用于操作水轮机的方法、系统和装置制造方法及图纸

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。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于操作水轮机的方法、系统和装置
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。
技术介绍
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(HillChart)。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Pord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。
技术实现思路
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。在本公开的又一实施例中，确定调节方式可以包括以下任何一项或多项：响应于变化率具有正值并且结果表明命令功率低于或等于绝对最大效率点处的功率，将调节方式确定为减小水轮机的转速；响应于变化率具有负值并且结果表明命令功率低于或等于绝对最大效率点处的功率，将调节方式确定为增加水轮机的转速；响应于变化率具有正值并且结果表明命令功率高于绝对最大效率点处的功率，将调节方式确定为增加水轮机的转速；以及响应于变化率具有负值并且结果表明命令功率高于绝对最大效率点处的功率，将调节方式确定为减小水轮机的转速。在本公开的另一实施例中，该方法可以包括：确定流量的变化率是否落入具有上限和下限的预定区域内；以及如果流量的变化率落入预定区域内，则终止转速的调节。在本公开的另一实施例中，该方法还可以包括：基于变化率来改变速度调节量的值。在本公开的又一实施例中，该方法还可以包括：基于水轮机的命令功率、水头和查找表来确定水轮机的初始转速，该查找表表征水轮机转速、水流量、水头和水轮机效率之间的关系。对水轮机的转速的调节最初从该初始转速开始执行。根据本公开的第二方面，提供了一种操作水轮机的系统。该系统可以包括一个或多个处理器；耦合到至少一个处理器的存储器；以及存储在存储器中的一组程序指令。程序指令可由至少一个处理器执行以致使系统：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确定流量相对于速度调节量的变化率；以及基于变化率来确定进一步调节转速的调节方式。根据本公开的第三方面，提供了一种用于操作水轮机的装置。该装置可以包括：信息获取模块、变化率确定模块和调节确定模块。信息获取模块可以被配置为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。变化率确定模块可以被配置为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。调节确定模块可以被配置为基于所确定的变化率来确定进一步调节转速的调节方式。在本公开的实施例中，基于速度调节量来调节水轮机的转速，监测流量相对于速度调节量的变化率，并且基于所确定的变化率来确定用于随后调节的调节方式。通过调节和监测并且基于变化率进一步调节，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。附图说明通过参考附图在说明书中描述的实施例的详细说明，本公开的以上和其他特征将变得更加明显，整个附图中的相同的附图标记表示相同或相似的组件，并且在附图中：图1示意性地示出了根据本公开的实施例的操作水轮机的方法的流程图；图2示意性地示出了根据本公开的实施例的示例特性曲线；图3示意性地示出了根据本公开的另一实施例的操作水轮机的方法的流程图；图4示意性地示出了根据本公开的实施例的确定针对水轮机的调节方式的流程图；图5示意性地示出了根据本公开的另一实施例的确定针对水轮机的调节方式的流程图；图6示意性地示出了利用根据本公开的实施例的操作解决方案的水力发电系统的框图；图7示意性地示出了根据本公开的实施例的基于扰动和观测(P&O)的转速确定模块的框图；图8A和8B示意性地示出了针对根据本公开的实施例的水力发电系统执行的仿真的结果的图表；图9示意性地示出了根据本公开的实施例的用于操作水轮机的系统的框图；以及图10示意性地示出了根据本公开的实施例的用于操作水轮机的装置的框图。具体实施方式在下文中，将参考说明性实施例来描述本公开的原理和精神。应当理解，所有这些实施例仅仅是为了本领域技术人员更好地理解和进一步实现本公开而给出的，而不是为了限制本公开的范围。例如，作为一个实施例的一部分而示出或描述的特征可以与另一实施例一起使用以得到又一实施例。为了清楚起见，本说明书中并未描述实际实现的所有特征。说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但是并非每个实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种操作水轮机的方法(100，300)，包括：获取(110，310)针对所述水轮机的速度调节量和流量的相应变化，其中所述水轮机的转速基于所述速度调节量来调节；基于所述速度调节量和所述流量的相应变化来确定(120，320)所述流量相对于所述速度调节量的变化率；以及基于所述变化率来确定(130，330)进一步调节所述转速的调节方式。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种操作水轮机的方法(100，300)，包括：获取(110，310)针对所述水轮机的速度调节量和流量的相应变化，其中所述水轮机的转速基于所述速度调节量来调节；基于所述速度调节量和所述流量的相应变化来确定(120，320)所述流量相对于所述速度调节量的变化率；以及基于所述变化率来确定(130，330)进一步调节所述转速的调节方式。2.根据权利要求1所述的方法(100，300)，其中所述获取流量的相应变化包括获取所述水轮机的导向叶片的开度角的变化，以及其中所述确定流量相对于所述速度调节量的变化率包括：确定(530)所述导向叶片的开度角相对于所述速度调节量的变化率。3.根据权利要求1或2所述的方法(100，300)，其中所述确定调节方式进一步包括以下任何一项或多项：响应于所述变化率具有正值，将所述调节方式确定为减小所述水轮机的转速；以及响应于所述变化率具有负值，将所述调节方式确定为增加所述水轮机的转速。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法(100，300)，进一步包括：将所述水轮机的命令功率与在绝对最大效率点处的功率进行比较(325)；其中所述确定调节方式进一步基于所述比较的结果(330)。5.根据权利要求4所述的方法(100，300)，其中所述确定调节方式包括以下任何一项或多项：响应于所述变化率具有正值并且所述结果表明所述命令功率低于或等于在所述绝对最大效率点处的功率，将所述调节方式确定为减小所述水轮机的转速；以及响应于所述变化率具有负值并且所述结果表明所述命令功率低于或等于在所述绝对最大效率点处的功率，将所述调节方式确定为增加所述水轮机的转速；响应于所述变化率具有正值并且所述结果表明所述命令功率高于在所述绝对最大效率点处的功率，将所述调节方式确定为增加所述水轮机的转速；以及响应于所述变化率具有负值并且所述结果表明所述命令功率高于在所述绝对最大效率点处的功率，将所述调节方式确定为减小所述水轮机的转速。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法(100，300)，进一步包括：确定(340)所述变化率是否落入具有上限和下限的预定区域内；以及如果所述变化率落入所述预定区域内，则终止(350)对所述转速的调节。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法(100，300)，进一步包括：基于所述变化率来改变(360)所述速度调节量的值。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法(100，300)，进一步包括：基于针对所述水轮机的命令功率、水头以及查找表来确定(305)所述水轮机的初始转速，所述查找表表征水轮机转速、流量、水头和水轮机效率之间的关系；其中所述调节所述水轮机的转速最初从所述初始转速开始执行。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法(100，300)，进一步包括：以确定的所述调节方式调节所述水轮机的转速。10.一种用于操作水轮机的系统(900)，包括：一个或多个处理器(901)；耦合到所述处理器(901)中的至少一个处理器的存储器(902)；以及一组程序指令(903)，所述一组程序指令被存储在所述存储器(902)中，并且可由所述处理器(901)中的至少一个处理器(901)执行以致使所述系统(900)进行以下操作：获取针对所述水轮机的速度调节量和流量的相应变化，其中所述水轮机的转速基于所述速度调节量来调节；基于所述速度调节量和所述流量的相应变化来确定所述流量相对于所述速度调节量的变化率；以及基于所述变化率来确定进一步调节所述转速的调节方式。11.根据权利要求10所述的系统(900)，其中所述获取流量的相应变化包括获取所述水轮机的导向叶片的开度角的变化，以及其中所述确定流量相对于所述速度调节量的变化率包括：确定所述导向叶片的开度角相对于所述速度调节量的变化率。12.根据权利要求10或11所述的系统(900)，其中所述确定调节方式进一步包...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓波，苑春明，杨超，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH