泵站水泵反向运行发电的调节方法

摘要

一种泵站技术领域的泵站水泵反向运行发电的调节方法。包括步骤如下：①频率变换装置启动水泵空载运行，在40Hz频率对应转速下，此时水泵电动机通过频率变换装置从电网吸收电能；②开启放水闸门，水泵水轮机同方向运行，由电动状态进入发电状态，发电转速稳定在40Hz频率对应转速，此时在该水头下水泵工作在发电机状态，能量通过频率变换装置流入电网；③寻找水轮机运行的最佳发电转速，使发电机运行在最佳发电转速下，获得最佳发电效率。本发明可提高50％发电量，通过发电运行频率调节，可使原来不能运行在发电工况下的水泵增加了水泵反向运行发电的可行性。

权利要求

1.一种泵站水泵反向运行发电的调节方法，其特征在于，包括步骤如下：

①频率变换装置启动水泵空载运行，在40Hz频率对应转速下，此时水泵电动机通过频率变换装置从电网吸收电能；

②开启放水闸门，水泵水轮机同方向运行，由电动状态进入发电状态，发电转速稳定在

40Hz频率对应转速，此时在该水头下水泵工作在发电机状态，能量通过频率变换装置流入电网；

③寻找水轮机运行的最佳发电转速，使发电机运行在最佳发电转速下，获得最佳发电效率；

所述的最佳发电转速，是指：

水泵发电机在某一水头情况下进入稳定转速发电后，此时，以1Hz频率步长增加频率变换装置机侧频率，水泵发电机运行转速随之升高：当若输出功率呈现增长趋势，则在50Hz内继续增加机侧频率，直到输出功率出现降低趋势；

记录输出频率出现拐点时对应的机侧频率，再以0.1Hz频率步长降低机侧输出频率，发电机输出功率呈增长趋势，直至输出频率出现降低趋势，此时该水头下水泵发电机进入最佳发电效率运行转速；

当输出功率呈现降低趋势，则以1Hz频率步长降低机侧频率，若输出功率呈现增长趋势，则继续降低机侧频率，直到输出功率出现降低趋势。记录输出频率出现拐点时对应的机侧频率，再以0.1Hz频率步长增加机侧输出频率，发电机输出功率呈增长趋势，直至输出频率出现降低趋势时，频率变换装置机侧频率稳定运行，此时该该水头下水泵发电机最佳发电效率运行转速。

2.根据权利要求1所述的泵站水泵反向运行发电的调节方法，其特征是，如果水头增加时，发电机最佳发电效率运行转速会相应增加，此时以1Hz频率步长增加频率变换装置机侧频率，水泵发电机运行转速随之升高；根据最佳发电转速寻找方式，使发电机运行在最佳发电转速下，获得最佳发电效率。

3.根据权利要求1所述的泵站水泵反向运行发电的调节方法，其特征是，如果水头降低时，发电机最佳发电效率运行转速会相应降低，此时以1Hz频率步长降低频率变换装置机侧频率，水泵发电机运行转速随之降低；根据最佳发电转速寻找方式，使发电机运行在最佳发电转速下，获得最佳发电效率。

说明书

泵站水泵反向运行发电的调节方法

技术领域

[0001] 本发明涉及的是一种泵站技术领域的调节方法，具体地，涉及一种采用发电运行频率变换的泵站水泵反向运行发电的调节方法。

背景技术

[0002] 性能良好的水泵可作为水轮机运行，国内某些泵站对水泵反向发电方式进行尝试，取得了明显的经济效益。

[0003] 由于在水泵设计时是按水泵自身最高运行效率选择，同时要克服流道损失，一般高效率区扬程较高，而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发电效率，但一般泵站采用同步电机，调速较为困难。为提高发电效率，泵站水泵在反向发电运行时可采取增极降速的方式。

[0004] 现有技术中当水泵作为水轮机同转速发电运行工况时，此时水轮机被强制在同步转速下，处于较低的发电效率。虽然能够通过改变(增加)电机的极对数来降低电机的转速来提高一定的发电效率，但不能使机组时刻工作在最佳发电效率下。

[0005] 现有技术中当采用发电电动机机组型式的频率变换运行工况时，水轮发电机发出的电能带动低频的电动机运行，低频电动机再带动工频发电机运行，达到并网发电目的。机组型式的频率变换装置在一定程度上能够提高水轮机发电效率，由于机组运行频率的不可调节性，当发电水头改变时，其就不能维持水轮机处于最佳发电运行效率。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种泵站水泵反向运行发电的调节方法。本发明采用发电运行频率变换的泵站水泵反向运行方式，所要解决的技术问题是在水力发电中具有时刻保持水泵发电机最大发电效率、运行灵活、调节方便这样性能的运行模式。

[0007] 本发明是通过以下技术方案实现的：

[0008] 本发明通过在水泵发电机和电网之间采用可使能量双向流动的频率变换，把网侧50Hz的电能转换成频率可调节的电能，从而调节发电机转速使之处于最佳发电效率工况下，包括步骤如下：

[0009] ①频率变换装置启动水泵空载运行，在40Hz频率对应转速下，此时水泵电动机通过频率变换装置从电网吸收电能；

[0010] ②开启放水闸门，水泵水轮机同方向运行，由电动状态进入发电状态，发电转速稳定在40Hz频率对应转速，此时在该水头下水泵工作在发电机状态，能量通过频率变换装置流入电网；

[0011] ③寻找水轮机运行的最佳发电转速，使发电机运行在最佳发电转速下，获得最佳发电效率。

[0012] 所述的最佳发电转速，是指：

[0013] 水泵发电机在某一水头情况下进入稳定转速发电后，此时，以1Hz频率步长增加频率变换装置机侧频率，水泵发电机运行转速随之升高：

[0014] 当若输出功率呈现增长趋势，则在50Hz内继续增加机侧频率，直到输出功率出现降低趋势；

[0015] 记录输出频率出现拐点时对应的机侧频率，再以0.1Hz频率步长降低机侧输出频率，发电机输出功率呈增长趋势，直至输出频率出现降低趋势时，频率变换装置机侧频率稳定运行，此时即为该水头下水泵发电机最佳发电效率运行转速。

[0016] 当输出功率呈现降低趋势，则以1Hz频率步长降低机侧频率，若输出功率呈现增长趋势，则继续降低机侧频率，直到输出功率出现降低趋势；

[0017] 记录输出频率出现拐点时对应的机侧频率，再以0.1Hz频率步长增加机侧输出频率，发电机输出功率呈增长趋势，直至输出频率出现降低趋势时，频率变换装置机侧频率稳定运行，此时即为该水头下水泵发电机最佳发电效率运行转速。

[0018] 如果水头增加时，发电机最佳发电效率运行转速会相应增加，此时以1Hz频率步长增加频率变换装置机侧频率，水泵发电机运行转速随之升高；

[0019] 或者如果水头降低时，发电机最佳发电效率运行转速会相应降低，此时以1Hz频率步长降低频率变换装置机侧频率，水泵发电机运行转速随之降低；

[0020] 根据最佳发电转速寻找方式，使发电机运行在最佳发电转速下，获得最佳发电效率。

[0021] 本发明对于水泵反向发电运行，是根据不同水泵和不同水头，使水泵发电机运行的水泵自动调节获得最佳发电效率，时刻保持最高发电效率运行。根据机组特性，在不同水头时对并网运行电源的频率进行连续调节以调整机组的运行转速，使机组永远运行在较佳工况下，可大大提高发电运行效率，充分利用了水利资源。通常情况下，相对于直接并网强制运行在同步转速时的发电工况相比，通过本发明所用的方法进行发电可提高50％发电量。同时，本发明提供的方法为水力发电提供了一种全新的运行方式，通过发电运行频率调节，可使原来不能运行在发电工况下的水泵增加了水泵反向运行发电的可行性。

附图说明

[0022] 图1本发明工作流程示意图。

具体实施方式

[0023] 以下结合附图对本发明的实施例作详细说明：以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

[0024] 实施例

[0025] 为使水轮机时刻处于最佳发电效率，频率变换采用频率可连续调节的“静止式”变频变换模式，对水头变化、频率调节、转速调整采用闭环调节方式，根据水头的变频时刻调整其机侧频率，从而使水轮机始终运行在高效发电运行转速下。

[0026] 根据水轮机效率特性曲线，对某一水头和某一性能下的水轮机，其最佳运行效率和一特定转速对应。水泵反向发电功率调节可分水头一定而水轮机性能不同情况下的发电调节和水轮机性能一定而水头变化情况下的发电功率调节。

[0027] 如图1所示，本实施例包括以下步骤：

[0028] ①频率变换装置启动水泵空载运行，使水泵电机工作在电动状况下，水泵电动机在频率变换装置的带动下逐步升高转速，最终稳定运行在40Hz频率对应转速下，此时水泵电动机通过频率变换装置从电网吸收电能。

[0029] 水泵电动机空载稳定运行时的频率在第一次运行时可初步设定在40Hz，在以后的运行过程中可以根据历史运行记录，根据发电机启动时的水头值，直接设定可使发电机工作在最佳发电效率时的接近运行频率，减少频率调节过程，从一定程度上提高发电量。为此，水库需增设水头监测装置。

[0030] ②水泵电动机稳定运行后，开启放水闸门，水泵水轮机在水流的冲击下，同方向加速运行，在速度处于超同步转速时，投入励磁系统，水泵电机由电动状态进入发电状态，发电转速稳定在40Hz频率对应转速，此时在该水头下水泵工作在发电机状态，能量通过频率变换装置流入电网。

[0031] 水泵电机能量传递方向发生变化，为此频率变换装置须为四象限运行装置，可以适应电机运行方式改变带来的能量传输方向变换的暂态过程。

[0032] ③水泵发电机在某一水头情况下进入上述转速稳定发电运行后，寻找该水头下对应水轮机运行特性的最佳发电转速。初始，以1Hz频率步长增加频率变换装置机侧频率，水泵发电机运行转速随之升高，监控系统自动监测并记录发电机输出功率。

[0033] ④分析发电机输出功率变化趋势，若输出功率呈现增长趋势，则继续增加机侧频率(不会超过50Hz)，直到输出功率出现降低趋势。记录输出频率出现拐点时对应的机侧频率，再以0.1Hz频率步长降低机侧输出频率，发电机输出功率呈增长趋势，直至输出频率出现降低趋势时，频率变换装置机侧频率稳定运行，此时即为该水头下水泵发电机最佳发电效率运行转速。

[0034] ⑤在机侧频率以1Hz频率步长增加时，若输出功率呈现降低趋势，则以1Hz频率步长降低机侧频率，监测并记录分析发电机输出功率。若输出功率呈现增长趋势，则继续降低机侧频率，直到输出功率出现降低趋势。记录输出频率出现拐点时对应的机侧频率，再以0.1Hz频率步长增加机侧输出频率，发电机输出功率呈增长趋势，直至输出频率出现降低趋势时，频率变换装置机侧频率稳定运行，此时即为该水头下水泵发电机最佳发电效率运行转速。

[0035] ⑥水头增加时，发电机最佳发电效率运行转速会相应增加，此时以1Hz频率步长增加频率变换装置机侧频率，水泵发电机运行转速随之升高，按步骤4监测并记录分析发电机输出功率，最终使发电机运行在最佳发电效率下。

[0036] ⑦水头降低时，发电机最佳发电效率运行转速会相应降低，此时以1Hz频率步长降低频率变换装置机侧频率，水泵发电机运行转速随之降低，按步骤5监测并记录分析发电机输出功率，最终使发电机运行在最佳发电效率下。

[0037] 本实施例在水泵发电机过程中，水头监测和频率设定均由监控系统完成，构成闭环自动调节系统。上述调节方法适应初次应用时期，在水泵发电运行一段时期后，由于监控系统具有记忆功能，对应任一水头，监控系统可立即找出对应该水头的发电机最佳运行频率值或运行频率范围，从而在水头变化时，频率变换装置可在监控系统的命令下直接运行在最佳工作频率。在发电输出功率调整过程中，还应设定保护功能，不应该使水泵电机在转速调节过程中发展频率共振现象和过负荷情况。