分析河道船舶与下水库的平均距离河道分析模块根据船舶数量和距离计算河道的船舶冗余度W＝0.02，设水轮机组以功率Y₀＝100千瓦从下游水库抽水到上游水库；抽水蓄电模块根据下游河道船舶冗余度调节水轮机组的总工作功率Y＝92.33千瓦，该水轮机组共有n＝10个水轮机进行抽水工作，温差分析模块统计水轮机工作时的环境温度K＝30℃，此时水轮机一与环境温度差值T₁＝30℃，大于T₀＝20℃，水轮机一以初始电流I₀＝10A进行抽水工作，电力分配模块调节各水轮机一负荷模块的单机工作电流I＝7.37A，此时水轮机二与环境温度差值T₁＝10℃，低于T₀＝20℃，电力分配模块调节各水轮机二负荷模块的单机工作电流I＝11.21A，在满足总抽水量不变的情况下，调节各水轮机的工作电流，对转速过快的水轮机进行保护。

实施例2：此时河道通行船只数量N＝100，距离分析模块分析河道船舶与下水库的平均距离河道分析模块根据船舶数量和距离计算河道的船舶冗余度W＝0.2，此时河道船只过多，如果继续保持额定流量进行抽水工作会使得船只无法及时调整在下降水面位置从未发生触礁等危险，因此抽水蓄电模块根据下游河道船舶冗余度将水轮机组的总工作功率Y＝64.97千瓦。

实施例3：图像收集模块安装于下游河道两岸，收集河道通航的船舶信息，数据集比对模块识别河道通航的船舶，并统计出此时船只数量N＝0，河道分析模块根据船舶数量和距离计算河道的船舶冗余度W＝0，即此时水道无船只经过，水轮机组以额定功率Y₀＝100千瓦从下游水库抽水到上游水库，温差分析模块统计水轮机工作时的环境温度K＝30℃，此时水轮机一与环境温度差值T₁＝40℃，大于T₀＝20℃，水轮机一以初始电流I₀＝10A进行抽水工作，电力分配模块调节各水轮机一负荷模块的单机工作电流I＝6.43A，此时水轮机二与环境温度差值T₁＝1℃，低于T₀＝20℃，电力分配模块调节各水轮机二负荷模块的单机工作电流I＝14.81A，在满足总抽水量不变的情况下，调节各水轮机的工作电流，对转速过快的水轮机进行保护。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于抽水蓄能电站的过速保护与流量控制方法，其特征在于：该方法整体采用流量控制系统，所述流量控制系统包括航道分析模块、过速分析模块和抽水蓄电模块，所述航道分析模块用于观测抽水蓄能电站航道的通行船只，所述过速分析模块用于检测水轮机转速过快的异常升温情况，所述抽水蓄电模块用于通过水泵水轮机组从下游水库抽水到上游水库，以位能形式蓄存能量；

所述航道分析模块包括图像收集模块、数据集比对模块和距离分析模块，所述过速分析模块包括温度检测模块和温差分析模块，所述抽水蓄电模块包括水轮机负荷模块和电力分配模块，所述温差分析模块与电力分配模块电连接；

所述图像收集模块用于采集航道信息，所述数据集比对模块用于识别航道上的船只，所述数据集比对模块用于比对图像信息，识别图像中的通航船只，所述距离分析模块用于计算水库下游各通航船只与水电站距离，所述温度检测模块用于检测水泵水轮机负荷转动时的电机温度，所述温差分析模块用于判断电机的升温情况，所述水轮机负荷模块用于通过水泵水轮机从下游水库抽水到上游水库，所述电力分配模块用于根据水轮机的温度情况调节转速负荷达到对水轮机过速保护的效果；

所述流量控制系统的具体工作过程包括以下步骤：

S1、图像收集模块收集下游船舶在河道航行时的图像信息，数据集比对模块识别图像中的船只信息并统计船只数量N，距离分析模块计算下游各通航船只与水电站距离D；

S2、抽水蓄电模块根据航道分析模块的计算结果，计算水轮机组所需要的总抽水电力负荷Y；

S3、温度检测模块检测各水轮机的电机转动温度t，温差分析模块分析分析各水轮机的升温情况T；

S4、在满足抽水流量的总功耗为Y的情况下，电力分配模块根据各水轮机的升温情况调节各水轮机的单机工作电流I；

上述步骤S1中航道分析模块的具体工作过程包括以下步骤：

S1-1、图像收集模块安装于下游河道两岸，收集河道通航的船舶信息；

S1-2、数据集比对模块存储船只图像，数据集比对模块将图像中的船只信息与存储信息进行比对，识别河道通航的船舶，并统计船只数量N；

S1-3、距离分析模块分析河道通航图像中每一个船舶与下水库的距离D_i，其中i＝1，2，3，......，N；

所述河道分析模块根据船舶数量和距离计算河道的船舶冗余度W，具体为：其中/>为各航运船只与下水库的平均距离；

上述步骤S2中抽水蓄电模块的具体工作过程包括以下步骤：

S2-1、在电力系统负荷低于基本负荷时，抽水蓄能电站根据多余发电能力，水轮机组以功率Y₀从下游水库抽水到上游水库；

S2-2、抽水蓄电模块根据下游河道船舶冗余度调节水轮机组的总工作功率Y，具体为：

其中W为河道船舶的冗余程度，μ为负荷系数，与通过船舶冗余度调节水轮机组工作功率有关；

上述步骤S3中过速分析模块的具体工作工程包括以下步骤：

S3-1、在水泵水轮机抽水时，温度检测模块检测各水轮机的电机工作温度t_i，i＝1，2，3，......，n，其中n为水轮机的工作数量；

S3-2、温差分析模块统计水轮机工作时的环境温度K，并计算电机的工作温度与环境温度的差值T_i＝t_i-K；

上述步骤S4中电力分配模块的具体工作过程包括以下步骤：

S4-1、各水轮机负荷模块以初始电流I₀进行抽水蓄能工作，I₀需满足条件：其中R为水轮机负荷模块的负载电阻；

S4-2、温差分析模块判断电机是否升温过高，当差值T_i大于系统预设值T₀时，温差分析模块该电机是否升温过高，需要以低功率模式运行，当差值T_i小于系统预设值T₀时，温差分析模块该电机温度正常，需要以高功率模式运行弥补抽水量的不足；

S4-3、电力分配模块根据温差分析模块的结果调节各水轮机负荷模块的单机工作电流I；

所述电力分配模块调节各水轮机负荷模块的单机工作电流I，具体为：

其中I_max为水轮机的最大工作电流，k₁，k₂均为流量系数，与根据温差计算水轮机工作电流有关，k₁，k₂需满足

所述抽水蓄电模块包括手动控制单元，所述手动控制单元用于手动调节水轮机的抽水量。