一种直驱永磁水力发电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种直驱永磁水力发电系统，包括一水轮机和一直驱永磁发电机，所述水轮机中的轮转轴与所述直驱永磁发电机中的转子轴直接相连;所述直驱永磁发电机输出的电流通过一变流器和组合变压器送入电网;所述水轮机、直驱永磁发电机通过一水力发电系统控制装置控制运行。本发明专利技术具有结构比较简单、占用面积小、便于安装检修的优点，提高料发电厂队发电环境的适应力，并提高能源利用效率，确保系统运行的稳定安全。

【技术实现步骤摘要】
一种直驱永磁水力发电系统
本专利技术涉及水力发电领域，尤其涉及一种直驱永磁水力发电系统。
技术介绍
随着电机技术的不断发展和永磁材料性能不断提升，永磁电机的特性不断得到优化，尤其是在直驱永磁发电技术的提出后，由于其结构紧凑，体积小，可靠性和系统效率高的特点，得到国内外专家学者的普遍重视，直驱永磁技术在相关领域的推广应用渐渐成为一种趋势，并在风电行业得到了较为广泛的应用。目前，在水力发电系统中，大多采用传统的直流发电机或传统同步发电机等形式，其发电机组常常体积过于巨大，安装检修不方便，尤其在低水位、落差小、枯水期等的环境下，传统的水力发电系统难以达到理想的运行状态。为此申请人进行了有益的探索和尝试，找到了解决上述问题的办法，下面将要介绍的方案便是这种背景下产生的。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对现有的缺点，提供一种直驱永磁水力发电系统，结构比较简单，占用面积较小，从而便于安装检修，增加水力发电厂装机容量，提高发电厂对发电环境的适应力，并提高能源利用效率，确保系统运行的稳定安全。本专利技术所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：一种直驱永磁水力发电系统，包括一水轮机和一直驱永磁发电机，所述水轮机中的轮转轴与所述直驱永磁发电机中的转子轴直接相连;所述直驱永磁发电机输出的电流通过一变流器和组合变压器送入电网;所述水轮机、直驱永磁发电机通过一水力发电系统控制装置控制运行。在本专利技术的一个优选实施例中，所述水力发电系统控制装置包括一水力发电系统主控制器，所述水力发电系统主控制器通过采集人工指令、发电量数据、各类传感信号、来水检测信号并处理后，通过水轮机出力控制装置来控制水轮机的出力状态，通过变流控制器来控制变流器运行状态，还通过内置的故障分析及处理软件来控制直驱永磁水力发电系统中各类机械保护装置和电气保护装置动作，实现对所述直驱永磁水力发电系统的保护。在本专利技术的一个优选实施例中，所述水力发电系统主控制器还与一上位机连接，用来显示所述直驱永磁水力发电系统的实时工作状态。在本专利技术的一个优选实施例中，所述人工指令通过一与水力发电系统主控制器连接的人工指令输入装置进行输入。在本专利技术的一个优选实施例中，所述发电量数据通过一与所述水力发电系统主控制器连接的发电量数据输入装置进行输入。在本专利技术的一个优选实施例中，所述各类传感信号包括水轮机中的转轮叶片角度信号、直驱永磁发电机转子速度信号、所述水轮机内的机械故障信号、所述直驱永磁发电机内的机械故障信号和电气故障信号、所述直驱永磁发电机与所述变流器之间输电线路的机械故障信号和电气故障信号、所述变流器的机械故障信号和电气故障信号、所述组合变压器的机械故障信号和电气故障信号以及电网中的机械故障信号和电气故障信号。在本专利技术的一个优选实施例中，所述来水检测信号通过设置在在所述水轮机进水管处的水流传感器来获取。在本专利技术的一个优选实施例中，所述水轮机中的转轮叶片角度信号通过设置在水轮机中的转轮叶片上的转轮叶片角度传感器来获取。在本专利技术的一个优选实施例中，所述直驱永磁发电机转子速度信号通过设置在所述直驱永磁发电机的转子上的速度编码器来获取。在本专利技术的一个优选实施例中，所述水轮机内的机械故障信号通过设置在所述水轮机中的若干机械故障检测传感器来获取。在本专利技术的一个优选实施例中，所述直驱永磁发电机内的机械故障信号和电气故障信号通过设置在所述直驱永磁发电机内的若干机械故障检测传感器和若干电气故障检测传感器来分别获取。在本专利技术的一个优选实施例中，所述直驱永磁发电机与所述变流器之间输电线路的机械故障信号和电气故障信号通过设置在所述直驱永磁发电机与所述变流器之间输电线路中的若干机械故障检测传感器和若干电气故障检测传感器来分别获取。在本专利技术的一个优选实施例中，所述变流器的机械故障信号和电气故障信号通过设置在所述变流器中的若干机械故障检测传感器和若干电气故障检测传感器来分别获取。在本专利技术的一个优选实施例中，所述组合变压器的机械故障信号和电气故障信号通过设置在所述组合变压器中的若干机械故障检测传感器和若干电气故障检测传感器来分别获取。在本专利技术的一个优选实施例中，所述电网中的机械故障信号和电气故障信号通过设置在电网中的若干机械故障检测传感器和若干电气故障检测传感器来分别获取。在本专利技术的一个优选实施例中，所述若干机械故障检测传感器为振动传感器、温度传感器、声波传感器、红外传感器中的一种或任意两种以上的组合。在本专利技术的一个优选实施例中，所述若干电气故障检测传感器为电压传感器、电流传感器、磁链传感器、速度传感器中的一种或任意两种以上的组合。在本专利技术的一个优选实施例中，所述水轮机出力控制器包括水流控制器和水轮机叶片控制器，所述水流控制器用以控制所述水轮机进水管处的阀门开度，所述水轮机叶片控制器用以控制所述水轮机中转轮叶片的角度。在本专利技术的一个优选实施例中，所述变流器由发电机侧变流器、平波电感、电网侧变流器、直流环节和滤波环节依次组成；所述变流控制器包括发电机侧变流器控制单元和电网侧变流器控制单元，其中所述发电机侧变流器控制单元用来控制发电机侧变流器，所述电网侧变流器控制单元用来控制电网侧变流器控制单元。在本专利技术的一个优选实施例中，所述发电机侧变流器和所述电网侧变流器均采用结构完全相同的三相PWM整流器和逆变器背靠背组成的全功率变流器，所述全功率变流器中的电力电子组件采用IGBTZ结构。在本专利技术的一个优选实施例中，所述发电机侧变流器控制单元采用最大转矩控制及恒定自电压控制策略结合的控制方案来控制所述发电机侧变流器，所述电网侧变流控制单元采用基于电网电压定向的向量控制方案来控制所述电网侧变流器。在本专利技术的一个优选实施例中，所述机械保护装置包括设置在所述水轮机的轮转轴上的水轮机机械制动装置和设置在所述直驱永磁发电机的转子轴上的直驱永磁发电机机械制动装置。在本专利技术的一个优选实施例中，所述水轮机机械制动装置和直驱永磁发电机机械制动装置均为采用液压作用制动盘式制动装置。在本专利技术的一个优选实施例中，所述电气保护装置包括设置在所述直驱永磁发电机的转子轴上的直驱永磁发电机电气制动装置、设置在所述直驱永磁发电机内、所述直驱永磁发电机与所述变流器之间输电线路、变流器、组合变压器以及电网中的若干电气保护装置。在本专利技术的一个优选实施例中，所述直驱永磁发电机电气制动装置为电磁感应式制动装置。在本专利技术的一个优选实施例中，所述水轮机为贯流式水轮机。在本专利技术的一个优选实施例中，所述贯流式水轮机中的转轮叶片采取水平或倾斜方式布置，与所述贯流式水轮机中的水流方向一致。由于采用了如上的技术方案，本专利技术的有益效果在于：本专利技术结构较为简单，体积较小，便于安装和检修，提高水电厂单位面积装机容量，提高了系统经济性；采用变流器进行变速恒频调节，提高了发电质量和效率，同时采用大数据云平台故障分析及处理软件，从电气部分和机械部分两方面对本专利技术进行保护，提高了本专利技术运行的稳定性和安全性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一种实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直驱永磁水力发电系统，包括一水轮机和一直驱永磁发电机，其特征在于，所述水轮机中的轮转轴与所述直驱永磁发电机中的转子轴直接相连;所述直驱永磁发电机输出的电流通过一变流器和组合变压器送入电网;所述水轮机、直驱永磁发电机通过一水力发电系统控制装置控制运行。

【技术特征摘要】
1.一种直驱永磁水力发电系统，包括一水轮机和一直驱永磁发电机，其特征在于，所述水轮机中的轮转轴与所述直驱永磁发电机中的转子轴直接相连;所述直驱永磁发电机输出的电流通过一变流器和组合变压器送入电网;所述水轮机、直驱永磁发电机通过一水力发电系统控制装置控制运行。2.如权利要求1所述的一种直驱永磁水力发电系统，其特征在于，所述水力发电系统控制装置包括一水力发电系统主控制器，所述水力发电系统主控制器通过采集人工指令、发电量数据、各类传感信号、来水检测信号并处理后，通过水轮机出力控制装置来控制水轮机的出力状态，通过变流控制器来控制变流器运行状态，还通过内置的故障分析及处理软件来控制直驱永磁水力发电系统中各类机械保护装置和电气保护装置动作，实现对所述直驱永磁水力发电系统的保护。3.如权利要求2所述的一种直驱永磁水力发电系统，其特征在于，所述水力发电系统主控制器还与一上位机连接，用来显示所述直驱永磁水力发电系统的实时工作状态。4.如权利要求2所述的一种直驱永磁水力发电系统，其特征在于，所述人工指令通过一与水力发电系统主控制器连接的人工指令输入装置进行输入;所述发电量数据通过一与所述水力发电系统主控制器连接的发电量数据输入装置进行输入;所述来水检测信号通过设置在在所述水轮机进水管处的水流传感器来获取。5.如权利要求2所述的一种直驱永磁水力发电系统，其特征在于，所述各类传感信号包括水轮机中的转轮叶片角度信号、直驱永磁发电机转子速度信号、所述水轮机内的机械故障信号、所述直驱永磁发电机内的机械故障信号和电气故障信号、所述直驱永磁发电机与所述变流器之间输电线路的机械故障信号和电气故障信号、所述变流器的机械故障信号和电气故障信号、所述组合变压器的机械故障信号和电气故障信号以及电网中的机械故障信号和电气故障信号；所述水轮机中的转轮叶片角度信号通过设置在水轮机中的转轮叶片上的转轮叶片角度传感器来获取;所述直驱永磁发电机转子速度信号通过设置在所述直驱永磁发电机的转子上的速度编码器来获取；所述来水检测信号通过设置在在所述水轮机进水管处的水流传感器来获取;所述水轮机内的机械故障信号通过设置在所述水轮机中的若干机械故障检测传感器来获取;所述直驱永磁发电机内的机械故障信号和电气故障信号通过设置在所述直驱永磁发电机内的若干机械故障检测传感器和若干电气故障检测传感器来分别获取；所述直驱永磁发电机与所述变流器之间输电线路的机械故障信号和电气故障信号通过设置在所述直驱永磁发电机与所述变流器之间输电线路中的若干机械故障检测传感器和若干电气故障检测传感器来分别获取；所述变流器的机械故障信号和电气...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄守道，郑剑，吕铭晟，荣飞，罗德荣，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43