抽水站水泵發(fā)電系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水栗領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種抽水站水栗發(fā)電系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水栗是輸送液體或使液體增壓的機械，被廣泛應(yīng)用于各類抽水站。目前，在某些抽水站，潛在有利用上游來水進(jìn)行反向發(fā)電的需求。而性能良好的水栗除了可以抽水，還可作為水輪機運行。水栗一般按照自身最高運行效率設(shè)計，為克服流道損失，一般高效率區(qū)揚程較高；而在水栗作為水輪機運行時，其反向發(fā)電運行時的水頭往往比抽水運行時的額定揚程要小，因此，同轉(zhuǎn)速運行方式對一般水栗來說，其運行效率偏低，不能有效利用水資源。即直接采用同轉(zhuǎn)速發(fā)電一般效率很低，通過降低水栗(水輪機)轉(zhuǎn)速可以獲得更大的效率，但一般栗站采用同步電機，調(diào)速較為困難。為提高發(fā)電效率，目前栗站水栗在反向發(fā)電運行時一般采取增極降速、機組頻率變換等方式。
[0003]由于水栗反向發(fā)電時的最優(yōu)轉(zhuǎn)速比抽水運行時低，因此可以通過增加電機極對數(shù)來降低電機轉(zhuǎn)速的方法來提高發(fā)電效率。雖然該方法能在一定程度上提高發(fā)電效率，但是電機需做成變極電機，且極數(shù)不能任意調(diào)節(jié)，以致不能靈活應(yīng)對水頭的變化。
[0004]此外，也有采用水輪發(fā)電后帶動低轉(zhuǎn)速(低頻率)的電動機運行，低轉(zhuǎn)速的電動機再帶動工頻(50Hz)發(fā)電機運行，達(dá)到并網(wǎng)發(fā)電目的。這種方式在一定程度上提高了水栗發(fā)電效率，但由于機組運行頻率的不可調(diào)節(jié)性，當(dāng)發(fā)電水頭改變時，其仍不能維持水輪機處于最佳發(fā)電運行效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對上述水栗在發(fā)電運行時能量回饋效率較低的問題，提供一種具有發(fā)電功能的抽水站水栗系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是，提供一種抽水站水栗發(fā)電系統(tǒng)，包括多個水栗電機和多根抽水管，且每一水栗電機的轉(zhuǎn)軸分別連接到位于一根抽水管內(nèi)的葉輪，每一抽水管由一個閥門控制開閉；該系統(tǒng)還包括四象限變頻器以及多個轉(zhuǎn)速檢測單元，其中:所述四象限變頻器包括移相變壓器、控制單元及多個功率單元，且每一功率單元包括通過直流母線連接的整流單元和逆變單元;所述控制單元分別與多個轉(zhuǎn)速檢測單元及多個抽水管的閥門連接，并包括閥門控制子單元和回饋控制子單元;所述閥門控制子單元在任一所述轉(zhuǎn)速檢測單元測得對應(yīng)水栗電機的轉(zhuǎn)速大于轉(zhuǎn)速預(yù)設(shè)值時開啟對應(yīng)抽水管的閥門；所述回饋控制子單元在直流母線電壓大于電壓預(yù)設(shè)值時使整流單元工作于能量回饋模式。
[0007]在本發(fā)明所述的抽水站水栗發(fā)電系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)還包括第一接觸器、多個第二接觸器及接觸器控制單元，每一所述水栗電機通過一個第二接觸器連接到四象限變頻器的機側(cè)，且該四象限變頻器的網(wǎng)側(cè)經(jīng)由第一接觸器連接到公共電網(wǎng)；所述接觸器控制單元用于在接收到預(yù)充電命令時控制第一接觸器閉合并在接收到啟動命令時控制第二接觸器閉入口 ο
[0008]在本發(fā)明所述的抽水站水栗發(fā)電系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)還包括輸出檢測單元，用于檢測四象限變頻器輸出電壓及功率單元的輸出電流，所述接觸器控制單元在接收到啟動命令后，僅在輸出檢測單元測得的輸出電壓和輸出電流未超過設(shè)定閾值時控制第二接觸器閉入口 ο
[0009]在本發(fā)明所述的抽水站水栗發(fā)電系統(tǒng)中，所述四象限變頻器的變壓器、功率模塊及控制單元分別位于變壓器柜、功率柜及控制柜，且所述變壓器柜、功率柜及控制柜依次相鄰設(shè)置組成變頻器柜組。
[0010]在本發(fā)明所述的抽水站水栗發(fā)電系統(tǒng)中，所述變頻器柜組下方具有電纜溝，所述逆變單元的線纜經(jīng)由電纜溝連接水栗電機;所述電纜溝內(nèi)設(shè)有多個用于固定線纜的托架，且該多個托架分別具有水平上表面并位于電纜溝的不同高度。
[0011]在本發(fā)明所述的抽水站水栗發(fā)電系統(tǒng)中，所述第二接觸器位于與變頻器柜組并排設(shè)置的高壓進(jìn)線柜內(nèi)，且該接觸器的線纜經(jīng)由電纜溝連接到四象限高壓變頻器的變壓器。
[0012]本發(fā)明還提供一種抽水站水栗發(fā)電系統(tǒng)控制方法，所述發(fā)電系統(tǒng)包括多個水栗電機和多根抽水管，且每一水栗電機的轉(zhuǎn)軸分別連接到位于一根抽水管內(nèi)的葉輪，每一抽水管由一個閥門控制開閉；所述發(fā)電系統(tǒng)還包括四象限變頻器以及多個轉(zhuǎn)速檢測單元，所述控制方法包括:
[0013](a)通過轉(zhuǎn)速檢測單元分別檢測多個水栗電機的轉(zhuǎn)速，并在任一水栗電機的轉(zhuǎn)速大于轉(zhuǎn)速預(yù)設(shè)值時開啟對應(yīng)抽水管的閥門；
[0014](b)在四象限變頻器的功率單元的直流母線電壓大于電壓預(yù)設(shè)值時使四象限變頻器的整流單元工作于能量回饋模式。
[0015]在本發(fā)明所述的抽水站水栗發(fā)電系統(tǒng)控制方法中，每一所述水栗電機通過一個第二接觸器連接到四象限變頻器的機側(cè)，且該四象限變頻器的網(wǎng)側(cè)經(jīng)由第一接觸器連接到公共電網(wǎng)；所述步驟(a)之前包括:
[0016](al)在接收到預(yù)充電命令時控制第一接觸器閉合；
[0017](a2)在接收到啟動命令時控制第二接觸器閉合。
[0018]在本發(fā)明所述的抽水站水栗發(fā)電系統(tǒng)控制方法中，所述控制方法還包括:檢測四象限變頻器輸出電壓及功率單元的輸出電流，且所述步驟(a2)僅在測得的輸出電壓和輸出電流未超過設(shè)定閾值時執(zhí)行。
[0019]本發(fā)明的抽水站水栗發(fā)電系統(tǒng)及控制方法，通過四象限變頻同時實現(xiàn)水栗電機的驅(qū)動控制及能量回饋，并結(jié)合接觸器控制，可高效地將能量回饋到公共電網(wǎng)。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明抽水站水栗發(fā)電系統(tǒng)實施例的示意圖。
[0021]圖2是圖1中四象限變頻的不意圖。
[0022]圖3是圖2中變頻器柜組的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖4是圖3中電纜溝的示意圖。
【具體實施方式】
[0024]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0025]如圖1所示，是本發(fā)明抽水站水栗發(fā)電系統(tǒng)實施例的示意圖。本實施例的抽水站水栗發(fā)電系統(tǒng)包括多個水栗電機SM、多根抽水管、四象限變頻器10以及多個轉(zhuǎn)速檢測單元。與現(xiàn)有的抽水站類似，每一抽水管均為水壩兩側(cè)水體之間的連接通道，且每一抽水管由一個或多個閥門控制開閉。每一水栗電機SM的轉(zhuǎn)軸分別連接到位于一根抽水管內(nèi)的葉輪。轉(zhuǎn)速檢測單元可采用安裝到水栗電機SM的編碼器等。
[0026]四象限變頻器10可采用串聯(lián)型高壓變頻器，該四象限變頻器10的網(wǎng)側(cè)連接高壓電網(wǎng)、機側(cè)分別連接多個水栗電機SM，且該四象限變頻器10包括移相變壓器、控制單元13及多個功率單元，且每一功率單元包括通過直流母線連接的整流單元11和逆變單元12?？刂茊卧?3分別與多個轉(zhuǎn)速檢測單元及多個抽水管的閥門連接，并包括閥門控制子單元和回饋控制子單元。上述閥門控制子單元在任一轉(zhuǎn)速檢測單元測得對應(yīng)水栗電機的轉(zhuǎn)速大于轉(zhuǎn)速預(yù)設(shè)值時開啟對應(yīng)抽水管的閥門；回饋控制子單元在直流母線電壓大于電壓預(yù)設(shè)值時使整流單元工作于能量回饋模式。
[0027]具體地，上述控制單元13可通過FPGA及光纖接口連接到每一功率模塊的控制端，從而對整流單元11和逆變單元12進(jìn)行控制。該控制單元13還可通過ARM連接一個HMI，從而接收輸入指令以及顯示操作狀態(tài)等。該控制單元13還可通過DSP連接傳感器檢測信號、外部裝置(例如閥門開關(guān))等。
[0028]在上述抽水站水栗發(fā)電系統(tǒng)工作時，當(dāng)四象限變頻器10輸出多路勵磁電流信號到同步機勵磁裝置(具體地，每一水栗電機SM可對應(yīng)一臺勵磁裝置，也可多臺水栗電機SM共用一臺勵磁裝置)。在水栗電機SM啟動后，四象限變頻器10輸出的同步頻率低于任一水栗電機SM實際轉(zhuǎn)速時，該水栗電機SM處于發(fā)電狀態(tài)，在四象限變頻器10的功率單元內(nèi)部，水栗電機SM產(chǎn)生的能量通過逆變單元12的二極管回饋到直流母線，控制單元13在測得直流母線電壓超過電壓設(shè)定值時，整流單元11處于能量回饋狀態(tài)，控制單元13通過控制整流單元11的輸出電壓的相位和幅值將能量回饋到高壓電網(wǎng)，達(dá)到節(jié)能的效果。此時，能量由水栗電機SM、逆變單元12、直流母線及整流單元11流向電網(wǎng)。四象限變頻器工作在二、四象限，分別對有功功率和無功功率解耦控制，達(dá)到單位功率因數(shù)能量回饋的效果。
[0029]四象限變頻器10在帶動水栗電機SM啟動時，要求水栗電機SM空載啟動，并在水栗電機SM的轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速后，再打開抽水管的閥門，從而保證水沖擊葉輪運轉(zhuǎn)帶動水栗電機SM轉(zhuǎn)動的方向與水栗電機啟動轉(zhuǎn)速方向一致。
[0030]抽水站水栗發(fā)電系統(tǒng)還可包括第一接觸器KMl、多個第二接觸器KM2及接觸器控制單元(圖中未示出)，每一水栗電機SM通過一個第二接觸器KM2連接到四象限變頻器10的機偵U，且該四象限變頻器10的網(wǎng)側(cè)經(jīng)由第一接觸器KMl連接到公共電網(wǎng)(即圖中的1kV母線)。接觸器控制單元在接收到預(yù)充電命令時控制第一接觸器KMl閉合并在接收到啟動命令時(此時四象限變頻器10的預(yù)充電已經(jīng)完成)控制第二接觸器KM2閉合。
[0031]為保證水栗電機SM空載啟動，上述抽水站水栗發(fā)電系統(tǒng)還可包括輸出檢測單元，用于檢測四象限變頻器10的輸出電壓及功率單元的輸出電流。通常，在水栗電機KM帶載啟動時，四象限變頻