CN205195615U - 具有发电功能的抽水站水泵系统 - Google Patents

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许永平
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Abstract

本实用新型提供了一种具有发电功能的抽水站水泵系统，包括四象限变频器、第一高压断路器、第二高压断路器和水泵电机，其中：所述水泵电机通过第一高压断路器连接供电电网以获得供电电源；所述四象限变频器的网侧经由第二高压断路器连接到公共电网、机侧经由输出滤波器连接到水泵电机；所述第一高压断路器和第二高压断路器之间具有互锁装置，且该互锁装置使得第一高压断路器在第二高压断路器导通时关断、使得第二高压断路器在第一高压断路器导通时关断。本实用新型通过四象限变频同时实现水泵电机的驱动控制及能量回馈，可高效地将能量回馈到相关电网。

Description

具有发电功能的抽水站水泵系统
技术领域
本实用新型涉及水泵领域，更具体地说，涉及一种具有发电功能的抽水站水泵系统。
背景技术
水泵是输送液体或使液体增压的机械，被广泛应用于各类抽水站。目前，在某些抽水站，潜在有利用上游来水进行反向发电的需求。而性能良好的水泵除了可以抽水，还可作为水轮机运行。水泵一般按照自身最高运行效率设计，为克服流道损失，一般高效率区扬程较高；而在水泵作为水轮机运行时，其反向发电运行时的水头往往比抽水运行时的额定扬程要小，因此，同转速运行方式对一般水泵来说，其运行效率偏低，不能有效利用水资源。即直接采用同转速发电一般效率很低，通过降低水泵(水轮机)转速可以获得更大的效率，但一般泵站采用同步电机，调速较为困难。为提高发电效率，目前泵站水泵在反向发电运行时一般采取增极降速、机组频率变换等方式。
由于水泵反向发电时的最优转速比抽水运行时低，因此可以通过增加电机极对数来降低电机转速的方法来提高发电效率。虽然该方法能在一定程度上提高发电效率，但是电机需做成变极电机，且极数不能任意调节，以致不能灵活应对水头的变化。
此外，也有采用水轮发电后带动低转速(低频率)的电动机运行，低转速的电动机再带动工频(50Hz)发电机运行，达到并网发电目的。这种方式在一定程度上提高了水泵发电效率，但由于机组运行频率的不可调节性，当发电水头改变时，其仍不能维持水轮机处于最佳发电运行效率。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对上述水泵在发电运行时能量回馈效率较低的问题，提供一种具有发电功能的抽水站水泵系统。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案是，提供一种具有发电功能的抽水站水泵系统，包括四象限变频器、第一高压断路器、第二高压断路器和水泵电机，其中：所述水泵电机通过第一高压断路器连接供电电网以获得供电电源；所述四象限变频器的网侧经由第二高压断路器连接到公共电网、机侧经由输出滤波器连接到水泵电机；所述第一高压断路器和第二高压断路器之间具有互锁装置，且该互锁装置使得第一高压断路器在第二高压断路器导通时关断、使得第二高压断路器在第一高压断路器导通时关断。
在本实用新型所述的具有发电功能的抽水站水泵系统中，所述四象限变频器包括变压器、由整流单元和逆变单元组成的功率模块、直流母线、控制单元；所述控制单元分别与逆变单元、整流单元、直流母线连接，并在第二高压断路器导通且直流母线电压超过设定值时控制整流单元工作在能量回馈模式。
在本实用新型所述的具有发电功能的抽水站水泵系统中，所述四象限变频器的变压器、功率模块及控制单元分别位于变压器柜、功率柜及控制柜，且所述变压器柜、功率柜及控制柜依次相邻设置组成变频器柜组。
在本实用新型所述的具有发电功能的抽水站水泵系统中，所述变压器柜和功率柜上方通过散热风道与室外连通。
在本实用新型所述的具有发电功能的抽水站水泵系统中，所述变频器柜组下方具有电缆沟，所述逆变单元的线缆经由电缆沟连接水泵电机。
在本实用新型所述的具有发电功能的抽水站水泵系统中，所述第二高压断路器位于与变频器柜组并排设置的高压进线柜内，且该第二高压断路器的线缆经由电缆沟连接到四象限高压变频器的变压器。
在本实用新型所述的具有发电功能的抽水站水泵系统中，所述电缆沟内设有多个用于固定线缆的托架，且该多个托架分别具有水平上表面并且该多个托架位于电缆沟内的不同高度。
在本实用新型所述的具有发电功能的抽水站水泵系统中，所述互锁装置通过电气互锁方式实现第一高压断路器和第二高压断路器的互锁。
本实用新型的具有发电功能的抽水站水泵系统具有以下有益效果：通过四象限变频同时实现水泵电机的驱动控制及能量回馈，并结合断路器控制，可高效地将能量回馈到相关电网。
附图说明
图1是本实用新型具有发电功能的抽水站水泵系统实施例的示意图。
图2是图1中四象限变频的示意图。
图3是图2中变频器柜组的安装结构示意图。
图4是图3中电缆沟的示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1所示，是本实用新型具有发电功能的抽水站水泵系统实施例的示意图。本实施例的抽水站水泵系统包括四象限变频器15、第一高压断路器12、第二高压断路器14以及水泵电机17，其中：水泵电机17通过第一高压断路器12连接供电电网11以获得供电电源；四象限变频器15的网侧经由第二高压断路器14连接到公共电网13、机侧经由输出滤波器16连接到水泵电机17。通过将公共电网13和供电电网11分开，更利于回馈电量的测量计价。
上述第一高压断路器12和第二高压断路器14之间具有互锁装置，且该互锁装置使得第一高压断路器12在第二高压断路器14导通时关断、使得第二高压断路器14在第一高压断路器12导通时关断。通过互锁装置对两个断路器的互锁控制，可保证水泵电机17驱动运行和发电运行时分别连接不同的外部电网。
具体地，上述四象限变频器15可采用串联型高压变频器，包括变压器(例如移向变压器)、由逆变单元和整流单元组成的功率模块、直流母线及控制单元；控制单元分别与逆变单元、整流单元、直流母线连接。
在第二高压断路器14导通时，四象限变频器15启动并输出励磁电流信号给水泵电机17的励磁装置。在四象限变频器15输出的同步频率低于水泵电机17实际转速时(此时水泵电机17在水轮机推动下快速转动)，水泵电机17处于发电状态，其产生的能量通过逆变单元的二极管回馈到直流母线，当直流母线电压超过设定值时，控制单元通过控制整流单元调整输出电压的相位和幅值将能量回馈到公共电网13，达到节能的效果。此时，能量由水泵电机、逆变单元、整流单元流向公共电网13。
上述具有发电功能的抽水站水泵系统，通过检测直流母线电压实现能量回馈模式的切换，并结合断路器控制，可大大提高能量回馈的效率。
如图2、3所示，上述四象限变频器的变压器、功率模块及控制单元分别位于变压器柜22、功率柜23及控制柜24，且变压器柜22、功率柜23及控制柜24依次相邻设置组成变频器柜组20。
为使四象限变频器15工作时产生的热量快速排出，变压器柜22和功率柜23上方的通过散热风道31与室外连通，从而使变频器柜组20的内部分道与外部直接连通，方便热量快速释放，保证四象限变频器15稳定工作。为避免雨水倒灌进入散热风道31，散热风道31的出口向下，且散热风道31整体向下倾斜。
并且为保证散热效率，变频器柜组20的两个侧面与墙面的距离应不小于80cm，前侧(即柜门所在侧)与墙面的距离保持150cm以上，后侧距离墙面大于100cm，顶部距离天花应大于100cm。散热风道31从变频器柜组20的后侧墙面通出，且该墙面还可设置入风口32。
在变频器柜组20下方具有电缆沟40，逆变单元(即四象限变频器15的网侧)经由电缆沟连接水泵电机17。电缆沟40可根据实际线缆数量确定深度，且必须具备防水、防尘、防鼠等功能。
此外，第二高压断路器14可位于与变频器柜组20并排设置的高压进线柜21内，且该第二高压断路器14的线缆经由电缆沟40接入到四象限高压变频器15的变压器柜22。
为方便电缆的安装，电缆沟40内设有多个用于固定线缆的托架41，且该多个托架41分别具有水平上表面并位于电缆沟40的不同高度，且功率线缆位于上方的托架41，信号线缆位于下方的托架41。
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 (8)

1.一种具有发电功能的抽水站水泵系统，其特征在于：包括四象限变频器、第一高压断路器、第二高压断路器和水泵电机，其中：所述水泵电机通过第一高压断路器连接供电电网以获得供电电源；所述四象限变频器的网侧经由第二高压断路器连接到公共电网、机侧经由输出滤波器连接到水泵电机；所述第一高压断路器和第二高压断路器之间具有互锁装置，且该互锁装置使得第一高压断路器在第二高压断路器导通时关断、使得第二高压断路器在第一高压断路器导通时关断。
2.根据权利要求1所述的具有发电功能的抽水站水泵系统，其特征在于：所述四象限变频器包括变压器、由整流单元和逆变单元组成的功率模块、直流母线、控制单元；所述控制单元分别与逆变单元、整流单元、直流母线连接，并在第二高压断路器导通且直流母线电压超过设定值时控制整流单元工作在能量回馈模式。
3.根据权利要求2所述的具有发电功能的抽水站水泵系统，其特征在于：所述四象限变频器的变压器、功率模块及控制单元分别位于变压器柜、功率柜及控制柜，且所述变压器柜、功率柜及控制柜依次相邻设置组成变频器柜组。
4.根据权利要求3所述的具有发电功能的抽水站水泵系统，其特征在于：所述变压器柜和功率柜上方通过散热风道与室外连通。
5.根据权利要求3所述的具有发电功能的抽水站水泵系统，其特征在于：所述变频器柜组下方具有电缆沟，所述逆变单元的线缆经由电缆沟连接水泵电机。
6.根据权利要求5所述的具有发电功能的抽水站水泵系统，其特征在于：所述第二高压断路器位于与变频器柜组并排设置的高压进线柜内，且该第二高压断路器的线缆经由电缆沟连接到四象限高压变频器的变压器。
7.根据权利要求5所述的具有发电功能的抽水站水泵系统，其特征在于：所述电缆沟内设有多个用于固定线缆的托架，且该多个托架分别具有水平上表面并且该多个托架位于电缆沟内的不同高度。
8.根据权利要求1所述的具有发电功能的抽水站水泵系统，其特征在于：所述互锁装置通过电气互锁方式实现第一高压断路器和第二高压断路器的互锁。
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