一种适用于教学培训和研究的循环式微型抽蓄式储能系统技术方案

一种适用于教学培训和研究的循环式微型抽蓄式储能系统，它包括上库水箱、下库水箱、引流管道，引流管道在两端分别与上库水箱、下库水箱连通，上库水箱包括至少1个水箱单元，多个水箱单元为梯级分层结构设置，在引流管道上设有导叶、可逆式发电机机组，引流管道上端设有至少一根前端支管，每个水箱单元的第一出、进水端与一根前端支管对应连通，包括循环管，循环管的一端与下库水箱连通，另一端通过后端支管与水箱单元的第二出、进水端连通，在循环管上设有水泵。这样水泵抽水能够实现在实验时间段内持续发电所需的水量，减小水箱体积和容量，同时水泵抽水速率可以随发电用水量的变化而变化，使得水箱储水量一定，避免溢出或用尽。

A Circulating Miniature Energy Storage System for Teaching, Training and Research

A circulating miniature pumped storage system suitable for teaching, training and research includes upper reservoir water tank, lower reservoir water tank and drainage pipeline. The drainage pipeline is connected with upper reservoir water tank and lower reservoir water tank at both ends. The upper reservoir water tank includes at least one water tank unit, and a plurality of water tank units are arranged in a cascade hierarchical structure. A guide vane and a reversible generator set are arranged on the drainage pipeline. The upper end of the drainage pipeline is provided with at least one front-end branch pipe. The first outlet and the inlet end of each tank unit are correspondingly connected with a front-end branch pipe, including a circulating pipe. One end of the circulating pipe is connected with the lower reservoir water tank, and the other end is connected with the second outlet and the inlet end of the tank unit through the back-end branch pipe. A water pump is arranged on the circulating pipe. In this way, pump pumping can achieve the amount of water needed for continuous power generation in the experimental period, reduce the volume and capacity of the water tank, and pump pumping rate can vary with the change of the amount of water used for power generation, so that the water storage capacity of the water tank can be fixed, to avoid overflow or exhaustion.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于教学培训和研究的循环式微型抽蓄式储能系统
本专利技术涉及水利水电应用领域，具体涉及一种适用于教学实训和研究的循环式微型抽蓄储能系统。
技术介绍
抽水蓄能系统是一种典型的电力系统储能系统，对于调频、调相以及稳定电力系统的周波和电压具有重大作用。对于电力系统储能领域知识的教学培训离不开具体的物理模型，因此，研究一种适用于教学研究的抽蓄储能系统，不仅可以用于研究在综合能源系统中其协调运行策略，还可以模拟水、机、电之间极其复杂的相互作用与影响过程，对于电力系统储能领域的教学培训和科学研究具有重要意义。实际的抽水蓄能系统由于供电需求和发展需要，其储能容量、建设规模比较庞大，在教学研究方面很难实现实际系统的等比例构建；实际的抽水蓄能系统需要考虑地理位置因素，多建设在江河之上，由于其地理位置和建筑面积等一些因素的限制，实际大型系统设备并不适合应用于教学培训的高校和科研所等地方；实际的系统设备规模庞大，其投入成本较高，加之其教学培训的目的，没有大量的资金投入。常规适用于教学研究的抽蓄储能系统具有以下两个主要问题：其一，教学培训时段内需保持系统持续发电，这样就会造成水箱容量必须制造足够大；其二，只能对应于一种规模的实际设备，无法模拟各种规模的抽水蓄能系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种用于研究综合能源系统中的协调运行策略以及模拟水、机、电之间极其复杂的相互作用与影响过程的循环式微型抽蓄式储能系统。1）应用于教学培训和科学研究的抽蓄储能系统在实际设计应用时，通常需要考虑实验室空间构造，其占用空间必须符合实际情况。而抽蓄储能整个系统构造复杂，硬件较多，特别是要保证储水水箱的容量，以满足实验用水，这给模型尺寸的设计带来很多困难。本专利技术在上下库水箱之间加入水泵，构成循环系统，可以很大程度上减少水箱容量，有助于缩小整个模型的尺寸同时只需要对损耗水进行补充，就足以保证实验用水需求，更具有实用性和节能型。2）应用于教学研究的循环式抽蓄储能系统，在研究其工作原理和相互作用时需要模拟不同的实际大型设备运行工况。但由于地理位置和建筑结构等因素的限制，在设计时很难等比例还原实际系统。系统物理模型的构建必须考虑占用空间的现实情况，所建教学模型只能对应一种规模的实际设备。针对此问题，本专利技术采用梯级分层上库水箱，通过电气控制系统控制上库四层水箱的任意一层打开，不同高度的水体下落会获得不同的势能，这样就会产生不同的水头。这种梯级分层式上库水箱的设计，使得整个物理模型既模拟了不同规模的抽蓄水电站，同样也达到了减小水箱容量的目的。专利技术的目的是这样实现的：一种适用于教学培训和研究的循环式微型抽蓄式储能系统，它包括上库水箱、下库水箱、引流管道，引流管道在两端分别与上库水箱、下库水箱连通，上库水箱包括至少1个水箱单元，多个水箱单元为梯级分层结构设置，在引流管道上设有导叶、可逆式发电机机组，引流管道上端设有至少一根前端支管，每个水箱单元的第一出、进水端与一根前端支管对应连通，包括循环管，循环管的一端与下库水箱连通，另一端通过后端支管与水箱单元的第二出、进水端连通，在循环管上设有水泵。包括电气控制系统、设置在水箱单元两端的第一电控阀以及第二电控阀，电气控制系统包括主控制装置，主控制装置与现地控制单元连接，现地控制单元再分别与调速器机电合柜、励磁柜、开关柜连接，调速器机电合柜依次与仿真仪、变频器、开关柜连接。在模拟同一水电站内的运行工况时采用以下步骤：1）电气控制系统控制上库水箱中任意一个水箱单元连接的第一电控阀打开；2）控制导叶控制流量，可逆式发电机机组工作；3）下库水箱的水位传感器检测到水位信息传输给电气控制系统，电气控制系统根据水位高低控制水泵抽水流速；4）电气控制系统控制上库水箱中任意一个水箱单元连接的第二电控阀打开。在模拟不同水头水电站的运行工况时采用以下步骤：1）设置需要模拟的水头，电气控制系统根据设置的水头控制上库水箱中已经打开的水箱单元连接的第一电控阀和第二电控阀关闭，打开对应水头的水箱单元所连接的第一电控阀；2）控制导叶来控制流量，可逆式发电机机组工作；3）下库水箱的水位传感器检测到水位信息传输给电气控制系统，电气控制系统根据水位高低控制水泵抽水流速；4）电气控制系统控制上库水箱中在步骤1）所述水头对应水箱单元的第二电控阀打开。在使用时采用以下步骤：1）现地控制单元控制励磁柜，对物理模型的发电机进行调节励磁操作；2）现地控制单元控制调速器机电合柜，对仿真仪进行改变电机转速的控制；3）现地控制单元控制物理模型中电控阀与电控阀的关断，调节导叶，控制水泵。采用上述技术方案，能带来以下技术效果：1）水泵抽水能够实现在实验时间段内持续发电所需的水量，减小水箱体积和容量，同时水泵抽水速率可以随发电用水量的变化而变化，使得水箱储水量一定，避免溢出或用尽；2）对上库水箱进行改进，采用梯级分层水箱设计，不同层的水箱打开使其上下库水箱之间高度不同，能够改变其势能来模拟不同水电站的水头；3）能够通过电气控制系统来改变半实物仿真系统的故障工况，用以研究水电站故障问题的解决方案。附图说明下面结合附图和实例对本专利技术作进一步说明：图1是本专利技术物理模型系统的结构示意图；图2是本专利技术的控制框图；图3是本图1的结构框图。具体实施方式如图1至图3所示一种适用于教学培训和研究的循环式微型抽蓄式储能系统，它包括上库水箱1、下库水箱3、引流管道4，引流管道4在两端分别与上库水箱1、下库水箱3连通，上库水箱1包括至少1个水箱单元2，多个水箱单元2为梯级分层结构设置，在引流管道4上设有导叶5、可逆式发电机机组6，引流管道4上端设有至少一根前端支管7，每个水箱单元2的第一出、进水端与一根前端支管7对应连通，包括循环管8，循环管8的一端与下库水箱3连通，另一端通过后端支管9与水箱单元2的第二出、进水端连通，在循环管8上设有水泵10。包括包括电气控制系统13、设置在水箱单元2两端的第一电控阀11以及第二电控阀12，电气控制系统13包括主控制装置14，主控制装置14与现地控制单元15连接，现地控制单元15再分别与调速器机电合柜16、励磁柜17、开关柜18连接，调速器机电合柜16依次与仿真仪19、变频器20、开关柜18连接。在模拟同一水电站内的运行工况时采用以下步骤：1）电气控制系统控制上库水箱1中任意一个水箱单元2连接的第一电控阀11打开；2）控制导叶5控制流量，可逆式发电机机组6工作；3）下库水箱3的水位传感器检测到水位信息传输给电气控制系统，电气控制系统根据水位高低控制水泵抽水流速；4）电气控制系统控制上库水箱1中任意一个水箱单元2连接的第二电控阀12打开。在模拟不同水头水电站的运行工况时采用以下步骤：1）设置需要模拟的水头，电气控制系统根据设置的水头控制上库水箱1中已经打开的水箱单元连接的第一电控阀11和第二电控阀12关闭，打开对应水头的水箱单元所连接的第一电控阀11；2）控制导叶5来控制流量，可逆式发电机机组6工作；3）下库水箱3的水位传感器检测到水位信息传输给电气控制系统，电气控制系统根据水位高低控制水泵抽水流速；4）电气控制系统控制上库水箱1中在步骤1）所述水头对应水箱单元的第二电控阀12打开。包括电气控制系统，电气控制系统包括连接仿真系统的调速器机电合柜1、连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于教学培训和研究的循环式微型抽蓄式储能系统，其特征在于：它包括上库水箱（1）、下库水箱（3）、引流管道（4），引流管道（4）在两端分别与上库水箱（1）、下库水箱（3）连通，上库水箱（1）包括至少1个水箱单元（2），多个水箱单元（2）为梯级分层结构设置，在引流管道（4）上设有导叶（5）、可逆式发电机机组（6），引流管道（4）上端设有至少一根前端支管（7），每个水箱单元（2）的第一出、进水端与一根前端支管（7）对应连通，包括循环管（8），循环管（8）的一端与下库水箱（3）连通，另一端通过后端支管（9）与水箱单元（2）的第二出、进水端连通，在循环管（8）上设有水泵（10）。

【技术特征摘要】
1.一种适用于教学培训和研究的循环式微型抽蓄式储能系统，其特征在于：它包括上库水箱（1）、下库水箱（3）、引流管道（4），引流管道（4）在两端分别与上库水箱（1）、下库水箱（3）连通，上库水箱（1）包括至少1个水箱单元（2），多个水箱单元（2）为梯级分层结构设置，在引流管道（4）上设有导叶（5）、可逆式发电机机组（6），引流管道（4）上端设有至少一根前端支管（7），每个水箱单元（2）的第一出、进水端与一根前端支管（7）对应连通，包括循环管（8），循环管（8）的一端与下库水箱（3）连通，另一端通过后端支管（9）与水箱单元（2）的第二出、进水端连通，在循环管（8）上设有水泵（10）。2.根据权利要求1所述的适用于教学培训和研究的循环式微型抽蓄式储能系统，其特征在于：包括包括电气控制系统（13）、设置在水箱单元（2）两端的第一电控阀（11）以及第二电控阀（12），电气控制系统（13）包括主控制装置（14），主控制装置（14）与现地控制单元（15）连接，现地控制单元（15）再分别与调速器机电合柜（16）、励磁柜（17）、开关柜（18）连接，调速器机电合柜（16）依次与仿真仪（19）、变频器（20）、开关柜（18）连接。3.根据权利要求1或2所述的适用于教学培训和研究的循环式微型抽蓄式储能系统，其特征在于，在模拟同一水电站内的运行工况时采用以下步骤：1）电气控制系统控制上库水箱（1）中任意一个水箱单元（2）连接的第一电控阀（11）打开；2）控制导叶（5）控制流量，可逆式发电机机组（6）工作；3）下库水箱（3）的水位...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨楠，隆舰艇，刘毅，邾玢鑫，黄悦华，张涛，刘颂凯，王灿，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42