專利名稱：可變速的抽水蓄能式發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可變速的抽水蓄能式發(fā)電機(jī)，其具有作為AC勵(lì)磁裝置的變頻器并具有同步連接到商用電力供電系統(tǒng)上的一次回路，盡管發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子以可變速方式旋轉(zhuǎn)。更確切說，涉及的可變速抽水蓄能式發(fā)電機(jī)在發(fā)電模式中能控制水泵—水輪機(jī)側(cè)的速度。更具體地說，本發(fā)明在不脫離預(yù)定的可變速范圍的情況下能夠穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行。
對(duì)于用于水泵—水輪機(jī)的可變速抽水蓄能式發(fā)電機(jī)的發(fā)電模工，有兩種主要的控制系統(tǒng)，其應(yīng)用取決于速度控制和輸出控制是針對(duì)水泵—水輪機(jī)還是原動(dòng)機(jī)側(cè)或者是針對(duì)發(fā)電機(jī)—電動(dòng)機(jī)還是負(fù)載側(cè)。
在第一種控制系統(tǒng)中，速度控制針對(duì)發(fā)電機(jī)—電動(dòng)機(jī)，輸出控制針對(duì)水泵—水輪機(jī)。其特征在于a.比較重要的是進(jìn)行速度控制并且速度控制波形是完整的。
b.由于發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)的電功率幾乎是由水泵—水輪機(jī)輸出的機(jī)械功率的兩倍，在水泵—水輪機(jī)上游側(cè)和下游側(cè)的水錘現(xiàn)象的影響直接出現(xiàn)在發(fā)電機(jī)—電動(dòng)機(jī)的電功率上并且瞬時(shí)出現(xiàn)反擺趨向。
因此，對(duì)所連接的商用電力供電系統(tǒng)所形成的有害影響成為一個(gè)問題，因而這種控制不值得推薦。
因而推出第二種控制系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，根據(jù)外部功率命令信號(hào)，針對(duì)水泵—水輪機(jī)進(jìn)行最佳速度控制，并且針對(duì)發(fā)電機(jī)—電動(dòng)機(jī)進(jìn)行功率控制，以使功率直接跟蹤外部功率命令信號(hào)。其特征在于a.要求非常接近功率命令信號(hào)的快速和直接的功率響應(yīng)。
b.由于在原動(dòng)機(jī)側(cè)進(jìn)行速度控制，安全性高于在發(fā)電機(jī)—電動(dòng)機(jī)側(cè)或負(fù)載側(cè)進(jìn)行速度控制的系統(tǒng)。
在該系統(tǒng)中，即使給定一個(gè)快速功率變化命令信號(hào)，由于水錘現(xiàn)象產(chǎn)生的有害影響完全不出現(xiàn)在商用電力供電系統(tǒng)。
然而，由于速度控制取決于水泵—水輪機(jī)的流速控制，響應(yīng)慢，使速度趨于響應(yīng)太慢或使之產(chǎn)生某種程度的過調(diào)。
另一方面，對(duì)于可調(diào)速的機(jī)械要在預(yù)定的速度范圍內(nèi)嚴(yán)格控制速度是難以生效的，因?yàn)榉駝t會(huì)使變頻器喪失其功能。
此外，在可調(diào)速的抽水蓄能式發(fā)電機(jī)中，在可調(diào)速的水泵—水輪機(jī)的水輪機(jī)模式或發(fā)電模式的運(yùn)行速度范圍經(jīng)常受限制于可調(diào)速度范圍的較低區(qū)域，而在抽水蓄能模式時(shí)的運(yùn)行速度范圍基本上覆蓋整個(gè)范圍。這是出于考慮這樣一個(gè)事實(shí)，即水輪機(jī)的效率在低于同步轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速下較高，在抽水蓄能模式下，輸入的可調(diào)范圍應(yīng)當(dāng)盡可能大。
因此，在可調(diào)速的抽水蓄能式發(fā)電機(jī)中，在發(fā)電模式下，當(dāng)水泵—水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生過調(diào)超出下限一個(gè)預(yù)定量或超出上限一個(gè)預(yù)定量時(shí)，通過對(duì)可調(diào)速的發(fā)電機(jī)一電動(dòng)機(jī)的電功率輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)，回沖速度控制用于抑制過調(diào)，如在日本專利公開(kokai)文件JP—A—62—071497中所公開的。
圖6表示該JP—A—62—071497文件公開的系統(tǒng)。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1由直接連接到它的轉(zhuǎn)子上的水輪機(jī)2拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)，根據(jù)感應(yīng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)1的轉(zhuǎn)速由二次勵(lì)磁控制裝置3控制預(yù)定相的AC勵(lì)磁電流提供到感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的二次繞線1b，二次勵(lì)磁控制裝置3具有一個(gè)變頻器實(shí)行可調(diào)速運(yùn)行，使得具有與AC系統(tǒng)4同樣頻率的AC功率由感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的一次繞組1a輸出。用于控制二次勵(lì)磁控制裝置的功率由接收變壓器12提供。
函數(shù)發(fā)生器與接收外部發(fā)電輸出命令P0和水位檢測(cè)信號(hào)H，以便產(chǎn)生一個(gè)最佳轉(zhuǎn)速命令Na和一個(gè)用于改進(jìn)導(dǎo)向葉片響應(yīng)速度的前饋信號(hào)Ya。當(dāng)水位變化很小時(shí)，水位信號(hào)H可以略去。轉(zhuǎn)速控制裝置16將由轉(zhuǎn)速檢測(cè)器6檢測(cè)的實(shí)際轉(zhuǎn)速N與最佳轉(zhuǎn)速命令Na相比較，以輸出導(dǎo)葉開度控制信號(hào)△Y。來自函數(shù)發(fā)生器5的前饋信號(hào)Ya和導(dǎo)葉開度控制信號(hào)△Y利用加法器21求和，并將該和輸入到控制導(dǎo)葉11的導(dǎo)葉驅(qū)動(dòng)裝置10。
滑差相位檢測(cè)器7檢測(cè)滑差相位Sp，該滑差相位Sp等于AC電力供電系統(tǒng)4的電壓相位和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的二次側(cè)旋轉(zhuǎn)相位的差，用電角度表示。下面解釋滑差相位檢測(cè)器7的結(jié)構(gòu)?；钕辔粰z測(cè)器的轉(zhuǎn)子具有一個(gè)三相繞組，其并聯(lián)到感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的一次繞組1a上，以及一些霍爾變換器，它們按π/2電角度間隔的位置配置在滑差相位檢測(cè)器7的定子上，使得從霍爾變換器輸出從感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的二次側(cè)看為與AC系統(tǒng)4的電壓相位實(shí)現(xiàn)匹配的信號(hào)并變換為滑差相位Sp，將信號(hào)Sp輸入到二次勵(lì)磁控制裝置3。由轉(zhuǎn)速檢測(cè)器6檢測(cè)的轉(zhuǎn)速N信號(hào)輸入到發(fā)電輸出校正命令裝置25，并且由其產(chǎn)生的輸出△P2和外部發(fā)電輸出命令P0利用加法器26求和，該加法器產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)機(jī)輸出指令PG，再依次輸入到二次勵(lì)磁控制裝置3。
下面解釋發(fā)電輸出校正命令裝置25的結(jié)構(gòu)。當(dāng)轉(zhuǎn)速處在設(shè)定值N2和N3之間時(shí)，發(fā)電輸出校正命令信號(hào)△P2保持為零，當(dāng)轉(zhuǎn)速N低于設(shè)定值N2時(shí)，發(fā)電輸出校正命令信號(hào)△P2與轉(zhuǎn)速N的降低成比例降低。另一方面，當(dāng)轉(zhuǎn)速N高于設(shè)定值N3時(shí)，發(fā)電輸出校正命令信號(hào)△P2與轉(zhuǎn)速N的上升成比例上升。發(fā)電輸出校正命令信號(hào)△P2的絕對(duì)值被控制不超過P2。設(shè)定值N2和N3的設(shè)定是根據(jù)二次勵(lì)磁控制裝置3的變頻器的電壓額定值和頻率輸出范圍以及由水輪機(jī)2的性能特性所確定的轉(zhuǎn)速范圍進(jìn)行的。
將感應(yīng)電動(dòng)機(jī)輸出命令PG和滑差相位檢測(cè)器7的滑差相位Sp輸入到二次勵(lì)磁控制裝置3，并且控制提供到感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的二次繞組1b的AC勵(lì)磁電流，使得由有功功率檢測(cè)器9檢測(cè)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的輸出檢測(cè)信號(hào)P等于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)輸出命令PG。更確切地說，可以采用在日本專利公開(kokoku)文件JP—B—57—60645中所公開的控制方法。導(dǎo)葉驅(qū)動(dòng)裝置10控制導(dǎo)葉11是根據(jù)前饋信號(hào)Ya和導(dǎo)葉開度控制信號(hào)△Y的和，以便控制水輪機(jī)輸出PT。
當(dāng)發(fā)電輸出P0如圖7(a)所示階躍增加以便階躍增加發(fā)電輸出P時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)速N在時(shí)間t0時(shí)在設(shè)定值N2附近時(shí)，說明該時(shí)的響應(yīng)。當(dāng)發(fā)電輸出P0如圖7(a)所示在時(shí)間t0階躍增加，以便階躍增加發(fā)電輸出P時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的發(fā)電輸出P跟隨發(fā)電輸出命令P0的變化，其增加如圖7(g)所示。另一方面，導(dǎo)葉11的開度Y響應(yīng)于Ya和△Y的和，它采用機(jī)械方式執(zhí)行，該響應(yīng)慢于發(fā)電輸出P對(duì)發(fā)電輸出命令P0的響應(yīng)。因此，水輪機(jī)輸出PT低于發(fā)電輸出P，并且在發(fā)電輸出命令P0的急劇變化之后，轉(zhuǎn)速N暫時(shí)降低，在此之后，在時(shí)間t1，發(fā)電輸出P和水輪機(jī)輸出PT變得相等，并且轉(zhuǎn)速N的降低使得記錄一個(gè)暫態(tài)的最小值。在時(shí)間t1，由于速度偏差△N是正的，導(dǎo)葉開度控制信號(hào)△Y是正的，導(dǎo)葉開度Y繼續(xù)增加。因此，水輪機(jī)輸出PT變得大于發(fā)電輸出P，如圖7(f)所示，轉(zhuǎn)速N開始上升。當(dāng)轉(zhuǎn)速N增加時(shí)，與最佳轉(zhuǎn)速命令Na的偏差降低，并且當(dāng)導(dǎo)葉開度控制信號(hào)△Y降低時(shí)，在水輪機(jī)輸出PT和發(fā)電輸出P之間的差值降低，轉(zhuǎn)速N的加速度降低。
假如在發(fā)電輸出命令P0急劇增加之后轉(zhuǎn)速N下降過程中，轉(zhuǎn)速N下降低于設(shè)定值N2，會(huì)產(chǎn)生跟隨。當(dāng)轉(zhuǎn)速N下降低于設(shè)定值N2時(shí)，輸入到二次勵(lì)磁控制裝置3的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)輸出命令PG比外部發(fā)電輸出命令P0小一個(gè)發(fā)電輸出校正命令信號(hào)△P2。因此，在水輪機(jī)的輸出PT變得等于發(fā)電輸出P的時(shí)間t1早于在水輪機(jī)輸出PT變得等于發(fā)電輸出命令P0的時(shí)間t2以及這樣一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，在該時(shí)間點(diǎn)，轉(zhuǎn)速N記錄了如在圖9(f)用間斷線表示的從時(shí)間t2到時(shí)間t1的暫態(tài)最小變化，使得轉(zhuǎn)速N的暫態(tài)過調(diào)明顯地降低。因此，進(jìn)行回沖速度控制，使得可調(diào)速的水輪機(jī)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不至降低到預(yù)定設(shè)定值之外。當(dāng)上限設(shè)定值N3被超過時(shí)，產(chǎn)生相似的現(xiàn)象。
然而，現(xiàn)有技術(shù)并沒有說到在何處通過二次勵(lì)磁控制裝置3進(jìn)行回沖速度控制，即怎樣設(shè)定下限設(shè)定值N2和上限設(shè)定值N3。
此外，已經(jīng)證明，當(dāng)在發(fā)電模式的運(yùn)行速度范圍限于在可調(diào)速度范圍的較低區(qū)域時(shí)，和當(dāng)在發(fā)電模式的運(yùn)行范圍的上限和在抽水蓄能模式的運(yùn)行范圍的上限之間的差值很大時(shí)，上述有技術(shù)系統(tǒng)并不適用。即當(dāng)回沖速度控制的設(shè)定稍低于發(fā)電模式的可調(diào)速度范圍的下限和稍高于抽水蓄能模式的可調(diào)速度范圍的上限時(shí)，在發(fā)電模式中按照近于100％輸出的運(yùn)行過程中，在功率命令P0的急劇下降之后，轉(zhuǎn)速N立即顯著地瞬間超過發(fā)電模式的可變速度范圍的上陰。即直到轉(zhuǎn)速N達(dá)到它的上限設(shè)定值之前，利用回沖控制并沒有得到過調(diào)的抑制效果，并且在可調(diào)速度范圍內(nèi)產(chǎn)生顯著地速度偏移。即使轉(zhuǎn)速N的向上偏移是允許的，因?yàn)樗匀辉谧冾l器的可調(diào)范圍之內(nèi)或者它能夠易于在可調(diào)速度范圍的上限處利用回沖速度控制而得到抑制，假如接著向上偏移功率命令急劇下降，并且因此轉(zhuǎn)速命令也急劇下降，與向上偏移的反擺同時(shí)轉(zhuǎn)速快速下降。結(jié)果產(chǎn)生的過調(diào)低于可調(diào)速度范圍的下限。它可以步入較低的回沖速度控制范圍，直到抑制作用增加到某一程度，以便克服向下過調(diào)的能量。步入的數(shù)量可以像失去同步時(shí)那樣大。
本發(fā)明的目的是控制一種可調(diào)速的抽水蓄能式發(fā)電機(jī)，其在發(fā)電模式利用水泵—水輪機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，使得過調(diào)不脫離預(yù)定的可調(diào)速范圍，因此保證穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行。
上述目的是通過這樣一種可調(diào)速的抽水蓄能式發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)的，其包括一臺(tái)感應(yīng)發(fā)電機(jī)—電動(dòng)機(jī)，該電機(jī)具有連接到電力系統(tǒng)的一次繞組和二次繞組，以及一個(gè)AC勵(lì)磁裝置，用于使所述的二次繞組AC激磁，所述AC勵(lì)磁裝置的轉(zhuǎn)軸在發(fā)電模式中利用連接到其上的水泵—水輪機(jī)使之旋轉(zhuǎn)，在抽水蓄能模式中則旋轉(zhuǎn)所述水泵—水輪機(jī)，并包括第一速度控制裝置，用于在發(fā)電模式中輸出轉(zhuǎn)速命令信號(hào)，以便根據(jù)功率輸出命令控制所述水泵—水輪機(jī)和向所術(shù)AC勵(lì)磁控制裝置輸出AC勵(lì)磁控制信號(hào)；以及第二速度控制裝置，用于在發(fā)電模式中當(dāng)所述轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速下降低于下限設(shè)定值時(shí)，控制來自所述AC勵(lì)磁裝置的AC勵(lì)磁容量；將在所述轉(zhuǎn)軸的正常轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍的下限設(shè)定值和下限值之間的差值設(shè)定得大于所能承受的速度振蕩的峰—峰的幅值的至少一半，例如說，額定速度的0.15％，其對(duì)應(yīng)于沒有滑移或零勵(lì)磁頻率，在這一情況下，承受的轉(zhuǎn)速振蕩是預(yù)計(jì)的。
上述目的實(shí)現(xiàn)是還通過利用這樣一種可調(diào)速的抽水蓄能式發(fā)電機(jī)，其包含一臺(tái)感應(yīng)發(fā)電機(jī)—電動(dòng)機(jī)，該電機(jī)具有連接到電力系統(tǒng)上的一次繞組和二次繞組，還具有AC勵(lì)磁裝置，其用于使所述二次繞組AC勵(lì)磁，在發(fā)電模式中所述感應(yīng)發(fā)電機(jī)—電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸由連接到其上的水泵—水輪機(jī)拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)，在抽水蓄能模式中則旋轉(zhuǎn)所述水泵—水輪機(jī)，還包含第一速度控制裝置，用于在發(fā)電模式中，輸出轉(zhuǎn)速命令信號(hào)，以便根據(jù)功率輸出命令控制所述水泵—水輪機(jī)，并且向所述AC勵(lì)磁控制裝置輸出AC勵(lì)磁控制信號(hào)，以及第二速度控制裝置，用于在發(fā)電模式下當(dāng)所述轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速上升超過上限起始設(shè)定值時(shí)，控制來自所述AC勵(lì)磁裝置的AC勵(lì)磁容量；該起始上限設(shè)定值高于在發(fā)電模式中的正?？烧{(diào)速度范圍的最大值而小于在抽水蓄能模式中的正?？烧{(diào)速度范圍的上限。
本發(fā)明的上述目的還可以在可調(diào)速的抽水蓄能式發(fā)電機(jī)中實(shí)現(xiàn)是通過選擇性地利用上述兩種控制系統(tǒng)，以便控制在發(fā)電模式中的裝置。
在本發(fā)明的可調(diào)速的抽水蓄能式發(fā)電機(jī)中，在發(fā)電模式下，將速度控制命令提供到作為原動(dòng)機(jī)的水泵—水輪機(jī)上，以實(shí)行正常速度控制，并且，利用第一速度控制裝置根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)，在發(fā)電模式下以可調(diào)方式設(shè)定速度控制命令。當(dāng)在發(fā)電模式下，輸出命令的瞬間變化使水泵—水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速下降到正常運(yùn)行可調(diào)速度范圍之下的預(yù)定量值時(shí)，第二速度控制裝置動(dòng)作控制AC勵(lì)磁裝置的輸出，以便回沖控制轉(zhuǎn)速，因此按照所述AC勵(lì)磁裝置的容量防止了轉(zhuǎn)速偏離預(yù)定的范圍。在這種情況下，利用回沖速度控制命令裝置，設(shè)定起始下限設(shè)定值，在該設(shè)定值下回沖速度控制稍微開始作用，該設(shè)定值低于正常運(yùn)行可調(diào)速度范圍的最小值，使得在發(fā)電模式下的正常運(yùn)行范圍的該設(shè)定值和最小值之差值大于所能承受的速度振蕩的峰—峰的幅值的一半，該振蕩是在此這后連續(xù)產(chǎn)生的或者在此這后，在正常運(yùn)行狀況下設(shè)有回沖速度控制的回沖發(fā)生而預(yù)計(jì)產(chǎn)生的。因此，當(dāng)發(fā)電輸出命令變化很小時(shí)，回沖速度控制維持非運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)于由于正常速度控制的特性作用，僅由水輪機(jī)連續(xù)產(chǎn)生的要承受的速度振蕩或者速度振蕩作為暫態(tài)過程的行跡而維持，該回沖速度控制不再起作用，使得回沖速度控制所形成的對(duì)從發(fā)電機(jī)的電功率輸出的直接擾動(dòng)被避免了。
此外，在本發(fā)明的可調(diào)速的抽水蓄能式發(fā)電機(jī)中，在發(fā)電模式下將速度控制命令施加到作為實(shí)行正常速度控制的原動(dòng)機(jī)的水泵—水輪機(jī)上，并且在發(fā)電模式下的速度控制命令利用速度控制裝置，根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)以可調(diào)節(jié)方式來設(shè)定，在發(fā)電模式下的正常運(yùn)行速度范圍的最大值設(shè)定得低于抽水蓄能模式下的正常運(yùn)行速度范圍的最大值。此外，對(duì)于回沖速度控制的起始上限設(shè)定值設(shè)定得高于發(fā)電模式下的正常運(yùn)行速度范圍的最大值，而小于抽水蓄能模式下的正常運(yùn)行速度范圍的最大值。通過將回沖速度控制的起始上限設(shè)定值設(shè)定得接近正常運(yùn)行速度范圍的最大值，轉(zhuǎn)速的暫時(shí)過調(diào)寬度可以抑制得低到預(yù)期值。


圖1表示本發(fā)明的可變速的抽水蓄能式發(fā)電機(jī)的一個(gè)實(shí)施例的整體構(gòu)成，圖2表示本發(fā)明的實(shí)施例中的正常運(yùn)行范圍，圖3說明本發(fā)明的實(shí)施例的一個(gè)部分的工作，圖4說明本發(fā)明的實(shí)施例中的上限控制，圖5說明本發(fā)明的實(shí)施例中的上限控制，圖6表示可變速的抽水蓄能式發(fā)電機(jī)的現(xiàn)有技術(shù)的整體構(gòu)成，圖7說明在現(xiàn)有技術(shù)中的下限控制，圖8說明在現(xiàn)有技術(shù)中的下限控制，和圖9說明在本發(fā)明的實(shí)施例中的下限控制。
下面通過參閱附圖解釋本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。圖1表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中與圖6中所使用的那些相同的數(shù)碼標(biāo)注相同或相應(yīng)的部件?，F(xiàn)在解釋在圖1中與圖6不同的部分。數(shù)碼25A對(duì)應(yīng)于圖6中的發(fā)電輸出校正命令裝置25。當(dāng)轉(zhuǎn)速N處在設(shè)定值Nklg和Nkug之間時(shí)，輸出信號(hào)保持為零，而當(dāng)轉(zhuǎn)速N落在設(shè)定值Nklg以下時(shí)，輸出信號(hào)與轉(zhuǎn)速N的降低成比例降低。另一方面，當(dāng)轉(zhuǎn)速N上升超過設(shè)定值Nkug時(shí)，輸出信號(hào)與轉(zhuǎn)速N的上升成比例上升并且回沖速度控制操作被起動(dòng)。設(shè)定值Nklg和Nkug按如下方式確定。
假設(shè)在發(fā)電模式中最佳轉(zhuǎn)速命令Na的下限是Nalg，并且它的上限是Naug，即在發(fā)電模式中利用正常的水泵水輪機(jī)速度控制的可調(diào)速度運(yùn)行范圍是Nalg—Naug(正常運(yùn)行范圍)，它們?cè)O(shè)定要滿足Nklg＜Nalg，Nkug＞Naug即，它們?cè)O(shè)定在正?？烧{(diào)速度運(yùn)行范圍之外。此外，(Nalg—Nklg)設(shè)定大于在穩(wěn)定狀態(tài)中可能產(chǎn)生的連續(xù)旋轉(zhuǎn)波動(dòng)的單個(gè)幅值。這是由于考慮通過二次勵(lì)磁控制裝置可進(jìn)行的回沖速度控制并設(shè)有由于水輪機(jī)輸出控制而干擾速度控制，即使最佳轉(zhuǎn)速命令Nag處在下限并且實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的連續(xù)運(yùn)行。
圖3表示一個(gè)暫態(tài)特性控制裝置25B的一個(gè)實(shí)施例，該裝置經(jīng)過二次勵(lì)磁控制裝置可控制回沖速度控制裝置的響應(yīng)和穩(wěn)定性。圖1表示主要的延遲器件(如圖3(a)和圖3(b)所示)，盡管它可以由圖3(c)所示的PI運(yùn)算器所替代，其中S表示一個(gè)拉普拉斯(Laplace)算子。數(shù)碼26標(biāo)注一個(gè)加法器，它將暫態(tài)特性控制裝置25B的輸出△PI和外部施加的發(fā)電輸出命令FO相加，以產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)機(jī)輸出命令PG。
在本發(fā)明的控制裝置中，當(dāng)轉(zhuǎn)速N在正常運(yùn)行范圍的下設(shè)定值Nalg附近時(shí)，為了階躍增加發(fā)電輸出P，如圖9(a)所示在時(shí)間t0階躍增加發(fā)電輸出命令，對(duì)此時(shí)的響應(yīng)進(jìn)行說明。當(dāng)發(fā)電輸出命令P0在時(shí)間t0增加時(shí)，與在圖8中產(chǎn)生的最佳轉(zhuǎn)速命令Na的變化相反，轉(zhuǎn)速N暫時(shí)下降，如圖9(f)所示。當(dāng)轉(zhuǎn)速N變得低于回沖速度控制的下限設(shè)定值Nklg時(shí)，由于發(fā)電輸出校正命令信號(hào)△PI的作用，輸入到二次勵(lì)磁控制裝置3的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)輸出命令變得小于外部發(fā)電輸出命令P0。因此，時(shí)間t1早于時(shí)間t2，在時(shí)間t1，水輪機(jī)輸出PT對(duì)應(yīng)于發(fā)電輸出，而時(shí)間t2，水輪機(jī)輸出PT對(duì)應(yīng)于發(fā)電輸出命令P0。因此，根據(jù)本發(fā)明，在時(shí)間t2到時(shí)間t1的時(shí)間階段內(nèi)轉(zhuǎn)速N偏移最小，如圖9(f)中的虛線所示。此外，暫態(tài)回沖過調(diào)也可以顯著減少。
根據(jù)本發(fā)明，由于預(yù)定的差值給定在最佳轉(zhuǎn)速命令Na的正常運(yùn)行范圍的下限Nalg和回沖速度控制的下限設(shè)定值Nklg之間，當(dāng)發(fā)電輸出命令P0的變化很小時(shí)，回沖速度控制不是有效的。此外，在利用水輪機(jī)進(jìn)行速度控制時(shí)，不可避免地會(huì)發(fā)生某些連續(xù)的旋轉(zhuǎn)振蕩，甚至在穩(wěn)定狀態(tài)下，這是由于在轉(zhuǎn)速控制裝置16中存在非靈敏區(qū)和不可移動(dòng)區(qū)，在水輪機(jī)本身的輸出特性中的滯后和響應(yīng)延遲。在本發(fā)明中，如上所述，將在最佳轉(zhuǎn)速命令Na的正常運(yùn)行范圍的下限Nalg和回沖速度控制的下限Nklg之間的差值(aG在圖2中)設(shè)定得大于連續(xù)旋轉(zhuǎn)振蕩的峰—峰幅值的一半。并且，在穩(wěn)定狀態(tài)，使回沖速度控制無效。
參閱圖2，解釋運(yùn)行狀態(tài)的上限控制。在可調(diào)速的抽水蓄能式發(fā)電機(jī)中，設(shè)定轉(zhuǎn)速的可調(diào)范圍是個(gè)普通作業(yè)，即正常運(yùn)行范圍大小是由變頻器所允許的范圍決定的。因此輸入的可調(diào)范圍要盡可能地大。在圖2中，在抽水蓄能模式中，正常運(yùn)行范圍的下限Nalp到上限Naup對(duì)應(yīng)于該范圍。另一方面，在發(fā)電模式中，一般正常運(yùn)行范圍如圖2所示是窄的，因?yàn)槟鼙ＷC最大效率的轉(zhuǎn)速低于在抽水蓄能模式的轉(zhuǎn)速。特別是，在很多情況下，正常運(yùn)行范圍的可調(diào)速上限低于在抽水蓄能模式中的上限Naup。
因此，下一個(gè)要解決的問題是對(duì)經(jīng)過二次勵(lì)磁控制裝置3的回沖速度控制的上限設(shè)定值進(jìn)行設(shè)定，特別是要設(shè)定在發(fā)電模式中的上限設(shè)定值Nkug。在本發(fā)明中，它要設(shè)定得低于Naup和高于Naug，如圖2所示。此外，其設(shè)定要使得與在發(fā)電模式中的正常運(yùn)行范圍的上限Naug差βG不要太大。在抽水蓄能模式中，它絕不要共用回沖速度控制的上限設(shè)定值Nkup。
參閱圖4和圖5，下面解釋本發(fā)明的裝置的運(yùn)行。
在圖5中，βG太大。當(dāng)發(fā)電輸出命令P0如圖所示急劇下降時(shí)，如圖5(f)所示轉(zhuǎn)速N暫時(shí)上升，這是因?yàn)榘l(fā)電輸出P的響應(yīng)快于水輪機(jī)輸出PT的響應(yīng)(寧愿它設(shè)定得較快，以便使可調(diào)速的裝置顯示特性)。然后它后擺很大并猛然下降。先前暫時(shí)上升的幅度越大，后擺下降的強(qiáng)度就越大。因此，轉(zhuǎn)速N下降低于正常運(yùn)行范圍的下限Nalg并且進(jìn)一步趨于下降低于回沖速度控制的下限設(shè)定值Nkl-g。當(dāng)它達(dá)到下限設(shè)定值Nklg時(shí)，通過二次勵(lì)磁控制裝置3提供制動(dòng)，回沖速度控制開始生效，但是旋轉(zhuǎn)并不會(huì)立即停下來，而是延續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)到某種程度。延續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的量值與發(fā)電輸出命令P0的下降開始之后轉(zhuǎn)速立刻暫時(shí)上升的寬度相關(guān)。假如后者允許大的數(shù)值，前者也大。換句話說，當(dāng)在過調(diào)之后轉(zhuǎn)速命令P0急劇立即下降時(shí)，轉(zhuǎn)速命令P0和過調(diào)后擺重疊和延續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)都太大。當(dāng)延續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)變得太大時(shí)，脫離二次勵(lì)磁控制裝置3的運(yùn)行范圍并且其功能紊亂。
按照這種方式，在可調(diào)速范圍的下限內(nèi)的過調(diào)與回沖速度控制的上限設(shè)定值Nkug密切相關(guān)，該過調(diào)一掠而過，好像設(shè)有聯(lián)系。因此，如圖4所示，在發(fā)電模式中，在正常運(yùn)行范圍的上限處的回沖速度控制的設(shè)定值Nkug的設(shè)定圍繞著正常運(yùn)行范圍的上限Naug，以便抑制轉(zhuǎn)速N的暫時(shí)上升。
正如上面所指示的，當(dāng)在抽水蓄能模式下的正常運(yùn)行范圍的上限Naup和在發(fā)電模式下的正常運(yùn)行范圍的上限Naug之間的差值大時(shí)，在發(fā)電模式下回沖速度控制的上限設(shè)定值Nkug與在抽水蓄能模式下的回沖速度控制的上限設(shè)定值Nkup共用一個(gè)值并不恰當(dāng)。
在下限端，如圖2所示，可以將在發(fā)電模式下的回沖速度控制的下限設(shè)定值Nklg設(shè)定等于在抽水蓄能模式下的回沖速度控制的下限設(shè)定值Nklp。
根據(jù)本發(fā)明，在發(fā)電模式下進(jìn)行回沖速度控制，下限設(shè)定值的設(shè)定是根據(jù)在發(fā)電模式下的運(yùn)行過程中連續(xù)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)振蕩進(jìn)行的，上限設(shè)定值的最佳設(shè)定是考慮與轉(zhuǎn)速過調(diào)的反擺相伴同的延續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行，不會(huì)脫離預(yù)定可調(diào)的速度范圍。
回沖速度控制作為控制的軟件的一部分可以容易地加入進(jìn)去。
權(quán)利要求
1.一種可變速的抽水蓄能式發(fā)電機(jī)，包括一臺(tái)感應(yīng)發(fā)電機(jī)—電動(dòng)機(jī)，該電機(jī)具有連接到電力系統(tǒng)的一次繞組，以及二次繞組、還包括一臺(tái)AC勵(lì)磁裝置，用于使所述二次繞組AC勵(lì)磁，所述AC勵(lì)磁裝置的轉(zhuǎn)軸在發(fā)電模式下由連接到其上的水泵—水輪機(jī)拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)，在抽水蓄能模式下則旋轉(zhuǎn)所述水泵—水輪機(jī)，其特征在于第一速度控制裝置，用于在發(fā)電模式下，輸出轉(zhuǎn)速命令信號(hào)，以便根據(jù)功率輸出命令控制所述水泵—水輪機(jī)，以及向所述AC勵(lì)磁控制裝置輸出AC勵(lì)磁控制信號(hào)；以及第二速度控制裝置，用于在發(fā)電模式下，當(dāng)所述轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速下降低于下限設(shè)定值時(shí)，控制來自所述AC勵(lì)磁裝置的AC激勵(lì)量；將在所述軸的正常轉(zhuǎn)速的下限設(shè)定值和下限值之間的差值設(shè)定得大于在正常運(yùn)行中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速振蕩的單個(gè)幅值。
2.如權(quán)利要求1所述的可變速的抽水蓄能式發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述第二速度控制裝置在發(fā)電模式下，當(dāng)所述轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速上升超過上限設(shè)定值時(shí)，控制來自所述AC勵(lì)磁裝置的AC激磁量，并且該上限設(shè)定值高于在發(fā)電模式下的正常運(yùn)行范圍上限值及低于在抽水蓄能模式下的正常運(yùn)行范圍的上限值。
3.如權(quán)利要求1所述的可變速的抽水蓄能式發(fā)電機(jī)，其特征在于，在抽水蓄能模式下，所述第一速度控制裝置輸出速度控制命令或功率控制命令，用于控制所述AC勵(lì)磁裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的可變速的抽水蓄能式發(fā)電機(jī)，其特征在于，將在發(fā)電模式下的正常轉(zhuǎn)速的下限設(shè)定得高于在抽水蓄能模式下的正常轉(zhuǎn)速的下限。
5.如權(quán)利要求1所述的可變速的抽水蓄能式發(fā)電機(jī)，其特征在于，在正常運(yùn)行過程中，轉(zhuǎn)速振蕩的單個(gè)幅值可以在轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的0.15％以內(nèi)。
6.一種可變速的抽水蓄能式發(fā)電機(jī)，包括一臺(tái)感應(yīng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)，其具有連接到電力系統(tǒng)的一次繞組，和二次繞組，還包括一臺(tái)AC勵(lì)磁裝置，用于向所述二次繞組AC勵(lì)磁，所述AC勵(lì)磁裝置的轉(zhuǎn)軸在發(fā)電模式下由連接到其上的水泵—水輪機(jī)拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)，而在抽水蓄能模式下則旋轉(zhuǎn)所述水泵—水輪機(jī)，其特征在于第一速度控制裝置，用于在發(fā)電模式下輸出轉(zhuǎn)速命令信號(hào)，以便根據(jù)功率輸出命令控制所述水泵—水輪機(jī)，并且向所述AC勵(lì)磁控制裝置輸出AC勵(lì)磁控制信號(hào)；以及第二速度控制裝置，用于在發(fā)電模式下當(dāng)所述轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速上升超過上限設(shè)定值時(shí)，控制來自所述AC勵(lì)磁裝置的AC勵(lì)磁量；該上限設(shè)定值高于在發(fā)電模式下的正常運(yùn)行范圍的上限，并且小于在抽水蓄能模式下的正常運(yùn)行范圍的上限。
7.如權(quán)利要求6所述的可變速的抽水蓄能式的發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)軸的正常轉(zhuǎn)速的所述上限設(shè)定值和上限值設(shè)定的彼此接近。
8.如權(quán)利要求7所述的可變速的抽水蓄能式發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述第二速度控制裝置，在發(fā)電模式下，當(dāng)所述轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速下降低于下限設(shè)定值時(shí)，控制來自所述AC勵(lì)磁裝置的AC勵(lì)磁量，并且將在所述轉(zhuǎn)軸的正常轉(zhuǎn)速的下限設(shè)定值和下限值之間的差值設(shè)定得大于在正常運(yùn)行過程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速振蕩的峰—峰值的幅值的一半。
全文摘要
一種可變速的抽水蓄能式發(fā)電機(jī)，包括一個(gè)第一速度控制裝置，用于根據(jù)功率輸出命令控制水泵水輪和向發(fā)電機(jī)的AC勵(lì)磁裝置輸出勵(lì)磁控制信號(hào)，以及一個(gè)第二速度控制裝置，用于在發(fā)電模式中，當(dāng)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速偏離下限設(shè)定值或上限設(shè)定值時(shí)控制由AC勵(lì)磁裝置輸出的AC勵(lì)磁量，設(shè)定值是根據(jù)在正常運(yùn)行過程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速設(shè)定的。
文檔編號(hào)H02P9/04GK1120265SQ9411921
公開日1996年4月10日 申請(qǐng)日期1994年12月23日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月23日
發(fā)明者桑原尚夫, 原田昌孝, 大野泰照, 中川博人 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所, 關(guān)西電力株式會(huì)社