專利名稱：用于變速水輪機水電站的異步變頻方法和裝置的制作方法
背景本申請是Mark A.Runkle于1995年4月21日提出申請的、名為“具有不同電氣特性的電力系統(tǒng)互聯(lián)”的美國專利申請No.08/426.201的后續(xù)部分，它還和與其同時提出申請的、名為“電力系統(tǒng)間的輸電互聯(lián)”的美國專利申請No.08/_，_(代理案號為17-GE-5545)有關，上述兩專利申請在此引入作為參考。1.發(fā)明領域本發(fā)明涉及水電站，特別地，涉及改進水電站系統(tǒng)性能的方法和裝置。2.相關領域和其他考慮在用水輪機發(fā)電時，水輪機組裝于水壩中，水(例如河或者湖)流經大壩以驅動(例如使之旋轉)水輪機組。這樣驅動的結果，水輪機組的軸速與水輪機組產生的電功率輸出的頻率成比例。典型情況下水輪機組是一臺同步機，即水輪機組正常運行的平均轉速和機組相連的電力公用系統(tǒng)的頻率精確地成比例。
用水輪機發(fā)電提出了復雜的技術和環(huán)境問題。例如，如果水輪機組恒速運行，就會出現(xiàn)一些問題。比如，水輪機在高負載和低負載時會出現(xiàn)水流的渦凹現(xiàn)象(例如，高的和低的水流速度時)。另外，水輪機組的水輪葉片產生的壓力變化還對穿過水輪的魚類有害。而且，恒速運行的水輪機組會受很多限制，包括有限的影響電力系統(tǒng)頻率的能力、慢速的有功功率調整、低于最優(yōu)水輪效率和受限制的有功功率運行范圍(它相應地限制了電力系統(tǒng)、水頭和水流的變化范圍)。
因為水輪機組是一臺同步機，降低水輪機的轉速會降低輸出的同步頻率。當水輪機組直接與用戶電網(wǎng)相連時，水輪機組輸出的同步頻率的降低是不允許的。
人們曾嘗試了各種努力來實現(xiàn)變速水力渦輪。根據(jù)其中之一，在1995年國際大型電網(wǎng)會議(CIGRE)東京專題會議上由Goto等人提出的“基于采用穩(wěn)定信號的變速抽水蓄能電站的電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制”一文，通過旋轉型勵磁系統(tǒng)，在勵磁繞組中采用變頻電流可改進主水輪發(fā)電機。
Shiozaki等人的美國專利第4,743,827號提出了一種變速水力渦輪，其中的控制通過在閉環(huán)結構中引入主水輪發(fā)電機的功率和轉速量測信號來實現(xiàn)。閉環(huán)運行引發(fā)了諸如動態(tài)穩(wěn)定等問題(至少在要求功率變化后的小的時段內)。
因此，所需要的是一個有效且穩(wěn)定的變速水力渦輪系統(tǒng)。發(fā)明簡述水力發(fā)電系統(tǒng)為電力公用系統(tǒng)發(fā)電。水力發(fā)電系統(tǒng)包括一臺受驅動而發(fā)出電功率的水輪機組。一臺異步旋轉變頻器與水輪機組相連并接收水輪機輸出電功率，在一個控制器作用下它向電力公用系統(tǒng)發(fā)出所需的變頻器輸出電功率。
在其中一個實施方案中，控制器采用了一個水頭的指示信號(hmeas)來控制旋轉變頻器(和水輪機組)的轉速和水輪機組的水門位置，以便向公用系統(tǒng)發(fā)出所需的變頻器輸出功率。
在另一個實施方案中，控制器還包含一個采用了向電力公用系統(tǒng)輸電的交流頻率指示信號的實時自動調節(jié)器，以控制旋轉變頻器的輸出電功率。
控制變速水輪機組的轉速包含根據(jù)水頭的指示信號來存取一個可更新的存儲區(qū)，其中存有水力Hill圖的信息。為達到這一目的，其中的一個實施方案提供了一個Hill圖更新器。附圖簡述附圖中的參考標號在所有圖中指示同一部分，通過以下附圖所示優(yōu)選實施方案的更詳細的描述，本發(fā)明前述的及其它目標、特點和優(yōu)點將更為明顯。這些圖不必按比例繪制，而將其重點放于說明本發(fā)明的原理上。
圖1A是按照本發(fā)明第一個實施方案的水輪機/發(fā)電機系統(tǒng)的圖示。
圖1B是按照本發(fā)明第二個實施方案的水輪機/發(fā)電機系統(tǒng)的圖示。
圖1C是按照本發(fā)明第三個實施方案的水輪機/發(fā)電機系統(tǒng)的圖示。
圖2是按照本發(fā)明實施方案的異步變頻器的圖示。
圖3是圖2中異步變頻器的局部透視圖。
圖4是用來說明本發(fā)明中水輪機/發(fā)電機系統(tǒng)運行原理的Hill圖。
圖5是本發(fā)明中水輪機/發(fā)電機系統(tǒng)控制系統(tǒng)中的預測控制器的功能圖示。
圖6A和圖6B是存儲于預測控制器中的查詢表的圖示，該表用來產生輸出信號ωo和水門位置指令，后者也可稱為水門命令指令。附圖詳述圖1A按照本發(fā)明的第一個實施方案說明水輪機/發(fā)電機系統(tǒng)20。系統(tǒng)20位于壩22處，該壩攔起具有水頭24的水體。水頭傳感器25裝于壩22上或其附近，以確定水頭24的高度“h”。依照常規(guī)模式，壩22中有一個引水管26，水(由具有水頭24的水體流來)流經其中到達水輪機室28。尾水管30由水輪機室28的出口連至尾水水體32。
系統(tǒng)20包含水輪機40、控制系統(tǒng)42A、水力發(fā)電機44和異步變頻器50。按照常規(guī)模式，水輪機40裝于水輪機室28中，它有一個為發(fā)電機44提供機械能流的輸出軸60。水輪機40有一個水門控制器41，用來控制水輪機40中包含、但未加以說明的水門機構的位置。
發(fā)電機電源62(也稱為發(fā)電機勵磁裝置)通過引線64為水力發(fā)電機44提供勵磁電流。按照常規(guī)模式，發(fā)電機電源62通過引線66接收其輸入功率并通過引線67接收勵磁輸入信號。
按照此處的說法，水輪機40和水力發(fā)電機44組成了水輪機組70。并且，由下面說明其運行的觀點出點，異步變頻器50也可稱為連接水輪機組70和諸如公用系統(tǒng)72的交流電力系統(tǒng)的接口。在公用系統(tǒng)72中，其電功率可以變化并且在預先確定的公用電頻率范圍中。公用需求信號(由控制臺74經由引線73傳送)用來指示公用系統(tǒng)72的當前功率需求Po。
如圖1A所示，控制系統(tǒng)42A包含預測控制器76。由控制臺74傳來的功率需求或功率級信號Po作為預測控制器76的第一個輸入信號。由水頭傳感器25傳來的信號hmeas是預測控制器76的第二個輸入信號。預測控制器76的第一個輸出是經引線90至水門控制器41的水門位置指令。預測控制器76的第二個輸出信號ωgo是所希望的水輪機組70的旋轉速度指示值(ωo是水輪機組70的實際旋轉速度)，它按照后面更專門敘及的方式被引至異步變頻器50。
圖4是一個現(xiàn)有技術中所熟知的常規(guī)的“Hill圖”，它對于理解此處所示的預測控制器的功能很有用。Hill圖的自變(水平)軸正比于發(fā)電機44的轉速ωgen，反比于水頭“h” (由水頭傳感器25確定)的平方根；因變(垂直)軸是發(fā)電機的輸出功率。圖4的Hill圖中的每根軌線表征水門控制器41調節(jié)下的水門的不同位置。對于每組水門位置和水頭量測值，有一個使功率最大的最優(yōu)轉速值。
圖5用來說明預測控制器76的功能。如前所述，預測控制器76接收來自水頭傳感器25的水頭量測信號hmeas以及接收需求功率信號Po(例如，來自臺74)。根據(jù)這兩個輸入信號，預測控制器76查第一個查詢表94得到“水門命令”值，該值經引線90送至水門控制器41用作水門位置指令，由查第二查詢表95得到所希望的旋轉速度信號ωgo，該信號經引線92用來驅動異步變頻器50。
精通本領域的人將易于理解，在一個實施方案中，預測控制器76包含一個有查詢表94和95的處理器，查詢表存儲于諸如一個或多個只讀存儲器(ROM)的存儲區(qū)中。
水門位置指令經引線90送至水門控制器41。精于本領域的人知道水門控制器41是怎樣控制水輪機40中水門機構的位置的。
由預測控制器76經由引線92送至異步變頻器50的輸出信號ωgo是水力發(fā)電機44的期望轉速。作為對輸出信號ωgo的回應，異步變頻器50發(fā)出相應頻率的交流電壓。因為水力發(fā)電機44是同步機，所以水力發(fā)電機44的轉速將和三相導線10的交流頻率嚴格成比例。因此，又因異步變頻器50與三相導線10相連，設定異步變頻器的頻率足以實現(xiàn)控制水力發(fā)電機44的轉速調整(這就是說，在如圖1A所示的實施方案中沒有必要測量水力發(fā)電機44的軸轉速)。
圖1B所示的實施方案與圖1A所示的實施方案的區(qū)別在于它采用的是控制系統(tǒng)42B而非控制系統(tǒng)42A。特別地，控制系統(tǒng)42B除預測控制器76外還包含功率傳感器78和Hill圖更新器84。功率傳感器78監(jiān)測連結異步變頻器50和交流電力(公用)系統(tǒng)的三相導線上的功率并輸出一個信號Pmeas給Hill圖更新器84。
Hill圖更新器84基于在線測量更新存儲于查詢表94和95(見圖6A和圖6B)中的值?；诖四康模琀ill圖更新器84根據(jù)異步變頻器50的量測輸出功率(信號Pmeas)、從預測控制器76的輸出信號(經引線90和92)以及從水頭傳感器25來的信號hmeas，基于水電設施的實際歷史信息來修正存于表94和95的Hill圖信息。
因此，連接Hill圖更新器84以從功率傳感器78接收量測功率信號Pmeas，并接收從預測控制器76經引線90輸出的水門位置指令、從預測控制器76經引線92輸出的信號以及由水頭傳感器25輸出的信號hmeas。Hill圖更新器84經一條標明“改進”的引線輸出更新數(shù)據(jù)至預測控制器76。
圖1C所示實施方案與圖1A所示實施方案的區(qū)別在于它采用的是控制系統(tǒng)42c而非控制系統(tǒng)42A。特別地，控制系統(tǒng)42C(除預測控制器76外)包含一個包含交流頻率控制器82和加法器88的調節(jié)器。
在圖1C所示的實施方案中，頻率控制器82以下文敘及的方式從異步變頻器50接收信號fac，該信號fac是連接異步變頻器50和交流電力(公用)系統(tǒng)72的三相導線上交流傳輸頻率指示值。交流頻率控制器82的輸出信號APo引至加法器88的第一個(相加)輸入端。加法器88的第二個(相加)輸入端從控制臺74接收需求功率信號(在圖1C所示實施方案中稱為Poo)。加法器88產生一個信號Po，該信號是預測控制器76的第一個輸入，在圖1C所示的實施方案中還可作為圖5、圖6A、圖6B中的Po值。
和前述的實施方案一樣，圖1C中預測控制器76的第二個輸入信號是從水頭傳感器25來的信號hmeas。預測控制器76的第一個輸出是經引線90至水門控制器41的水門位置指令。圖1C中預測控制器76的第二個輸出(即信號ωgo)經引線92引至異步變頻器50。
應該理解，圖1B和圖1C所示實施方案的特點在進一步的實施方案中是可以組合的，從而在單一的實施方案中既包含Hill圖更新又包含交流頻率控制。
圖2所示異步變頻器包含一個變頻變壓器102和一個控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)包含快速控制單元108、頻率變送器(transducer)80和加法器86。以下將參照圖3更詳細地闡述，變頻變壓器通過三相導線RA、RB、RC和水力發(fā)電機44相連，又通過三相導線SA、SB、SC和公用系統(tǒng)72相連。在圖1A、1B、1C中，這些三相導線相應地分別標注為10和11。
如圖2所示，變頻旋轉變壓器102既包含一個旋轉變壓器組件105又包含力矩控制單元106(也稱作轉子驅動環(huán)節(jié))。旋轉變壓器組件105和力矩控制單元106的細節(jié)將在下面參照圖3更詳細地闡述。
頻率變送器80監(jiān)測連接異步變頻器50和交流電力(公用)系統(tǒng)72的三相導線11上的交流頻率，并輸出信號fac至加法器86(在圖1C所示的實施方案中至交流頻率控制器82)的反相輸入端。加法器86接收水力發(fā)電機44的期望轉速信號(經引線92的信號ωgo)并輸出信號ωo至快速控制器108。加法器86的輸出信號ωo，即ωo＝ωgo-fac，是異步變頻器50的期望轉速指示值，并相應地引至異步變頻器50。
圖2還表明，快速控制單元108從速度傳感器111接收信號ωr。快速控制單元108(通過加法器86從預測控制器76處)接收信號ωo并輸出一個驅動信號To至力矩控制單元106。
如圖3中更詳細地所示，旋轉變壓器組件105既包含轉子子組件110又包含定子112。轉子子組件110包含集電環(huán)114(也稱作滑環(huán))和轉子籠罩116。由水力發(fā)電機44引來的三相導線RA、RB、RC接至集電環(huán)114；引到公用系統(tǒng)72的三相導線SA、SB、SC接至定子112。轉子子組件110包含緊貼裝于其上的速度變送器111，以產生角速度信號ωr來指示轉子角速度。
圖3所示且精于本領域的人可理解的是，在圖示的實施方案中，旋轉變壓器組件105由六十度相位寬度的雙層繞組繞制而成，其中轉子繞組標號為RA+、RC-、RB+、RA-、RC+和RB-，定子繞組標號為SA+、SC-、SB+、SA-、SC+和SB-。應該理解，本發(fā)明不只限于六十度相位寬度繞組系統(tǒng)，相反地，本發(fā)明的原理適用于兩相或更多相的旋轉變壓器組件。
轉子組件110繞其軸RX既可沿順時針方向CW又可沿逆時針方向CCW旋轉。轉子組件110的轉動由轉子驅動環(huán)節(jié)106來實現(xiàn)。
在圖2中轉子驅動環(huán)節(jié)106象征性地表示為裝于轉子組件110上的圓筒形部分。因此，圖2中轉子驅動環(huán)節(jié)106可一般性地表述為各種可替代的、不同類型的可引起轉子組件110轉動的驅動機構。在一些實施方案中，轉子驅動環(huán)節(jié)106包含一個致動器和一些類型的聯(lián)動裝置(例如，齒輪裝置和/或連接器)，聯(lián)動裝置和轉子組件110面接。例如，在一種實施方案中轉子驅動環(huán)節(jié)106包含一套渦輪驅動裝置。在其它實施方案中，轉子驅動環(huán)節(jié)106包含一個通過輻射狀齒輪(例如，正齒輪)作用的致動器如步進馬達，一個直接驅動裝置，一個水力致動器，轉動轉子組件110上的齒輪，或一個氣動致動器，轉動轉子組件110上的齒輪。在別的實施方案中，力矩控制單元的功能由在旋轉變壓器組件105轉子和其定子上的兩套繞組來實現(xiàn)，轉子和定子上的第一套繞組的極數(shù)(例如，2極)和其上第二套繞組的極數(shù)(例如，4極或更多)不同。
在運行中，操作員根據(jù)公用系統(tǒng)72事先確定的功率需求設置功率需求輸入信號(在圖1A和圖1B的實施方案中是Po；在圖1C的實施方案中是Poo)。設置功率需求輸入信號(Po或Poo，隨情況不同而變)可通過在操作員控制臺或操作員工作站74上調節(jié)旋鈕或輸入數(shù)據(jù)來產生需求功率的指示信號。
快速控制器110接收需要或期望角速度信號ωo和測量角速度信號ωr兩個信號。需要的角速度信號ωo由預測控制器76根據(jù)基于Hill圖的信息來產生。測量角速度信號ωr由速度傳感器111得到?？焖倏刂破?08產生一個驅動信號(也稱作力矩命令信號To)給引線134，以便ωr迅速跟蹤ωo。精通本領域的人知道怎樣操縱常規(guī)馬達驅動器作為快速控制器108，根據(jù)信號ωr和ωo產生驅動信號To。
因此，快速控制器108運作以調整驅動信號To，該信號經引線134送至力矩控制單元106，以使轉子組件110的實際轉速ωr符合要求的速度ωo?？焖倏刂破?08的閉環(huán)帶寬應高于轉子組件110的最高固有振蕩頻率，這一振蕩頻率包含它對相連的傳輸網(wǎng)絡的作用，一般低于100弧度/秒。典型情況下，固有模式振蕩的范圍由大約3弧度/秒至50弧度/秒，一般低于30弧度/秒。在圖示的實施方案中，與快速控制器108的帶寬(響應速度)有關，在正弦擾動下轉子組件110的要求轉速ωo對實際轉速ωr的變化的相位滯后小于90度。確保這一響應帶寬繼而又確保所有固有模式振蕩將由控制系統(tǒng)得到有益的衰減。
轉子驅動環(huán)節(jié)106根據(jù)引線134上的驅動信號To的量值來增加或降低轉子組件110的轉速，以實現(xiàn)水輪機44的期望轉速。
如圖3所示，經引線134的驅動信號To被引至力矩控制放大器150。力矩控制放大器150的電源由力矩控制電源152提供，由此使用引線134上的驅動信號To，力矩控制放大器150輸出三相信號TA、TB和TC至力矩控制單元106。正如此處和這一技術領域所用，TA合指TA+和TA-，TB合指TB+和TB-，如此等等。
圖3中還標示出了轉子組件110相對于定子112的角位移θr，按照慣例來理解，當RA+恰與SA+對齊時θr為零。
通過異步變頻器50的功率變換可參考同時提出申請的、名為“電系統(tǒng)間的輸電互聯(lián)”的美國專利申請No.08/_，_(代理案號為17-GE-5545)來理解，該申請在此引入作為參考以說明，例如，用作轉子驅動環(huán)節(jié)106的各種類型的機構。
由交流頻率控制器82和加法器88實現(xiàn)的異步變頻器50的實時自動調節(jié)器，根據(jù)交流電力系統(tǒng)72的實際實時需求，為需求功率輸入信號Poo提供自動調整。例如，如果交流電力系統(tǒng)72在任一時刻不管需求功率信號Poo是多少沒有接收到足夠的功率，導線11上的頻率將下降，這一下降將由頻率變送器80檢測到并由預測控制器76根據(jù)信號Po加以補償，這樣就會得到比信號Poo所激發(fā)的更大的功率級。反過來，如果太多的功率注入交流電力系統(tǒng)72，導線11上的頻率將上升，這一上升將由頻率變送器80檢測到并由預測控制器76加以補償，這樣就會得到比信號Poo得到的更少的功率級。
在圖1C所示的實施方案中，送至預測控制器76的信號Po是需求功率級，而非需求功率信號Poo的指示值(如上所述，Po是Poo的一個修正)。
因此，本發(fā)明用常規(guī)的直流勵磁繞組在主發(fā)電機44上實現(xiàn)了變速，依靠改變主發(fā)電機定子中流動的交流電流的頻率，使之與交流電力系統(tǒng)72的額定頻率偏離一所需的量，從而實現(xiàn)期望的轉速變化(例如，55Hz將會在一臺額定運行于50Hz的發(fā)電機上達到110％的速度)。并且，本發(fā)明利用基于離線計算得到的“水力Hill圖”的開環(huán)控制功能，只用水頭和交流輸電系統(tǒng)的頻率測量值，實現(xiàn)了最優(yōu)水力效率的目標。
本發(fā)明的另一優(yōu)點是，通過測量交流輸電系統(tǒng)頻率和調節(jié)主控制功能的功率需求而控制了電力系統(tǒng)的頻率。通過快速控制器108還可衰減電力系統(tǒng)振蕩。
變頻器50因此可以很容易地用來改進已有的水輪機設備。每個水輪機設備的速度調節(jié)能力限制取決于機械應力和完成相應功能的其它系統(tǒng)組件的能力。任一給定壩群中至少一臺發(fā)電機可裝備變頻器50，或者只在沿一河流所選的需要特別的控制性能的大壩處。
并且，變頻器50為管理水資源的電力當局提供了一個非常有用的工具。通過將流速(流過水輪機的)和功率需求解耦，可精確地調節(jié)水位而不浪費能量。這種精確的調節(jié)包含在同一河流的不同地區(qū)調節(jié)洪水和/或干旱條件的能力。
變頻器50還和抽水蓄能控制相關。抽水蓄能水電站通常包含一個兩水庫系統(tǒng)，一個水庫在較高的高度，另一個水庫在較低的高度。水被抽至較高水庫存蓄勢能直至公用系統(tǒng)遇到特別的尖峰負荷條件。于是，水放出后流過水輪機以滿足尖峰負荷。尖峰負荷時較高水庫的嚴重泄水需要(在非高峰負荷時)將水由較低水庫抽回較高水庫。在較低水庫情況下，變頻器50具有快速響應和可放慢運行速度的優(yōu)點。通過稍慢的運行和采用較小的儲存裕度，電力當局可在保持負荷響應速率等于放水速率的前提下優(yōu)化水庫容量。
本發(fā)明的優(yōu)點包括較低的環(huán)境壓力(挽救漁類、使腐蝕最小，等等)和高級水位控制，尤其是對多庫系統(tǒng)。無論從再生還是農業(yè)角度，例如灌溉，這一控制都改善了水資源的利用。
盡管本發(fā)明著重參照其優(yōu)選實施方案進行了說明和描述，精通本領域的人能夠理解，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，在形式和細節(jié)上可以有各種的替代方案。例如，鑒于前邊的描述，供電系統(tǒng)被說成接至集電環(huán)114，受電系統(tǒng)被說成接至定子112，應該能夠理解這些所說的接法可以反過來。
權利要求
1.從水輪機組至電力公用系統(tǒng)的一種輸電方法，這種方法包括得到水頭的一個指示信號；利用水頭指示信號控制變速水輪機組的轉速和水門位置，以發(fā)出電力公用系統(tǒng)所需的功率級。
2.權利要求1中的方法，其中控制變速水輪機組的轉速包含根據(jù)水頭指示信號來存取存有水力Hill圖信息的存儲區(qū)。
3.權利要求1中的方法，進一步還包含更新存有水力Hill圖信息的存儲區(qū)。
4.權利要求1中的方法，進一步還包含得到至電力公用系統(tǒng)的交流輸電頻率的一個指示信號；并且還利用至電力公用系統(tǒng)的交流輸電頻率的指示信號來控制變速水輪機組的輸出功率。
5.權利要求1中的方法，其中利用水頭指示信號控制變速水輪機組轉速和水門位置的步驟包含控制異步旋轉變頻器的轉子轉速，該變頻器連接在水輪機組和電力公用系統(tǒng)之間。
6.連接水輪機組和電力公用系統(tǒng)的一個接口，該接口包含與水輪機組相連以接收水輪機組發(fā)出的水輪機輸出電功率的旋轉變頻器；控制旋轉變頻器的一個控制器，在其控制下從水輪機組可得到電力公用系統(tǒng)的需求輸出電功率級，控制器利用水頭指示信號控制水輪機組轉速和水門位置，使之產生電力公用系統(tǒng)的需求功率級。
7.權利要求6中的接口，其中旋轉變頻器連接至水輪機以便旋轉變頻器的交流頻率和水輪機的旋轉速度成比例。
8.權利要求6中的接口，其中控制器包含一個利用水頭指示信號存取存有水力Hill圖的存儲器的處理器。
9.權利要求8中的接口，進一步還包含一個Hill圖更新器，以更新存有水力Hill圖信息的存儲器中的存儲值。
10.權利要求6中的接口，其中控制器還利用至電力公用系統(tǒng)的交流輸電頻率指示信號來控制旋轉變頻器的輸出功率使之產生電力公用系統(tǒng)的需求功率級。
11.權利要求6中的接口，其中旋轉變頻器包含轉子和定子之一，它連接水輪機接收其輸出電功率；轉子和定子的另一個，它連接引出變頻器的輸出電功率；使轉子轉動的致動器；其中控制器響應信號來控制致動器，使得轉子能夠在兩個方向變速轉動。
12.一個向電力公用系統(tǒng)發(fā)電的水力發(fā)電系統(tǒng)，該水力發(fā)電系統(tǒng)包含一臺水輪機組，它由水流驅動發(fā)出水輪機輸出電功率；一個旋轉變頻器，它連接水輪機接收其輸出電功率；一個控制器，它控制旋轉變頻器，由水輪機組得到所需的變頻器輸出電功率級，控制器利用水頭指示信號控制水輪機組轉速和水門位置，使之產生至力公用系統(tǒng)的需求輸出功率級。
13.權利要求12中的系統(tǒng)，其中旋轉變頻器連接至水輪機，以便旋轉變頻器的交流頻率和水輪機的旋轉速度成比例。
14.權利要求12中的系統(tǒng)，其中控制器包含一個利用水頭指示信號存取存有水力Hill圖的存儲器的處理器。
15.權利要求14中的系統(tǒng)，進一步還包含一個Hill圖更新器，以更新存有水力Hill圖信息的存儲器中的存儲值。
16.權利要求12中的系統(tǒng)，其中控制器還利用至電力公用系統(tǒng)的交流輸電頻率指示信號來控制旋轉變頻器的輸出功率，使之產生電力公用系統(tǒng)的需求功率級。
17.權利要求12中的系統(tǒng)，其中的旋轉變頻器包含轉子和定子的一個，它連接水輪機接收其輸出電功率；轉子和定子的另一個，它連接以便引出變頻器的輸出電功率；使轉子轉動的致動器；其中控制器響應信號來控制致動器使得轉子能夠在兩個方向上變速轉動。
18.一個向電力公用系統(tǒng)發(fā)電的水力發(fā)電系統(tǒng)，該水力發(fā)電系統(tǒng)包含一臺水輪機組，它由水流驅動發(fā)出水輪機輸出電功率；一個旋轉變頻器，它連接水輪機并將水輪機輸出電功率傳輸至電力公用系統(tǒng)，該旋轉變頻器包含一個轉子和一個定子，它們的一個連接至水輪機組并且其另一個連接至電力公用系統(tǒng)；一個控制器，它考慮水輪機輸出電功率的交流頻率來產生一個信號用以控制轉子相對定子的轉速。
19.權利要求18中的系統(tǒng)，其中控制器包含一個頻率變送器，它監(jiān)測電力公用系統(tǒng)的交流頻率并產生其指示信號fac；并且包含利用頻率變送器產生的信號fac修正水輪機組所需轉速指示信號ωgo的裝置，該信號修正裝置輸出一個修正的信號ωo用以控制轉子相對定子的轉速。
20.連接水輪機組至電力公用系統(tǒng)的一個接口，該接口包含一個旋轉變頻器，它連接水輪機并輸電至電力公用系統(tǒng)，該旋轉變頻器包含一個轉子和一個定子，其一個連接至水輪機組并且其另一個連接至電力公用系統(tǒng)；一個控制器，它考慮輸出電功率的交流頻率來產生一個信號用以控制轉子相對定子的轉速。
21.權利要求20中的接口，其中控制器包含一個頻率變送器，它監(jiān)測電力公用系統(tǒng)的交流頻率并由此產生指示信號fac；并且利用頻率變送器產生的信號fac修正水輪機組所需轉速指示信號ωgo的裝置，該信號修正裝置輸出一個修正的信號ωo用以控制轉子相對定子的轉速。
全文摘要
水力發(fā)電系統(tǒng)(20)為電力公用系統(tǒng)(72)發(fā)電?？刂破?42)通過用水頭指示信號(h
文檔編號H02P9/48GK1166867SQ96191314
公開日1997年12月3日 申請日期1996年9月20日 優(yōu)先權日1995年10月31日
發(fā)明者M·A·倫科爾, D·G·麥克拉倫, G·H·亞德利, E·V·拉森, K·維伯 申請人:通用電氣公司