虚拟抽水蓄能电站高压水池的定水头控制方法及控制装置制造方法及图纸

一种虚拟抽水蓄能电站高压水池的定水头控制策略及控制装置，包括：监测高压水池(A)中的水头信号并将其反馈给驱动设备(M)，若所述高压水池(A)的水头变化，则所述驱动设备(M)通过驱动设备调速控制策略调节活塞液压缸(C)流入所述高压水池(A)中水的流速，从而控制所述高压水池(A)中的水头稳定。驱动设备调速控制策略包括水头速度匹配策略、管道流速相等策略和水头流速补偿策略。本发明专利技术实现了控制高压水池中水头稳定的目的，减小由于水压不稳定造成的对引水管系统的破坏，从而保证了水电站的安全运行；同时减缓了由于水压不稳定造成的对水轮机转轮叶片的冲击，延长了水轮机的使用寿命，提高了水轮机的发电效率。

Fixed head control strategy and control device for high pressure water tank of virtual pumped storage power station

A constant head control strategy and a control device for a high-pressure pool of a virtual pumped storage power station include: monitoring the water head signal in the high-pressure pool (A) and feeding it back to the driving device (M), if the water head of the high-pressure pool (A) changes, the driving device (M) adjusts the flow of the piston hydraulic cylinder (C) through the speed control strategy of the driving device. The flow rate of water in the high pressure water tank (A) is controlled to control the water head in the high pressure water tank (A). Speed control strategy of driving equipment includes head speed matching strategy, pipe velocity equal strategy and head velocity compensation strategy. The invention realizes the purpose of controlling the head stability in the high-pressure pool, reduces the damage to the diversion pipe system caused by the unstable water pressure, thus guarantees the safe operation of the hydropower station, alleviates the impact on the turbine runner blade caused by the unstable water pressure, prolongs the service life of the turbine, and improves the service life of the turbine. Generating efficiency of hydraulic turbines.

【技术实现步骤摘要】
虚拟抽水蓄能电站高压水池的定水头控制策略及控制装置
本专利技术属于电力储能
，特别涉及一种虚拟抽水蓄能电站高压水池的定水头控制策略及控制装置。
技术介绍
在发电与储能的过程中，高压水池的水头不稳定将会造成引水管系统水压的很大波动，导致压力钢管有时会承受过高的压力冲击，水击波的压力越高，在传递过程中损耗也会加大，因此水击波压力叠加到一定值时，增加的水击波的压力与损耗相当，水击波的压力不会继续增加，但是，由于水击波叠加产生的压力很高，并呈周期性振荡，会对引水管系统产生极大的破坏，严重威胁水电站的安全运行。由于水压不稳定，水轮机组不稳定运行，可能无法并入电网。同时，高压水池的水头长期不稳定还可能会造成水轮机转轮叶片出现裂纹，降低水轮机使用寿命。本专利技术的目的是为了保证在发电与储能过程中高压水池的水头稳定，提出了一种虚拟抽水蓄能电站高压水池的定水头控制策略及控制装置。本专利技术可以应用在基于压缩空气储能的虚拟抽水蓄能电站及储能发电方法(CN103114564A)和自适应液压势能转换装置(CN105626355A)两个专利中。
技术实现思路
本专利技术提出一种虚拟抽水蓄能电站高压水池的定水头控制策略，包括：监测高压水池(A)中的水头信号并将其反馈给驱动设备(M)，若所述高压水池(A)的水头变化，则所述驱动设备(M)通过驱动设备调速控制策略调节活塞液压缸(C)流入所述高压水池(A)中水的流速，从而控制所述高压水池(A)中的水头稳定；发电时，如果所述高压水池(A)的水头下降，则通过所述驱动设备(M)加快所述活塞液压缸(C)流入所述高压水池(A)中水的流速；如果所述高压水池(A)的水头上升，则通过所述驱动设备(M)减缓所述活塞液压缸(C)流入所述高压水池(A)中水的流速；储能时，如果所述高压水池(A)的水头下降，则通过所述驱动设备(M)减缓所述活塞液压缸(C)流入所述高压水池(A)中水的流速；如果所述高压水池(A)的水头上升，则通过所述驱动设备(M)加快所述活塞液压缸(C)流入所述高压水池(A)中水的流速；其特征在于：所述驱动设备调速控制策略包括水头速度匹配策略、管道流速相等策略和水头流速补偿策略。进一步，水头速度匹配策略，是对所述驱动设备(M)设置多个调速档位，其中包括不同级别的高档位和低档位，根据所述高压水池(A)中水头的大小通过表格法对其匹配相应的调速档位；发电时，所述如果高压水池(A)的水头下降，则将所述驱动设备(M)调到相应的高档位，如果所述高压水池(A)的水头上升，则将所述驱动设备(M)调到相应的低档位；储能时，如果所述高压水池(A)的水头下降，则将所述驱动设备(M)调到相应的低档位，如果所述高压水池(A)的水头上升，则将所述驱动设备(M)调到相应的高档位。进一步，管道流速相等策略，是使所述活塞液压缸(C)流入所述高压水池(A)的水流速和所述高压水池(A)流入水力设备(G)中水的流速相等；每隔T1时间监测一次所述高压水池(A)中的水头变化Δh＝h2-h1，计算出从所述高压水池(A)流入所述水力设备(G)中水的流速变化量Δv2＝|ρgΔh/T1|，所述驱动设备(M)设置不同的调速档位，调速档位之间的速度变化量为Δv，计算出驱动设备(M)应该调节的档位数量n1＝[Δv2/Δv]，若n1≥1，则驱动设备调速系统启动，否则不启动；发电时，如果Δh＜0，则所述驱动设备调速系统向上调节n1个档位，如果Δh＞0，则所述驱动设备调速系统向下调节n1个档位；储能时，如果Δh＜0，则所述驱动设备调速系统向下调节n1个档位，如果Δh＞0，则所述驱动设备调速系统向上调节n1个档位，直到n1＜1，不再进行调节。进一步，水头流速补偿策略，是在调节所述活塞液压缸(C)流入所述高压水池(A)的水流速和所述高压水池(A)流入所述水力设备(G)中水的流速相等的同时，补偿水头变化量，从而保证水头为定值；所述驱动设备(M)设置不同的调速档位，调速档位之间的速度变化量为Δv；每隔T1时间监测一次所述高压水池(A)中的水头变化Δh＝h2-h1，计算出从所述高压水池(A)流入所述水力设备(G)中水的流速变化量Δv2-|ρgΔh/T1|，从而计算出所述驱动设备(M)应该调节的初始档位数量n1＝Δv2/Δv，设定补偿时间为T2，根据以标准水头H0为基准的水头变化量计算出需要补偿的档位数n2＝ρg|H0-h2|/T2，则驱动设备(M)应该调节的实际档位数量为[n1+n2]，若|[n1+n2]|≥1，则驱动设备调速系统启动，否则不启动，在调速系统启动T2时间后，把调速档位恢复到初始档位数[n1]并开始下一次监测；其中，发电时，如果h2＜H0，则n2取正值，否则n2取负值，如果Δh＜0，则n1取正值，否则n1取负值；储能时，如果h2＜H0，则n2取负值，否则n2取正值，如果Δh＜0，则n1取负值，否则n1取正值，直到|[n1+n2]|＜1，不再进行调节。本专利技术还提出一种虚拟抽水蓄能电站高压水池的定水头控制装置，由采集单元、策略应用单元、执行单元和虚拟抽水蓄能装置中的高压水池(A)、低压水池(B)、水力设备(G)、活塞液压缸(C)和驱动设备(M)组成，其中，述采集单元与和所述高压水池(A)连通的液体管道相连，所述执行单元与所述驱动设备(M)相连，所述驱动设备(M)与所述活塞液压缸(C)相连，所述活塞液压缸(C)通过管道和阀门与所述高压水池(A)和所述低压水池(B)相连，所述水力设备(G)的两端分别接到所述高压水池(A)和所述低压水池(B)，同时连接到电网中，其特征在于：所述控制装置通过所述采集单元中的传感器将所述高压水池(A)中的水头信号传递给所述策略应用单元，所述策略应用单元可以采用PLC或者带CPU的控制设备进行分析计算，然后将其传送给所述执行单元，所述执行单元可以采用变频器来调节驱动设备(M)，若所述高压水池(A)的水头变化，则所述驱动设备(M)通过驱动设备调速控制策略调节活塞液压缸(C)流入所述高压水池(A)中水的流速，从而控制所述高压水池(A)中的水头稳定；发电时，如果所述高压水池(A)的水头下降，则通过所述动设备(M)加快所述活塞液压缸(C)流入所述高压水池(A)中水的流速；如果所述高压水池(A)的水头上升，则通过所述驱动设备(M)减缓所述活塞液压缸(C)流入所述高压水池(A)中水的流速；储能时，如果所述高压水池(A)的水头下降，则通过所述驱动设备(M)减缓所述活塞液压缸(C)流入所述高压水池(A)中水的流速；如果所述高压水池(A)的水头上升，则通过所述驱动设备(M)加快所述活塞液压缸(C)流入所述高压水池(A)中水的流速；所述控制装置可以与抽水蓄能电站的控制装置集成，也可以进行独立配置。进一步，驱动设备(M)通过直线电机、额外液压控制系统或者旋转电机控制活塞杆运动。驱动设备(M)在液压缸的连接管道上增加一个液压泵，采用变频调速控制液压泵，或者在连接管道上增加比例阀和液压泵组合，实现比例调节；或者增加伺服系统和液体泵组合，实现伺服控制。进一步，水力设备(G)由水轮机和水泵组成，发电时，所述水力设备(C)切换至水轮机工作状态，水从所述高压水池(A)流入所述低压水池(B)给电网发电；储能时，所述水力设备(C)切换至水泵工作状态，所述水泵将所述低压水池中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种虚拟抽水蓄能电站高压水池的定水头控制策略，包括：监测高压水池(A)中的水头信号并将其反馈给驱动设备(M)，若所述高压水池(A)的水头变化，则所述驱动设备(M)通过驱动设备调速控制策略调节活塞液压缸(C)流入所述高压水池(A)中水的流速，从而控制所述高压水池(A)中的水头稳定；发电时，如果所述高压水池(A)的水头下降，则通过所述驱动设备(M)加快所述活塞液压缸(C)流入所述高压水池(A)中水的流速；如果所述高压水池(A)的水头上升，则通过所述驱动设备(M)减缓所述活塞液压缸(C)流入所述高压水池(A)中水的流速；储能时，如果所述高压水池(A)的水头下降，则通过所述驱动设备(M)减缓所述活塞液压缸(C)流入所述高压水池(A)中水的流速；如果所述高压水池(A)的水头上升，则通过所述驱动设备(M)加快所述活塞液压缸(C)流入所述高压水池(A)中水的流速；其特征在于：所述驱动设备调速控制策略包括水头速度匹配策略、管道流速相等策略和水头流速补偿策略。

【技术特征摘要】
1.一种虚拟抽水蓄能电站高压水池的定水头控制策略，包括：监测高压水池(A)中的水头信号并将其反馈给驱动设备(M)，若所述高压水池(A)的水头变化，则所述驱动设备(M)通过驱动设备调速控制策略调节活塞液压缸(C)流入所述高压水池(A)中水的流速，从而控制所述高压水池(A)中的水头稳定；发电时，如果所述高压水池(A)的水头下降，则通过所述驱动设备(M)加快所述活塞液压缸(C)流入所述高压水池(A)中水的流速；如果所述高压水池(A)的水头上升，则通过所述驱动设备(M)减缓所述活塞液压缸(C)流入所述高压水池(A)中水的流速；储能时，如果所述高压水池(A)的水头下降，则通过所述驱动设备(M)减缓所述活塞液压缸(C)流入所述高压水池(A)中水的流速；如果所述高压水池(A)的水头上升，则通过所述驱动设备(M)加快所述活塞液压缸(C)流入所述高压水池(A)中水的流速；其特征在于：所述驱动设备调速控制策略包括水头速度匹配策略、管道流速相等策略和水头流速补偿策略。2.根据权利要求1所述的一种虚拟抽水蓄能电站高压水池的定水头控制策略，其特征在于：所述的水头速度匹配策略，是对所述驱动设备(M)设置多个调速档位，其中包括不同级别的高档位和低档位，根据所述高压水池(A)中水头的大小通过表格法对其匹配相应的调速档位；发电时，所述如果高压水池(A)的水头下降，则将所述驱动设备(M)调到相应的高档位，如果所述高压水池(A)的水头上升，则将所述驱动设备(M)调到相应的低档位；储能时，如果所述高压水池(A)的水头下降，则将所述驱动设备(M)调到相应的低档位，如果所述高压水池(A)的水头上升，则将所述驱动设备(M)调到相应的高档位。3.根据权利要求1所述的一种虚拟抽水蓄能电站高压水池的定水头控制策略，所述管道流速相等策略，是使所述活塞液压缸(C)流入所述高压水池(A)的水流速和所述高压水池(A)流入水力设备(G)中水的流速相等；每隔T1时间监测一次所述高压水池(A)中的水头变化Δh＝h2-h1，计算出从所述高压水池(A)流入所述水力设备(G)中水的流速变化量Δv2＝|ρgΔh/T1|，所述驱动设备(M)设置不同的调速档位，调速档位之间的速度变化量为Δv，计算出驱动设备(M)应该调节的档位数量n1＝[Δv2/Δv]，若n1≥1,则驱动设备调速系统启动，否则不启动；发电时，如果Δh＜0，则所述驱动设备调速系统向上调节n1个档位，如果Δh＞0，则所述驱动设备调速系统向下调节n1个档位；储能时，如果Δh＜0，则所述驱动设备调速系统向下调节n1个档位，如果nh＞0，则所述驱动设备调速系统向上调节n1个档位，直到n1＜1，不再进行调节。4.根据权利要求1所述的一种虚拟抽水蓄能电站高压水池的定水头控制策略，所述的水头流速补偿策略，是在调节所述活塞液压缸(C)流入所述高压水池(A)的水流速和所述高压水池(A)流入所述水力设备(G)中水的流速相等的同时，补偿水头变化量，从而保证水头为定值；所述驱动设备(M)设置不同的调速档位，调速档位之间的速度变化量为Δv；每隔T1时间监测一次所述高压水池(A)中的水头变化Δh＝h2-h1，计算出从所述高压水池(A)流入所述水力设备(G)中水的流速变化量Δv2＝|ρgΔh/T1|，从而计算出所述驱动设备(M)应该调节的初始档位数量n1＝Δ...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜彤，尤嘉钰，全璐瑶，傅昊，于大勇，
申请(专利权)人：华北电力大学，国网河北省电力有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京,11