CN203161430U - 一种水电机组的水轮机调速系统 - Google Patents

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杨增辉
郭强
冯煜尧
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Shanghai Municipal Electric Power Co
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State Grid Corp of China SGCC
Shanghai Municipal Electric Power Co
East China Power Test and Research Institute Co Ltd
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Abstract

本实用新型涉及一种水电机组的水轮机调速系统，该系统为由被控制单元和调速器组成的闭环系统，被控制单元包括依次连接的引水和泄水管道、水轮发电机组及电网，调速器包括测量元件、反馈元件、给定元件、放大校正元件及执行机构，测量元件连接在水轮发电机组与电网之间的线路上，反馈元件与水轮发电机组连接，给定元件、测量元件及反馈元件均与放大校正元件连接，放大校正元件与执行机构连接，执行机构与水轮发电机组连接。与现有技术相比，本实用新型结构设计合理，为研究电网频率变化下的水轮机功率输出响应动态特性提供了基础条件。

Description

一种水电机组的水轮机调速系统
技术领域
本实用新型涉及水电机组系统，尤其是涉及一种水电机组的水轮机调速系统。
背景技术
电力系统仿真模型是分析电力系统稳定性、研究机网交互影响、负荷-频率控制(Load-Frequency Control，LFC)策略、评估和预测电力系统安全风险、分析电力系统事故、建立电力系统安全预警机制、制订安全控制预案等工作的基础。我国电力建设的迅猛发展，大量超高压输电线路和大容量发电机组相继投入运行，电力系统变得越来越复杂；燃料市场的开放，电力市场机制的建立，经济建设的快速推进，电力生产和电力消耗的格局发生了很大变化，电力系统的安全稳定运行正面临新的、更为严峻的挑战。建立符合实际的电力系统动态数学模型及其参数，对于提高电网的安全稳定运行水平具有重要意义。
电力系统频率是电能质量的三大指标之一，频率反应了发电和负荷之间的平衡关系，是电力系统运行的重要控制参数。电力系统负荷变化是引起电力系统频率波动的主要原因，保证电网频率的稳定必须依赖于发电机调速系统的正确响应。作为电力系统重要组成部分的水电厂，由于其响应速度快，是电网频率调节的主要手段。水电站原动机为水轮机，通过水流带动水轮机旋转将水的势能转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能。在水电机组中，发电机的响应特性比水轮机的响应特性快的多，水电机组的响应特性主要取决于水轮机的响应特性，而水轮机的响应特性又与调速器的响应特性密切相关，因此水电机组的响应特性与水轮机调速系统密切相关。对水电站而言，水轮机控制系统是电网负荷-频率一次调节的主体，在电力系统中扮演着增大系统阻尼、维持频率稳定的重要角色。为了研究电网频率变化下的水轮机功率输出响应动态特性数学模型，需要建立适合电网应用的水轮机调速系统模型，以研究水轮机调速系统对电网频率稳定的影响。因此，研究水轮机调速系统在电网频率变化下的功率输出响应特性，建立华东电网动态分析用水轮机组调速系统模型，对于更加科学合理地运行调度，充分挖掘和发挥电网供电潜力，确保电网安全稳定经济运行，具有极其重要和非常迫切的现实工程意义。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于电力系统稳定计算用的水电机组的水轮机调速系统。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种水电机组的水轮机调速系统，该系统为由被控制单元和调速器组成的闭环系统，所述的被控制单元包括依次连接的引水和泄水管道、水轮发电机组及电网，所述的调速器包括测量元件、反馈元件、给定元件、放大校正元件及执行机构，所述的测量元件连接在水轮发电机组与电网之间的线路上，所述的反馈元件与水轮发电机组连接，所述的给定元件、测量元件及反馈元件均与放大校正元件连接，所述的放大校正元件与执行机构连接，所述的执行机构与水轮发电机组连接。
所述的水轮发电机组包括依次连接的水轮机与发电机。
所述的发电机上装有电压调节器。
所述的测量元件为检测水轮发电机组转速、功率、水头及流量的检测仪器。
所述的反馈元件为反馈水轮发电机组转速的组件。
所述的给定元件为给定转速的元件。
与现有技术相比，本实用新型结构设计合理，本实用新型的系统为研究电网频率变化下的水轮机功率输出响应动态特性提供了基础条件。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图中，1为被控制单元，11为引水和泄水管道，12为水轮发电机组，13为电网，2为调速器，21为测量元件，22为反馈元件，23为给定元件，24为放大校正元件，25为执行机构。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
实施例
一种水电机组的水轮机调速系统，如图1所示，该系统为由被控制单元1和调速器2组成的闭环系统，被控制单元1包括依次连接的引水和泄水管道11、水轮发电机组12及电网13。调速器2用来检测水轮发电机组12的转速偏差，并将它按一定特性转换成主接力器行程偏差的一些装置，调速器2包括测量元件21、反馈元件22、给定元件23、放大校正元件24及执行机构25，测量元件21连接在水轮发电机组12与电网13之间的线路上，反馈元件22与水轮发电机组12连接，给定元件23、测量元件21及反馈元件22均与放大校正元件24连接，放大校正元件24与执行机构25连接，执行机构25与水轮发电机组12连接。其中，水轮发电机组12包括依次连接的水轮机与发电机。发电机上装有电压调节器。测量元件21为检测水轮发电机组12转速、功率、水头及流量的检测仪器。反馈元件22为反馈水轮发电机组12转速的组件。给定元件23为给定转速的元件。
水轮机调节的基本任务是根据偏离额定值的转速(频率)偏差信号，调节水轮机的导水机构和轮叶机构，维持水轮发电机组12功率与负荷功率的平衡。本实用新型的工作过程为：测量元件21把机组转速(频率)、功率、水头、流量等参量测量出来，与给定元件23发出的信号和反馈元件22发出的信号综合后，确定偏差及偏差的方向，并根据偏差情况按一定的调节规律发出调节命令。调节命令经放大校正元件24放大后控制执行机构25，执行机构25操作水轮机导水机构和桨叶机构，同时经反馈元件22送回反馈信号至信号综合点。
本实用新型的水电机组的水轮机调速系统有如下特点：
(1)水轮发电机组是把水能变成电能的机械，而水能要受自然条件的限制，单位水体中所带有的能量较小，与其他原动机相比，要发出相同的电功率就需要通过较大的流量，因而水轮机及其导水机构也相应较大。这就要求调速器设置一级或二级液压放大元件。
(2)水电站受自然条件的限制，常有较长的压力引水管道。管道长，水流惯性大，导水机构开关时会在压力管道内引起水击作用。水击作用通常是与导水机构的调节作用相反。从自动控制理论的观点来看，过水管道水流惯性使得水轮机调节系统成为一个非最小相位系统，对系统的动态稳定和响应特性不利。为了限制压力引水管道中水压最大变化值，必须限制导水机构的运动速度，这对调节系统动态特性也将产生不利影响。
(3)水轮机调节系统是一个复杂的、非线性控制系统：水轮机有混流式、轴流定桨式、轴流转桨式、贯流式、冲击式、水泵水轮机等多种型式；水轮机特性是非线性的；水轮发电机组有多种工作状态：机组开机、机组停机、同期并网前和从电网解列后的空载、孤立电网运行、以转速控制和功率控制并列于大电网运行、水位和/或流量控制等。

Claims (6)

1.一种水电机组的水轮机调速系统，其特征在于，该系统为由被控制单元和调速器组成的闭环系统，所述的被控制单元包括依次连接的引水和泄水管道、水轮发电机组及电网，所述的调速器包括测量元件、反馈元件、给定元件、放大校正元件及执行机构，所述的测量元件连接在水轮发电机组与电网之间的线路上，所述的反馈元件与水轮发电机组连接，所述的给定元件、测量元件及反馈元件均与放大校正元件连接，所述的放大校正元件与执行机构连接，所述的执行机构与水轮发电机组连接。
2.根据权利要求1所述的一种水电机组的水轮机调速系统，其特征在于，所述的水轮发电机组包括依次连接的水轮机与发电机。
3.根据权利要求2所述的一种水电机组的水轮机调速系统，其特征在于，所述的发电机上装有电压调节器。
4.根据权利要求1所述的一种水电机组的水轮机调速系统，其特征在于，所述的测量元件为检测水轮发电机组转速、功率、水头及流量的检测仪器。
5.根据权利要求1所述的一种水电机组的水轮机调速系统，其特征在于，所述的反馈元件为反馈水轮发电机组转速的组件。
6.根据权利要求1所述的一种水电机组的水轮机调速系统，其特征在于，所述的给定元件为给定转速的元件。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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