CN202756165U - 一种水轮机组变速运行系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种水轮机组变速运行系统，包括水轮机调速器，用于根据运行条件控制水轮机的最优转速，所述运行条件包括工作水头、出力和流量参数；水轮机，用于将水能转换成机械能并驱动水轮发电机；水轮发电机，用于将水轮机输出的机械能转换为电能；第一变压器，用于将水轮发电机输出的交流电进行升压；整流模块，用于将变压器输出的交流电整流成直流；直流-交流逆变器，用于将整流模块输出的直流电转换为工频交流电。水轮机组正常工作时其转速根据水头、流量、出力等参数进行调整，使水轮机组的能量转换效率在所处工况达到最高。本实用新型可以提高水轮发电机组的运行效率，改善水轮机的运行工况，节约耗水量，并提高输电及用电效率。

Description

一种水轮机组变速运行系统
技术领域
本实用新型涉及电力系统的水轮机组运行系统，更具体涉及一种水轮机组变速运行系统。
背景技术
当前的水轮发电机绝大多数均为同步发动机，受交流电网频率固定的限制使得水轮发电机组的工作转速为固定值，但是由于水轮机在正常工作时，其水头、出力以及流量等参数往往偏离水轮机的设计参数，使得水轮机的能量转换效率比较低，进而使水轮机的工作条件恶化，引起振动、空化等一系列问题，也影响了水电厂的经济性。
实用新型内容
鉴于上述现有技术的现状和存在的问题，本实用新型的目的在于，提供一种水轮机组变速运行方法及系统，通过水轮机组工作转速的调整，使水轮机在当前工况下的工作效率达到最高，以改善水轮机的工作条件并提高水电厂的经济性。本实用新型还可以兼容交直流电网及用电设备，具体技术方案如下。
一种水轮机组变速运行系统，包括：
水轮机调速器，用于根据运行条件控制水轮机的最优转速，所述运行条件包括工作水头、出力和流量参数；
水轮机，用于将水能转换成机械能并驱动水轮发电机；
水轮发电机，用于将水轮机输出的机械能转换为电能；
第一变压器，用于将水轮发电机输出的交流电进行升压；
整流模块，用于将变压器输出的交流电整流成直流；
直流-交流逆变器，用于将整流模块输出的直流电转换为工频交流电。
进一步优化的，还包括交流电网，用于将直流-交流逆变器输出的交流电输送到用户端。
进一步优化的，还包括第二变压器，用于将交流电网输送的交流电进行电压级别的转换。
进一步优化的，还包括直流电网，用于将整流模块输出的直流电输送到用户端。
进一步优化的，还包括直流-直流转换模块，用于将直流电网输送的直流电进行直流-直流转换，调整直流电压供直流用户使用。
进一步优化的，还包括直流-交流转换模块，用于将直流电网输送的直流电进行直流-交流转换，供交流用户使用。
进一步优化的，所述水轮机调速器内部存储有多种工作水头、流量以及出力参数所对应的最优工作转速或最优工作转速分组，用于根据运行工况控制水轮机的转速。
上述一种水轮机组变速运行系统的运行方法，具体是：水轮机组在正常工作时，其转速随工作水头、出力和流量参数调整，使水轮机的能量转换效率达到最高，水轮机的最优工作转速由水轮机调速器进行调节；水轮发电机输出的交流电经变压、整流后变成直流电；所述直流电经过逆变器转换成工频交流电输送到电网，供用户使用；或所述直流电直接输送到用户端，在用户端进行电压级别调整后供直流用户使用或经逆变器转换为交流供交流用户使用。
进一步的，水轮机在不同工作水头、出力和流量参数对应的最优工作转速通过模型水轮机与原型水轮机效率试验联合确定。
进一步的，水轮机正常工作时其转速在允许的最高转速与最低转速之间连续变化；或将水轮机允许运行条件下的最优转速分成若干组，水轮机正常工作时根据水头、出力、流量参数按最接近最优转速所在组的转速运行。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和技术效果：本实用新型通过水轮机组工作转速的调整，使水轮机的工作效率达到最高，提高水轮发电机组的运行效率，以改善水轮机的工作条件，节约耗水量，并提高水电厂的经济性；本发还能提高输电及用电效率，为直流用户或交流用户提供电能。 
附图说明
图1为水轮机变速运行系统结构示意图。
图2为实例中水轮机转速图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施作进一步说明。
如图1所示，为水轮机组变速运行系统结构，其中1为水轮机调速器，其内部存储有各种工作水头、流量以及出力等参数所对应的最优工作转速或最优工作转速分组，用于根据运行工况控制水轮机2的转速；2为水轮机，用于将水能转换成机械能并驱动水轮发电机3；水轮发电机3，用于将水轮机2输出的机械能转换为电能；4为第一变压器，用于将水轮发电机3输出的交流电进行升压；5为整流模块，用于将变压器4输出的交流电整流成直流；6为直流-交流逆变器，用于将直流电转换为工频交流电；7为交流电网，用于将逆变器6输出的交流电输送到用户端；8为第二变压器，用于将交流电网7输送的交流电进行电压级别的转换；9为直流电网，用于将整流模块5输出的直流电输送到用户端；10为直流-直流转换模块，用于将直流电网输送的直流电进行直流-直流转换，调整直流电压供直流用户使用；11为直流-交流转换模块，用于将直流电网输送的直流电进行直流-交流转换，供交流用户使用。
本水轮机组变速运行系统中，水轮机组在正常工作时，其转速随工作水头、出力、流量等参数调整，使水轮机在所在工况下的能源转换效率达到最高，水轮机的最优工作转速通过模型水轮机与原型水轮机效率试验联合确定，并由水轮机调速器进行调节；或者为了降低复杂度，将水轮机允许运行条件下的最优转速分成若干组，水轮机正常工作时根据水头、出力、流量等参数按最接近最优转速所在组的转速运行；水轮发电机输出的交流电经变压、整流后变成直流，再经过逆变器将直流转换成工频交流电输送到电网，供用户使用；也可将直流电直接输送到用户端，在用户端，直流用户调整电压级别后使用，交流用户采用逆变器将直流转换为交流使用。 
水轮机变速运行的转速示意如图2所示。本实用新型的水轮机转速图中，纵轴为水轮机转速，横轴为根据水头、出力、流量等参数决定的工况，根据水轮机理论，相似工况下水轮机转速n、工作水头H、流量Q、水轮机转轮直径D、水轮机出力P有以下关系：
Figure 951321DEST_PATH_IMAGE001
Figure 620200DEST_PATH_IMAGE002
Figure 770821DEST_PATH_IMAGE003
对于确定的水轮机，C1、C2、C3均为常数，水轮机组的最优转速可根据最优工况点的工作水头、流量出力等参数确定。图2中，实线为水轮机的最优转速，nmax为最高转速，根据最大水头、水轮发电机组出力限制以及流量等参数确定，nmin为最低转速；或者，为了降低系统复杂性，将最高转速与最低转速区间分成连续的m组，每组的运行转速为固定值，其转速值分别为n1，n2，n3，……，nm-1，nm，如图2中横虚线所示，水轮机正常工作的转速按最接近最优转速所在组的转速确定。
本实用新型提提高了水轮机的工作效率，改善水轮机的工作条件并提高水电厂的经济性。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种水轮机组变速运行系统，其特征在于包括：
水轮机调速器，用于根据运行条件控制水轮机的最优转速，所述运行条件包括工作水头、出力和流量参数；
水轮机，用于将水能转换成机械能并驱动水轮发电机；
水轮发电机，用于将水轮机输出的机械能转换为电能；
第一变压器，用于将水轮发电机输出的交流电进行升压；
整流模块，用于将变压器输出的交流电整流成直流；
直流-交流逆变器，用于将整流模块输出的直流电转换为工频交流电。
2.根据权利要求1所述的水轮机组变速运行系统，其特征在于还包括交流电网，用于将直流-交流逆变器输出的交流电输送到用户端。
3.根据权利要求2所述的水轮机组变速运行系统，其特征在于还包括第二变压器，用于将交流电网输送的交流电进行电压级别的转换。
4.根据权利要求1所述的水轮机组变速运行系统，其特征在于还包括直流电网，用于将整流模块输出的直流电输送到用户端。
5.根据权利要求4所述的水轮机组变速运行系统，其特征在于还包括直流-直流转换模块，用于将直流电网输送的直流电进行直流-直流转换，调整直流电压供直流用户使用。
6.根据权利要求5所述的水轮机组变速运行系统，其特征在于还包括直流-交流转换模块，用于将直流电网输送的直流电进行直流-交流转换，供交流用户使用。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112012869A (zh) * 2020-07-14 2020-12-01 四川大学 一种基于变速技术的混流式水轮机尾水涡带消除方法

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