[发明专利]用于操作水轮机的方法、系统和装置

说明书

一种用于操作水轮机的方法(100，300)、系统(900)和装置(100)。获取针对水轮机的速度调节量和流量的相应变化(110，310)。基于速度调节量来调节水轮机的转速。基于速度调节量和流量的相应变化来确定流量相对于速度调节量的变化率(120，320)。基于所确定的流量变化率来确定进一步调节转速的调节方式(130，330)。这使得水轮机能够以低成本来实时地跟踪在给定的功率命令和水头下的最大效率操作点。

技术领域

本公开的非限制性和示例性实施例总体上涉及水利发电领域，并且更具体地涉及一种用于操作水轮机的方法、系统和装置。

背景技术

本部分介绍可以有助于更好地理解本公开的各方面。因此，本部分的陈述应当从这个角度来阅读，并且不应当被理解为对什么是现有技术或什么不是现有技术的承认。

水轮机和同步发电机是在传统的水力发电厂中常用的设备。水轮机被设计为在额定水头和功率下以由电力频率指定的速度运行以驱动同步发电机。通常对同步发电机进行操作以匹配集成的交流(AC)电网的额定电力频率，例如50Hz或60Hz。这意味着水力发电厂的设计和控制应当受到严格约束。即使水头或功率命令的微小偏差也会导致效率下降。已经发现的是，如果能够对水轮机的转速进行调节，则水力发电的效率将大大提高。除了显著的节能效果之外，水轮机的变速运行还可能增加水轮机的使用寿命，使得应用水头的范围更广，并且放宽了对水轮机设计的参数要求。

目前，主要有三种解决方案来实现水轮机的变速操作。在第一种解决方案中，使用以变速和恒定频率模式运行的双馈电机来实现水轮机的变速操作。在第二种解决方案中，使用全功率脉宽调制(PWM)转换器来允许水轮机的变速操作。在第三种解决方案中，使用高压直流系统中的换流站来实现水轮机的变速操作。在所有这三种解决方案中，水轮发电机都连接到AC系统，AC系统由AC电网系统或一个变流器或多个变流器的AC端子构成。

此外，还提出了最大功率效率跟踪(MPET)算法，该算法基于水轮机的特性曲线(Hill Chart)。水轮机的特性曲线是描述流量、转速和效率之间关系的图表。在该解决方案中，根据特性曲线曲线基于功率命令P_ord和水头H的输入来确定期望的水轮机转速n(以获得最大效率)，从而使得水轮机可以跟踪最大功率效率。该解决方案实质上是一种查找表方法，并且从特性曲线获取的查找表的数据是从缩小比例的水轮机模型而测得的。因此，查找表方法的计算准确度高度地取决于真实水轮机的特性与相应水轮机模型的接近程度。然而，由于制造误差，真实水轮机的特性通常偏离相应的原型机。

发明内容

本公开的各个实施例主要旨在提供一种用于操作水轮机的解决方案，以解决或至少部分减轻现有技术中的至少一部分问题。当结合附图阅读具体实施例的以下描述时，本公开的实施例的其他特征和优点也将被理解，附图通过示例示出了本公开的实施例的原理。

在本公开的一个方面中，提供了一种操作水轮机的方法。在该方法中，获取针对水轮机的速度调节量和流量的相应变化，其中水轮机的转速基于速度调节量来调节。基于速度调节量和流量的相应变化来进一步确定流量相对于速度调节量的变化率。然后，基于所确定的变化率来确定进一步调节转速的调节方式。

在本公开的一个实施例中，获取流量的相应变化可以包括获取水轮机的导向叶片的开度角的变化，并且确定流量的变化率可以包括确定导向叶片的开度角相对于速度调节量的变化率。

在本公开的另一实施例中，确定调节方式还可以包括以下任何一项或多项：响应于变化率具有正值，将调节方式确定为减小水轮机的转速；以及响应于变化率具有负值，将调节方式确定为增加水轮机的转速。

在本公开的另外的实施例中，该方法还可以包括：将水轮机的命令功率与绝对最大效率点处的功率进行比较；其中确定调节方式进一步基于比较的结果。