DE102011116222A1

DE102011116222A1 - Equipment for uninterrupted power control of pumped storage plant (PSW) for network service, checks water balance in parent control and optimization of dual block, so that operator compensates impending shortages

Info

Publication number: DE102011116222A1
Application number: DE102011116222A
Authority: DE
Inventors: Tobias Dertmann; Sebastian Grecksch; Tobias Felber; Werner von Nessen-Lapp; Frank Piersig; Peter Strohmer
Original assignee: Vattenfall Europe Powerconsult GmbH
Current assignee: Vpc De GmbH
Priority date: 2011-10-17
Filing date: 2011-10-17
Publication date: 2013-04-18

Abstract

The equipment has hydraulic accumulator (3) provided at end of high pressure side impulse water line (2). The electrical connections of double block (32) relative to high-voltage network (29) are performed. The block is dimensioned in performance, so that same operating hours in turbine and pump modes are required and continuous provision of network services is made by 24 hours a day. The water balance is checked in parent control and optimization of block, so that operator compensates impending shortages caused by greater deviations between predicted and actual accusations. The output range from the minimum power output at the engine performance of pump storage sets (PSS) to the minimum input power of identical PSS by the hydraulic operating during simultaneous operation of a short-circuit PSS (30) in turbine operation is set, while the other PSS (31) in the pumping mode is muted. An independent claim is included for method for uninterrupted power control of pumped storage plant (PSW) for network service.

Description

Die Erfindung betrifft die Ausrüstung und das Verfahren eines Pumpspeicherwerkes (PSW) als Doppelblocksystem zur ununterbrochenen Leistungsregelung als Netzdienstleistung.The invention relates to the equipment and method of a pumped storage power plant (PSW) as a double block system for uninterrupted power control as a network service.

Pumpspeicherwerke sind als bekannte Speicherkraftwerke in vielfältiger Form und mit den verschiedensten Ausrüstungen gebaut worden. So sind z. B. in DE 21 48 682 oder in DE 24 38 034 derartige Werke mit Ausrüstungen beschrieben. Es ist ebenso bekannt, dass PSW sehr gut geeignet sind, diverse Regelaufgaben im Netz zu erfüllen, wie sie vom Transmission Code verlangt werden. Das ist relativ einfach im Turbinenbetrieb, wenn im Netz Leistungsbedarf besteht, da Wasserturbinen (oder Pumpturbinen im Turbinenbetrieb) über einen relativ großen Leistungsbereich gut und zuverlässig geregelt werden können.Pumped storage plants have been built as known storage power plants in a variety of forms and with a variety of equipment. So z. In DE 21 48 682 or in DE 24 38 034 such works with equipment described. It is also known that PSW are very well suited to perform various control tasks in the network, as required by the Transmission Code. This is relatively easy in turbine operation when there is power demand in the grid, since water turbines (or pump turbines in turbine operation) can be controlled well and reliably over a relatively large power range.

Schwieriger ist die Situation im Pumpbetrieb, wenn im Netz ein Leistungsüberschuss vorliegt. Solange nur Speicherpumpen mit Synchronmaschinen als Antrieb zur Verfügung stehen, ist die Leistungsaufnahme nur Von der Förderhöhe abhängig. Die Leistung kann damit nicht geregelt werden. Eine Regelung in geringem Umfang ist lediglich durch Drosselung des Durchsatzes möglich, wie es in DE 10 2004 013 907 A1 mit angegeben ist. Eine solche Durchsatzdrosselung zur Leistungsregelung erfordert jedoch ein entsprechend robustes, hochdruckseitiges Verschlussorgan und ist mit zusätzlichen, hydraulischen Verlusten und zugehörigen höheren dynamischen Belastungen verbunden.More difficult is the situation in pumping mode, if there is a surplus of power in the network. As long as only storage pumps with synchronous machines are available as a drive, the power consumption depends only on the delivery head. The performance can not be regulated. A small degree of regulation is only possible by throttling the throughput, as it is in DE 10 2004 013 907 A1 is indicated with. However, such a throughput throttling for power control requires a correspondingly robust, high pressure side closure member and is associated with additional, hydraulic losses and associated higher dynamic loads.

PSW mit variablen Drehzahlen ermöglichen dagegen auch im Pumpbetrieb eine Leistungsregelung in einem größeren Leistungsbereich bei wesentlich besseren Wirkungsgraden. Die Leistungsregelung ist dabei aber natürlich an eine bestimmte Mindestlast gebunden. PSS mit variabler Drehzahl sind jedoch gegenüber PSS mit Synchronmaschinen erheblich teurer in der Investition. Trotzdem sind solche Anlagen in der Zwischenzeit errichtet worden und mit Erfolg im Betrieb.On the other hand, variable speed PSWs allow power control in a larger power range in pumping mode with significantly better efficiencies. Of course, the power regulation is tied to a certain minimum load. However, PSS with variable speed are significantly more expensive in investment compared to PSS with synchronous machines. Nevertheless, such facilities have been built in the meantime and successfully in operation.

Bei ternären PSS, die neben dem Motorgenerator eine separate Turbine und eine separate Pumpe aufweisen, sind auch Anwendungen des hydraulischen Kurzschlusses bekannt, um in einem bestimmten Bereich auch im Lastbetrieb eine Leistungsregelung durchführen zu können. Dabei sind sowohl die Turbine als auch die Pumpe des PSS gleichzeitig in Betrieb. Das von der Pumpe geförderte Wasser wird dabei zum Teil von der Turbine wieder als Triebwasser verwendet. Die Turbine kann dabei in ihrem Durchsatz und ihrer Leistung geregelt werden. Die vom Motorgenerator des PSS dabei aufgenommene Leistung entspricht der Differenz der Pumpleistung minus der abgegebenen Turbinenleistung.In ternary PSS, which have a separate turbine and a separate pump in addition to the motor generator, applications of hydraulic short circuit are known to perform in a certain range, even in load operation, a power control can. Both the turbine and the pump of the PSS are simultaneously in operation. The pumped by the pump water is partly used by the turbine again as driving water. The turbine can be regulated in terms of throughput and power. The power consumed by the motor generator of the PSS corresponds to the difference in the pump power minus the turbine power output.

Die Anwendung des hydraulischen Kurzschlusses bei bestehenden PSS im Betrieb ist meist nur getrennt in den Betriebsarten Turbine oder Pumpe oder hydraulischer Kurzschluss möglich. Mögliche Wechsel zwischen diesen Betriebsarten sind in der Regel nur über die entsprechenden Umstellvorgänge mit Maschinenstillstand möglich und dauern entsprechend lange. Deshalb können solche PSS nur sehr eingeschränkt Regelaufgaben im Netz übernehmen. Der hydraulische Kurzschluss bei solchen Anlagen ist außerdem mit relativ hohen Verlusten und dynamischen Belastungen verbunden. Zuverlässige Angaben über dabei vorliegende Wirkungsgrade liegen nicht vor.The application of the hydraulic short circuit in existing PSS in operation is usually only possible separately in the operating modes turbine or pump or hydraulic short circuit. Possible changes between these operating modes are usually only possible via the corresponding changeover processes with machine standstill and take a correspondingly long time. Therefore, such PSS can only very limited control tasks in the network. The hydraulic short circuit in such systems is also associated with relatively high losses and dynamic loads. Reliable information on existing efficiencies is not available.

In DE 10 2004 013 907 A1 wird eine Verbesserung der Betriebsart hydraulischer Kurzschluss vorgestellt. Dort wird beim Neubau eines ternären PSS (Pumpspeichersatz mit getrennter Pumpe und Turbine und Motorgenerator) die Betriebsart hydraulischer Kurzschluss dadurch ermöglicht, dass bereits bei der Planung diese Betriebsart berücksichtigt und die Ausrüstung entsprechend angepasst wird. Damit wird erreicht, dass der Wechsel der Betriebsarten ohne Stillstand des Maschinensatzes und damit in einer für die Regelung notwendigen kurzen Umschaltzeit erreicht werden kann. Die Ausrüstung muss entsprechend robust ausgeführt werden und weist einen starken hydraulischen Wandler auf, der den Pumpenstart bei gefüllter Maschine ermöglicht. Außerdem hat die Ausrüstung zusätzliche hydraulische Verschlüsse. Im Ergebnis ist ein ununterbrochener Betrieb dieses ternären PSS von der maximalen Turbinenleistung bis zur maximalen Pumpenaufnahmeleistung möglich. Das wird dadurch erreicht, dass bei sich ändernden Leistungsanforderungen im Netz durch ein schnelles Zu- und Abschalten der Pumpe („Pumpentakten”) zur laufenden Turbine ohne Netztrennung der Übergang zwischen den Betriebsarten Turbine, hydraulischer Kurzschluss und Pumpe möglich wird. Durch Regelung der Turbinenleistung kann nach Zuschalten der Pumpe dann im hydraulischen Kurzschluss der Leistungsbereich von P_minTu bis P_maxPu in jedem Punkt angefahren werden.In DE 10 2004 013 907 A1 An improvement of the operating mode hydraulic short circuit is presented. There, in the new construction of a ternary PSS (pumped storage set with separate pump and turbine and motor generator), the operating mode hydraulic short circuit is made possible by the fact that this operating mode is taken into account during planning and the equipment is adjusted accordingly. This ensures that the change of operating modes without standstill of the machine set and thus can be achieved in a necessary for the control short switching time. The equipment must be designed to be robust and has a strong hydraulic converter that allows the pump to start when the machine is full. In addition, the equipment has additional hydraulic locks. As a result, continuous operation of this ternary PSS is possible from the maximum turbine power to the maximum pump intake power. This is achieved by changing the power requirements in the network by quickly switching the pump on and off ("pump clocks") to the running turbine without disconnecting the system, thus enabling the transition between turbine, hydraulic short circuit and pump modes. By controlling the turbine power, after switching on the pump, the power range from P _minTu to P _maxPu can then be approached at any point in the hydraulic short circuit.

Dieser Vorteil wird durch eine angepasste teurere Ausrüstung und eine relativ komplizierte Steuerung erreicht. Nachteilig ist außerdem, dass praktisch nur die Betriebsarten Turbinenbetrieb von P_maxTu bis P_mixTu und hydraulischer Kurzschluss von P_minTu bis P_maxPu als Netzdienstleistungen in Frage kommen. Der reine Pumpbetrieb ist praktisch nur bei P_maxPu möglich, bei dem es dann jedoch keine Möglichkeit zur Leistungsregelung gibt. Die dafür angegebene Regelmöglichkeit durch Drosselung des hochdruckseitigen Verschlussorgans nach der Pumpe ist zwar prinzipiell möglich, aber für den praktischen Einsatz als Netzdienstleistung ohne Relevanz. Der für den praktischen Einsatz relevante Betriebsbereich im hydraulischen Kurzschluss ist relativ groß, aber mit zusätzlichen Verlusten durch den gleichzeitigen Betrieb beider hydraulischen Maschinen verbunden.This advantage is achieved by an adapted more expensive equipment and a relatively complicated control. _Another disadvantage is that virtually only the operating modes turbine operation from P _maxTu to P _mixTu and hydraulic short circuit from P _minTu to P _{maxPu come} as network services in question. The pure pumping mode is practically only possible with P _maxPu , but in which there is no possibility for power control. The rule option given by throttling the high-pressure side closure member after the pump is in principle possible, but for the practical Use as a network service without relevance. The field of operation in hydraulic short circuit that is relevant for practical use is relatively large but associated with additional losses due to the simultaneous operation of both hydraulic machines.

In WO 2005/093248 A1 wird ebenfalls ein ternärer PSS mit der gleichen Aufgabenstellung vorgestellt, Betriebsartenwechsel zwischen dem Turbinenbetrieb, dem hydraulischen Kurzschluss und dem Pumpbetrieb zu ermöglichen, ohne den PSS vom Netz zu nehmen. Diese Betriebsartenwechsel werden dadurch ermöglicht, dass im Wellenstrang zwei schaltbare mechanische Kupplungen angeordnet sind. Das schnelle Zu- und Abschalten der Pumpe („Pumpentakten”) ermöglicht ebenfalls das ununterbrochene Durchfahren des gesamten Leistungsbereiches von der maximalen Turbinenleistung bis zur maximalen Pumpenaufnahmeleistung. Die Erfinder versprechen sich davon geringere Investitionen und Betriebskosten gegenüber der vorher beschriebenen Ausführung mit einem starken hydraulischen Wandler. Die Nachteile im Betrieb bleiben für diese Ausführung jedoch die gleichen wie oben angegeben.In WO 2005/093248 A1 Also, a ternary PSS with the same task is presented to enable mode change between turbine operation, hydraulic short circuit and pumping operation without disconnecting the PSS from the grid. This mode change is made possible by the fact that two switchable mechanical couplings are arranged in the shaft train. The fast pump on and off ("pump strokes") also allows for uninterrupted power cycling from maximum turbine power to maximum pump input power. The inventors expect this lower investment and operating costs compared to the previously described design with a strong hydraulic converter. However, the disadvantages in operation for this embodiment remain the same as stated above.

Die Zunahme von erneuerbaren Energien an der Gesamtelektroenergieerzeugung führt zu einer Vergrößerung des erforderlichen Regelbandes gegenüber der mittleren Leistung, da neben den Schwankungen der geforderten Leistungen der Verbraucher im Netz zusätzlich nicht vorhersehbare Erzeugerschwankungen auftreten. Dadurch wird der Regelbedarf im Netz größer. Verbrauchsschwankungen sind der mittleren Leistung im Netz proportional. Demzufolge war und ist auch heute noch im bestimmten Maß das Volumen der erforderlichen Netzsystemdienstleistung von der Tageszeit und vom Wochentag (Spitzen-/Schwachlastzeiten) abhängig. Die Erzeugerschwankungen durch verstärkten Anteil von erneuerbaren Energien (Wind, Sonne) treten jedoch unabhängig vom mittleren Leistungsverbrauch im Netz auf, also auch in den so genannten Schwachlastzeiten. Trotz niedriger, mittlerer Last im Netz werden auch in diesen Zeiten größere Regelbandbreiten notwendig. Um diesen veränderten Anforderungen entsprechen zu können, müssen PSW in ihrem Einsatz zukünftig noch wesentlich flexibler werden. Als Alternative würde sonst für die Netzregelung nur die Anwendung von restriktiven Maßnahmen (zeitweilige Abschaltung von Elektroenergieerzeugern) übrig bleiben.The increase of renewable energies in the total electric power generation leads to an increase of the required control band compared to the average power, since in addition to the fluctuations of the required performances of the consumers in the network additionally unpredictable generator fluctuations occur. This increases the need for rules in the network. Consumption fluctuations are proportional to the average power in the network. As a result, the volume of network service required was and still is to a certain extent dependent on the time of day and day of the week (peak / low load periods). However, producer fluctuations due to the increased share of renewable energies (wind, sun) occur independently of the average power consumption in the grid, ie also during the so-called weak load periods. Despite the low, medium load in the network, larger control bandwidths become necessary even in these times. In order to be able to meet these changing requirements, PSWs will have to become much more flexible in their use in the future. As an alternative, otherwise only the application of restrictive measures (temporary disconnection of electric power generators) would be left for grid regulation.

Die Einbeziehung der Betriebsart hydraulischer Kurzschluss für Pumpspeicherwerke ist ein wichtiger Schritt in diese Richtung, diesen erhöhten Anforderungen gerecht zu werden, da damit die Lücke zwischen P_minTu und P_minPu geschlossen werden kann. Neben der Netzstabilität ist es aber ebenso wichtig, den Speicherwirkungsgrad der Pumpspeicherung zu erhöhen. Die Verbesserung der Wirkungsgrade der einzelnen Komponenten der hydraulischen und elektromechanischen Ausrüstung der PSW ist heute nahezu ausgeschöpft. Erhebliche Verbesserungen des Speicherwirkungsgrad lassen sich jedoch noch durch Verbesserung der Systemsteuerung an vielen Standorten erreichen, wie in 10 2006 010 852 gezeigt wird.The inclusion of the hydraulic short circuit mode for pumped storage power plants is an important step in this direction to meet these increased requirements, since it can close the gap between P _minTu and P _minPu . In addition to grid stability, it is just as important to increase the storage efficiency of pumped storage. The improvement in the efficiency of the individual components of PSW's hydraulic and electromechanical equipment is almost exhausted today. However, significant improvements in storage efficiency can still be achieved by improving system control in many locations, as shown in 10 2006 010 852.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Ausrüstung und das Verfahren für den Betrieb eines PSW so zu gestalten, dass die Fahrweise flexibel jeder Netzanforderung zwischen den Grenzwerten P_maxTu und P_maxPu mit der nach dem Transmission Code geforderten Regelgeschwindigkeit ohne Unterbrechung über 24 Stunden am Tag folgen kann und dabei die beim Gesamtprozess auftretenden Verluste minimiert und durch die ständige Kontrolle der Wasserbilanz sich anbahnende Engpässe rechtzeitig erkannt und durch geeignete Gegenmaßnahmen vermieden werden können.The invention is therefore based on the object to design the equipment and the method for the operation of a PSW so that the driving flexible each network requirement between the limits P _maxTu and P _maxPu with the required after the transmission code control speed without interruption for 24 hours on Day can be followed while minimizing the losses occurring in the overall process and identified by the constant control of the water balance emerging bottlenecks in time and can be avoided by appropriate countermeasures.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the features of claim 1.

Es ist vorteilhaft, die Ausbauleistung eines PSW auf mindestens zwei baugleiche Pumpspeichersätze zu verteilen. Das ist eine wesentliche Vorraussetzung gegenüber der Ausrüstung mit einem Pumpspeichersatz, um die Flexibilität des Einsatzes zu erhöhen.It is advantageous to distribute the expansion capacity of a PSW to at least two identical pumped storage sets. This is an essential requirement for the equipment with a pumped storage set in order to increase the flexibility of the use.

Es ist weiter vorteilhaft, dass beide PSS durch Ausrüstungen mit variabler Drehzahl ausgestattet werden. Sie bestehen vorzugsweise aus je einer reversiblen Pumpturbine mit einem vorgeschalteten hochdruckseitigen Verschlussorgan, die starr gekuppelt über eine Verbindungswelle mit einem reversiblen Synchronmotorgenerator betrieben wird. Zwischen den Synchronmaschinen mit den zugehörigen Schaltelementen (Leistungsschalter, Netztrenner, Drehrichtungstrenner) und den zugehörigen Netztransformatoren wird ein Frequenzumrichter mit Zwischenstromkreis geschaltet. Dieser Frequenzumrichter wird für die volle Leistung des Pumpspeichersatzes ausgelegt, so dass damit auch der Start in den Pumpbetrieb bei gefüllter Pumpturbine möglich ist. Die Auslegung der Frequenzumrichter auf die volle Leistung des PSS ermöglicht es weiterhin, die Frequenzumrichter auch für alle Bremsvorgänge bei Umstellvorgängen mit großer Leistung einzusetzen, so dass insgesamt sehr kurze Umstellzeiten erreicht werden können.It is further advantageous that both PSS are equipped by variable speed equipment. They preferably consist of a respective reversible pump turbine with an upstream high-pressure side closure member which is rigidly coupled via a connecting shaft with a reversible synchronous motor generator. Between the synchronous machines with the associated switching elements (circuit breaker, line disconnector, direction of rotation disconnector) and the associated power transformers, a frequency converter is connected with intermediate circuit. This frequency converter is designed for the full performance of the pumped storage set, so that it is also possible to start pumping when the pump turbine is filled. The design of the frequency converters to the full power of the PSS also makes it possible to use the frequency converters for all braking operations during high-power switching operations, so that overall very short changeover times can be achieved.

Beide PSS werden von einer gemeinsamen hochdruckseitigen Triebwasserleitung aus betrieben. Dabei ist es vorteilhaft, den hydraulischen Sammler, der am Ende der Triebwasserleitung angeordnet ist und von dem die Zuleitungen zu den beiden PSS ausgehen, so nah wie möglich an den beiden PSS zu platzieren. Das hydraulische Design dieses hydraulischen Sammlers ist darauf auszurichten, dass sowohl die maximale Strömungsgeschwindigkeit in beiden Betriebsarten als auch die Strömung in der Betriebsart hydraulischer Kurzschluss mit möglichst niedrigen Verlusten verbunden ist.Both PSS are operated by a common high-pressure waterline. It is advantageous, the hydraulic accumulator, which is arranged at the end of the drive water line and from which the supply lines go out to the two PSS, as close as possible to the two PSS to place. The hydraulic design of this hydraulic accumulator must be geared to ensure that both the maximum flow velocity in both operating modes and the flow in the hydraulic short circuit operating mode are associated with the lowest possible losses.

Vorteilhaft ist weiterhin, dass der Doppelblock in seinem Leistungsvermögen so dimensioniert wird, dass anstelle des bisher üblichen Auslegungskriteriums /P_maxTu/ = /P_maxPu/ die Bedingung /Q_maxTu/ = /Q_maxPu/ tritt, wodurch unabhängig von den momentanen Netzanforderungen im Mittel die gleichen Betriebszeiten im Turbinen- und im Pumpbetrieb und damit die ununterbrochene Bereitstellung der Netzdienstleistungen über 24 Stunden am Tag erreicht wird.A further advantage is that the double block is dimensioned in terms of its performance such that, instead of the usual design _criterion / P _{maxTu /} = / P _{maxPu /,} the condition / Q _maxTu / = / Q _maxPu / occurs, which means independent of the current network requirements on average the same operating hours in the turbine and in the pumping operation and thus the continuous provision of network services over 24 hours a day is achieved.

Ebenfalls vorteilhaft ist es, in der übergeordneten Steuerung und Optimierung des Doppelblockes neben der Leistungsregelung auch eine ständige Kontrolle der Wasserbilanz zu realisieren und somit dem Betreiber sich anbahnende Engpässe rechtzeitig anzukündigen und ihm entsprechende Gegenmaßnahmen zu ermöglichen.It is also advantageous to implement in the higher-level control and optimization of the double block in addition to the power control and a constant control of the water balance and thus the operator to announce upcoming bottlenecks in time and to allow him appropriate countermeasures.

Die angeführte vorteilhafte Ausrüstung und Prozessführung ermöglicht es, dass der Doppelblock jeder Leistungsanforderung aus dem Netz von der maximalen Leistungsabgabe im Turbinenbetrieb bis zur maximalen Leistungsaufnahme im Pumpbetrieb ohne Unterbrechung und mit der im Transmission Code geforderten Regelgeschwindigkeit folgen kann, wobei der Leistungsbereich zwischen der minimalen Abgabeleistung im Turbinenbetrieb eines PSS bis zur minimalen Pumpenaufnahmeleistung eines PSS durch die Betriebsart hydraulischer Kurzschluss bei gleichzeitigem Betrieb eines PSS im Turbinenbetrieb und des anderen PSS im Pumpbetrieb überbrückt wird. Damit ergeben sich für den Doppelblock folgende Bereiche für den Einsatz in den einzelnen Betriebsarten: Der Turbinenbetrieb wird vom Bereich der minimalen Turbinenleistung eines PSS bis zur maximalen Turbinenleistung eines PSS von einem Pumpspeichersatz und darüber bis zur maximalen Turbinenleistung des Doppelblocks von beiden PSS im Parallelbetrieb Turbine bestritten. Die Betriebsart hydraulischer Kurzschluss reicht von der minimalen Turbinenleistung eines PSS bis zur minimalen Pumpenaufnahmeleistung eines PSS. Ab dem Betriebspunkt minimale Pumpenaufnahmeleistung eines PSS bis zur maximalen Pumpenaufnahmeleistung des Doppelblockes fährt der Doppelblock in der Betriebsart Pumpbetrieb.The cited advantageous equipment and process control allows the double block to be able to follow any power demand from the grid from the maximum turbine power output to the maximum pumping power without interruption and with the control speed required in the transmission code, the power range between the minimum power output in the Turbine operation of a PSS to the minimum pump intake capacity of a PSS is bridged by the operating mode hydraulic short circuit with simultaneous operation of a PSS in turbine operation and the other PSS in pump operation. The turbine operation is contested from the range of the minimum turbine power of a PSS to the maximum turbine power of a PSS from a pumped storage set and above to the maximum turbine power of the double block of both PSS in parallel turbine operation , The hydraulic short circuit operating mode ranges from the minimum turbine power of a PSS to the minimum pump capacity of a PSS. From the operating point of minimum pump intake capacity of a PSS up to the maximum pump intake capacity of the double block, the double block moves in pump operating mode.

Damit erreicht der Doppelblock über den gesamten Leistungsbereich gesehen einen wesentlich besseren Wälzwirkungsgrad im Vergleich mit den bekannten Möglichkeiten des hydraulischen Kurzschlusses bei ternären Pumpspeichersätzen. Die in der Prozessführung implementierte, ständige Kontrolle der Wasserbilanz sichert in Verbindung mit der für die Auslegung der PSS zu Grunde gelegten Bedingung des gleichen maximalen Durchsatzes im Turbinen- und im Pumpbetrieb den ununterbrochenen Betrieb und damit die Erfüllung von Netzdienstleistungen über 24 h am Tag.Thus, the double block over the entire power range achieved a much better degree of rolling efficiency in comparison with the known possibilities of hydraulic short circuit in ternary pumped storage sets. The continuous control of the water balance implemented in the process management, in conjunction with the condition for the design of the PSS on the same maximum throughput in the turbine and pumping operation ensures the continuous operation and thus the fulfillment of network services over 24 hours a day.

Anhand eines Ausführungsbeispiels soll nachstehend die Erfindung näher erläutert werden.Reference to an embodiment, the invention will be explained in more detail below.

Dabei zeigen dieThe show

1: den schematischen Aufbau des PSW, 1 : the schematic structure of the PSW,

2: das schematische Blockschaltbild des Doppelblockes, 2 : the schematic block diagram of the double block,

3: die Leistungskennlinie des Doppelblockes. 3 : the performance characteristic of the double block.

Das Pumpspeicherwerk (PSW) besteht aus dem oberen Speicherbecken (1), der hochdruckseitigen Triebwasserleitung (2), dem hochdruckseitigen hydraulischen Sammler (3), dem Doppelblock (32), den elektrischen Verbindungen des Doppelblockes mit dem Hochspannungsnetz (29) und den niederdruckseitigen Triebwasserleitungen (10, 11) zum unteren Speicherbecken (16). Dieser grundsätzliche Aufbau gilt für den Fall, dass das Krafthaus mit dem Doppelblock (32) unmittelbar am unteren Speicherbecken (16) angeordnet ist. Bei einer anderen Anordnung, z. B. in einer größeren Entfernung vom unteren Speicherbecken (16) wird auch auf der Niederdruckseite ein hydraulischer Sammler (14) angeordnet. Dazu gehören dann Zuleitungen (12, 13) von den Pumpturbinen (8, 9) zu diesem Niederdrucksammler (14) und eine niederdruckseitige Triebwasserleitung (15), die den hydraulischen Sammler (14) mit dem unteren Speicherbecken (16) verbindet.The pumped storage plant (PSW) consists of the upper reservoir ( 1 ), the high-pressure side streamline ( 2 ), the high pressure side hydraulic accumulator ( 3 ), the double block ( 32 ), the electrical connections of the double block with the high-voltage network ( 29 ) and the low pressure side water pipes ( 10 . 11 ) to the lower reservoir ( 16 ). This basic structure applies in the event that the powerhouse with the double block ( 32 ) directly at the lower reservoir ( 16 ) is arranged. In another arrangement, for. B. at a greater distance from the lower reservoir ( 16 ) is also on the low pressure side a hydraulic collector ( 14 ) arranged. These include feeders ( 12 . 13 ) from the pump turbines ( 8th . 9 ) to this low-pressure collector ( 14 ) and a low-pressure power line ( 15 ), which is the hydraulic collector ( 14 ) with the lower reservoir ( 16 ) connects.

Der hydraulische Sammler (3) wird in seiner Anordnung so nah wie möglich an die beiden PSS (30, 31) herangebracht, und hydraulisch so gestaltet, dass sowohl die Strömungsverhältnisse im Volllastbetrieb in beiden Strömungsrichtungen als auch während des hydraulischen Kurzschlusses möglichst günstig sind.The hydraulic collector ( 3 ) is placed in its arrangement as close as possible to the two PSS ( 30 . 31 ), and hydraulically designed so that both the flow conditions in full load operation in both flow directions as well as during the hydraulic short circuit are as low as possible.

Die beiden baugleichen PSS (30, 31) bestehen im Wesentlichen aus den Zuleitungen (4, 5) vom hydraulischen Sammler (3) zu den hochdruckseitigen Verschlussorgenen (6, 7). Diese Verschlussorgane (6, 7) sind unmittelbar vor den Pumpturbinen (8, 9) angeordnet.The two identical PSS ( 30 . 31 ) consist essentially of the supply lines ( 4 . 5 ) from the hydraulic collector ( 3 ) to the high-pressure side occlusion ( 6 . 7 ). These closure organs ( 6 . 7 ) are directly in front of the pump turbines ( 8th . 9 ) arranged.

Die reversiblen Pumpturbinen (8, 9) sind mit den Maschinensatzwellen (17, 18) starr mit den Synchronmotorgeneratoren (19, 20) verbunden. Um einen Betrieb der PSS (30, 31) mit veränderlicher Drehzahl in beiden Drehrichtungen im vollen Leistungsbereich zu ermöglichen, sind zwischen den Motorsynchrongeneratoren (19, 20) und den Netztransformatoren (27, 28) jeweils baugleiche Frequenzumrichter (23, 24) zwischengeschaltet. Diese Frequenzumrichter sind für die volle Leistung der PSS (30, 31) ausgelegt. Da die PSS (30, 31) die Forderung /Q_maxTu/ = /Q_maxPu/ erfüllen sollen, bedeutet das, dass die maximale elektrische Leistung der PSS (30, 31) im Pumpbetrieb auftreten wird und demzufolge das Auslegungskriterium für die Frequenzumrichter (23, 24) die maximale Leistungsaufnahme P_maxPu der beiden PSS (30, 31) ist.The reversible pump turbines ( 8th . 9 ) are connected to the machine-set shafts ( 17 . 18 ) rigidly with the synchronous motor generators ( 19 . 20 ) connected. To operate the PSS ( 30 . 31 ) with variable To allow speed in both directions in the full power range, are between the motor synchronous generators ( 19 . 20 ) and the mains transformers ( 27 . 28 ) In each case identical frequency converter ( 23 . 24 ). These frequency converters are designed for the full power of the PSS ( 30 . 31 ) designed. Since the PSS ( 30 . 31 ) are to fulfill the requirement / Q _maxTu / = / Q _maxPu /, this means that the maximum electrical power of the PSS ( 30 . 31 ) will occur in pumping mode and consequently the design criterion for the frequency converters ( 23 . 24 ) the maximum power consumption P _{maxPu of} the two PSS ( 30 . 31 ).

Zu den elektrischen Hauptausrüstungen der PSS (30, 31) gehören die elektrischen Verbindungsleitungen (21, 22) zwischen den Motorgeneratoren (19, 20) zu den Frequenzumrichtern (23, 24). Nicht dargestellt sind in diesem schematischen Aufbau die notwendigen Schalteinrichtungen auf dieser Verbindungsstrecke wie sie üblicherweise verwendet werden und im Wesentlichen aus dem Maschinenleistungsschalter, den Erdungstrennern und dem Drehrichtungstrenner bestehen. Ebenso gehören zu den PSS (30, 31) die elektrischen Verbindungsleitungen (25, 26) zwischen den Frequenzumrichtern (23, 24) und den Netztransformatoren (27, 28) und gegebenenfalls zugehörige Schalteinrichtungen. Die beiden elektrischen Verbindungen (21, 22) und (25, 26) führen hohe Ströme auf der Maschinenspannungsebene. Sie sind in der Ausführung relativ teuer und verursachen durch die hohen Ströme hohe Verluste. Aus diesem Grund wird bei der Planung verstärkt darauf geachtet, dass diese Verbindungen so kurz wie möglich gehalten werden können. Das heißt, dass die Anordnung der Hauptkomponenten Synchronmotorgenerator (19, 20), der Frequenzumrichter (23, 24) und der Netztransformatoren (27, 28) möglichst so getroffen werden kann, dass die elektrischen Verbindungen (21, 22) und (25, 26) so kurz wie möglich gehalten werden können.To the main electrical equipment of the PSS ( 30 . 31 ) include the electrical connection lines ( 21 . 22 ) between the motor generators ( 19 . 20 ) to the frequency converters ( 23 . 24 ). Not shown in this schematic structure, the necessary switching devices on this link as they are commonly used and consist essentially of the machine circuit breaker, the grounding isolators and the direction of rotation separator. Likewise belong to the PSS ( 30 . 31 ) the electrical connection lines ( 25 . 26 ) between the frequency converters ( 23 . 24 ) and the mains transformers ( 27 . 28 ) and optionally associated switching devices. The two electrical connections ( 21 . 22 ) and ( 25 . 26 ) carry high currents at the machine voltage level. They are relatively expensive to run and cause high losses due to the high currents. For this reason, more attention is paid to planning so that these connections can be kept as short as possible. That is, the arrangement of the main components synchronous motor generator ( 19 . 20 ), the frequency converter ( 23 . 24 ) and the power transformers ( 27 . 28 ) can be made possible so that the electrical connections ( 21 . 22 ) and ( 25 . 26 ) can be kept as short as possible.

Die Ausrüstung der beiden PSS (30, 31) mit der Kombination Synchronmotorgenerator (19, 20) und zugehörigem Frequenzumrichter (23, 24) mit voller Leistung gegenüber einer ebenfalls möglichen Ausrüstung mit Asynchronmotorgeneratoren und entsprechend kleineren Frequenzumrichtern für die Erregung ist zwar von der Investition möglicherweise etwas ungünstiger, bietet aber dafür im Betrieb ganz entscheidende Vorteile.The equipment of the two PSS ( 30 . 31 ) with the combination synchronous motor generator ( 19 . 20 ) and associated frequency converter ( 23 . 24 ) with full power compared to a likewise possible equipment with asynchronous motor generators and correspondingly smaller frequency exciters for the excitement may indeed be slightly less favorable from the investment, but offers quite decisive advantages in operation.

Die hohe Umrichterleistung, die der maximal in den PSS (30, 31) auftretenden elektrischen Leistung entspricht, ermöglicht es, die PSS (30, 31) in allen Betriebsarten, also auch im Pumpbetrieb, bei voll gefüllter Pumpturbine (8, 9) anzufahren. Das bedeutet, dass hinsichtlich der Umstellvorgänge, vor allen Dingen zwischen den Betriebsarten Turbinenbetrieb und Pumpbetrieb, bei dieser Maschinenkonstellation wesentlich kürzere Zeiten erreicht werden können, als dass bei bisher üblichen Pumpspeichersätzen der Fall ist. Die hohe Umrichterleistung ist in gleicher Richtung hinsichtlich der Startzeiten in den Pumpbetrieb von Nutzen und kann ebenso für schnellere Bremszeiten beim notwendigen Drehrichtungswechsel zwischen Turbinen- und Pumpbetrieb oder umgekehrt genutzt werden.The high inverter performance, the maximum in the PSS ( 30 . 31 ) corresponds to the electric power that is generated, it allows the PSS ( 30 . 31 ) in all operating modes, including pumping, with fully filled pump turbine ( 8th . 9 ) to drive. This means that in terms of Umstellvorgänge, especially between the operating modes turbine operation and pumping, in this machine constellation much shorter times can be achieved than is the case with conventional pump storage sets. The high inverter performance is in the same direction in terms of the start times in the pumping operation of use and can also be used for faster braking times when necessary change of direction between turbine and pump operation or vice versa.

Der Betrieb im Turbinenbetrieb erfolgt im unteren Lastbereich von der technischen Mindestlast eines PSS (44) bis maximal zur höchsten Leistungsabgabe im Turbinenbetrieb eines PSS (43) mit einem PSS, z. B. (30). Bei Leistungsanforderungen vom Netz, die darüber liegen, ist der Einsatz beider PSS (30, 31) im Turbinenbetrieb erforderlich. Die Umschaltung von Ein- auf Zweimaschinenbetrieb im Turbinenbetrieb kann bereits vor Erreichen der maximalen Turbinenabgabeleistung eines PSS (43) erfolgen, z. B. im Punkt (49) nach 3, da die Verlustleistungen des Parallelbetriebes beider PSS (30, 31) in diesem Punkt nicht größer als im Einzelbetrieb eines PSS sein werden. Dadurch ist der kontinuierliche Übergang zu höheren Leistungen stoß- bzw. sprungfrei gewährleistet. Die gleiche Prozedur ist ebenso bei abnehmenden Leistungsanforderungen im Netz (40) beim Übergang von Zwei- auf Einmaschinenbetrieb möglich.Operation in turbine operation takes place in the lower load range from the minimum technical load of a PSS ( 44 ) up to the maximum power output in turbine operation of a PSS ( 43 ) with a PSS, z. B. ( 30 ). For network performance requirements above that, the use of both PSSs ( 30 . 31 ) in turbine operation required. Switching from one-machine operation to two-engine operation in turbine operation can already take place before the maximum turbine output of a PSS ( 43 ), z. Eg in the point ( 49 ) to 3 since the power losses of the parallel operation of both PSS ( 30 . 31 ) in this point will not be greater than in the single operation of a PSS. As a result, the continuous transition to higher powers is ensured without impact or jump. The same procedure is the same with decreasing power requirements in the network ( 40 ) possible during the transition from two to one machine operation.

Sinkt die Leistungsanforderung vom Netz (40) weiter in Richtung des Nullpunktes nach 3, so wird in einem geeigneten Abstand vom Nullpunkt, z. B. dem Punkt (50) nach 3, der zweite Maschinensatz, z. B. (PSS 31), der vorher stillgesetzt worden war, in den Pumpbetrieb überführt. Das kann z. B. im Punkt (50) nach der 3 erfolgen. In diesem Fall wird gleichzeitig mit dem Erreichen der minimalen Pumpenaufnahmeleistung am zweiten PSS (31) P_minPuPSS die Turbinenabgabeleistung des ersten PSS (30) soweit erhöht, dass die Differenz der Turbinenabgabeleistung und der Pumpenaufnahmeleistung beider PSS (30, 31) genau der Leistungsanforderung im Punkt (50) nach Bild 3 entspricht. Bei weiterer Absenkung der Leistungsanforderung vom Netz (40) zum Nullpunkt oder darüber hinaus zu einer vorgeschriebenen Leistungsaufnahme wird bei Beibehaltung der Pumpleistung am zweiten PSS (31) mit P_minPuPSS die Turbinenabgabeleistung des ersten PSS (30) entsprechend verringert, so dass die bereits genannte Differenz dann wiederum der Leistungsanforderung vom Netz entspricht. Ist bei weiterem Fortgang mit der gleichen Tendenz die minimale Turbinenabgabeleistung des ersten PSS (30) erreicht, wird dieser PSS (30) vom Netz genommen und die geforderte Leistungsanforderung im Netz (40) kann dann von dem zweiten PSS (31) im Pumpbetrieb alleine so lange erbracht werden, bis die Leistungsanforderung die maximale Pumpenaufnahmeleistung eines PSS (53) erreicht ist. Bei Annäherung an diesen Umschaltpunkt innerhalb der Leistungskennlinie des Doppelblocks wird der erste PSS (30) in Pumpenrichtung gestartet, z. B. am Punkt (52), so dass ab dem Punkt (52) nach 3 die weitere Leistungsanforderung im Parallelbetrieb beider Pumpspeichersätze im Pumpbetrieb erfüllt werden kann.If the power requirement drops from the network ( 40 ) continues in the direction of the zero point 3 , so at a suitable distance from the zero point, z. B. the point ( 50 ) to 3 , the second machine set, z. B. (PSS 31 ), which had previously been shut down, transferred to the pumping operation. This can z. Eg in the point ( 50 ) after 3 respectively. In this case, simultaneously with the achievement of the minimum pump intake capacity at the second PSS ( 31 ) P _minPuPSS the turbine _output power of the first PSS ( 30 ) is increased so far that the difference between the turbine output power and the pump intake capacity of both PSS ( 30 . 31 ) exactly the power requirement in the point ( 50 ) according to Fig. 3. If the power requirement is further reduced by the network ( 40 ) to zero point or beyond to a prescribed power consumption is maintained while maintaining the pump power at the second PSS ( 31 ) with P _minPuPSS the turbine _{output of} the first PSS ( 30 ) is reduced accordingly, so that the difference already mentioned again corresponds to the power requirement from the network. If, with continued progress with the same tendency, the minimum turbine output of the first PSS ( 30 ), this PSS ( 30 ) and the required power requirement in the network ( 40 ) can then be read by the second PSS ( 31 ) in the pumping mode alone until the power requirement is the maximum pumping capacity of a PSS ( 53 ) is reached. When approaching this switching point within the power curve of the Double blocks becomes the first PSS ( 30 ) started in the pump direction, z. At the point ( 52 ), so from the point ( 52 ) to 3 the further power requirement can be met in parallel operation of both pump storage sets in pumping operation.

Bei entgegen gesetzter Tendenz der Leistungsanforderung also zunächst abnehmender Überschuss im Netz und später Übergang zu Leistungsanforderung im Turbinenbetrieb, kann die Leistungskennlinie des Doppelblockes in umgekehrter Richtung durchlaufen werden mit entsprechender Umschaltung der jeweiligen PSS (30, 31) an den in 3 eingezeichneten schematischen Umschaltpunkten.If the power requirement is in the opposite direction, that is to say initially decreasing excess in the network and later transition to power requirement in turbine operation, the power characteristic of the double block can be traversed in the opposite direction with corresponding switching of the respective PSS (FIG. 30 . 31 ) to the in 3 drawn schematic switching points.

Die Wahl der tatsächlichen Umschaltpunkte in Relation zu den theoretischen Umschaltpunkten muss nach entsprechender Betriebserprobung im Probebetrieb erfolgen. Diesbezüglich gibt es aus den Erfahrungen mit der Optimierung von PSW mit mehreren PSS entsprechende Erfahrungen, auf die zurückgegriffen werden kann.The actual switching points in relation to the theoretical switching points must be selected after appropriate operation testing in trial operation. In this regard, experiences with the optimization of PSWs with multiple PSS give corresponding experiences that can be used.

Die geschilderte Fahrweise des Doppelblocks hat im Vergleich zur Fahrweise eines ternären PSS mit hydraulischem Kurzschluss folgende Vorteile. Im Turbinenbetrieb wird die Verlustleistung in Summation über den gesamten Leistungsbereich bei der Aufteilung auf zwei PSS geringer sein als beim Abfahren der Kurve mit einem PSS. Diese Einschätzung gilt zumindest für die Verwendung von Pumpturbinen, weil Pumpturbinen im unteren Leistungsbereich einen deutlichen Wirkungsgradabfall aufweisen. Der Doppelblock wird also in allen Fallhöhenbereichen, in denen Pumpturbinen zum Einsatz kommen, immer eindeutige Vorteile gegenüber einem einzigen Maschinensatz in ternärer Bauweise aufweisen und ganz besonders gegenüber einer Ausrüstung mit einem Pumpspeichersatz mit Pumpturbine mit der Gesamtleistung des Doppelblockes. Der Betrieb im hydraulischen Kurzschluss wird natürlich immer Nachteile bezüglich des Wirkungsgrades gegenüber dem Betrieb im reinen Turbinen- oder Pumpbetrieb aufweisen. Durch die Anwendung des Doppelblockes (32) wird der Betriebsbereich für den hydraulischen Kurzschluss aber entscheidend gegenüber dem Betrieb eines ternären Blockes mit der gleichen Gesamtleistung eingeschränkt. Während er beim ternären Block von der minimalen Turbinenabgabeleistung P_minTu bis zur maximalen Pumpenaufnahmeleistung P_maxPu reicht, ist er bei der Doppelblockversion (32) nur auf den Bereich von P_minPSSTu bis P_minPSSPu beschränkt. Dabei ist noch zu beachten, dass sowohl die minimale Turbinenabgabeleistung eines PSS niedriger liegt und vor allen Dingen die minimale Pumpenaufnahmeleistung eines PSS (47) viel kleiner ist als die maximale Pumpleistung eines ternären Blocks ist. Im vorliegenden Beispiel wird von einer maximalen Turbinenabgabeleistung (42) des Doppelblocks (32) von 120 MW ausgegangen. Die maximale Aufnahmeleistung im Pumpbetrieb (45) des Doppelblockes (32) wird dagegen bei –160 MW liegen. Das bedeutet, dass der Betriebsbereich im hydraulischen Kurzschluss lediglich auf den Bereich der minimalen Turbinenabgabeleistung eines PSS (44) von 10 MW bis zur minimalen Pumpenaufnahmeleistung eines PSS (47) von –40 MW liegt. Diese Zahlen verdeutlichen noch einmal den entscheidenden Vorteil hinsichtlich des energetisch insgesamt bedeutend günstigeren Betriebes des Doppelblockes gegenüber der Einzelmaschinenvariante.The described procedure of the double block has the following advantages in comparison to the driving of a ternary PSS with hydraulic short circuit. In turbine operation, the power loss in summation over the entire power range will be lower when dividing it into two PSS than when traversing the curve with a PSS. This assessment applies at least to the use of pump turbines because pump turbines in the lower power range have a significant efficiency drop. The double block will therefore always have clear advantages over a single machine set in ternary design in all fall height areas in which pump turbines are used, and especially with respect to equipment with a pumped storage set with pump turbine with the total power of the double block. The operation in the hydraulic short circuit will of course always have disadvantages in terms of efficiency compared to the operation in pure turbine or pumping operation. By applying the double block ( 32 ), however, the operating range for the hydraulic short circuit is significantly limited compared to the operation of a ternary block with the same overall performance. While in the ternary block it reaches from the minimum turbine _output P _minTu to the maximum pump _{intake power} P _maxPu , it is in the double block _version ( 32 ) limited only to the range of P _minPSSTu to P _minPSSPu . It should be noted that both the minimum turbine output of a PSS is lower and, above all, the minimum pump intake capacity of a PSS ( 47 ) is much smaller than the maximum pump power of a ternary block. In the present example, a maximum turbine output ( 42 ) of the double block ( 32 ) of 120 MW. The maximum recording power in pump mode ( 45 ) of the double block ( 32 ) will be at -160 MW. This means that the operating range in the hydraulic short circuit is limited to the range of the minimum turbine output of a PSS ( 44 ) from 10 MW to the minimum pump capacity of a PSS ( 47 ) of -40 MW. These figures once again illustrate the decisive advantage in terms of the energetically overall significantly more favorable operation of the double block compared to the single machine variant.

Bei der Anwendung eines ternären PSS nach DE 10 2004 013 907 A1 ist ebenfalls ein ununterbrochener Betrieb vorgesehen. Es gibt allerdings keine Aussagen zu der möglichen Dauer eines solchen ununterbrochenen Betriebes. Dagegen wird beim Betrieb eines PSW mit einem Doppelblock (32) entsprechend der vorliegenden Erfindung der ununterbrochene Betrieb über einen beliebig langen Zeitraum ermöglicht. Das wird dadurch gewährleistet, dass in der übergeordneten Steuerung und Optimierung (35) des Doppelblockes (32) neben der erforderlichen Leistungsregelung entsprechend den Netzanforderungen auch eine ständige Kontrolle der Wasserbilanz online durchgeführt wird. In dem schematischen Blockschaltbild des Doppelblocks (32) in 2 sind die Rückführungen aus der übergeordneten Steuerung (35) an die jeweiligen Pumpspeichersatzsteuerungen (33) und (34) schematisch mit angegeben. Es ist weiter angegeben, dass in diese übergeordnete Steuerung sowohl die Anforderungen des Netzes (36) als auch alle aktuellen Systemparameter (37), wie z. B. die Pegelstände, die Netzspannung, die Netzfrequenz, die Frequenzumrichterleistung usw., eingehen. Die Kontrolle der Wasserbilanz erfolgt dergestalt, dass der vorausberechnete Wasserverbrauch, der sich aus den geplanten Fahrweisen der PSS (30, 31) ergibt, ständig mit den tatsächlichen Wasserverbräuchen verglichen wird. Größere Abweichungen können in der Praxis dadurch auftreten, dass sich bei geplanten Leistungsvorhaltungen für Regelaufgaben (primär und sekundär) und den aus der Erfahrung bekannten mittleren Inanspruchnahmen dieser Vorhaltungen über der Zeit größere Unterschiede dann einstellen, wenn die tatsächliche Inanspruchnahme (z. B. durch erhöhte Windlast) sich wesentlich verändert. Die tatsächliche Inanspruchnahme wird praktisch online mit der geplanten verglichen und der sich daraus ergebende Wasserminder- oder -mehrverbrauch berechnet. Diese Differenzwassermenge wird dann in größeren Zeitabschnitten, z. B. zu Stundenwerten mit den tatsächlichen Beckeninhalten, die über die Pegelstände ermittelt werden, verglichen. Werden dabei größere und vor allen Dingen in der Tendenz eindeutige Abweichungen festgestellt, so hat das Betreiberpersonal die Möglichkeit entsprechende Korrekturen in der Fahrweise vorzunehmen. Das kann zum Beispiel dadurch geschehen, dass die mittlere Leistungsbereitstellung durch den Block (Fahrplanleistung) entweder erhöht wird, bei zu geringem Wasserverbrauch, oder abgesenkt wird, bei vergrößertem Wasserverbrauch im oberen Speicherbecken. Trotz aller Regelung und Automatisierung der Vorgänge bleibt dem Betreiberpersonal trotzdem Spielraum für entsprechende strategische Entscheidungen. Dieser beginnt bei der Planung der angebotenen Vorhaltungen für die Netzdienstleistungen. Diese können theoretisch von einer angenommenen Tagesganglinie für die mittlere Anforderung jeweils bis zu den Grenzen P_maxTu und P_maxPu reichen. Durch die Wahl der Vorhaltungen, die zur Vermarktung angeboten werden, wird natürlich die Möglichkeit der Variation der mittleren Leistungsabgabe oder Leistungsaufnahme eingeschränkt. Es wird einer bestimmten Betriebserfahrung bedürfen, diesbezüglich dann das Optimum für den Betreiber zu finden, wobei es dann noch entscheidend ist, inwieweit der Betreiber durch andere ihm gehörende Erzeugereinheiten entsprechende Veränderungen in der mittleren Leistungsanforderung ausgleichen kann. Die Ausrüstung und der Betrieb eines PSW mit einem Doppelblock (32) aus zwei baugleichen PSS (30, 31) mit variabler Drehzahl ermöglicht einen sehr flexiblen Einsatz des PSW. Das wird sowohl den sich ändernden Anforderungen des Netzes gerecht als auch der Verbesserung der Ertragssituation des Betreibers.When using a ternary PSS after DE 10 2004 013 907 A1 an uninterrupted operation is also planned. However, there are no statements on the possible duration of such uninterrupted operation. In contrast, when operating a PSW with a double block ( 32 ) according to the present invention enables uninterrupted operation over any period of time. This is ensured by the fact that in the higher-level control and optimization ( 35 ) of the double block ( 32 ) in addition to the required power control in accordance with the network requirements, a permanent control of the water balance is carried out online. In the schematic block diagram of the double block ( 32 ) in 2 are the returns from the parent control ( 35 ) to the respective pumped storage rate controls ( 33 ) and ( 34 ) indicated schematically. It is further stated that both the requirements of the network ( 36 ) as well as all current system parameters ( 37 ), such. As the water levels, the mains voltage, the mains frequency, the drive capacity, etc., enter. The control of the water balance is done in such a way that the pre-calculated water consumption resulting from the planned driving style of the PSS ( 30 . 31 ) is constantly compared with the actual water consumption. Greater deviations can occur in practice in that, in the case of planned performance requirements for control tasks (primary and secondary) and the average utilization of these reservations over time, as known from experience, greater differences occur when the actual utilization (eg due to increased utilization) Wind load) changed significantly. The actual utilization is compared virtually on-line with the planned one and the resulting water consumption or additional consumption is calculated. This amount of difference water is then in larger time periods, z. B. compared to hourly values with the actual pool contents, which are determined via the water levels. If larger deviations and, above all, a tendency to unambiguous deviations are ascertained, the operating personnel have the opportunity to make corresponding corrections in the driving style. This can be done, for example, by providing the average power delivery by the block (schedule performance) is either increased, too low water consumption, or is lowered, with increased water consumption in the upper reservoir. Despite all the regulation and automation of operations, operator personnel still have scope for appropriate strategic decisions. This begins with the planning of the offers offered for the network services. These can theoretically range from an assumed daily mean line average to the limits P _maxTu and P _{maxPu, respectively} . The choice of advocacy offered for marketing naturally limits the possibility of varying the average power output or power consumption. It will require a certain operating experience, in this regard then to find the optimum for the operator, in which case it is still crucial to what extent the operator can compensate for other changes in the average power requirement by other belonging to him generator units. The equipment and operation of a PSW with a double block ( 32 ) from two identical PSS ( 30 . 31 ) with variable speed allows a very flexible use of the PSW. This will meet both the changing requirements of the network and the improvement of the operator's profitability.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: oberes Speicherbeckenupper reservoir
22: hochdruckseitige Triebwasserleitunghigh-pressure waterline
33: hochdruckseitiger, hydraulischer SammlerHigh-pressure side, hydraulic collector
44: Zuleitung zum PSS 1Supply line to the PSS 1
55: Zuleitung zum PSS 2Supply line to the PSS 2
66: hochdruckseitiges, hydraulisches Verschlussorgan für den PSS 1High-pressure side, hydraulic closing element for the PSS 1
77: hochdruckseitiges, hydraulisches Verschlussorgan für den PSS 2High-pressure side, hydraulic closing element for the PSS 2
88th: Pumpturbine des PSS 1Pump turbine of the PSS 1
99: Pumpturbine des PSS 2Pump turbine of the PSS 2
1010: niederdruckseitige Triebwasserleitung des PSS 1Low-pressure-side drive water line of the PSS 1
1111: niederdruckseitige Triebwasserleitung des PSS 2Low-pressure-side drive water line of the PSS 2
1212: niederdruckseitige Zuleitung vom PSS 1 zum niederdruckseitigen, hydraulischen SammlerLow-pressure supply line from the PSS 1 to the low-pressure side, hydraulic accumulator
1313: niederdruckseitige Zuleitung vom PSS 2 zum niederdruckseitigen hydraulischen SammlerLow-pressure supply line from the PSS 2 to the low-pressure side hydraulic accumulator
1414: niederdruckseitiger, hydraulischer Sammlerlow-pressure side, hydraulic collector
1515: niederdruckseitige Triebwasserleitunglow-pressure-side engine water pipe
1616: unteres Speicherbeckenlower reservoir
1717: Welle PSS 1Shaft PSS 1
1818: Welle PSS 2Wave PSS 2
1919: Synchronmotorgenerator PSS 1Synchronous motor generator PSS 1
2020: Synchronmotorgenerator PSS 2Synchronous motor generator PSS 2
2121: Generatorableitungen mit Schaltelementen zum Frequenzumrichter 1Generator leads with switching elements to the frequency converter 1
2222: Generatorableitungen mit Schaltelementen zum Frequenzumrichter 2Generator leads with switching elements to the frequency converter 2
2323: Frequenzumrichter PSS 1Frequency inverter PSS 1
2424: Frequenzumrichter PSS 2Frequency inverter PSS 2
2525: elektrische Verbindung vom Frequenzumrichter zum Trafo PSS 1electrical connection from the frequency inverter to the transformer PSS 1
2626: elektrische Verbindung vom Frequenzumrichter zum Trafo PSS 2electrical connection from the frequency converter to the transformer PSS 2
2727: Maschinentransformator PSS 1Machine transformer PSS 1
2828: Maschinentransformator PSS 2Machine transformer PSS 2
2929: HochspannungsnetzHigh Voltage Power
3030: Pumpspeichersatz (PSS) 1Pumped storage replacement (PSS) 1
3131: Pumpspeichersatz 2Pump storage set 2
3232: Doppelblockdouble block
3333: Pumpspeichersatzsteuerung PSS 1Pumped storage replacement control PSS 1
3434: Pumpspeichersatzsteuerung PSS 2Pumped storage replacement control PSS 2
3535: übergeordnete Steuerung und Optimierung des Doppelblockshigher-level control and optimization of the double block
3636: Anforderungen des NetzesRequirements of the network
3737: aktuelle Systemparameter z. B. Pegelstände, Netzspannung, Netzfrequenz, FU-Leistung usw.current system parameters z. B. water levels, grid voltage, grid frequency, drive power, etc.
4040: Leistungsanforderung vom NetzPower requirement from the network
4141: Leistungsvermögen des DoppelblocksPerformance of the double block
4242: P_maxTuDB P _maxTuDB
4343: P_maxTuPSS P _maxTuPSS
4444: P_minTuPSS P _minTuPSS
4545: P_maxPuDB P _maxPuDB
4646: P_maxPuPSS P _maxPuPSS
4747: P_minPuPSS P _minPuPSS
4848: untere Leistungsgrenze im Turbinenbetrieblower power limit in turbine operation
4949: Zuschaltpunkt des zweiten PSS in den Tu-Betrieb bei steigender LeistungsanforderungJoining point of the second PSS in the Tu mode with increasing power demand
5050: Zuschaltpunkt des zweiten PSS in den Pu-Betrieb bei fallender LeistungsanforderungJoining point of the second PSS in the Pu-mode with decreasing power requirement
5151: Abschaltpunkt des ersten PSS aus dem Tu-Betrieb bei fallender LeistungsanforderungDeactivation point of the first PSS from Tu operation with decreasing power requirement
5252: Zuschaltpunkt des ersten PSS in den Pu-Betrieb bei fallender LeistungsanforderungJoining point of the first PSS in the Pu mode with decreasing power requirement
5353: maximale Leistungsgrenze eines PSS im Pumpbetriebmaximum power limit of a PSS in pump mode

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 2148682 [0002]
DE 2438034 [0002]
DE 102004013907 A1 [0003, 0007, 0038]
WO 2005/093248 A1 [0009]

Claims

Equipment and method for a pumped storage power plant (PSW) as a double block system for continuous power control as a network service, whereby the PSW from the upper reservoir ( 1 ), the high-pressure side streamline ( 2 ), the power house with all hydraulic and electromechanical equipment, and the low-pressure side water pipes ( 10 . 11 ) to the lower reservoir ( 16 ), characterized in that: (a) the equipment consists mainly of the hydraulic collector ( 3 ) at the end of the high-pressure water line ( 2 ), a double block ( 32 ) with two identical pumped storage sets (PSS) ( 30 . 31 ) with variable speed and the electrical connections of the double block ( 32 ) to the high voltage network ( 29 ), b) each of the two PSS ( 30 . 31 ) each from the high pressure side supply lines ( 4 . 5 ), the high-pressure side hydraulic shutters ( 6 . 7 ), the reversible pump turbines ( 8th . 9 ), the low pressure side water pipes ( 10 . 11 ), the waves of the PSS ( 17 . 18 ), the reversible synchronous motor generators ( 19 . 20 ), the generator leads with associated switching elements ( 21 . 22 ), the frequency inverters ( 23 . 24 ), the electrical connections ( 25 . 26 ) of the frequency converters ( 23 . 24 ) to the mains transformers ( 27 . 28 ), c) the double block ( 32 ) of each power request from the network ( 40 ) from the maximum power output in turbine operation ( 42 ) up to the maximum power consumption in pump operation ( 45 ) can follow without interruption and with the control speed required in the transmission code, the power range of the minimum output power in the turbine mode of a PSS ( 44 ) to the minimum power of a PSS ( 47 ) by the operating mode hydraulic short circuit with simultaneous operation of a PSS ( 30 ) in turbine operation and the other PSS ( 31 ) in pumping mode (or vice versa), d) the double block ( 32 ) in its capacity ( 41 ) is dimensioned so that instead of the usual design _criterion / P _maxTu / = / P _maxPu / the condition / Q _maxTu / = / Q _maxPu / (same maximum throughput in turbine and pump operation) occurs, whereby independent of the current network requirements ( 40 ) on average the same operating times in turbine operation and in pumping operation and thus the uninterrupted provision of network services over 24 hours a day is possible, e) in the higher-level control and optimization ( 35 ) of the double block ( 32 ) in addition to the power control also constantly (online) the water balance is controlled and thus the operator is impending bottlenecks, z. B. caused by larger deviations between Vorhaltungen and predicted and actual take-up of regulatory benefits for the network, and can counteract.

Equipment and method according to claim 1, characterized in that the frequency inverters ( 23 . 24 ) with intermediate circuits for the full power of the PSS ( 30 . 31 ) and thus the startup of the water-filled pump turbines ( 8th . 9 ) into pumping mode.

Equipment and method according to claims 1 to 2, characterized in that the high-pressure side hydraulic accumulator ( 3 ) as close as possible to the two PSS ( 30 . 31 ) and designed in its hydraulic design so that the associated hydraulic losses remain as small as possible both in operation with maximum throughput in both flow directions as well as in the hydraulic short circuit.

Equipment and method according to claims 1 to 4, characterized in that, when the PSS ( 30 . 31 ) are located in a powerhouse not close to the lower reservoir ( 16 ), also on the low pressure side a hydraulic collector ( 14 ) is arranged with the same design criteria as on the high-pressure side, which via the low-pressure side leads ( 12 . 13 ) with the pump turbines ( 8th . 9 ) and the low-pressure side streamline ( 15 ) with the lower reservoir ( 16 ) connected is.